宇宙磁场从何而来

宇宙磁场从何而来磁场可能洋溢整个宇宙在支配万物运动的4种基本作使劲（引力、电磁力、强核力和弱核力）中，到了宇宙天体这一尺度，几乎单剩了引力“一花独放”。不单宇宙的等级结构——恒星齐聚成星系，星系组成星系团，星系团又麇集为超星系团——是由引力塑造的，就是全部的天体，恒星、行星、白矮星和黑洞等，也都是引力打造的。但是，说到详尽天体的形成，引力并不是唯一的玩家——还有一种力纵横于宇宙之间，它就是磁力。宇宙中一些最重点的物理过程，从恒星形成到黑洞射出的高能喷流，都需要磁场的参加。在凑近空无一物的宇宙空间，磁场能够延伸得特别远，即即是星际数十亿光年的距离也不在话下。自然，这些磁场是极其轻微的。冰箱门上的磁场与洋溢银河系内外的磁场对照，强度要高出1000多万倍。这也许正是在宇宙学中，磁场经常会被忽略的原由。有人猜想，磁场可能是大爆炸此后不久的某些物理过程遗存下来的，按此推断，自“开天辟地”以来，磁场就在塑造整个宇宙的过程中饰演了重要角色。但是，在确立这一点从前，我们还需要回答另一个重要问题：宇宙磁场终究是以何种方式形成的？宇宙磁场的“发电机效应”在物理学中，磁现象实质上是电荷的运动，电荷的运动产生磁场。我们知道，一般物质由原子组成，而原子又由原子核和电子组成，电子绕原子核运动。因为电子带电，因此它的运动就产生了磁场。一个原子其实就相当于一枚小磁针。在平时的资猜中，这些小磁针的朝向是纷乱无章的，结果它们的磁场两两抵消，整块资料显不出磁性来。为了让物体显磁性，须得让里面的“小磁针”摆列有序（如永磁体），也许产生电流（如通电螺线管）。我们最熟习的天体——地球和太阳——都有磁场。它们是怎样获取磁场的呢？按天文学家的看法，地球和太阳与生俱来就有轻微的磁场；尔后，当地球外核中的液态铁（也许太阳内部的等离子体）在地球（或太阳）自转的过程中，做切割磁力线运动的时候，会引诱产生电流；这些电流又会产生新的磁场，来增补业已存在的磁场；受益于这一作用，轻微的“种子”磁场能够增加成强得多的磁场。这一过程叫作“发电机效应”。天文学家相信，在近似银河系的旋涡星系中，磁场也会经过“发电机效应”来放大和保持：随着星系自转，星系中的带电粒子会切割业已存在的轻微磁场，使之加强。2011年，德国天文学家绘制了迄今最好的银河系磁场散布图。结果显示，银河系的总磁场强度只有几个微高斯（1微高斯=10-6高斯），仅为地球表面磁场的十万分之一（地表磁场大体为0.5～0.6高斯）。接下来，我们自然要问：作为“发电机效应”的“种子”磁场，又是从哪儿来的呢？”“种子”磁场来自宇宙之初“种子”磁场的由来，也许要追想到宇宙出生之初。1988年，美国物理学家威德罗提出，原初磁场可能是在大爆炸后不久形成的。他说，宇宙在出生之初，不单存在物质密度的涨落，也存在磁场的涨落。虽然整个“婴儿宇宙”中，基本粒子的“小磁针”纷乱无章地摆列，因此整个宇宙不显磁性，但不消除在某些地方，有些“小磁针”摆列得比较有序，因此局部显出必然的磁性来，此即磁场的涨落。此即“种子”磁场的由来。此后，经过各种各样的“发电机效应”，产生了今天可能洋溢全宇宙的磁场。威德罗当时计算得出的“种子”磁场强度为10-50高斯，比天文学家今天测得的微高斯的量级小了好几十个数目级，——这意味着，“发电机效应”要特别富强，才能把这么一丁点的磁场放大到现有的程度。其他，他在计算中还引入了一种迄今未被发现的粒子。正是这两点，让他的理论缺乏足够的说服力。2013年初，一位意大利物理学家对威德罗的理论做了改进。改进后的理论不需要引入新粒子，并且获取的原初磁场强度要高得多，达到了10-12高斯。这就比较有说服力了。怎样度过“黑暗期”是个问题但是，这个问题并无一劳久逸地解决。一些天文学家说，就算“种子”磁场产生于宇宙出生之初，但也可能会在此后的宇宙“黑暗期间”完整被抹掉。我们知道，磁场产生于电荷的运动，因此磁场的保持离不开带电粒子。在宇宙出生的最先38万年，宇宙的温度过高，没法形成原子，只有电子、核子和光子。暴胀形成的“种子”磁场由这锅翻腾的带电粒子来保持是不能够问题的。随着宇宙膨胀，它渐渐冷却，使得质子能够俘获电子形成中性的氢原子。随着它们的结合，这些粒子会向宇宙开释出电磁波，这就是背景辐射。此后，宇宙就进入了黑暗期间，因为在这个期间，恒星没还有形成，没有任何天领悟发出光，宇宙乌黑一片。唯一的辐射源就是氢原子，但它发出的电磁波属于不能够见的射电波段。这一期间，对于宇宙磁场来说，它所面对的主要问题是带电粒子数目的陡降。在黑暗期间，对应于每1万个氢原子，只有1个自由电子或质子。因为磁场依赖于电子也许质子的运动，一些科学家以为，此时“种子”磁场可能会被抹去。黑暗期间素来连续到宇宙中第一批光源——第一代恒星——出现为止。随着恒星和星系的形成，它们会开释出巨量的辐射，将氢原子重新电离，产生自由的质子和电子。这一再电离期间会连续大体10亿年，宇宙那时会再次充满着有益于放大磁场的电子和质子。但是，万一在宇宙的“黑暗期间”，“种子”磁场已经完全被抹去了，那么即便此后“曙光再现”，也于事无补了。那么，“种子”磁场是怎样平稳度过那个荒芜期间的？科学家迄今还茫然无绪。我们只有等待更多的察看和解析。科学家相信，这个问题至关重要，因为只有认识了引力和磁场怎样控制宇宙，我们才会真切认识宇宙的运行方式。【超级链接】宇宙磁场催产了生命宇宙射线对于生命，属于“多了要不得，缺了又不能够”的一种东西。“多了要不得”是好理解的。组成宇宙射线的都是高能粒子，当它们轰击生物体的DNA时，很简单引发基因突变。突变多数时候对于个体的生命并不是好事。但为什么“缺了又不能够”呢？这要从整个地球生命的起源和演化去讲。最近几年来，人们在太空中发现了愈来愈多的复杂有机分子。于是有人提出一种理论，以为地球生命的种子很可能来自太空。但在太空特别严寒的条件下，要让无机物经过化学反应变为有机物，其实不简单。此中不能够缺乏的条件就是一定有辐射的参加，这此中就包含宇宙射线。哪怕对“地球生命的种子来自太空”的看法存而不议，地球生命要进化，要在45亿年里进化出人类，基因突变也需要有较快的速度才成；而基因突变的主要诱因是宇宙射线；没有了宇宙射线，生命固然也能进化，但可能要迟缓得多。而保持抵达地球的宇宙射线“既不多，也不缺”这个条件的，则是宇宙磁场。只管我们银河系的磁场是这样轻微，但它还能对被称为