第十九章 太阳的声音(1 / 1)

如果太空中满是气体,那会如何?

科幻片里有一个典型错误:某个物体在太空爆炸,而我们观众能够听见声音。为什么说它错了呢?因为要听见声音,必须得有声波从源头通过介质传播到我们的耳朵里。地球上有种介质能传播声波:空气。但太空中没有空气,也没有任何其他介质。而没有介质就没有任何声波。做一个合理的设想:纵使你们看见了一起太空爆炸,那也听不见爆炸声。

但如果太空中也有空气,那会发生什么?肯定有听见太空船爆炸的可能。但可惜不会有太空船,也不会有我们,更主要的是,宇宙本身都不会存在。问题不在于空气本身,而是它的质量。

这里需要提到一位不同寻常的先生,名叫阿尔伯特(Albert)。这个人的职业是物理学家,姓爱因斯坦(Einstein),他在1915年完善的理论无疑是其代表作:广义相对论。这是一条关于引力的理论,描述了质量(以及能量)与时空几何的关系。爱因斯坦认为,引力并非传统意义上的力,而是时空扭曲的结果。有质量的物体扭曲周围时空,进而改变附近物体的运动轨迹。这些物体穿梭的那部分时空是弯的,而不是平的。树上掉下来的苹果是因为地球产生的时空扭曲;月亮绕地球转动,是因为虽然它原本想走直线,但其轨道最终却被困在一个弯曲的时空里,有点像一颗弹珠落在了一张因放置重物而下沉的塑料皮上。

有质量的物体控制着时空曲率,而时空曲率又控制着这些物体的轨道。不过,会移动的并不仅仅是有质量的物体:光也在运动,所以它也受引力作用改变方向。宇宙自身也是运动的:它在膨胀。而引力一点也不喜欢这样,它“喜欢”的是附近的物体,并尽可能把物体留在附近。

跳跃时,重力阻止我们离开地球,它希望我们离地球重心越近越好。同样的道理,引力对时空所起的作用是阻碍其膨胀。宇宙的质量越大,引力就越大;引力越大,宇宙膨胀得就越慢。超过一定质量时,引力作用便会战胜膨胀的倾向,最终使宇宙收缩成一个奇点,类似于导致宇宙大爆炸的那个奇点。

“一定质量”是多大?能算出这个质量数,正要归功于广义相对论。我们说的质量大约为1054千克,也就是10万亿亿亿亿亿亿千克。宇宙中现有物体的实际质量小于这一极限,正因此,宇宙依然存在并继续膨胀着,而且非常健康。

但如果宇宙中满是气体呢?在这种情况下,宇宙的质量应远远超出上述极限。这里的“远远”是指1000亿亿亿倍。如果宇宙诞生时的质量就是这个数值,那它应该会迅速塌陷,甚至没有时间形成第一颗恒星,更别说太空船爆炸了。

暂且抛开相对论,假设一个充满气体的宇宙有可能存在,那么,天体向我们传递信息不仅能通过光和其他粒子,还能通过声音。全世界成千上万的科学家将会投入一个新的研究领域,我们称之为“声音天文学”。

不过同以往案例一样,事情没这么简单。拿我们的太阳来举例,它会用引力将周围空气吸过去,使自身质量迅速增加。太阳的引力随之增大,温度也将会升高。它会以更快的速度释放出更多能量,大大缩减自身寿命。已诞生45亿年的太阳现在应该已经消亡了,我们也一样。要听见恒星的声音,我们就得假设这些“空气”是静止的,且不会被恒星吸走以增加它们的质量,而太阳的质量和亮度都保持不变。那么,它会发出声音吗?我们距离这么远,也能亲耳听见吗?

太阳表面其实一点儿也不平静。让我们回忆一下,太阳核心受自身控制,不断发生热核爆炸,产生的巨大能量转移至表面的过程有点儿类似在火上煮一锅水,热水上升并触碰表面,冷却后又落下。太阳内部是同样的情况。这一连串上升、下降的物质在太阳表面变成约1千万个小泡,叫“颗粒”,每个颗粒的大小相当于一个法国。它们在压力的作用下上升、下降,周期为5分钟左右。

不知你们有没有想到,太阳表面的持续振动和扬声器里发生的事情是一样的。只不过,“太阳扬声器”的振动功率为10万亿亿瓦!在距其1.5亿千米的地方,能听到的声音为55分贝左右。这种强度的声音可以在家里或办公室听到。但太阳发出的声音我们却完全感觉不到,因为频率实在太低了。你们还记得吗,表面颗粒一上一下的时间为5分钟,这换算成频率就等于0.003赫兹。而人耳能够听见的最低频率在20赫兹以上。

在一个充满空气的宇宙中,太阳是离我们最近、最强烈的声源,可我们却听不见它的声音。但有一大好处是,我们不用发射昂贵的探测器就能实践运用太阳地震学(eliosismologia)。可别被这个名字欺骗了,太阳上是没有地震的。太阳地震学研究的是压力波对太阳的影响。这能让我们获得有关太阳内部构造的信息,就像地震帮助我们认识地球的内部结构一样。

因为地球上没办法显示太阳的压力波,所以研究它们需发射一些探测器,如1995年的SOHO探测器(Solar and Heliospheric Observatory,太阳和太阳圈探测器),以及2010年NASA发射的太空望远镜SDO(Solar Dynamics Observatory,太阳动力学天文台)。多亏这些探测器,我们观测到了太阳表面运动的细节,并模拟出太阳可能发出的“声音”。将频率提升1万倍,就能听到这个声音了:略似某个机器中金属摩擦的声音。这个声音来源于太阳表面的引力和压力之间不断进行的、不分胜负的斗争。

真可惜不能亲耳听到太阳发出的声音。但也许这样更好,否则就没有太阳了,可能也没有我们,甚至连宇宙也不存在。仅仅为了听见太空船爆炸的声音就让宇宙充满空气,那可真是得不偿失。