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手性物普及系列 27.

[2022-03-22] 科学普及 1100

【手性物普及系列 27.】

 (27. 宇宙的手性)

      宇宙分为行星、恒星、星系、星系团和超 星系团等各种层次,它们都有自转并且是逐级控制的。每一种自转都是一个旋涡,宇宙黑洞的自转使整个宇宙成为一个超级大旋涡,在这个宇宙旋涡中包含有超星系团旋涡,超星系团旋涡中又包含星系团旋涡,星系团旋涡中包含星系旋涡,星系旋涡中包含恒星旋涡,旋涡中有旋涡。宇宙大爆炸时产生的气体云从一开始就非常缓慢地旋转着,大大小小的旋涡都是在这种旋转中产生的,并且在这种旋转中运动着,进而使整个宇宙的运动可能具有同向性,或者说宇宙可能是旋转手性的。然而,由反物质组成的世界和我们所处的物质世界可能是手性对称的。

      ⑴银河系的手性:银河系的自转方向与太阳的自转、太阳系行星的自转及公转方向都是同向的,也都右旋方向。其实,太阳系作为银河系中众多的恒星系之一,其他银河系里的天体及星际物质都一样,围绕着银河系的中心在同一方向上转动,也已经说银河系是旋转手性的。

      ⑵手性暗物质:在宇宙星系中,根据万有引力定律,星系中心的引力是由物质的质量提供的。而在星系发光区以外的暗晕区存在着新的引力源,这意味着存在人类尚不知道的新物质,但是我们看不见,故称其为暗物质。再有根据牛顿定律,可以计算出星系中心的恒星的动力学质量,又可以测量恒星的亮度而求出它的发光质量,而在引力测试中,星系的动力学质量远大于它的发光质量,这多出来的质量就是暗物质的质量。比如银河系的动力学质量大约是光度质量的10倍,可见暗物质的数量相当可观。具体的暗物质是针对亮物质而言的,所谓亮物质就是我们常见的普通物质:由质子、中子组成原子核,加上核外电子构成原子,原子又组成分子。普通物质参与电磁作用,既能发光又能折射、反射和散射光。与此相反暗物质不参与电磁作用,也没有哪些光学活性,所以肉眼和各种观测电磁辐射的仪器都无法看到它。暗物质还分热和冷暗物质,冷暗物质的质量大,运动速度远小于光速。抱团存在束缚着星系,而热暗物质的质量小,热运动速度高,接近光速,它弥漫在星系之间,形成超星系团。寻找并研究这“隐身”的暗物质是现代天体物理学和宇宙物理学的热点。科学家们现在还没有搞清楚暗物质的真面目,但对于暗物质的代表 — 中微子的情况已基本清楚,其一是中微子有质量,只参与弱相互作用,不参与强相作用和电磁作用。其二,实验观测到中微子是手性的,所以由中微子组成的热暗质是一种手性暗物质。除此以外,这手性热暗物质对宇宙的手性有哪些作用?对天体还有些什么影响?还有待进一步研究。

      ⑶黑洞的自转:旋转着的黑洞吸积盘会产生巨大的磁场,其方向垂直于吸积盘面而沿着黑洞的旋转轴。吸积盘中高速运动的气体粒子相互碰撞会产生高能带电粒子流,它们的速度甚至可以接近光速的一半。吸积盘的磁场将这些离子聚焦,并沿着磁场方向高速喷射出去,形成从星系中心向两侧射出的一对喷流。黑洞的这种现象说明真实的黑洞总是转动的。它吞噬物质时会产生旋转着的吸积盘和两条垂直于吸积盘的相对性喷流,从而把吃进去的一部分物质又以喷流的形式吐了出来。

      ⑷星系的手性:正是星系和星系中的天体都是同一旋转气体云演变来的,所以星系中的恒星和黑洞等天体自然也都绕着星系的中心转动,并且它们的自转也和星系的转动是同向的,即星系的运动是旋转手性的。早期宇宙气体云的极微小密度涨落在宇宙演化中起着主导作用,它不但孕育了黑洞、星系、恒星和行星等天体的诞生,也是其手性运动的开始促动。在宇宙演化的整个过程中,黑洞起着推波助澜的作用,它像催化剂一样,加速了恒星和星系的形成,也催生了它们的手性运动。如果那时的气体云是绝对均匀的,宇宙就不会演化成今天这样复杂多样的结构,也很难说会有我们今天的人类社会?

       ⑸宇宙黑洞:按照哈勃定律追溯回去,在宇宙大爆炸开始的一瞬间,宇宙的体积无穷小,密度无穷大,它显然是一个黑洞。那么随着宇宙的膨胀,宇宙密度越来越小,时至今日它还是不是黑洞呢?通过科学们的估算,不仅核实了宇宙是个巨型黑洞,而且在这里也许有适宜生物生存的条件,如果在其中某一处有生命存在的话,那一定孕育着宇宙最先进的文明。黑洞有各种大小的,不论密度大小,凡是满足史瓦西公式的天体都是黑洞。史瓦西半径与质量成正比,黑洞的密度与质量的平方成反比。据此,小的有量子黑洞,大的有宇宙黑洞,其密度相当于每立方米有6个氢原子,是密度最小的黑洞。

      宇宙黑洞是否也有自转呢?一个没有转动的黑洞是静态黑洞,在其中所有物质都被挤压到一个体积无穷小,密度无穷大的数学奇点里,静态黑洞除了有一个数学奇点以外空无一物。但事实上宇宙是复杂而生动的,比如我们生活的太阳系,恒星、行星、卫星等都在引力约束下自转,公转。所以,如果宇宙是一个黑洞,那么它一定是一个转动着的黑洞。

      如果宇宙黑洞的猜测是正确的话,那么可以想象宇宙黑洞的自转就是一个超级大漩涡,在这个宇宙漩涡中包含有超星系团漩涡,超星系团漩涡中又包含星系团漩涡,星系团漩涡中包含星系漩涡,这其中又包含恒星漩涡(如太阳系),漩涡中有漩涡。宇宙中所有漩涡都可能在宇宙漩涡的牵引下运动,进而使整个宇宙的运动具有同向性,或许说宇宙具有旋转手性。

       ⑹反物质世界的手性:


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