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五道口之谜被霍伊尔破解，碳的起源清楚了，从此宇宙中较重元素的合成都可以获得完美的解释。这整个的研究过程在我们的极简史里说起来只有短短的一个段落，但实际上它的完成并不轻松。整套解释方案涉及数十个核反应过程与条件的分析，中间经历了无数次的修改。为此做出主要贡献的并不只有霍伊尔一个人，还包括进行了实验验证的福勒以及杰弗里·博比奇和玛格丽特·博比奇夫妇。四个人的成果最后汇集成了一篇104页的报告，发表在《现代物理学评论》上，题目非常的朴素，叫“恒星元素的合成”。然而这篇文章的重要性可不像它的标题一样简单，它被公认为二十世纪最伟大的物理贡献之一，它让人类在认知宇宙起源的道路上迈出了坚实的一大步。为此人们谈到这篇文章时，通常都是用四位作者的姓氏首字母组合作为昵称：B2FH。B2当然是博比奇夫妇，F是福勒，H是霍伊尔。毫无疑问，这个称呼一定会让人想起前面伽莫夫等人的αβγ论文。两个竞争性的小组，两篇关键性的论文，两套讨论元素起源的合成方案，两个令人印象深刻的别称，这就是大爆炸历史的神奇之处。 B2FH论文四位作者 B2FH论文的价值巨大，它让作者获得了1983年的诺贝尔奖，但是这也造就了诺贝尔奖历史上最大的冤案之一。奖项被授予了福勒以及另一位印度裔的恒星结构专家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（SubrahmanyanChandrasekhar），而恒星元素合成这一工作的奠基者霍伊尔本人却未能获奖。这个安排让许多科学界的同仁感到不可理解，甚至连福勒本人对此都深表遗憾。诺贝尔评审委员会拒绝霍伊尔的原因或许是多年来他树敌太多，积怨已久。约克郡人的典型个性塑造了霍伊尔的我行我素和言语尖刻。这点从他前面和伽莫夫等人的论战中就已经可以看出端倪，BigBang这个词本身就是最好的证据。这个奚落对手的外号意外的成为了萌萌的吉祥语，但霍伊尔讲过的其他的话就没有这样的运气了，他大概为此得罪了不少人。此外，霍伊尔到了后期，越发的沉湎于自己的一些奇思怪想，比如他说外太空的微生物会攻击地球导致人类疾病横行，他还质疑大英博物馆里的始祖鸟化石是一具彻头彻尾的赝品等等，这些表现都让一些人对他心生排斥。当然，霍伊尔的直率不应该只被当做他的一个缺点，他也是一个正直的人。1974年的诺贝尔奖是另一段著名的公案，当时它被授予了英国射电天文学家安东尼·休伊（Antony Hewish）以表彰他发现首颗脉冲星的杰出贡献，同时获奖的还有另一位天文学家马丁·赖尔（MartinRyle）。然而这颗脉冲星真正的第一观测者，休伊的实习生乔瑟林·贝尔（Jocelyn Bell Burnell）却被忽略了。霍伊尔不止一次的为贝尔打抱不平，声称休伊剽窃了自己学生的数据和成果。这在当时引起了轩然大波，让休伊很是被动。他还在《时代》杂志上撰文，谴责诺贝尔奖评审委员会的错误。这样做的结果，没有帮助到贝尔，却让他自己也失去了本应属于他的诺贝尔奖。霍伊尔传记作者西蒙·米顿（SimonMitton）曾说过：“他对诺贝尔奖委员会的批评是如此激烈，以至于其中的一些人在未来诺贝尔奖候选者的名单上用力划去了霍伊尔的名字。”作为个人传记作者，米顿的评价未必就是实情，也有人对此有着不同的解读。1996年诺贝尔化学奖得主哈里·克洛托（HarryKroto）就认为，诺贝尔奖是对一个科学家全部科学成就和观点的认可与肯定，并不只是单项的奖励。霍伊尔至死都没有放弃自己的稳恒宇宙模型，这违背于当时学界的主流认识，所以他才未能获奖。 不管如何，霍伊尔的命运确实因为自己的性格出现了巨大转折。1972年，他看不惯所在大学的管理政策从剑桥辞职。此后他越来越疏远于主流天体物理的交往圈，成为一名流浪的学者。马丁·里斯曾感叹霍伊尔的隐遁“是一种令人悲伤地损失”。 贝尔 元素合成的谜题解开了，但前文已经提到，这个突破对于稳恒宇宙模型和大爆炸模型来说是共同的，所以后面的剧情不得不看另一个关键问题的进展，这就是大爆炸理论最大的短板：哈波悖论。宇宙的年龄明显的小于地球岩石的年龄，这个问题也被称作时标困难。连爱因斯坦都承认时标困难将是大爆炸面临的最大隐患，弄不好整个模型会因此被推翻，而且他看不出有什么好的解决办法。 爱因斯坦没有办法，不等于别人没有，即将出场的这个人叫做沃尔特·巴德（WilhelmHeinrich Walter Baade）。哈勃是在哈罗·沙普利离开之后才获得了更多的使用天文望远镜的机会，他抓住机会发现了红移从而一举成名。现在，历史将又一次重演，只不过在这次轮回中哈勃将成为被质疑者，而他的接替人巴德则是成功的挑战者。二战时期，美国的天文观测活动几乎限于停顿，哈勃本人也离开了威尔逊山到马里兰的阿伯丁弹道试验场参加工作。哈勃离开之后，威尔逊山天文台只有一位高级别的研究人员留守，这个人就是巴德。巴德被留下不是因为他缺少才能，而是美国人不相信他，他是一个德国流亡者。但是这意外的轻视却反过来给巴德创造了更多的观测机会。由于战时的灯火管制，洛杉矶郊区不再有令人烦恼的夜间光污染，这让巴德获得了前所未有的良好的天文观测环境。 巴德关注的是一类接近于造父变星的天琴RR型星体。它可以像造父变星一样变光，所以也可以被当作测距用的尺子。但是这种星体没有那么明亮，它们通常只能用在银河系内。巴德设想，假设能够观测到仙女座里的天琴RR型星，那就可以利用它们对仙女座进行独立的距离测算，测算值可以用以校对哈伯当年根据造父变星得出的星系距离。宇宙年龄的推算是否可靠，经过对比就会更加明确。这个想法虽好，无奈天琴RR型星实在太暗了，超过了威尔逊山100英寸望远镜的可视极限。好在，战后很快就会有更大的200英寸望远镜被制造出来，巴德迫不及待的等待着这一利器帮助自己实现计划。 沃尔特·巴德 1948年6月3日，巨大的200英寸海耳望远镜在威尔逊山东南200公里的帕洛玛山建成，洛杉矶的各界名流全都受邀出席剪彩典礼。电影巨星查尔斯·劳顿看到这个1000吨重的巨无霸时，惊讶到不行，他说：“这可怕极了，这些人打算用它做什么？和火星人打仗吗？”巴德肯定没打算用这台千里眼打仗，他迫不及待的投入到了搜索仙女座天琴RR型星的工作当中。出人意料的是很长时间过去了，没有任何的发现。巴德反复检查了自己的推算过程，以200英寸天文望远镜的观测能力和此类星体的亮度来判断，发现它们应该不存在问题。望远镜的参数是已知的，天琴RR星体的亮度他在战前也已经校验多次，这两个参数都不会有疑问，那剩下的就只有一种匪夷所思的可能性了，哈勃出错了，他得出的仙女座距离远远小于实际数值。 这怎么可能呢？连巴德自己都不愿意面对这个局面，质疑顶级权威哈勃无疑是极具挑战性的。但随着更多的观测和实验数据的出炉，情况越来越明显，巴德甚至连哈勃犯错的机理都逐渐摸清了。大多数的恒星都可以被分为两大种类，或者称为两大星族：一种是年老恒星的星族II，另一种时年轻恒星的星族I。巴德合理的推测造父变星也应该分为这样的两大星族。哈勃当年测算星系距离时所凭借的造父变星的光变周期-距离对应公式是根据II型较暗变星制定的，这个公式对于I型较亮的变星来说，距离估计值明显偏小。仙女座就是I型明亮的星族，哈勃错误的套用了II型公式，失误由此产生。根据这个发现，巴德重新计算了仙女座的距离，修正后的数值正好是哈勃距离的大约一倍。星系距离翻倍而光速不变，因此宇宙的预估年龄不再是原先的18亿年，而是上修为36亿年。这个数据和地球年龄已经不再构成冲突，哈勃悖论基本解除。 Hale Telescope 无疑这是一次极具震撼性的突破，它把大爆炸理论的最大盲点消除了。按理说，对此最感失望的人应该是霍伊尔这些稳恒宇宙模型的拥趸们。其实不然，最失落的人是哈勃。这个当年用一封信击碎了沙普利的宇宙的年轻人现在成为了被击碎的一方。哈勃一贯信奉的信条就是只做事，不争论。当年他在那篇和赫马森共同发表的著名论文中特意加入了一段声明：“本文仅限于描述“视速度-红移”现象，不涉及冒险的对其进行理论解释以及理解其宇宙学意义”。这句话里面的“冒险”一词很好的揭示出了这位从来不对数据进行解读只以测量精准而自傲的天文大师的内心动机，他不想犯错误。他认为提出理论是可能犯错的而观测则不会。如此的谨慎，哈勃就是为了拿到一次诺贝尔奖。好莱坞的风光，其他所有的数不清的荣誉在哈勃心中都无法和诺贝尔物理学奖相提并论。但现在面对着巴德给出的修正结果，哈勃绝望了，他自以为绝不会出错的观测现在产生了重大问题，诺奖应该是没有指望了。其实，哈勃想多了，他的贡献从来没有因为后来的修正而被贬低，他依然是那个改变了人类宇宙观的最重要的科学巨人。之所以很长时间内，诺贝尔奖的评审委员会没有向哈勃颁奖，只是因为一个习惯性的认知，天文学不属于物理学。不过到了1953年，诺贝尔奖的评审们已经秘密修改了审议规则，决定提名哈勃。然而可叹的是，这一年的9月份哈勃死于脑血栓，最终抱憾离世。 和哈勃相比，霍伊尔倒是对巴德取得突破显得很平静。霍伊尔等人在1952年罗马召开的国际天文学联合会会议上，在听到巴德宣布宇宙年龄修正结果后，只是尽职尽责的进行了会议记录。他在里面写下了一句话“哈勃的宇宙特征时间尺度现在必须从大约18亿年提高到大约36亿年。”霍伊尔如此淡定或许是他知道，36亿年的这个修正值并没有真正彻底的让大爆炸理论摆脱哈勃悖论的纠缠。当时能够找到的地球最古老的岩石年龄也达到了30多亿年，和36亿年相差不多。可以想象，再发现一块比36亿年更古老的岩石，这种可能性并不小。所以时标困难不能算是彻底被解除。 没想到，轮回再一次到来，巴德对哈勃所做的，很快就会成为他的学生阿伦·桑德奇（AllanRex Sandage）对他所做的。这让我想起了《薛刚反唐》中的故事，薛刚打倒了薛丁山，薛魁又打倒了薛刚，挑战和被挑战就是这样一代代延续下去的。造父变星测距法有一个成立前提，就是你得能够看得见变星才行，对于遥远星系，这个前提是不成立的。那这种情况下该如何测距呢？一个最简单而有效的办法是直接找到星系中最亮的那颗恒星作为参照物进行测距，变星即使看不清，最亮的恒星一定可以被看到。两个星系各自的最亮恒星的亮度对比就代表了星系的距离对比，比如A星系的最亮恒星其亮度4倍于B星系最亮恒星，则A星系的距离就是B星系的一半。 阿伦·桑德奇（Allan Rex Sandage） 或许你已经听出来了，上述的测距法要想成立，其实有一个默认的假设条件包含在内，就是所有星系的最亮恒星的真实亮度相差得不多。如果真实亮度差异极大，不是大约1:1的关系，那么这些最亮恒星的可视亮度也就不会平凡反比于距离。所以这是一种略显粗糙的测距方法，但也算有其合理性。这就像随机在街上找几个人组成若干个人群集合，每个集合里面最高的那个人的身高应该相差不多。当然，如果姚明恰好被选中是会构成例外的，但这样的机会并不大。有人或许会说，为什么不用亮度的平均值做距离估计呢？那岂不是更准吗？是的，平均值的稳定性要高得多，但是别忘了我们为什么舍弃相对准确的造父变星而去选用最亮恒星作为参照物，就是因为大量的星体亮度不够嘛！许多星体看不见就没办法估计亮度的平均值而只能用最大值。 虽然做了上述的解释，肯定还是会有人对这种最亮恒星测距法感到不妥。实际上天文学家对此早已心知肚明，这是会带来误差的，所以巴德才会让自己的学生桑德奇去重复检验一下自己的观测结果。没想到，桑德奇整个推翻了导师的结论。简答的来说，桑德奇发现这种测距法的最大隐患并不在于那个最高个子的人在不同群组的身高波动，而是另一个关键性的问题，你看到的那个大个子真的是一个人吗？他会不会是几个人在叠罗汉呢？桑德奇经过多次认真细致的观测认识到，许多的以前人们找到的所谓最亮恒星往往不是一颗星而是一个星团。如此一来，一个星系的最高亮度就会因为群星的集体贡献而被错误的高估，从而造成它距离很近的假象。实际上，这样的星系的真实距离要远得多，宇宙的尺度需要再次被放大。经过桑德奇的观察和修正，宇宙的年龄被延长到55亿年。不过，今天我们知道，这仍然低估了宇宙的寿命。整个50年代，桑德奇一直在改进测距的工作和方法，并逐渐的把宇宙年龄推进到100亿-200亿年之间，这下子，时标困难彻底的被解决。 大爆炸理论弥补了自己的不足，但这仍不是决定性的证明。婴儿星系的分布和微波背景辐射的存在，这两项各自根据稳恒宇宙模型和大爆炸模型提出的预言才是真正的关键。对它们的验证需要等待一次崭新的天文革命，而这次革命将从微小的4分钟开始。 |
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