正文

第三章 埃文斯牧師的宇宙(2)

萬物簡史 作者:(美)比爾·布萊森


然而,茲威基聰明過人,具有敏銳的洞察力。20世紀30年代初,他把注意力轉(zhuǎn)向一個長期困擾天文學(xué)家的問題:天空中偶爾出現(xiàn)而又無法解釋的光點--新的恒星。令人難以置信的是,他懷疑問題的核心是否在于中子--英國的詹姆斯·查德威克剛剛發(fā)現(xiàn)的,因而是新奇而時髦的亞原子粒子。他突然想到,要是恒星坍縮到原子的核心那種密度,便會變成一個極其堅實的核。原子實際上已經(jīng)被壓成一團,它們的電子不得不變成核子,形成了中子。這樣就形成了一顆中子星。想像一下,把100萬枚很重的炮彈擠壓成一粒彈子的大小--哎呀,這還差得遠呢。一顆中子星核的密度如此之大,里面的一調(diào)羹物質(zhì)會重達900億千克。只是一調(diào)羹?。∪欢?,不僅如此。茲威基意識到,這樣的一顆恒星坍縮以后會釋放出大量的能量--足以產(chǎn)生宇宙里最大的爆炸。他把這種由此產(chǎn)生的爆炸叫做超新星。它們會是--實際上也是--創(chuàng)建宇宙過程中最大的事件。

1934年1月15日,《物理學(xué)評論》雜志刊登了一篇論文的簡短摘要。論文是由茲威基和巴德前一個月在斯坦福大學(xué)發(fā)表的。盡管摘要極其短小--只有24行字--但它包含了大量新的科學(xué)知識:它首次提到超新星和中子星;它令人信服地解釋了它們的形成方法;它準確地計算出它們爆炸的等級;作為一種結(jié)論,它把超新星爆炸與所謂的宇宙射線這一神秘的新現(xiàn)象的產(chǎn)生聯(lián)系起來。宇宙射線大批穿過宇宙,是新近才被發(fā)現(xiàn)的。這些理念至少可以說是革命性的。中子星的存在要再過34年才得以確認。宇宙射線的理念雖然被認為很有道理,但還沒有得到證實??偠灾?,用加州理工學(xué)院天文物理學(xué)家基普·S.索恩的話來說,這篇摘要是"物理學(xué)和天文學(xué)史上最有先見之明的文獻之一"。

有意思的是,茲威基幾乎不知道這一切發(fā)生的原因。據(jù)索恩說:"他不大懂物理學(xué)定律,因此不能證明他的思想。茲威基的才華是用來考慮大問題的,而收集數(shù)據(jù)是別人--主要是巴德--的事。"

茲威基也是第一個認識到,宇宙里的可見物質(zhì)遠遠不足以把宇宙連成一片,肯定有某種別的引力影響--就是我們現(xiàn)在所謂的暗物質(zhì)。有一點他沒有注意到,即中子星坍縮得很緊,密度很大,連光也無法擺脫它的巨大引力。這就形成了一個黑洞。不幸的是,他的大多數(shù)同事都瞧不起他,因此他的思想幾乎沒有引起注意。5年以后,當偉大的羅伯特·奧本海默在一篇有劃時代意義的論文中把注意力轉(zhuǎn)向中子星的時候,他沒有一次提到茲威基的成就,雖然茲威基多年來一直在致力于同一個問題,而且就在走廊那頭的辦公室里。在差不多40年的時間里,茲威基有關(guān)暗物質(zhì)的推論沒有引起認真的注意。我們只能認為,他在此期間做了許多俯臥撐。

令人吃驚的是,當我們把腦袋探向天空的時候,我們只能看見宇宙的極小部分。從地球上,肉眼只能見到大約6 000顆恒星,從一個角度只能見到大約2 000顆。如果用了望遠鏡,我們從一處看見的星星就可以增加到大約5 000顆;要是用一臺5厘米的小型天文望遠鏡,這個數(shù)字便猛增到30萬顆。假如使用像埃文斯使用的那種40厘米天文望遠鏡,我們就不僅可以數(shù)恒星,而且可以數(shù)星系。埃文斯估計,他從陽臺上可以看到的星系可達5萬-10萬個,每個星系都由幾百億顆恒星組成。這當然是個可觀的數(shù)字,但即使能看到這么多,超新星也是極其少見的。一顆恒星可以燃燒幾十億年,而死亡卻是一下子的事兒。只有少量的臨終恒星發(fā)生爆炸,大多數(shù)默默地熄滅,就像黎明時的篝火那樣。在一個由幾千億顆恒星組成的典型星系里,平均每二三百年會出現(xiàn)一顆超新星。因此,尋找一顆超新星,有點像立在紐約帝國大廈的觀景臺上,用望遠鏡搜索窗戶外的曼哈頓四周,希望發(fā)現(xiàn)--比如說--有人在點著21歲生日蛋糕上的蠟燭。

因此,要是有一位滿懷希望、說話細聲細氣的牧師前來聯(lián)系,問一聲他們有沒有可用的星場地圖,以便尋找超新星,天文學(xué)界一定會認為他的腦子出了毛病。當時,埃文斯只有一臺5厘米的天文望遠鏡--這供業(yè)余觀星之用倒差不多,但用那玩意兒來搞嚴肅的宇宙研究還遠遠不夠--他卻提出要尋找宇宙里比較稀罕的現(xiàn)象。埃文斯于1980年開始觀察,在此之前,整個天文學(xué)史上發(fā)現(xiàn)的超新星還不到60顆。(到我2001年8月拜訪他的時候,他已經(jīng)記錄了他的第34次目視發(fā)現(xiàn);3個月以后,他有了第35次發(fā)現(xiàn);2003年初,第36次。)

然而,埃文斯有著某些優(yōu)勢。大部分觀察者像大部分人口一樣身處北半球,因此身處南半球的他在很大程度上獨自擁有一大片天空,尤其是在最初的時候。他還擁有速度和超人的記憶力。大型天文望遠鏡是很笨重的東西,移動到位要花掉好多操作時間。埃文斯可以像近距離空戰(zhàn)中的機尾射手那樣把5厘米小型望遠鏡轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去,用幾秒鐘時間就可以瞄準天空中任何一個特定的點。因此,他一個晚上也許可以觀測400個星系,而一臺大型專業(yè)天文望遠鏡能觀測五六十個就很不錯了。

尋找超新星的工作大多一無所獲。從1980年到1996年,他平均每年有兩次發(fā)現(xiàn)--那要花幾百個夜晚來觀測呀觀測呀,真不劃算。有一回他15天里有3次發(fā)現(xiàn),但另一回3年里也沒有發(fā)現(xiàn)1次。


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