超新星的爆炸

在恆星內部鐵核形成之後，並沒有進一步的核融合反應可以提供能量來抵擋萬有引力的收縮。因此核心密度一再升高，整個核心就像是一個超大的原子核一樣。在接下來的某一瞬間，許多電子被質子捕捉，轉變成中子。在這一瞬間，核心物質的性質頓時改變，變得堅硬了些。原先在這核心外圍一起向內收縮的物質一下子反彈子出來，而把更外圍較低密度的物質整個向外炸了開來。這就是超新星的爆炸。

伴隨這整個過程的是極大的能量釋放。首先是許多微中子帶走了絕大部分的能量，而後向外炸開的物質，本身也具有很大的能量，使得這整個星球外圍炸開的物質溫度增高，且放出大量的光。之所以叫做「超新星」是因為它突然變得很亮，像一顆新出現的星星，並且常常有可能亮到幾乎是一整個星系的亮度。在爆炸的那一瞬間，巨大的能量也使得許多比鐵更重的元素得以形成，包括許多放射性元素。

歷史上的超新星

現在天文學家使用略大的望遠鏡做經常性的觀測，每年大概可以發現幾十個超新星。它們都是發生在遙遠的星系裡。在過去，只有比較近的超新星才會被人們所看到，例如我們自己銀河系裡的超新星爆炸。但是這些事件並不多。一個很著名的超新星爆炸發生在西元1054年(宋史天文志中有記載，不過有人對此記載有所質疑)，現在還可以看到它的殘骸，也就是金牛座頭上長長的角邊的蟹狀星雲(圖下)。它也是梅西爾目錄裡排第一號的M1。

中子星

中子星，是恆星演化到末期，經由引力坍縮發生超新星爆炸之後，可能成為的少數終點之一。恆星在核心的氫、氦、碳等元素於核聚變反應中耗盡，當它們最終轉變成鐵元素時便無法從核聚變中獲得能量。失去熱輻射壓力支撐的外圍物質受重力牽引會急速向核心墜落，有可能導致外殼的動能轉化為熱能向外爆發產生超新星爆炸，或者根據恆星質量的不同，恆星的內部區域被壓縮成白矮星、中子星以至黑洞。白矮星被壓縮成中子星的過程中恆星遭受劇烈的壓縮使其組成物質中的電子併入質子轉化成中子，直徑大約只有十餘公里，但上頭一立方厘米的物質便可重達十億噸，且旋轉速度極快，而由於其磁軸和自轉軸並不重合，磁場旋轉時所產生的無線電波等各種輻射可能會以一明一滅的方式傳到地球，有如人眨眼，故又稱作脈衝星。
一顆典型的中子星質量介於太陽質量的1.35到2.1倍，半徑則在10至20公里之間（質量越大半徑收縮得越小），也就是太陽半徑的30,000至70,000分之一。因此，中子星的密度在每立方公分8×10¹³克至2×10¹⁵克間，此密度大約是原子核的密度^[1]。 緻密恆星的質量低於1.44倍太陽質量，則可能是白矮星，但質量大於奧本海默-沃爾可夫極限（3.2倍太陽質量）的恆星會繼續發生引力坍縮，則無可避免的將產生黑洞。
由於中子星保留了母恆星大部分的角動量，但半徑只是母恆星極微小的量，轉動慣量的減少導致了轉速迅速的增加，產生非常高的自轉速率，周期從毫秒脈衝星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有強大的表面重力，強度是地球的 2×10¹¹ 到 3×10¹² 倍。逃逸速度是將物體由重力場移動至無窮遠的距離所需要的速度，是測量重力的一項指標。一顆中子星的逃逸速度大約在10,000至150,000公里／秒之間，也就是可以達到光速的一半。換言之，物體落至中子星表面的速度也將達到150,000公里／秒。更具體的說明，如果一個普通體重（70公斤）的人遇到了中子星，他撞擊到中子星表面的能量將相當於二億噸核爆的威力（四倍於全球最巨大的核彈大沙皇的威力）。

大質量恆星的演化末期

大質量的恆星演化到中心的碳氧核心向內收縮時，因為質量夠大，內縮的萬有引力夠強，以致於電子簡併的壓力不足以抵擋萬有引力，核心於是持續收縮，溫度升高，直到碳和氧可以進行更進一步的融合反應，形成更重的元素，例如氖和鎂。在核心部分，這樣的，收縮融合，再收縮融合，的過程一直接續發生，直到合成鐵為止。

在這些過程當中，恆星的整個體積也是反覆地膨脹與收縮，也因此有很劇烈的質量散失。。它們噴發散失了大量的物質，造成這兩幅特殊的景像。而事實上，它們接下來隨時可能會發生的，則是更壯烈的事件─超新星爆炸。

超新星的爆炸

在恆星內部鐵核形成之後，並沒有進一步的核融合反應可以提供能量來抵擋萬有引力的收縮。因此核心密度一再升高，整個核心就像是一個超大的原子核一樣。在接下來的某一瞬間，許多電子被質子捕捉，轉變成中子。在這一瞬間，核心物質的性質頓時改變，變得堅硬了些。原先在這核心外圍一起向內收縮的物質一下子反彈子出來，而把更外圍較低密度的物質整個向外炸了開來。這就是超新星的爆炸。
伴隨這整個過程的是極大的能量釋放。首先是許多微中子帶走了絕大部分的能量，而後向外炸開的物質，本身也具有很大的能量，使得這整個星球外圍炸開的物質溫度增高，且放出大量的光。之所以叫做「超新星」是因為它突然變得很亮，像一顆新出現的星星，並且常常有可能亮到幾乎是一整個星系的亮度。在爆炸的那一瞬間，巨大的能量也使得許多比鐵更重的元素得以形成，包括許多放射性元素。

歷史上的超新星

暗物質

電影第五元素、電影天使與魔鬼，不同片段，但相同的是主角都在找尋某種神秘的科學物質，這並非電影情節，現實中，科學家們也在極力找尋，它叫做暗物質。大陸學者季向東：「每秒鐘都有成千上萬的暗物質粒子，穿透我們的身體，但是因為它的作用很微弱，所以我們感覺不到它的存在。」

在我們生活的世界裡，物質佔宇宙總質量27%，其中4%是普通物質，包括花草樹木山林河流；另外23%不發光、不反光、不產生輻射的，就是所謂的暗物質，科學家想要找出它的存在，因為暗物質，可能改變人類對天體的認知。

大陸學者李金：「我們觀測到物質的多少，和行星圍繞它轉動的速度，我們算出來發現它的速度，遠比我們算出來的大得多，只有假設這裡面還有更多物質。」

要作暗物質研究，必須避開干擾源，最好是在地底，各國官方砸錢砸人力，現在全球有數十個地底實驗室，其中最深的一個藏在地表2400公尺以下，而這個基地，就在大陸四川。

大陸學者岳騫：「我們要進入的就是錦屏山隧道，它是大陸第二長的隧道，長度有17.5公里，也是我們地下實驗室的入口。」

大陸中央電視台記者：「很奇怪的是，剛才我們是一直開車進來的，並沒有往下走的感覺。」

不像電影惡靈古堡，要坐升降梯直達地底，全球最深的實驗室，隱藏在四川錦屏山脈的中心，大陸官方從山腳挖出一條平行隧道，開車20多分鐘，就能抵達入口。岳騫：「宇宙線就是最重要的一個干擾源，它就像陽光照耀大地一樣，有一些粒子也不斷攻擊大地，地下實驗室越深，對實驗來說越理想。」

12日剛啟用，北京清大科學家已在錦屏地下實驗室動工，明年上海交大團隊也將陸續進駐，一同鑽進地底，捕捉神秘的暗物質。

黑洞概念來自相對論

 黑洞

黑洞概念來自相對論 最早提出黑洞概念的人，是二百多年前的劍橋學者約翰‧米契爾（John Michell, 1724-1793）。雖然在他那個時代只有牛頓的絕對時空概念，但他依然在 1783 年提出與黑洞有關的想法－－當一個物體的脫離速度大到無限大的時候，就連光線也無法逃離它的吸引力。米契爾把想像中的星體稱為「暗恆星」。

1790 年，數學家拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace, 1749-1827）利用牛頓力學公式演算，希望能找到隱形的恆星。奇怪的是，他所用的計算方法是錯誤的，但得到的答案卻是對的。不過這也沒啥大礙，因為在往後的一百多年中，人們對於黑洞依然沒能說出個所以然來。

這個情形直到愛因斯坦廣義相對論出現，把重力想像成一種「由時空彎曲所造成的萬有引力」後，大家循著這個邏輯推導才建立起黑洞的基本概念。

更有意思的是，有一個叫做史瓦茲（Karl Schwarzschild, 1873-1916）的人，竟然從超困難的愛因斯坦方程式中解出一個解，後來才知道，這個解可以用來描述一個不旋轉黑洞（史瓦茲黑洞）的時空結構。緊接著，另一個叫克爾（Roy Kerr, 1934-）的人發現了會旋轉的黑洞。至於黑洞的名稱，則是約翰‧惠勒（John Wheeler, 1911-）在 1967 年提出的，且在那以後的 70 年代，就是人類研究黑洞的黃金時代。


黑洞不黑還很亮
黑洞不但不黑而且還很亮，可能的原因主要有兩個。一是根據 1974 年霍金的黑洞蒸發理論，他把廣義相對論與量子力學合併思考，即根據量子效應，黑洞的表面看上去應該會有物質往外面跑，這就是黑洞輻射。循這推衍，黑洞會被慢慢蒸發。可惜科學家看到黑洞輻射的機率微乎其微，因為小如一個太陽質量的黑洞，它的表面溫度是10⁻⁸K，想要觀測如此低溫的景象，本身就是一個高難度的極限挑戰。更何況，這個黑洞如果被蒸發，需要 10⁶⁴ 年，這又是另一個遙不可及的極限時間。

黑洞很亮的第二個可能原因和重力位能的釋放有關。當物質遭受重力吸引朝黑洞跑去時，因為角動量的影響，這些物質會在黑洞外圍形成一個吸積盤。

由喀卜勒（Johannes Kepler, 1571-1630）的行星運動三大定理可知，當各個氣體繞著黑洞跑時，它的每一個半徑轉速不一樣，這又表示，吸積盤上的兩兩氣體環會互相摩擦，有摩擦就有熱，一旦熱到一定程度就會發射Ｘ光。這些由重力位能轉化成的熱能，會把吸積盤內的氣體（因為非常熱所以任何固體都會被汽化）熱化成電漿。如果吸積盤裡有磁場，電漿可能被加速到接近光速，形成我們觀測到的高能噴流。

另外，有些黑洞會旋轉，有旋轉就有旋轉能量，這些能量也可能被旋轉磁場抽出來放到吸積盤上去，隨即又被轉換成噴流的能源。且當物質掉進一個旋轉非常快的黑洞時，它會把總能量的 42％ 釋放出來。這些快速變化的能量，讓黑洞變得非常光亮。如此說來，我們該用什麼工具觀測黑洞比較好呢？那些散落在宇宙中的黑洞，是不是也有大小等級的分別呢？

宇宙的起源

宇宙的起源

根據推測，宇宙大約是150億年前誕生的，至於在那以前的景像，尚無法想像。宇宙至誕生時起，一直不停地膨脹，目前仍繼續的膨脹中。至於膨脹的原因，到現在還不清楚，不過，剛誕生時的宇宙比現在小的多，倒是可以確定的。
剛誕生的宇宙裡，充滿了目前宇宙所有物質與光，因此，宇宙初期的溫度與密度非常高，是可以想像的到的。但是，正由於非常高溫，不用說是原子，甚至連原子核都無法產生。

宇宙誕生後，0.01秒的狀態，半徑為現今的1千億分之3，溫度高達1千億度，同時，宇宙中還瀰漫著帶有1千億度能量的光，並且還有質子、中子、電子和正電子等基本例子漂浮其中。

電子和正電子剛好是互為粒子和反粒子，所以一相撞就立刻變成光；另一方面，從1千億度的光裡，不斷的產生成對的電子和正電子，因此恰好可以維持平衡。

宇宙的大小

如果把直徑1公釐的蔬菜種子當作地球，則月球是它的四分之一大小，與地球的距離約2.5公分。西元1969年，人類首次超越這個距離，並且登陸月球成功，帶回許多寶貴的資料。
同時，距離2.5公分的400倍距離，即10公尺的位置上，有一個直徑10公分像壘球般的太陽。以這個太陽為中心，直徑8公尺的圓盤就是太陽系。人類徹底探訪太陽系的日子應該為期不遠了。

然而，一旦離刊太陽系，似乎有無窮境的空間。而與我們最近的星球，至少在2700公里以外，這顆星就是毗鄰星（半人馬座α），實際的距離為4.3光年。

以上述假設的比例而言，銀河系的直徑為6千萬公里，而仙女座大星雲為距離12億公里的一個星系。大小與距離真是難以想像。

以這個比例，宇宙的半徑為10兆公里，恰好等於一光年。

test

A single rose left to remember
As a single tear falls from her eyes
Another cold day in December
An year from the day she said goodbye