美國天文學家在獵戶星座中發現了一顆巨大的原恒星，同時，他們在獅子座發現了宇宙中迄今為止最大的星團集合。科學家們説，這次的最新發現動搖了“大爆炸”理論——
日前，美國天文學家通過哈勃望遠鏡在獵戶星座中發現了一顆巨大的原恒星，這顆原恒星正處於其演化階段的極早期，它距離地球約6000光年，品質達到了太陽的約10倍，人類還是第一次發現如此巨大的原恒星。從哈勃望遠鏡拍攝的照片上，天文學家還首次在這顆巨大的原恒星周圍，發現了與它差不多大小的星雲盤。專家推測，在這個星雲盤中可能會有行星形成。新發現的巨大原恒星的“年齡”估計在20萬年左右，在恒星中只能算是嬰兒。
幾乎與此同時，美國天文學家還宣佈，他們在獅子座發現了宇宙中迄今為止最大的星團集合，該星團集合由幾十億顆恒星和類星體組成，直徑為600萬光年，該星團距離地球為65億光年。
上述兩項新發現所産生的欣喜尚未褪去，煩惱的事情卻已經出現：翻遍人類所有的科學理論模型，都無法對新發現的自然現象做出系統的表述和令人信服的科學解釋。科學家們説，這次的最新發現對現有的宇宙形成學説構成了空前的挑戰。
現代的宇宙形成學説
現代宇宙學説中最有影響的就是宇宙大爆炸理論，與其他宇宙模型相比，它能説明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們所處的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。
“大爆炸”説認為，在這個時期裏，宇宙體系並不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模巨大的爆發。根據這一觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，約有100億攝氏度以上。物質密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹，隨之溫度很快下降。當溫度降到10億攝氏度左右時，中子開始失去自由存在的條件，它要麼發生衰變，要麼與質子結合成重氫、氦等元素；化學元素就是從這一時期開始形成的。當溫度進一步下降到100萬攝氏度後，早期形成化學元素的過程結束。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千攝氏度時，輻射減退，宇宙間主要的氣態物質逐漸凝聚成氣雲，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸模型能統一地説明以下幾個觀測事實：
1、大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降後産生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降到今天這一段時間為短，即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
2、觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。
3、在各種不同天體上，氦密度相當大，而且大都是30％。用恒星核反應機制不足以説明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，産生氦的效率也很高，則可以説明這一事實。
4、根據宇宙膨脹速度以及氦密度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創始人之一伽莫夫曾預言，今天的宇宙已經很冷，只有絕對溫度幾度。1965年，在微波波段上探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約為3K（絕對溫度值）。
原恒星是重要轉捩點
根據現今的“瀰漫説”的理論，恒星的形成可分為兩個階段。首先，宇宙中稀薄的物質先凝聚成星雲並收縮成原恒星，然後，原恒星才慢慢向恒星發展。
恒星通常是在星際氣體中誕生的。在宇宙中，星際空間普遍存在極稀薄的物質，並且由於分佈不均勻而分裂成團塊，分裂後的物質向中心凝聚，逐漸成為瀰漫星雲。瀰漫星雲在逐步凝聚收縮的過程中，進一步分裂，變成體積和品質更小而密度卻更高的小球狀星雲。當星際氣體的密度增加到一定的程度時，由於其內部引力比氣體壓力增長得要快，氣體雲開始縮小。這樣的傾向一産生，其本身的引力便促使星際氣體的密度同時升高。品質大得驚人的星際物質變得不穩定起來。在引力作用下，這些星際氣體與塵埃物質收縮、凝聚，並且這種變化的速度越來越快、越來越猛烈。部分氣體成為體積較小的雲團，這些較小的雲團逐漸發展成為一顆顆的恒星，並且這些恒星多為“一鼓作氣”而且是大批量地誕生。
恒星的具體誕生過程是，假如有一星際氣體的密度為每立方釐米六萬個氫原子，大大超過一般星際物質（每立方釐米一個氫原子）的密度指標。最初這團氣體是透光的，氣團中的塵埃不受周圍氣體的牽制，暢行無阻地傳到外空。氣體以自由落體的方式落到中心，星際物質在中心區逐漸積聚起來。本來品質分佈均勻的一團物質，變成了越往裏密度越大的氣體球。中心附近的重力加速度越來越大，內部區域物質的運動速度的增長突出。在這時，幾乎所有的氫原子都結合成分子，氣體的溫度很低。此時的氣團仍然很稀薄，一切輻射都能往外穿透。經過幾十萬年後，中心區的密度逐漸變大，那裏的氣體對於輻射來説變得不透明瞭。此時，核心溫度開始升高，並且隨著溫度的上升，壓力開始變大，收縮與凝聚停止了。這個密度特別大的中心區半徑和木星軌道半徑差不多，而它所含的品質只涉及全部物質的0.5％。
直至溫度達到2000攝氏度左右，氫分子開始分解成為原子。於是核心再度收縮，到收縮時釋放出的能量把全部的氫都重新變為原子。這個新生的核心比今天的太陽稍大一些，不斷向中心跌下的全部週邊物質最終都要落到這個核心上，一顆品質和太陽一樣的恒星就要形成了。
因為這樣的核心是逐漸轉變為恒星的，所以被稱之為“原恒星”，它的輻射消耗主要由落到它上面的物質的能量來補充。由於密度和溫度在升高，原子漸漸地丟失了它們的外層電子，成為電離原子。由於落下的氣體和塵埃形成了厚厚的外殼，它的光穿透不出來。直至越來越多的下落物質和核心聯成一體時，外殼才透光，星體就以可見光突然涌現出來。其餘的雲團物質還在不斷向它落下，它的密度在增大，因而內部溫度也在上升。當其中心溫度達到1000萬攝氏度時，氫聚變開始，一顆原始的恒星就這樣誕生了。
新發現帶來挑戰
日益進步的科技手段，層出不窮的新發現，使得科學家們對大爆炸理論産生了疑惑。有人提出，如果宇宙是在約100億年前從一個極小的點誕生的，從那裏誕生了時間和空間、品質和能量，從而由物質小微粒聚整合大團的物質，最終形成星系、恒星和行星等。在大爆炸發生前，宇宙中沒有物質，沒有能量，甚至沒有生命。那麼，大爆炸理論卻無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣，或者確切地解釋清楚發生這次大爆炸的原因是什麼？科學界對此也莫衷一是。
英國著名理論物理學家斯蒂芬 霍金對宇宙的起源曾提出了自己的最新解釋，即宇宙有始而無終。
霍金與其合作者、英國康橋大學數學物理教授圖羅克最新提出的“開放暴脹”理論認為，宇宙最初的模樣像一個豌豆大小的物體，懸浮于一片沒有時間的真空，“豌豆”狀的宇宙存在的時間與“大爆炸”相隔一個極短瞬間。該理論認為，“豌豆”狀的宇宙在“大爆炸”前的瞬間內經歷了被稱為“暴脹”的極其快速的膨脹過程。另外，霍金和圖羅克還根據“開放暴脹”理論推斷，宇宙最終將無限地膨脹下去，而不是像一些天文學家所認為的，膨脹到一定程度後會在引力作用下收縮。霍金和圖羅克的新理論在科學界引起了不同的反應。英國的一些著名天文學家指出，霍金的新理論完全是按照物理學定律純理論推算的結果，它是否揭示了宇宙的本質還有待於實際觀測的考驗。
印度科學家也認為，宇宙在最初的時候是一個被稱為“創物場”的巨大的能量庫，而不是大爆炸理論所描述的沒有時間、沒有空間的模式。在這個能量場中不斷發生爆炸，逐漸形成了宇宙的雛形。此後在密度更大的巨大物體周圍，在強大的引力波作用下不斷發生小規模的爆炸，導致小範圍空間的膨脹，而且膨脹的速度並非是勻速的。這些時快時慢的小規模膨脹綜合在一起，形成了大尺度範圍內宇宙的膨脹。但迄今為止，“引力波”還只是科學家的一種假設，有待實驗數據的檢驗。
這次美國天文學家在獵戶星座及獅子座的最新發現，為研究宇宙的誕生和演變提出了新的問題與挑戰。根據“大爆炸”説及目前的普遍認識，宇宙是在一次大爆炸後産生的，到現在有約100億年的歷史，但是這次在獅子座新發現的星團，至少在65億年前就形成了，這就意味著，在宇宙剛形成不久就有了這樣的重力集中，這是現在的任何一種宇宙學説都無法解釋清楚的，它無疑構成了對現有宇宙形成學説空前的挑戰。正像美國的一位天文學家所説的：新的發現，又為科學的進步設置了一道不高不低的門檻兒。
《光明日報》 2001年5月11日
