第三章 埃文斯牧師的宇宙

羅伯特·埃文斯牧師是個說話不多、性格開朗的人,家住澳大利亞的藍山山脈,在悉尼以西大約80公里的地方。當天空晴朗,月亮不太明亮的時候,他帶著一台又笨又大的望遠鏡來到自家的後陽台,干一件非同尋常的事。他觀察遙遠的過去,尋找臨終的恆星。

觀察過去當然是其中容易的部分。朝夜空瞥上一眼,你就看到了歷史,大量歷史--你看到的恆星不是它們現在的狀態,而是它們的光射出時的狀態。據我們所知,我們忠實的夥伴北極星,實際上也許在去年1月,或1854年,或14世紀初以後的任何時候就已經熄滅,因為這信息到現在還無法傳到這裡。我們至多只能說--永遠只能說--它在680年以前的今天還在發光。恆星在不斷死亡。羅伯特·埃文斯幹得比別人更出色的地方是,他發現了天體舉行告別儀式的時刻。

白天,埃文斯是澳大利亞統一教會一位和藹可親、快要退休的牧師,干點臨時工作,研究19世紀的宗教運動史。到了夜間,他悄悄地成為一位天空之神,尋找超新星。

當一顆巨大的恆星--一顆比我們的太陽還大的恆星--坍縮的時候,它接著會壯觀地爆炸,剎那間釋放出1000億顆太陽的能量,一時之間比自己星系裡所有的恆星的亮度加起來還要明亮。於是,一顆超新星誕生了。"這景象猶如突然之間引爆了1萬億枚氫彈。"埃文斯說。他還說,要是超新星爆炸發生在離我們只有500光年遠的地方,我們就會完蛋--"徹底把鍋砸了。"他樂呵呵地說。但是,宇宙是浩瀚的,超新星通常離我們很遠很遠,不會對我們造成傷害。事實上,大多數遠得難以想像,它們的光傳到我們這裡時不過是淡淡的一閃。有一個月左右的時間,它們可以看得見。它們與天空里別的恆星的惟一不同之處是,它們佔領了一點兒以前空無一物的空間。埃文斯在夜間滿天星斗的蒼穹里尋找的,就是這種很不尋常、非常偶然發生的閃光。

為了理解這是一種多麼高超的本事,我們來想像一下,在一張標準的餐桌上鋪一塊黑桌布,然後撒上一把鹽。我們把撒開的鹽粒比做一個星系。現在,我們來想像一下,再增加1500張這樣的餐桌--足以形成3公里長的一條直線--每一張餐桌上都隨意撒上一把鹽。現在,在任意一張餐桌上再加一粒鹽,讓羅伯特·埃文斯在中間行走。他一眼就看到了那粒鹽。那粒鹽就是超新星。

埃文斯是個傑出的天才人物,奧利弗·薩克斯在《一位火星上的人類學家》中有一章談到孤僻的學者,專門用一段文字來描述埃文斯--但他馬上補充說:"絕沒有說他孤僻的意思。"埃文斯從來沒有見過薩克斯,對說他性格孤僻也罷,一位學者也罷,都報以哈哈大笑,但他不太說得清自己怎麼會有這種天才。

埃文斯的家在黑茲爾布魯克村邊緣的一棟平房裡,環境幽靜,景色如畫,悉尼就到這裡為止,再往前便是無邊無際的澳大利亞叢林。有一次,我去拜訪了他和他的夫人伊萊恩。"我好像恰好有記住星場的本事。"他對我說,還表露出不好意思的樣子,"別的事我都不特別擅長,"他接著說,"我連名字都不太記得住。"

"也記不住東西擱在哪兒。"伊萊恩從廚房裡喊著說。

他又坦率地點了點頭,咧嘴一笑,接著問我是不是願意去看一眼他的望遠鏡。我原來以為,埃文斯在後院有個不錯的天文台--一個小型的威爾遜山天文台或帕洛馬天文台,配有滑動的穹形屋頂和一把移動方便的機械椅子。實際上,他沒有把我帶出屋外,而是領著我走進離廚房不遠的一個擁擠不堪的貯藏室,裡面堆滿了書和文獻。他的望遠鏡--一個白色的圓筒,大小和形狀像個家用熱水箱--就放在一個他自己做的、能夠轉動的膠合板架子上面。要進行觀測的時候,他分兩次把它們搬上離廚房不遠處的陽台。斜坡下面長滿了桉樹,只看得見屋檐和樹梢之間一片信箱大小的天空,但他說這對於他的觀測工作來說已經綽綽有餘。就是在那裡,當天空晴朗、月亮不太明亮的時候,他尋找超新星。

超新星這個名字,是一位脾氣極其古怪的天文物理學家在20世紀30年代創造的,他的名字叫弗里茨·茲威基。他出生在保加利亞,在瑞士長大,20世紀20年代來到加州理工學院,很快以粗暴的性格和卓越的才華聞名遐邇。他似乎並不特別聰明,他的許多同事認為他只不過是個"惱人的小丑"。他是個健身狂,經常會撲倒在加州理工學院飯廳或別的公共場所的地板上做單臂俯卧撐,向任何表示懷疑的人顯示他的男子氣概。他咄咄逼人,最後變得如此氣勢洶洶,連他最親密的合作者--性格溫和的沃爾特·巴德--也不願意跟他單獨在一起。茲威基還指責巴德是個納粹分子,因為他是德國人。其實,他不是。巴德在山上的威爾遜山天文台工作。茲威基不止一次揚言,要是他在加州理工學院校園裡碰上,他要把巴德殺了。

然而,茲威基聰明過人,具有敏銳的洞察力。20世紀30年代初,他把注意力轉向一個長期困擾天文學家的問題:天空中偶爾出現而又無法解釋的光點--新的恆星。令人難以置信的是,他懷疑問題的核心是否在於中子--英國的詹姆斯·查德威克剛剛發現的,因而是新奇而時髦的亞原子粒子。他突然想到,要是恆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,裡面的一調羹物質會重達900億千克。只是一調羹啊!然而,不僅如此。茲威基意識到,這樣的一顆恆星坍縮以後會釋放出大量的能量--足以產生宇宙里最大的爆炸。他把這種由此產生的爆炸叫做超新星。它們會是--實際上也是--創建宇宙過程中最大的事件。

1934年1月15日,《物理學評論》雜誌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發表的。儘管摘要極其短小--只有24行字--但它包含了大量新的科學知識: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;作為一種結論,它把超新星爆炸與所謂的宇宙射線這一神秘的新現象的產生聯繫起來。宇宙射線大批穿過宇宙,是新近才被發現的。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。總而言之,用加州理工學院天文物理學家基普·S.索恩的話來說,這篇摘要是"物理學和天文學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生的原因。據索恩說:"他不大懂物理學定律,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,而收集數據是別人--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--就是我們現在所謂的暗物質。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,他的大多數同事都瞧不起他,因此他的思想幾乎沒有引起注意。5年以後,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於同一個問題,而且就在走廊那頭的辦公室里。在差不多40年的時間裡,茲威基有關暗物質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卧撐。

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顆恆星,從一個角度只能見到大約2000顆。如果用瞭望遠鏡,我們從一處看見的星星就可以增加到大約5000顆;要是用一台5厘米的小型天文望遠鏡,這個數字便猛增到30萬顆。假如使用像埃文斯使用的那種40厘米天文望遠鏡,我們就不僅可以數恆星,而且可以數星系。埃文斯估計,他從陽台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恆星組成。這當然是個可觀的數字,但即使能看到這麼多,超新星也是極其少見的。一顆恆星可以燃燒幾十億年,而死亡卻是一下子的事兒。只有少量的臨終恆星發生爆炸,大多數默默地熄滅,就像黎明時的篝火那樣。在一個由幾千億顆恆星組成的典型星系裡,平均每二三百年會出現一顆超新星。因此,尋找一顆超新星,有點像立在紐約帝國大廈的觀景台上,用望遠鏡搜索窗戶外的曼哈頓四周,希望發現--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繫,問一聲他們有沒有可用的星場地圖,以便尋找超新星,天文學界一定會認為他的腦子出了毛病。當時

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