１、什么是科学的研究方法？
所谓科学的研究方法，很明显就是科学工作者在从事某项科学发现时所采用的方法。但是。这个过于简单的说明对我们没有多大帮助。能不能对这个问题作出更详细的说明呢？
好吧！我们可以描述一下这个问题的一个理想答案。
（１）在进行科学研究时，应当首先认识到问题的存在。例如，在研究物体的运动时，首先应当注意到物体为什么会像它所发生的那样进行运动，亦即物体为什么在某种条件下会运动得越来越快（加速运动），而在另一种条件下则会运行得越来越慢（减速运动）。
（２）要把问题的非本质方面找出来，加以剔除。例如，一个物体的味道对物体的运动是不起任何作用的。
（３）要把你能够找到的、同这个问题有关的全部数据都收集起来。在古代和中世纪，这一点仅仅意味着如实地对自然现象进行敏锐观察。但是进入近代以后，情况就有所不同了，因为人们从那时起已经学会去模仿各种自然现象，也就是说，人们已经能够有意地设计出种种不同的条件来迫使物体按一定的方式运动，以便取得与该问题有关的各种数据。例如，可以有意地让一些球从一些斜面上滚下来；这样做时，既可以用各种大小不同的球，也可以改变球的表面性质或者改变斜面的倾斜度，等等。这种有意设计出来的情况就是实验，而实验对近代科学起的作用是如此之大，以致人们常常把它称为“实验科学”，以区别于古希腊的科学。
（４）有了这些收集起来的数据，就可以作出某种初步的概括，以便尽可能简明地对它们加以说明，亦即用某种简明扼要的语言或者某种数学关系式来加以概括。这也就是假设或假说。
（５）有了假说以后，你就可以对你以前未打算进行的实验的结果作出推测。下一步，你便可以着手进行这些实验，看看你的假说是否成立。
（６）如果实验获得了预期的结果，那么，你的假说便得到了强有力的事实依据，并可能成为一种理论，甚至成为一条“自然定律”。
当然，任何理论或自然定律都不是最后定论。这一过程会一次又一次地重复下去。新的数据，新的观察和新的实验结果将不断出现，旧的自然定律将不断为更普遍的自然定律所替代，因为这些新的定律不但能说明旧定律所能解释的各种现象，而且还能说明旧定律所不能解释的一些现象。
以上这些，正如我已经说过的，是一种理想的科学研究方法。但是在真正的实践中，科学工作者并不需要像做一套柔软体操那样一步一步地进行下去，而且他们通常也不这样做。
比起旁的事情来，像直觉、洞察力甚至运气这一类因素常常更起作用。在整部科学史中充满了这样的例子。有不少科学家仅仅根据很不充分的数据和很少一点实验结果（有时甚至一点实验结果也没有），便突然灵机一动，得出了有用的、合乎事实的论断。这样的论断，如果按部就班地通过上述理想的科学研究方法进行，就可能要用好几年的时间才能得到。
例如，凯库勒就是在邮车上打瞌睡的时候，突然领悟到苯的化学结构的。洛维则在半夜醒来的时候，突然得到了关于神经刺激的化学传导问题的答案。格拉泽却由于无聊地凝视着一杯啤酒，才得到了气泡室的想法。
然而这是不是说，一切都是凭好运气得来的，根本不需要动脑筋去思考呢？不，绝对不是的。这样的“好运气”只有那些具有最好领悟力的人才会碰上，换句话说，有些人之所以会碰上这样的“好运气”，只是因为他们具有十分敏锐的直觉，而这种敏锐的直觉则是依靠他们丰富的经验、深刻的理解力和平时爱动脑筋换来的。

３、两个或两个以上彼此并不知道对方所做工作的科学家，为什么时常会提出同样的理论？
回答这个问题的一个最简便办法，是直截了当地说，这是因为科学家并不是在真空中工作的。这也就是说，他们全都深深地卷入到当时的科学结构和科学进步之中，并同时面对着同样一些问题。
例如，在十九世纪上半叶，物种进化的问题在很大程度上仍然是个悬而未决的问题。有一些生物学家曾经激烈反对这种看法，然而另外一些生物学家则在那里积极地推测这种进化可能引起的后果，并竭力寻找物种进化的证据。尽管他们当中既有人反对，也有人支持这种看法，但几乎每一个生物学家都在思考这个问题，这是当时的实际情况。当时的主要问题是：
如果确实发生了物种进化，那么，到底是什么因素导致这种进化的呢？
在英国的达尔文当时正在思考这个问题。在东印度群岛的另一个英国人华莱士也在思考着同样的问题。这两个人都是周游世界的旅行家，都进行了类似的观察；而且在思考这个问题的关键时刻又都同时阅读了马尔萨斯的一本著作。马尔萨斯在这本著作中谈到了人口不断增长对人类所发生的影响。当时，达尔文和华莱士两人都开始思考这样一个问题：生物数量的增加对所有物种所造成的压力。哪一些个体会生存下去，而哪一些个体将不能生存下去？结果，他们两人都得出了通过生物的自然淘汰而进行物种进化的新理论。
但是，上面所说的这些还不算是最令人惊讶的。因为这两个人都以同样的方式研究同样一个问题，都对同一些事实进行观察，而又都阅读了同一本由另一个人所写的书，因此就很可能得出相同的答案。
到了十九世纪后半叶，许多生物学家都试图弄清生物遗传机理。有三个分别住在三个不同国家的人，竟在同一时期以同样的方式研究了这个问题，并得出了相同的结论。而且这三个人在查阅过去的文献时，又都不约而同地发现了另一个人（孟德尔）早在三十四年前就已经发现的、但一直没有引起人们注意的遗传规律。
十九世纪八十年代对科学工作者所提出的一项巨大任务，是如何能够以低成本生产出铝。当时，人们虽然已经知道了铝的特性和用途，却很难从铝矿石中把它提炼出来。要从这项发现中发财致富，完全取决于能否研究出一种容易实现的技术。我们很难查明，到底有多少化学工作者当时曾经以另一些化学工作者已经取得的同一些经验为依据来研究这个问题。但是我们已经知道，有两个人在同一年——１８８６年——得出了同样的答案。其中一个是美国的霍尔，另一个是法国的赫鲁特。这一点，似乎并不使人感到十分奇怪，令人感到惊讶的倒是：这两个人不但姓氏的第一个字母都是Ｈ，并且两人既都生于１８６３年，又都死于１９１４年。

4、什么是戈德尔证明？戈德尔证明是否说明真理是不可得知的？
从欧几里得（2200年前）以来，数学家一般都是从某些称为“公理”的陈述出发，推导出各种有用的结论。
从某种意义上说，这几乎就像是一种必须遵守两条规则的游戏。第一，公理应当尽量少。如果你能从某一条公理推导出另一条公理，所么，所推导出的那条公理就不能作为公理。
第二，公理必须是没有内在矛盾的。绝不允许从某一公理推导出两个相互矛盾的结论。
任何一本中学几何课本都要先列出一组公理：通过两点只能作一条直线；整体等于各个部分之和，等等。在很长一段时间内，人们都把欧几里得的公理看作是唯一可用来建立没有内在矛盾的几何学的公理，从而把这些公理看作是“真公理”。
但是，到了十九世纪，有人证明了欧几里得的公理是可以用某些方式来加以改变的，因而可以建立另外一种不同的几何学，即“非欧几里得几何学”。这两种几何学虽然各不相同，但每一种几何学都不具有内在矛盾。从此以后，人们如果要问哪一种几何学是真几何学，就没有意义了。如果要问，就只能问哪一种几何学更有用些。
事实上，我们可以用许多组公理来建立几种各不相同但又各自并不具有内在矛盾的数学体系。
在任何一种这样的数学体系中，你都必定不可能根据它的公理推导出既是如此又非如此的结论，因为如果这样的话，这个数学体系就不可能不具有内在矛盾，就会遭到淘汰。
但是，倘若你能做出一种陈述，并且发现你不能证明它既是如此又非如此的话，又将怎么样呢？
假如我说：“我现在所说的是假话”。
是假话吗？如果是假话，那么，我在说假话这件事就是假的了，因此，我必定在说真话。如果我在说真话，那么我在说假话这件事就是真的了，因此，我确实在说假话。我可以永无休止地来回这样说，结果，将永远无法证明我所说的到底是如此，还是并非如此。
假如你能对这些逻辑公理进行调整，以排除上面所说的这种可能性，那么，你能不能找到另外的方法来做出这样一种既是如此，又非如此的说法？
1931年，一位奥地利数学家戈德尔终于提出一个有力的证明，他指出，对于任何一组公理，你都能做出既不能根据这些公理来证明事实确是如此，也不能根据这些公理来证明事实确非如此的说法。从这个意义上讲，任何人都不可能建立出一种可以凭此推导出一个完美无缺的数学体系的公理。
这是不是意味着我们永远不可能找到“真理”呢？当然不是的。
第一，因为一种数学体系不完美，并不意味着它所包含的东西是“假的”。如果我们不想超出这样的数学体系的限度来应用它，它就仍然是极其有用的。
第二，戈德尔证明只适用于数学中所应用的那几种演绎体系。但是演绎并不是发现“真理”的唯一办法。任何公理都不能帮助我们去推导出太阳系的大小。太阳系的大小是通过观察和测量而得出的——观测是得到“真理”的另一途径。

６、什么是虚数？
大多数人最为熟悉的数有两种，即正数（＋５，＋１７．５）和负数（－５，－１７．５）。负数是在中世纪出现的，它用来处理３－５这类问题。从古代人看来，要从三个苹果中减去五个苹果似乎是不可能的。但是，中世纪的商人却已经清楚地认识到欠款的概念。“请你给我五个苹果，可是我只有三个苹果的钱，这样我还欠你两个苹果的钱。”这就等于说：（＋３）－（＋５）＝（－２）。
正数及负数可以根据某些严格的规则彼此相乘。正数乘正数，其乘积为正。正数乘负数，其乘积为负。最重要的是，负数乘负数，其乘积为正。
因此，（＋１）×（＋１）＝（＋１）；（＋１）×（－１）＝（－１）；（－１）×（－１）＝（＋１）。
现在假定我们自问：什么数自乘将会得出＋１？或者用数学语言来说，＋１的平方根是多少？
这一问题有两个答案。一个答案是＋１，因为（＋１）×（＋１）＝（＋１）；另一个答案则是－１，因为（－１）×（－１）＝（＋１）。数学家是用√￣（＋１）＝±１来表示这一答案的。（碧声注：（＋１）在根号下）
现在让我们进一步提出这样一个问题：－１的平方根是多少？
对于这个问题，我们感到有点为难。答案不是＋１，因为＋１的自乘是＋１；答案也不是－１，因为－１的自乘同样是＋１。当然，（＋１）×（－１）＝（－１），但这是两个不同的数的相乘，而不是一个数的自乘。
这样，我们可以创造出一个数，并给它一个专门的符号，譬如说＃１，而且给它以如下的定义：＃１是自乘时会得出－１的数，即（＃１）×（＃１）＝（－１）。当这种想法刚提出来时，数学家都把这种数称为“虚数”，这只是因为这种数在他们所习惯的数系中并不存在。实际上，这种数一点也不比普通的“实数”更为虚幻。这种所谓“虚数”具有一些严格限定的属性，而且和一般实数一样，也很容易处理。
但是，正因为数学家感到这种数多少有点虚幻，所以给这种数一个专门的符号“ｉ”(imaginary)。我们可以把正虚数写为（＋ｉ），把负虚数写为（－ｉ），而把＋１看作是一个正实数，把（－１）看作是一个负实数。因此我们可以说√￣（－１）＝±ｉ。
实数系统可以完全和虚数系统对应。正如有＋５，－１７．３２，＋３／１０等实数一样，我们也可以有＋５ｉ，－１７．３２ｉ，＋３ｉ／１０等虚数。
我们甚至还可以在作图时把虚数系统画出来。
假如你用一条以０点作为中点的直线来表示一个正实数系统，那么，位于０点某一侧的是正实数，位于０点另一侧的就是负实数。
这样，当你通过０点再作一条与该直线直角相交的直线时，你便可以沿第二条直线把虚数系统表示出来。第二条直线上０点的一侧的数是正虚数，０点另一侧的数是负虚数。这样一来，同时使用这两种数系，就可以在这个平面上把所有的数都表示出来。例如（＋２）＋（＋３ｉ）或（＋３）＋（－２ｉ）。这些数就是“复数”。
数学家和物理学家发现，把一个平面上的所有各点同数字系统彼此联系起来是非常有用的。如果没有所谓虚数，他们就无法做到这一点了。

８、当一个不可抗拒的力遇到一个什么力都不能使之运动的物体时，将会发生什么情况？
这是一个经过无数次反复辩论的古典难题。
在我把答案告诉你之前，有必要先明确以下几点。凡是按合理的技巧来探索宇宙秘密的“游戏”，也要和其他游戏一样，必须遵循一定的规则来进行。当两个人要在一起进行有意义的讨论时，他们首先必须就以下两点取得一致：第一，双方所使用的符号（字眼或其它）都应当代表一定的涵义；第二，双方都必须按照这种涵义来表达自己的意见。
凡是按一致同意的定义讲不清的问题，都应当扔在一边。这样的问题是没有任何答案的，因为这样的问题根本就不应该提出来。
例如，假定我提出这样一个问题：“正义有多重？”也许我正在想象一个手里拿着秤的瞎眼审判官的形象。
但是，重量是质量的一种性质，只有物质才有质量。确实，如果要给物质下一个最简单的定义，可以把它定义为“有质量的东西”。
正义并不是一种物质，而是一种抽象的东西。根据定义，质量并不是正义的一个特性，所以问正义有多重，是提出一个无意义的问题。这是一个没有答案的问题。
又如，通过一系列非常简单的代数运算，我们有可能证明１＝２。唯一的麻烦是，在证明的过程中，我们必须除以０。为了避免这类会引起麻烦的等式（更不用说其他一些会把数学的有用性毁掉的证明了），数学家曾规定在任何数学运算中都不允许应用“除以零”这个算式。因此，“分数２／０的值是多少”这个问题，也违背了“游戏”的规则，因而也是没有意义的。这个问题也没有答案。
现在，我们可以回过头来回答上面所提出的问题了：当一个不可抗拒的力遇到一个什么力都不能使之运动的物体时，将会发生什么情况？
所谓“不可抗拒的力”，按定义（如果这些字确实有一定涵义的话），就是一种无法抗拒的力，也就是任何物体（不管这个物体有多大）遇到它都会发生运动或遭到毁灭，但其本身则不会发生可觉察到的削弱或偏转的力。因此，宇宙中只要有这种不可抗拒的力，就不可能有一个什么力都不能使之运动的物体，因为我们刚才已经把不可抗拒的力定义为能使一切东西发生运动的力了。
所谓“什么力都不能使之运动的物体”，按定义（如果这些字确实有一定涵义的话），无非就是任何力（不管这个力有多大）遇到它都将被它所吸收、而它则不会因为这个力而发生可觉察的变化或损伤的物体。在任何一个存在这样一个物体的宇宙中，就不可能同时存在不可抗拒的力这类东西，因为我们刚才已经把什么力都不能使之运动的物体定义为一个能抵抗任何力的物体了。
由此可见，如果我们所提的问题是说这两样东西（不可抗拒的力和什么力都不能使之运动的物体）同时存在的话，那么，我们所提的问题显然已经背离了这两个词本身所包含的定义，而这是这种推理游戏的规则所不允许的。因此，这个问题是一个没有意义的问题，它是没有答案的。
你也许会提出一个疑问：定义既然可以被定得如此严密，那么，岂非任何人都不可能提出无法回答的问题了吗？正如我们在回答前面第４个问题（碧声注：关于戈德尔证明的问题）所解释的，事实当然并不是这样。

９、宇宙中到底有多少粒子？
实际上，这个问题不可能有肯定的答案，这首先是因为没有人能确切地知道宇宙有多大。但是，我们可以作一些假设。
有人曾作过一个估计，认为在我们这个宇宙中大约有１００，０００，０００，０００（亦即１０11）个星系。这些星系，平均来说，每一个的质量都比太阳的质量大１００，０００，０００，０００（亦即１０11）倍。
这就等于说，宇宙间物质总量等于太阳质量的１０11×１０11（亦即１０22）倍。换句话说，宇宙间的全部物质足够形成１０，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００（亦即１０22）个太阳。
太阳的质量是２×１０33克。这就等于说，宇宙间的全部物质的质量是１０22×２×１０33（或者说２×１０55）克。这个数字可以写为２０，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００克。
现在让我们再从另一个方面来看一看。宇宙的质量几乎完全集中在它所含有的核子中（核子是组成原子核的主要粒子）。核子是很小很小的东西，需要有６×１０23个核子才能构成一克物质。
既然需要有６×１０23个核子才能构成一克物质，既然宇宙中含有２×１０55克物质，那么宇宙间总共就应该有６×１０23×２×１０55（或者说１２×１０78个核子。为方便起见，可以把这个数字写为１．２×１０79。
天文学家认为，宇宙间有９０％的原子是氢，９％的原子是氦，其余１％则是各种更为复杂的元素。就是说，在含有１００个原子的一个典型样本中应当含有９０个氢原子，９个氦原子和１个别的原子（比方说一个氧原子）。我们知道，每个氢原子的原子核有一个核子，即质子。每个氦原子核含有４个核子，即２个质子和２个中子。每个氧原子核含有１６个核子，即８个质子和８个中子。
因此，这１００个原子总共应当含有１４２个核子，亦即１１６个质子和２６个中子。
这两类核子有一个区别。中子不带电荷，因此不必去考虑同它相伴随的粒子（电子）。质子带正电荷，因此，既然整个宇宙被认为是电中性的，所以只要有一个质子存在，就应该有一个电子（带有一个负电荷）和它同时存在。
这样，每有１４２个核子，就应该有１１６个电子（以便和１１６个质子相平衡）。为了保持这一比例，宇宙间的１．２×１０79个核子就应该伴随有１×１０79个电子。把这些核子和电子加在一起，我们就得出宇宙间全部物质所含粒子总数应为２．２×１０79。我们可以把这个数字写为２２，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，０００。
如果宇宙是由一半物质和一半反物质组成，那么，这些粒子中就应当有一半是反核子和正电子。但是，这并不影响总数。
宇宙间大量存在的另一些粒子是光子、中微子，也许有引力子，但它们都是没有质量的粒子，所以没有把它们计算在内。因此，总的说来，我们这个宇宙共有２２×１０78个粒子。它们构成了一个相当大的宇宙。

10、宇宙中的物质是从哪里来的？宇宙外面又是什么东西呢？
第一个问题可以说是一个没有人能够回答的问题。
科学并不保证所有的问题都有答案。只有在人们获得了足够的资料之后，科学才能向人们提供一个作出回答的方案。但是迄今为止，我们还没有掌握足够的资料来告诉我们宇宙间的物质究竟是从哪里来的。
然而，即使如此，我们仍然可以作一些推测。我自己就曾经想过，在宇宙间可能存在有某种称为“负能量”的东西，这种“负能量”和普通的“正能量”完全一样，所不同的仅仅是，同等数量的“负能量”和“正能量”加在一起，将会成为“乌有”（正如＋１和－１相加等于零一样）。
反之，“乌有”则可能突然转变为一团“正能量”和一团等量的“负能量”。如果事情确是如此，那么，这一团“正能量”就可能发展成为我们现在所知道的这个宇宙，与此同时，还可能在别的什么地方存在一个相应的“负宇宙”。
但是“乌有”又怎么会突然变成两团相反的能量呢？
为什么不会呢？如果０＝（＋１）＋（－１），那么，这个零所代表的东西就完全有可能变成＋１和－１。也许在一个“乌有”的无限海洋中，会经常不断地形成大小相等的一对对正能量团和负能量团，以后，在它们经历了进化演变之后，又一次相互结合在一起而成为“乌有”。而我们现在则正好处在“乌有”与“乌有”之间的一个时期内的一个能量团中，并在对它感到奇怪。
当然，上面所说的仅仅是一种推测。迄今为止，科学工作者既未探测到任何像“负能量”这样的东西，也未找到任何理由来使他们设想宇宙间可能存在有这样的负能量。因此，除非他们有朝一日终于发现了这样的负能量，否则我的设想将是毫无意义的。
至于第二个问题，即宇宙之外是什么这个问题，我的回答是：宇宙之外是一个非宇宙。
你看了这个答案，也许会说“你的这个答案丝毫也不说明什么问题”。你的话也许是对的，但是从另一方面讲，在实际生活中往往就有许多问题是得不到有意义的回答的（例如“天到底有多高？”）。所以，这一类问题都是“没有意义的问题”。一般说来，科学工作者甚至根本不愿去思考这类毫无意义的问题。
然而，我们是不是可以从另一个角度来想一想这个问题呢？
假定你是北美大陆中部的一只具有高度智慧的蚂蚁，而且还是一只一辈子都在“旅行”的蚂蚁。在这种情形下，在你不断向前走的过程中，你已经走过了一平方米又一平方米的地面，同时你还发明了一个小望远镜，使你能看到你前方几公里以外的地面。在这种情况下，你一定会认为这块地面是无边无际的。
但是你也许会提出一个疑问：这块地面是否有一个尽头呢？这样一来，就会进一步产生一个使你感到困惑的问题：“如果这块地面是有尽头的，那么，在尽头的那一边将是什么东西呢？”
当然，你所以会提出这个问题，是因为你唯一体验到的仅仅是地面。你从来没有见到过海洋，对海洋一无所知，因此，你除了陆地以外，不可能想象出别的什么东西。在这种情况下，你就很可能会这样回答：“如果陆地真是有尽头的话，那么，在陆地的那一边一定是一块非陆地，不管这块非陆地到底是什么东西。”这样看来，这样的回答应该说是对的吧！
既然如此，如果我们把宇宙定义为物质、能量及由这些物质和能量所充填的空间这三者的总和，并且宇宙真是有尽头的话，那么，在宇宙尽头之外的就应该是散布在这个非空间的非物质和非能量。总之，是一个非宇宙。
如果这个宇宙是起源于一团正能量，而这团正能量是和一团负能量一起由“乌有”形成的，那么，这个宇宙尽头之外的就应当是“乌有”，而这个所谓的“乌有”也许就是非宇宙的另一种叫法。


12、什么是宇宙尘？它们是从哪里来的？
根据最新的天文学理论，星系最初是一团团巨大的气尘凝聚体，这些气尘凝聚体缓慢地旋转，分裂成为湍动的涡流，最后凝结成为恒星。在大量形成恒星的天区，所有的气尘实际上都会分别和其中某一颗恒星结成一体，因而气尘很少会或者完全不会留在星系空间中。在球状星团中，在椭球星系中以及在旋涡星系的中心部分，情况确实是这样。
但是在旋涡星系的外缘，这种过程就不会进行这样彻底。由于所形成的星星为数较少，所以留下的气尘就会多一些。正因为我们处在银河系的旋臂上，所以我们能看到尘云在银河的辉光中形成一些暗斑。银河系的中心也正是被这些尘云遮住，才显得模糊不清。
形成宇宙的物质，绝大部分是氢和氦。氦原子一般是不会彼此结合的。氢原子虽然会彼此结合，但一般只彼此结合成对而形成氢分子（Ｈ２）。这就意味着，处于恒星与恒星之间的绝大多数物质是由一个个很小的氦原子和一个个很小的氢原子和氢分子组成。这些物质形成了大量散布在恒星与恒星之间的星际气体。
星际尘（或者宇宙尘）的数量比星际气体少得多，它们是由粒子组成的。这些粒子虽然也很小，但却比单个原子或分子大得多，因此它们一定含有除了氢和氦以外的其他原子。
除了氢和氦以外，宇宙间另一种最普通的原子是氧。氧原子能和氢结合而形成氢氧基（ＯＨ）和水分子（Ｈ２Ｏ）。氢氧基和水分子具有能够同它们所遇到的任何其它基团及分子相结合的倾向。正因为如此，宇宙间会逐步形成由许许多多这样的分子所组成的微粒。绝大部分宇宙尘很可能就是由氢氧基和水分子所组成。一直到１９６５年，天文学家才开始在宇宙间探测到氢氧基，并开始研究它们的分布情况。从这以后，不断有报道说，宇宙空间存在既含有氢和氧、也含有碳原子的更复杂的分子。
由此看来，宇宙尘中一定也含有不及氢、氧和碳那么普通的原子所组成的原子团。科学工作者已经在星际空间探测到钙原子、碘原子、钾原子和铁原子，他们是通过这些原子所能吸收的光而探测到它们的。
在我们的太阳系内，也存在类似的宇宙尘，这些宇宙尘很可能是由彗星造成的。在太阳系可见范围以外，可能有一个由大量彗星所组成的彗星壳，其中有一些彗星（也许是由于附近恒星的引力作用）向太阳的方向掉落。彗星是一团金属和岩石小碎片，这些碎片由冰加上冻结的甲烷、氩和其它这类物质结合成松散的团块。每当彗星走近太阳时，彗星中的某些物质便会因受热而融化，结果，其中的微小固体颗粒便获得了自由，并以一条长长的尾巴的形式散布在宇宙空间中。最后，这个彗星将完全崩解。
在太阳系的历史中已经有无数彗星发生了这样的崩解，正因为如此，太阳系的内圈才会到处散布有这样的宇宙尘，每天都有数十亿这样的宇宙尘粒子（“微陨石”）落到地球上。从事宇宙研究的科学家都对这些“微陨石”感兴趣，他们之所以对此感兴趣，固然有种种原因，其中的原因之一，是因为有一些较大的微陨石可能会给未来的宇航员或登月移民造成危害。

13、什么是脉冲星？
１９６７年夏天，剑桥大学的赫维什和他的合作者，在十分偶然的情况下，探测到来自天空的一种从未探测到的射电辐射。这种射电辐射是非常有规则的、每隔１又１／３秒出现一次的脉冲。更确切地说，这种脉冲每隔１．３３７３０１０９秒出现一次，发出这种脉冲的辐射源后来就被称为脉冲星。
接着，在这以后的几年中，天文学家又陆续发现了很多这样的脉冲星。说到这里，你们也许会提出一个疑问：脉冲星为什么未能更早发现呢？这是因为每一颗脉冲星虽然在一次脉冲当中都会辐射出大量的能量，但这些脉冲是如此的短暂，因此，射电波的平均强度是很低的。这就是天文学家为什么一直没有发现他们的原因。此外，由于天文学家在这以前都认为射电源是以稳定的水平辐射发出能量的，因此他们都没有去认真寻找这样的脉冲。
后来，在蟹状星云中发现了一颗脉动得特别快的脉冲星，同时还发现这颗脉冲星能在可见光的范围内发出辐射，而且光的闪烁正好和射电辐射的时间相一致。天文学家以前虽然曾多次观测到这颗脉冲星，但都以为它不过是一颗普通的恒星，因此从未有人试图用足够灵敏的、能发现它每秒钟会闪烁三十次的这样一种观测仪器去对它进行观测。一颗脉动得这样快的脉冲星，如果单凭肉眼或者仅仅依靠普通的仪器来进行观察，它的光就似乎是很稳定的。
然而，脉冲星到底是一种什么样的星呢？一个天体如果会以周期性的间歇发射出能量的话，那么，在这间歇的时间内，它一定正在发生某种物理现象。例如，它也许是一个正在一会膨胀一会儿收缩的天体，并在每一次收缩时发射出一股能量。或者它也许正绕着自己的轴或围绕着另一个天体运转，并且每绕一周，就发射出一股能量。
难以解决的一个问题是：这种脉动为什么会进行得这样快，长的是每４秒钟脉动一次，短的则是每隔１／３０秒就脉动一次。第一，这种脉冲星必定是一个非常炽热的物体，否则它就不可能发射出这样大的能量。第二，它必定是一个很小的天体，否则它绝不可能脉动得这样快。
科学工作者以往所观测到的最小天体是白矮星。白矮星的质量可以和太阳的质量一样大（其炽热程度也可能和太阳差不多或者更大），但它的体积则不会比地球大。既然如此，这样的白矮星是否可能通过膨胀或收缩或者通过自转而发出脉冲来呢？会不会是两颗白矮星在那里彼此绕着转动呢？但是，不论天文学家用什么样的理论来解释这种现象，他们都无法想象出白矮星为什么会运动得这样快。
既然不可能是白矮星，那么，有没有可能是更小一点的天体呢？天文学家曾经根据理论作出了一个预测，认为恒星在引力的作用下可能坍缩到非常致密的程度，以致恒星里的所有原子核都被挤压而彼此紧挨在一起。在这种情况下，电子和质子将会相互作用而形成中子，结果，这个恒星将会成为一团“中子浆”。这样的“中子星”的质量可能有太阳那样大，但直径却只有十来公里。
不过，还没有人探测到中子星；由于中子星是如此之小，所以有些天文学家担心宇宙间即使有中子星存在，人们也无法探测到它。
可是，这样小的天体应当会飞快地自转，因而就会产生这样的脉冲。这是因为在这样的天体上可能会出现这样一些条件，使得其中的电子只能通过该中子星表面的某些点逃逸出来。这样，当中子星自转时，电子就会像一个旋转着的喷头中喷出的水那样从其中喷射出来，每旋转一周，就会朝地球的方向喷射出一些电子，从而产生射电波和可见光。
美国康奈尔大学的戈尔德曾经指出，如果情况真是这样，那么，中子星将会逐渐失去能量，因此，它的脉动率就应当会逐渐减慢。他的推论经过了检验，并发现实际情况确是如此。因此，就目前看来，脉冲星很可能就是天文学家曾经担心永远无法探测到的中子星。

14、有人说中子星上每一立方厘米的物质重达十亿多吨，这怎么可能呢？
一个原子的直径，大体上说，约为１０-8厘米。在普通的固体和液体中，原子与原子之间靠得很近。实际上是相互接触的。因此，普通固体和普通液体的密度取决于以下三个因素：一是原子的大小，二是原子在其中的密集程度，三是单个原子的重量。
在普通的固体当中，密度最小的是固态氢，它的密度是每立方厘米０．０７６克。密度最大的是稀有金属锇，它的密度为每立方厘米２２．４８克。
如果原子是一个不可压缩的固态小球，那么锇应当是所有物质当中密度最大的了。这样，一立方厘米物质的重量绝不可能超过一公斤，当然就更谈不上会有几吨重了。
但是原子并不是固态的，新西兰出生的物理学家卢瑟福早在１９０９年就曾经证明，原子中的大部分空间是空的。原子的外围只含有非常轻的电子，原子的９９．９％的质量都集中在其中心的原子核内。
原子核的直径约为１０-13厘米（或者说约为原子本身直径的１／１００，０００）。如果一团物质中的原子能被很紧很紧地挤压到一起，以致其中的电子都被推开，原子核被迫相互接触，那么，这团物质的直径就会缩小到只有原来直径的１／１００，０００。
如果我们的地球被压缩成为一团原子核，其中的所有物质就将被挤压成一个直径只有１２８米的球体。太阳如果也受到这样的挤压，它将成为一个直径只有１３．９２公里的球体。如果宇宙的全部已知物质都被转换为相互接触的原子核，那么，它们将会成为一个直径为几亿公里的球体，可以绰绰有余地纳入太阳系的小行星带中。
恒星中心的热和压力能够破坏原子的结构并使原子核开始挤压到一起。太阳中心的密度要比锇原子的密度大得多，但是其中的一个个原子核仍然可以不受阻碍地自由运动，其中的物质仍然呈气体状态。有一些恒星却几乎完全由这样一些已被破坏的原子所组成。例如，天狼星的伴星就是一颗并不比天王星大的“白矮星”，但是它的质量却和太阳一样大。
原子核是由质子和中子组成。所有质子都带有正电荷并会相互排斥，因此不可能把一百个以上的质子**在一处。然而中子是不带电荷的，在适当的条件下，无数中子能够积聚在一起而形成一颗中子星。人们认为脉冲星就是这样的中子星。
如果太阳一旦变为一颗中子星，它的全部质量将会被挤压成一个直径只有现有直径的１／１００，０００的球体，或者说将成为一个体积只有现有体积的１／１，０００，０００，０００，０００，０００的球体。这样一来，它的密度将会是其现在密度的１，０００，０００，０００，０００，０００倍。
太阳目前的总密度是每立方厘米１．４克。如果它一旦变为中子星，它的密度就将成为每立方厘米重１，４００，０００，０００，０００，０００，０００克。
这就等于说，中子星上的每一立方厘米物质重达１，４００，０００，０００，０００吨（１４亿吨）。

16、恒星的温度能达到多少度？
这个问题的答案取决于你所说的是什么样的恒星，以及你所指的是恒星的哪一个部位。
在我们能观测到的恒星中，９９％以上都和太阳一样，属于称为“主序星”的一类。至于恒星的温度，我们一般是指恒星的表面温度。下面我们就从这里谈起。
任何恒星都具有一种在其自身的引力作用下发生坍缩的倾向，但是当它坍缩时，它的内部会变得越来越热。而当它的内部温度越来越高时，这颗恒星就有一种发生膨胀的倾向。最后，两种倾向会达到平衡。结果，这颗恒星便达到了某种固定的大小。一颗恒星的质量越大，为了平衡这种坍缩所需要的内部温度就越大，因而它的表面温度也就越高。
太阳是一颗中等大小的恒星，它的表面温度为６０００℃。质量比它小的恒星，其表面温度也比它低，有一些恒星的表面温度只有２５００℃左右。
质量比太阳大的恒星，其表面温度也比太阳高，可达１０，０００℃、２０，０００℃，甚至更高。在所有已知的恒星中，质量最大、因而温度最高、亮度最大的恒星，其稳定的表面温度至少可达５０，０００℃，甚至可能更高。也许可以大胆地说，主序星的最高的稳定表面温度可以达到８０，０００℃。
为什么不能再高呢？质量再大的恒星，其表面温度会不会比这还要高呢？到这里，我们不得不停下来。因为，一颗普通恒星，如果具有这样大的质量，以致它的表面温度竟高达８０，０００℃以上，那么，这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。在爆炸时，也许在瞬间会发出比这高得多的温度，然而当它爆炸之后，剩下来的将是一颗更小和更冷的恒星。
但是恒星的表面并不是温度最高的部分。热会从它的表面向外传播到该恒星周围的一层很薄的大气层（亦即它的“日冕”）。这里的热量从总量上说虽然不算大，但是，由于这里的原子数量同该恒星本身的原子数量相比是很少很少的，以致每一个原子可以获得大量的热供应。又因为我们以每一个原子的热能作为测量温度的标准，所以，日冕的温度高达１，０００，０００℃。
此外，恒星的内部温度也比其表面温度高得多。要使恒星的外层能够战胜巨大的向里拉的引力，就必须是这样。已经查明，太阳中心的温度大约为１５，０００，０００℃。
自然，那些质量比太阳大的恒星，它们不但表面温度更高，中心温度也同样会更高。同时，对于具有一定质量的恒星来说，其核心的温度一般总是随着它的年龄的增长而越来越高的。有一些天文学家曾试图计算出，在整个恒星爆炸的前夕，其核心的温度可以达到多少度。我所看到的其中一种估算，认为最高可达到６，０００，０００，０００℃。
那些不属于主序星的天体，其温度有多高呢？尤其是那些在六十年代新发现的夭体，其温度可达到多少度呢？例如脉冲星的温度可能达到多少度呢？有些天文学家认为，脉冲星实际上就是非常致密的“中子星”，这种中子星的质量虽然和一颗普通恒星一样大，但是它的直径只有十几公里。这样的中子星的核心温度会不会超过６，０００，０００，０００℃这个“最大值”呢？此外，还有类星体，有人认为类星体可能是由数百万颗普通恒星坍缩而成的，既然如此，这种类星体的核心温度又有多高呢？
所有这些问题，迄今为止，还没有人能够回答。

17、在一颗恒星上，聚变反应可以进行到什么程度？
我们知道，当质子和中子相互结合而形成原子核时，这样的结合不但是一种较稳定的结合，而且所含有的质量要比同样一些质子和中子单独存在时所含有的质量少。因此，在发生这样的结合时，多余的质量就会转变为能量而被发射出去。
一千吨氢（氢核由单个质子组成）可以转变为９９３吨氦（氦核由两个质子和两个中子结合而成）。失去的这７吨质量将作为同它等效的能量而被释放出来。
凡是象太阳这样的恒星都会辐射出以这种方式形成的能量，太阳每秒钟会把大约６３０，０００，０００吨氢转变为略少于６２５，４００，０００吨氦。换句话说，它每秒钟会失去４，６００，０００吨质量，然而即使在这种惊人的速率下，太阳仍然含有足够多的氢，以保证这种过程继续不断地进行数十亿年之久。
不过，太阳的氢供应量总有一天会消耗殆尽。这是不是说，到了那一天，这样的聚变过程将会终止，太阳从那时起将会成为一颗冷星呢？
情况并非如此，因为氦核并不是质子和中子的一种最“节约”的组合方式。氦核还可以经过聚变转化为更加复杂的原子核，例如可以经过聚变而成为象铁原子等一类很复杂的原子核，同时发射出更大的能量。
由此可见，前面所说的那１，０００吨氢聚变为９９３吨氦之后，还可以进一步聚变为９９１．５吨铁。也就是说，当氢聚变成氦时会有７吨质量转变为能量，而当氦聚变为铁时，只有１．５吨的质量转变为能量。
然而，到了氢原子都聚变为铁原子，聚变过程就到头了。因为在铁原子核中，质子和中子是以最稳定的形式组合在一起的。铁原子的任何转化，不论是转化为较简单的原子，还是转化为更复杂的原子，总是吸收能量、而不是放出能量。
因此可以说，当一颗恒星发展到“氦阶段”时，它已经用掉了五分之四可资利用的聚变能，而当朝着“铁的阶段”发展时，它放出剩下的那五分之一的聚变能，全部聚变能到此就用完了。
但是再往后又将发生什么情况呢？
在一颗恒星超过氦阶段继续向前发展的过程中，该恒星核心的温度将会变得越来越高。有人提出一种理论说，当恒星发展到铁阶段时，其核心的温度将会高到足以引起产生大量中微子的核反应。由于中微子不会被星体物质所吸收，所以它们一旦形成，就会以光速向四面八方飞奔，并把能量一起带走。这样一来，恒星的核心就会失去能量，并且很快就突然冷却下来，结果，这颗恒星就会坍缩成一颗白矮星。
在坍缩过程中，它的外层，由于仍然含有许多没有铁原子那么复杂的各种原子，因而将会全部立即发生聚变，并爆炸而成为一颗“新星”。由此产生的能量将会形成一些比铁更为复杂的原子，即周期表中位于铁以后的各种原子——一直到铀原子和超铀原子为止。
含有重原子的这种“新星”的碎屑将和星际气体混合在一起。由这类气体所形成的恒星就是“第二代恒星”，正因为如此，所以在“第二代恒星”中才含有少量在恒星本身的聚变反应中绝不可能形成的各种复杂原子，太阳就是这样的第二代恒星，而这也正是地球中为什么会有金和铀这类元素的原因。


18、所有恒星所发出的全部能量都到哪里去了？恒星可以通过以下几种不同的方式发射出能量。
第一，恒星会发射出无质量的电磁辐射——光子，这种电磁辐射包括从能量最大的γ射线到能量最小的射电波（甚至一个冷的物体也会发射出光子；物质的温度越低，光子也越弱）。可见光就是这类辐射的一部分。
第二，恒星还会发射出中微子和引力子等无质量的粒子。
第三，恒星还会发射出各种具有质量的带电高能粒子，主要是质子，但同时也包括数量较少的各种原子核及其它各种粒子。它们就是宇宙射线。
恒星发射的所有这些粒子（光子、中微子、引力子、质子等等），只要当它们是单独出现在宇宙空间的时候，它们将是稳定的。就我们所知，它们可以在数十亿年的时间内不发生任何变化地通过数十亿光年的真空。
由此可见，恒星所发射的一切粒子只要没有遇到任何会把它们吸收掉的物体，就会一直存在下去。拿光子来说，几乎任何东西都能把它们吸收掉。能量很大的质子就较难被别的东西阻挡和吸收，至于中微子，那就更难被别的什么东西阻挡和吸收了。关于引力子的情况，直到目前为止，人们尚未弄清。
假如我们的宇宙中，除了以固定不变的位形分布的恒星以外，什么东西也没有的话，那么，由某一颗恒星所发射出的每一颗粒子，除非它遇到了另一颗恒星并被吸收掉，否则，都一定会在宇宙空间“旅行”。在这种情况下，所有的粒子将只会从一颗恒星“旅行”到另一颗恒星，这样，总的说来，每一颗恒星都应当能够收回它所发射出去的全部能量。从这种假定出发，宇宙似乎应当会永远不变地继续下去。
但是以下三个事实的存在、使实际情况不会象上面所说的那样。
第一，宇宙并不是单由恒星所组成，而是包含有大量的冷物质，从巨大的行星直到星际尘，当这些粒子遇到冷物质时，粒子就被吸收，冷物质则发射出能量较小的粒子以作为交换。这就意味着，总的来说，冷物质的温度会逐渐上升，而恒星所含的能量会逐渐减少。
第二，恒星以及其他天体发射出来的某些粒子（如中微子和引力子）被物质吸收的几率是如此之小，以致在宇宙的整个生存期间，业已被吸收的只占其中很小的一部分。这就意味着，在恒星发射出来的全部能量中，有很大一部分仍在宇宙空间中“旅行”，而这同样也等于说，恒星所含有的能量正在逐渐减少。
第三，宇宙正在膨胀。这就意味着星系与星系之间的空间正在逐年扩大，因此甚至象质子和光子等一类能被其他物体吸收的粒子，平均说来，也要旅行更长的路程才遇到其他物体而被吸收掉。正因为如此，恒星所吸收的能量抵偿不了它所发射的能量的倾向正在逐年加大。同时，为了填补因宇宙膨胀而增大的这部分宇宙空间，就一定会有额外的能量（亦即快速的高能的、但尚未被吸收的粒子）进入到这部分宇宙空间。事实上，这个道理是很明显的，只要宇宙还在继续膨胀，总的来说，它将会继续变得越来越冷。
当然，如果宇宙有朝一日开始再一次从膨胀转为收缩的话，情况就会倒转过来，到那时，宇宙将会开始再一次逐渐变热起来。


19、什么是太阳风？
１８５０年，一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时，发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光，它持续了约５分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。
到了２０世纪２０年代，由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种“太阳闪光”是普通的事情，它的出现往往与太阳黑子有关。例如，１８９９年，美国天文学家霍尔发明了一种“太阳摄谱仪”，能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样，人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光，拍摄到太阳的照片。结果查明，太阳的闪光和什么陨石毫不相干，那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。
小型的闪光是十分普通的事情，在太阳黑子密集的部位，一天能观察到一百次之多，特别是当黑子在“生长”的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的，一年只发生很少几次。
有时候，闪光正好发生在太阳表面的中心，这样，它爆发的方向正冲着地球。在这样的爆发过后，地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天，极光都会很强烈，有时甚至在温带地区都能看到。罗盘的指针也会不安分起来，发狂似地摆动，因此这种效应有时被称为“磁暴”。
在本世纪之前，这类情况对人类并没有发生什么影响。但是，到了２０世纪，人们发现，磁暴会影响无线电接收，各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备，磁暴也就变得越来越事关重大了。比如说，在磁暴期内，无线电和电视传播会中断，雷达也不能工作。
天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光，发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的，其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子，因此太阳的周围有一层质子云（还有少量复杂原子核）。１９５８年，美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。
向地球方向涌来的质子在抵达地球时，大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层，从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发，会产生可以称为“太阳风暴”的现象，这时，磁暴效应就会出现。
使彗星产生尾巴的也正是太阳风。彗星在靠近太阳时，星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去。这一效应也在人造卫星上得到了证实。像“回声一号”那样又大又轻的卫星，就会被太阳风显著吹离事先计算好的轨道。