“星系模型与宇宙图象”( 陆归土)www.gmw.cn
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出版日期： 八月 10, 2007
天文学家告诉我们，不过是庞大的银河系里成千上万星系中普通的一个，而像银河系之类的 庞大星系在宇宙里又有成千上万!太阳系距离茫茫的银河系边缘约26000光年，距离更遥远的 银河系中心约33000光年!!距离我们地球最近的恒星在普罗希马—半人马座，约4.2光年 。按照人类传统的思想，光以30万公里/秒的速度飞行，需要4.2年的时间才能到达普罗希马 —半人马座。人类以30公里/秒的速度(地球的公转速度约为11.19公里/秒)飞行，需要 40000年才能到达普罗希马—半人马座。飞行速度提高10倍，达到300公里/秒(太阳的公转速度是250公里/秒)，也需要4000年!
星系旅行，在人类有限的生命周期里，莫非真的是一个难以实现的梦想吗？
虫洞
最早发现广义相对论允许人类跨越时空旅行的人，是美国数学家库尔特· ;哥德尔。晚年的爱因斯坦是在美国普林斯顿高级学术研究所度过的，而哥德尔正是在此期间成为 了阿尔伯特·爱因斯坦的朋友，并通晓了广义相对论。1949年，哥德尔发现广 义相对论允许人类回到过去或提前进入未来，也就是可以进行时空旅行。这首次表明物理学定律也允许人类在时空里旅行，而这是此前的物理定律所不允许的。
时空旅行迅速成为科学幻想小说作家及电演、电视剧作家和导演吸引读者(观众)的一 项重要内容，相关作品纷纷问世。美国影片《未来战士》系列《终结者1、2、3》和《超人》系列的影响最为深远。
好莱坞动作巨星阿诺·施瓦辛格主演的《未来战士》系列讲述的是，核 爆后未来世界被电脑机械人控制，他们企图消灭人类。《终结者1》是人与机器人的交量，机械杀 手T-80受命从公元2029年穿越时空回到1984年追杀未婚姑娘莎拉·康 纳，因为她是2029年抵抗机器人统治世界的人类领袖约翰·康纳的母亲，杀死 她可以阻止约翰·康纳的诞生，从而改变历史。在这一集里，自愿从2029年穿 越时空回来保护莎拉·康纳的人是卡尔·雷斯。在共同抵抗T-8 0的斗争中，雷斯与莎拉相爱并结合了，孕育出约翰·康纳。《终结者2》是机器 人与机器人的交量，T-1000型液体金属机器人杀手从公元2029年穿越时空回到1997 年的洛杉矶，企图杀死已长大的约翰·康纳，约翰则派遣T-800型机器人回来 保护童年的自己。在《终结者3》里，机器人不仅仅是想从公元2029年派出机器人杀手T-X 穿越时空回到2006年追杀未来的人类领袖、22岁的约翰·康纳，而且还派出 了众多的机器人，通过时间机器从公元2029年回到2006年，提前向人类发起了总攻，企图 将机器人控制世界的时间提前到2006年。《未来战士》成为了科幻动作片的经典作品。影片中 未出现的时间机器成了一件非常重要的道具，把机器人(或人类——卡尔·雷斯) 从将来送回不同年代的过去，约翰·康纳实际上是一个特殊的生命——其父卡尔·雷斯从2029年回到1984年与其母莎拉·康纳相爱并结合。
为了让梦想成为现实，有的科学家提出了时间机器的设想，尝试设计制造一种超光 速运动的机器，既可以重新回到很多年以前的过去，也可以提前进入很多年以后的未来，并且可以 随时回到现在。光速，按照科学家们的定义是每秒299792458米，约等于每秒30万公里 。光速不变、光速是速度极限，以此假设为基础，1915年爱因斯坦建立了广义相对论。广义相 对论认为光速是速度极限，不允许出现超光速的时空旅行。可是，广义相对论又预言人类可以进行 时空旅行。广义相对论成立的基础假设无法阻止科学家们对时间机器的探索。这些科学家认为，既 然超越光速可以实现时空旅行，那么回到过去或进入未来的问题，就成了如何超越光速的问题，2 99792.458公里/秒不应该是速度的极限，肯定存在某种办法让飞行器的航行速度超越299792.458公里/秒。
光速无法超越，就成了光速壁垒。相对论有一个表达式，E=MC^2，可以这样理解 ，一个物体要达到或超越光速，这个物体接收的能量E不能小于其质量M与光速C(=29979 2.458公里/秒)平方的乘积。——这显然是一个庞大的数字!利用意大利费米实验室、瑞士 欧洲核子研究中心的粒子加速器，一些科学家反复进行过多次实验，把粒子加速到光速的99．9 9％之后，不论注入多少功率，也不能突破光速壁垒，不能让粒子的速度超过299792.45 8公里/秒。目前人类制造的最快的载人机器就是以火箭为动力的宇宙飞船，速度越快，用以对它 加速的火箭功率就必须越大，消耗的燃料也越多。粒子加速器中的粒子不能突破光速壁垒，不管火箭有多大功率，也不可能加速到光速以上，载人机器突破光速壁垒可能永远是一个梦想。
有的科学家从广义相对论又找到另外的时空，似乎允许人类旅行到过去。其中之一是包 含两根快速穿越的宇宙弦的时空。顾名思义，宇宙弦是弦状的物体，它具有长度，但是截面很微小 。实际上，它们更像在巨大张力下的橡皮筋，其张力大约为1亿亿亿吨。把一根宇宙弦系到地球上 ，就会把地球在1/3O秒的时间里从每小时零公里加速到每小时100公里。宇宙弦初听起来像 是科学幻想的产物，其实是弦理论的一种理论模型。利用弦理论来研究宇宙的科学家认为，宇宙中 存在张力巨大的宇宙弦，一旦宇宙弦伸展开来，就会加速到非常高的速度，突破光速壁垒。遗憾的是，科学家们至今未能在宇宙中寻找到这根“弦”。
认为光速(299792.458公里/秒)是速度的极限，相信光速壁垒无法突破的 科学家，另寻办法实现时间旅行。虫洞(wormhole)就是他们认为最有可能的途径之一。 这些科学家设想，也许可以把A、B天体所在的时空卷曲起来，使得相距遥远的A和B之间有一近 路。在天体A和天体B之间创造出一个虫洞，实现时空旅行。顾名思义，虫洞就是一个时空细管，它能把两个几乎平坦的相隔遥远的区域连接起来。——在影视作品里一般把虫洞称为时光隧道。
虫洞的思想并非科学幻想小说家的杜撰，而是爱因斯坦和纳珍·罗森在 1935年合著的一篇论文的观点。在论文中，他们认为广义相对论允许宇宙里存在一种“桥”， 后人称“爱因斯坦——罗森桥”，现在习惯称为“虫洞”。虫洞开放时间不会足够久，让人类的宇宙飞船来得及穿越。
科学家们设想，创造或者找到一个从太阳系通往普罗希马—半人马座的虫洞。在通常的 空间中地球和普罗希马—半人马座相隔38万亿公里，而通过虫洞的距离却只有几百万公里。因此，虫洞正和其他可能的超光速旅行方式一样，允许人们旅行到过去。
距离人类栖息的太阳系最近的恒星位于普罗希马—半人马座。普罗希马—半人马座位于 长蛇座以南，豺狼座与船帆座之间，我国只有南方几个省份在春天的晚上才能看到。座内有两颗亮 星，α星我国古代称为南门二，视星等为-0.27m，是全天第三亮星； β星古称马腹一，视 星等0.61m，为全天第十一亮星。这两颗星离得很近，我国古代合称它们为“南门双星”，14世纪，明朝时郑和下西洋，曾用它们来导航。普罗希马—半人马座是全天第9大星座。
有的科学家相信，一个先进的文明可能使虫洞维持开放。可以把时空以其他方式卷 曲，实现时空旅行。前提是，一个负曲率的时空区域，如同一个马鞍面。为了使时空卷曲成允许旅 行到过去的形状，需要负能量密度的物质。我们通常见到的物质具有正能量密度，赋予时空以正曲率，如同一个球面。
广义相对论允许旅行到过去，另外一种途径就是旋转的黑洞。黑洞虽然令许多相信其存 在的人恐惧，也让相信其存在的一部分人神往。神往黑洞的人相信，或许黑洞真的如同爱因斯坦、霍金等科学家认为的，是连接两个时间的桥---虫洞，是人类实现时间旅行的途径。
在《太阳系最后一个黑洞》一文，我们讨论过。所谓暗物质(暗能量)不过是其自有能 量低于人类的观测极限而已，并非另一种与我们熟悉的物质(能量)不同的特殊物质(能量)；黑 洞不过是我们熟悉的天体彗星、卫星、行星、恒星之一，并非另一种特殊的天体。黑洞也就失去了 作为人类时空旅行的虫洞的可能，暗物质(暗能量)也就无法作为形成负曲率时间区域的东西，通 过时空卷曲来实现时空旅行也成为了不可能。——这多少让人有些沮丧，人类回到过去和进入未来的梦想就此破灭了。
其实，慧心理论非但没有粉碎人类时间旅行的梦想，甚至还让时间旅行的日子离我们更 近了。当然慧心理论允许的时空旅行，与广义相对论揭示的时空旅行是有区别的。不通过黑洞，不走虫洞，我们还可以超光速啊!
超光速旅行
物体的运动速度，等于物体运动的距离除以物体运动的时间。超越光速就是比光运动得 快，先于光抵达目的地；光以30万公里/秒传递，要超越光速，物体的运动速度必须大于30万 公里/秒。例如，距离我们地球最近的恒星位于普罗希马—半人马座，天文学家观测计算结果是， 它离我们大约4.2光年那么远，从地球发出的光大约需要4年的时间才能传递到那里。4光年折 合37.8万亿公里。如果从地球发出一束光的同时，我们的宇宙飞船开始起航，光是在4年(1 460天)后才抵达普罗希马—半人马座，而我们的飞船是在3年又10个月(1400天)时已 经到达普罗希马—半人马座。这样的比赛结果明白无误地表明，我们的飞船速度超越了传递向普罗 希马—半人马座的光的速度。简单计算结果是，这束光的传递速度为30万公里/秒，而我们飞船的飞行速度是31.2万公里/秒。
我们真的可以让飞船的速度达到31.2万公里/秒吗？我们的飞船并没有采用什么特 别的技术，我们实际上也没能突破光速壁垒。但是，我们的确可以在从地球发出的光到达之前抵达 普罗希马—半人马座。不过，我们在出发时，飞船的里程表从零开始计数，到达普罗希马—半人马 座时，里程表读数却不是37.8万亿公里。这是光在四年时间里走的距离，也是天文学家观测计 算的地球到普罗希马—半人马座的距离。里程表读数可能是150亿公里(约为37.8万亿公里 的万分之四)，以此读数为飞船所走的距离，除以我们从地球到普罗希马—半人马座所花的时间三 年加十个月，得到飞船从地球来普罗希马—半人马座的飞行速度是125公里/秒。这到底是怎么回事呢？
光年，光在一年时间里走过的路程。光速，每秒299792458米。一年 365天，一天24小时，一小时3600秒，一年就是31536000秒。路程等于速度乘时 间，光走一年的路程就是 9454254955488000米，约等于9.45万亿公里。一光年是一个非常长的距离，天文学家就用光年作为长度单位，计量天体之间的距离。
太阳系的光，传递到普罗希马—半人马座需要4年的时间。据此认为，太阳系与普罗希 马—半人马座之间距离是4光年就错了。因为，这4光年并不等于37.8万亿公里。以我们飞船 速度125公里/秒计算，光从普罗希马—半人马座传递到太阳系用了4年时间，路程不是37. 8万亿公里，可能是150亿公里（只是万分之四）。也就是说，光从普罗希马—半人马座传递到太阳系的平均速度不是每秒299792.458公里，而是每秒118公里!
天体测距
宇宙中的天体相距非常遥远，在未来一个相当漫长的时间里，许多天体人类还是难以 涉足的，即便是那些人造探测器曾经拜访过的天体，如月亮、火星、木星等，它们与地球之间的距 离不是用尺子直接测量的，而是理论计算的数值。天文学家是通过观测天体亮度、运行参数来推算 天体相互之间距离的，由此形成了10余种观测天体距离的方法。比较常用的有：雷达遥测(ra dar ranging)、恒星视差法(stellar parallax)、光谱视差法(spectroscopic parallax)、哈伯定律、变星、超新星等。
例如，恒星视差法(stellar parallax)，是以地球和太阳间的平均距离为底线，观测恒星在6个月间隔，相对于遥远背景恒星的视差p，计算恒星的距离d：
d (秒差距，pc) = 1/ p (视差角，秒弧)
其中1 pc 定义为造成一秒视差角的距离，等于3.26 光年。
恒星视差法的测量范围小于1,000 pc。地面观测受大气的限制，有效的观测距 离约为100 pc (300 光年)。在地球大气层外的Hipparcos 卫星与哈伯望远镜，能用视差法量测更远的恒星，范围可推广到1000 pc。
测量范围最大的是哈伯定律，假若宇宙真的存在边缘，其测量范围可以远至宇宙边缘。 在《黑洞之旅》里，我们介绍过，1929年，美国天文学家埃德温·哈伯(Ed win Hubble)研究发现，几乎所有星系的光线到达人类栖息的地球都是红移的，认为这 些星系相对于我们所在的银河系可能都是远离的，总结出了一个计算星系距离的方法，这就是哈伯 定律：星系远离径向速度与星系距离的关系。其远离的径向速度可用多普勒效应来测量星系的红位 移 ，进而找出星系远离的速度。观测到星系的远离速度Vr，通过哈伯定律可以计算星系的距离d：
d= Vr /H
其中 H 为哈伯常数，等于87 km/(sec*Mpc)，d以Mpc 为单位，一Mpc等于3.26百万光年。
例如， 室女星群(Vigro cluster) 的径向远离速度为 Vr ＝1 180 km/sec， 室女星群与地球的距离为 d = Vr/H = 1180/70 = 16.8 Mpc。
然而，上述计算方法全部依赖于遥远的天体传递到太阳系的光(能量)，通过天体传递 至地球的光(能量)来计算天体的距离。如果光(能量)在向地球传递过程中出现非距离引起的变 化，就会严重影响到天文学家对天体相互之间距离的计算值，误导人类对宇宙的认识。如前所述， 普罗希马—半人马座与太阳系实际距离可能只有150亿公里，如果我们假设光速不变，以光传递 时间和光传递速度(299792.458公里/秒)进行计算，普罗希马—半人马座与太阳系的距离却是37.8万亿公里，相差约2500倍!
跨越时空
星系边缘空间温度超低、压力超低。根据无人宇宙飞船“旅行者2号”1989年8月 对海王星卫星——海卫一的观测结果，表面温度-235℃的海卫一存在冰火山喷发，我们在《太 阳系最后一个黑洞》里讨论过两种可能：海卫一所处附近有限空间宇宙背景温度范围在-550℃ ——-475℃；海卫一内部温度低至-735℃——-435℃。那么究竟哪种可能性更大呢？
若海卫一内部温度低至-735℃——-435℃属实。由于海卫一所在附近有限空间 宇宙背景温度，是不可能低于地球附近有限空间宇宙背景温度3K(-270.15℃)的，这种 可能出现的前提条件必须是，海卫一内部存在某种消耗能量的反应或机制，不断消耗从海卫一表面 及宇宙背景向海卫一内部传递的能量，使得海卫一内部温度维持在-735℃——-435℃，不高于-235℃或-270.15℃。海卫一表面及宇宙背景的能量主要来源于太阳。
表面温度-235℃的海卫一，所处附近有限空间宇宙背景温度范围在可能在-550 ℃——-475℃，低于-273.15℃。海卫一距离太阳约30个天文单位，约4.2光时。
天文学家观测结果，普罗希马—半人马座到太阳系是4.2光年。我们假设在距离太阳 约1光年处开始，有2光年的空间为太阳系与普罗希马—半人马座的星系边缘空间。此边缘空间距 离太阳或者普罗希马—半人马座都超过了1光年。为了讨论的方便，我们姑且把类似的星系边缘空间称为慧心云空间。
毫无疑问，慧心云空间所在宇宙背景温度会低于海卫一附近有限空间的宇宙背景温度。 我们不必作过多讨论，暂且认为也在-550℃——-475℃范围，低于-273.15℃，低于“绝对温度的十亿分之一”。这已经足以支持我们的下述讨论了。
1924年印度物理学家玻色在一篇论文中，提出了一种关于原子
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