【原】科學(xué)百科第18期：所有恒星所發(fā)出的全部能量都到哪里去了？

高?？苹?/a> 2021-01-22

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本期為大家?guī)恚?/span>

《你知道嗎——現(xiàn)代科學(xué)中的100個(gè)問題》

本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。

作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現(xiàn)代科學(xué)中的一百個(gè)尖端課題。

其中，有些是了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所必須具備的基礎(chǔ)知識(shí)，如科學(xué)的研究方法、二進(jìn)制數(shù)、相對(duì)論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿陣地，如黑洞、統(tǒng)一場(chǎng)論、夸克、快子、金屬氫等。

作者對(duì)這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。

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第十八個(gè)問題：所有恒星所發(fā)出的全部能量都到哪里去了？

恒星可以通過以下幾種不同的方式發(fā)射出能量。

第一，恒星會(huì)發(fā)射出無質(zhì)量的電磁輻射——光子，這種電磁輻射包括從能量最大的γ射線到能量最小的射電波（甚至一個(gè)冷的物體也會(huì)發(fā)射出光子，物質(zhì)的溫度越低，光子也越弱）。

可見光就是這類輻射的一部分。

第二，恒星還會(huì)發(fā)射出中微子和引力子等無質(zhì)量的粒子。

第三，恒星還會(huì)發(fā)射出各種具有質(zhì)量的帶電高能粒子，主要是質(zhì)子，但同時(shí)也包括數(shù)量較少的各種原子核及其它各種粒子。

它們就是宇宙射線。

恒星發(fā)射的所有這些粒子（光子、中微子、引力子、質(zhì)子等等），只要當(dāng)它們是單獨(dú)出現(xiàn)在宇宙空間的時(shí)候，它們將是穩(wěn)定的。

就我們所知，它們可以在數(shù)十億年的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何變化地通過數(shù)十億光年的真空。

由此可見，恒星所發(fā)射的一切粒子只要沒有遇到任何會(huì)把它們吸收掉的物體，就會(huì)一直存在下去。

拿光子來說，幾乎任何東西都能把它們吸收掉。

能量很大的質(zhì)子就較難被別的東西阻擋和吸收，至于中微子，那就更難被別的什么東西阻擋和吸收了。

關(guān)于引力子的情況，直到目前為止，人們尚未弄清。

假如我們的宇宙中，除了以固定不變的位形分布的恒星以外，什么東西也沒有的話，那么，由某一顆恒星所發(fā)射出的每一顆粒子，除非它遇到了另一顆恒星并被吸收掉，否則，都一定會(huì)在宇宙空間“旅行”。

在這種情況下，所有的粒子將只會(huì)從一顆恒星“旅行”到另一顆恒星，這樣，總的說來，每一顆恒星都應(yīng)當(dāng)能夠收回它所發(fā)射出去的全部能量。

從這種假定出發(fā)，宇宙似乎應(yīng)當(dāng)會(huì)永遠(yuǎn)不變地繼續(xù)下去。

但是以下三個(gè)事實(shí)的存在使實(shí)際情況不會(huì)像上面所說的那樣。

第一，宇宙并不是單由恒星所組成，而是包含有大量的冷物質(zhì)，從巨大的行星直到星際塵，當(dāng)這些粒子遇到冷物質(zhì)時(shí)，粒子就被吸收，冷物質(zhì)則發(fā)射出能量較小的粒子以作為交換。

這就意味著，總的來說，冷物質(zhì)的溫度會(huì)逐漸上升，而恒星所含的能量會(huì)逐漸減少。

第二，恒星以及其他天體發(fā)射出來的某些粒子（如中微子和引力子）被物質(zhì)吸收的幾率是如此之小，以致在宇宙的整個(gè)生存期間，業(yè)已被吸收的只占其中很小的一部分。

這就意味著，在恒星發(fā)射出來的全部能量中，有很大一部分仍在宇宙空間中“旅行”，而這同樣也等于說，恒星所含有的能量正在逐漸減少。

第三，宇宙正在膨脹。

這就意味著星系與星系之間的空間正在逐年擴(kuò)大，因此甚至象質(zhì)子和光子等一類能被其他物體吸收的粒子，平均說來，也要旅行更長(zhǎng)的路程才遇到其他物體而被吸收掉。

正因?yàn)槿绱?，恒星所吸收的能量抵償不了它所發(fā)射的能量的傾向正在逐年加大。

同時(shí)，為了填補(bǔ)因宇宙膨脹而增大的這部分宇宙空間，就一定會(huì)有額外的能量（亦即快速的高能的、但尚未被吸收的粒子）進(jìn)入到這部分宇宙空間。

事實(shí)上，這個(gè)道理是很明顯的，只要宇宙還在繼續(xù)膨脹，總的來說，它將會(huì)繼續(xù)變得越來越冷。

當(dāng)然，如果宇宙有朝一日開始再一次從膨脹轉(zhuǎn)為收縮的話，情況就會(huì)倒轉(zhuǎn)過來，到那時(shí)，宇宙將會(huì)開始再一次逐漸變熱起來。

科學(xué)百科知識(shí)系列

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艾薩克 · 阿西莫夫

Isaac Asimov

1920－1992

美國(guó)著名科幻小說家、科普作家、文學(xué)評(píng)論家，是美國(guó)科幻小說黃金時(shí)代的代表人物之一。

阿西莫夫一生著述近500本，題材涉及自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和文學(xué)藝術(shù)等許多領(lǐng)域，與儒勒·凡爾納、赫伯特·喬治·威爾斯并稱為科幻歷史上的三巨頭，同時(shí)還與羅伯特·海因萊因、亞瑟·克拉克并列為科幻小說的三巨頭。

其作品中以《基地系列》、《銀河帝國(guó)三部曲》和《機(jī)器人系列》三大系列被譽(yù)為“科幻圣經(jīng)”。曾多次獲代表科幻界最高榮譽(yù)的雨果獎(jiǎng)和星云終身成就大師獎(jiǎng)（雨果獎(jiǎng)7次、星云獎(jiǎng)3次、軌跡獎(jiǎng)2次）。小行星5020、《阿西莫夫科幻小說》雜志和兩項(xiàng)阿西莫夫獎(jiǎng)都是以他的名字命名。

他提出的“機(jī)器人學(xué)三定律”被稱為“現(xiàn)代機(jī)器人學(xué)的基石”。