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宇宙传奇-14

 跋b 2019-03-08


前文说到普林斯顿大学的教授们接到了一通电话,听完这个电话内心是凉凉的,怎么回事呢?那就说来话长了,要从20世纪30年代说起。1909年,意大利的马可尼发明了实用化的无线电通讯,他因此还获得了诺贝尔奖。到了30年代,无线电通讯就成了热门的产业,收音机得到了迅速普及,BBC就是1922年成立的嘛。随着热潮的到来,人们就开始研究越洋通讯的可行性,为了提高通讯效率,人们就用定向天线,这样能量可以更集中一些。贝尔电话电报公司的工程师在测试天线的时候就收到了一个奇怪的信号,而且这个信号几乎是一天绕一圈,这个周期性的信号循环时间是23小时56分,一帮工程师看到这数字就觉得很眼熟啊,后来反应过来了这不就是恒星日嘛,地球自转一天时间就是23小时56分,太阳跟天球稍微有点差别,太阳转一圈是24小时,我们的一天就是这样定义的,23小时56分就被称之为恒星日。工程师就跑到屋外,一看不得了啊,这天线正对着人马座,正对着银河系核心的那部分,这信号原来是银河系中心发出来的,从此一门新的学科诞生了,叫做射电天文学。当年爱迪生啊普朗克啊他们都预言过像天体应该也能发出无线电信号,但是这信号在当时没有可靠的接受设备所以一直找不到,到了现在终于被发现了。搞了半天这天文观测不仅要看,还要听,如果那种大型光学望远镜比如说叶凯士天文台威尔逊山天文台那种算大眼睛的话,那这种大型射电望远镜就是大耳朵。 

 接下来二次世界大战爆发了,打仗那就是搏命,双方什么阴招都用上了,聪明的人比脑子,勇敢的人就拼命,反正就是想尽办法要了对方的命。在这期间,科学界有两个领域就得到了发展,一个是核物理,原子弹就是靠这个。到了战后各大国也都在拼命研制原子弹,有了原子弹你说话别人才把你当回事,没原子弹别人就无视你,这效果还是不一样的。还有一个领域就是无线电领域,英国最先搞出来雷达,最先搞出来行波管,这东西体积非常小但是能发出非常强的微波辐射。美国人见到之后就开心坏了,花钱要买这东西。英国打仗没钱啊,也巴不得把自己的压箱底宝贝全拿出来给美国人看。现在我们家里的微波炉,每个微波炉里面就有一个行波管,这已经是个非常普及的东西了。无线电技术在战后就得到了充分的发展,也带动了很多其他方向的发展,包括激光的发明都跟无线电啊雷达啊是分不开的。因为研究激光,那俩人都在美国海军管过雷达管过无线电,所以他们对这一块是非常熟的。 

行波管

 因为无线电的发展,射电天文学也跟着得到了发展,人们都开始建造那种大天线来接收宇宙信号,造那种天线锅。普林斯顿大学的科学家就开始琢磨当年伽莫夫那个预言,当年那个大火球膨胀成现在这样了,那现在的宇宙多少还是会有点余温的,既然有余温那这些温度就会发射出微波辐射,如果能接受到这个辐射那就能找到宇宙诞生之初的痕迹。不过科学家找来找去都找不到信号,这时候就有人在边上看笑话了,谁呢?1948年,霍伊尔就跟一帮人搞了一个稳恒态宇宙模型,他就嘲笑伽莫夫,你那个火球模型根本不靠谱,假如说宇宙有起点,那宇宙起点之前又是啥?物理规律是不会失效的啊,所以我不相信宇宙是有起点的。他称伽莫夫那个理论为大爆炸,多少是有些讽刺意味的,但BIG BANG这个词在不经意之间走红了,直接就取代了伽莫夫那个火球理论的名字,后来人们就管伽莫夫这个理论为大爆炸理论,也叫大爆炸模型。伽莫夫一听也觉得这名字不错,后来霍伊尔就说了,这名字就是泼出去的水想收都收不回了。当时霍伊尔是学术超男,经常在电视台啊电台啊搞科普讲座,二战之后电视就开始普及了,霍伊尔就属于科学圈里露脸很多的那类人。不仅仅是科学研究,不仅仅上电视台搞讲座,他还写科幻小说,写电视剧本,所以粉丝无数。有一个小孩子就对这个霍伊尔崇拜的五体投地,发誓自己以后要拜霍伊尔为师,这孩子名叫斯蒂芬·霍金,这个后面再说。 

霍伊尔

 霍伊尔这样嘲讽伽莫夫那伽莫夫也不示弱,他在美国科学界也是个牛人,当年他从苏联到美国,一看美国普遍都还不教进化论,那比苏联差远了,伽莫夫就写了大批科普书,最出名的就是《物理世界奇遇记》,还有一本书叫《从一到无穷大》,这两本书特别适合小孩子去读,特别通俗易懂而且讲的很到位。

现在某宝都还能买到

在50年代朝鲜战争就打了好多年,之后又开始美苏冷战,在美国麦卡锡主义盛行,搞的国内鸡飞狗跳,左翼人士被各种迫害,连卓别林都被哄出了美国,结果泰勒就跑到联邦调查局去把奥本海默告了。结果惠勒是中间人,使劲劝泰勒别这样搞,大家都是搞原子物理的,但泰勒就是不听,最后弄得很多朋友都开始远离了泰勒。这一告把奥本海默原子能委员会主席的职位搞没了,这还算好的,后来奥本海默就跑到普林斯顿大学研究所当所长去了,这个研究所的人都是搞原子能的同事,后来也都转向了理论物理的研究,这都是后话了。不过单说在黑洞方面的研究,奥本海默就有好几个徒弟做了重要的作用,这个以后再说。反正那段时间麦卡锡搞的天怒人怨,到了1954年终于闹不下去了,这波浪潮算是过去了,也正因为如此1955年钱学森才有机会回国,要是那时候麦卡锡还在闹的话钱学森根本回不来。 

 到了60年代,无线电领域已经发展的今非昔比了,那时候就要开始搞卫星通讯,那就需要更大的天线和更灵敏的接收器。到1964年,美国贝尔实验室的工程师一个叫威尔逊一个叫彭齐亚斯,这俩人架设了一台喇叭状的天线,说是喇叭状的其实就像牛角,它能接收一颗卫星的信号,这颗卫星的名字叫回声。那为了检测这天线接收噪音的能力,他们就把天线对准天空,按理说这地区没任何信号,而且这天线非常巨大,人都可以钻到天线下面的小房间里去。结果他们一测试,这天线始终就有滋滋啦啦的声音,怎么消也消不掉,他们一开始想难道是边上纽约市造成的杂音吗,于是他们就换了个方向,让天线背对纽约,结果还是有这种滋滋啦啦的声音,对准天上也一样,这看来跟环境没啥关系了。后来他们发现不对劲,有只鸽子在天线下面搭了个窝还生了蛋,还有一堆的鸽子粪,在后来他们写论文的时候都没好意思写是鸽子粪,就写是鸽子的白色分泌物,他们一看这情况不得了,他俩也没辙,只能找了个专业人士把一窝鸽子蛋全挪走,然后把整个天线彻彻底底里里外外打扫地干干净净,因为这些脏东西包括鸽子也都会带来杂音。打扫干净之后他们认为这总该没问题了吧,把机器打开,那滋滋啦啦的声音又来了,他俩是欲哭无泪啊,不知道这是怎么回事,于是他们就写了篇论文发表在了天体物理上,还电话给了附近的普林斯顿大学。普林斯顿大学的迪克教授正领着人研究这个问题呢,他们的天线不够大,高校的天线能有多大啊肯定比不上贝尔实验室的,他们就想怎么把这天线的灵敏度调高,这时候彭齐亚斯一个电话打过来,不问不要紧,一问这迪克心里就凉凉了,因为他们一直想要找的东西被这俩工程师误打误撞给找到了,煮熟的鸭子都飞了啊。不久之后狄克、皮伯斯、劳尔和威尔金森就一起在同一份杂志上发表了一篇论文叫《宇宙黑体辐射》,在这篇论文里就对彭齐亚斯和威尔逊发现的现象做出了解释,这就是发现了那个在此之前怎么找也找不到的微波背景辐射,也就是宇宙大爆炸那个热量的余温,也可以看做是大爆炸的轰鸣回响。当初伽莫夫算出来是有6开的余温,到了1948年,美国的科学家阿尔弗和赫尔曼就预言微波背景辐射温度应该在5开左右,其实也差不了太多。彭齐亚斯和威尔逊他们测出来的波长大概是7.35厘米,把这个波长算成黑体辐射的话温度大概是2.73开的样子,那跟当初预测的5开6开温度差不多,算是在可以接受的预测范围之内,算是预测的很准了。 

威尔逊(左)和彭齐亚斯(右)和他们的天线

 既然现在大爆炸的余温被发现了,也和当初预测的值吻合的非常好,因此大爆炸宇宙学就成了人们普遍接受的学科,现在人们都相信宇宙应该是从一场大爆炸中诞生的,它不是从来就有的。因此彭齐亚斯和威尔逊这俩工程师一头雾水就拿了诺贝尔物理学奖,其他人只能欲哭无泪了,这样都能拿奖。但实际上别人也很辛苦啊,他们信念也很坚定,为了消除噪音什么手段都采取了,他们最后还有一颗好奇的心,没有说什么这噪音反正消不掉了也无所谓的态度,他们也是因为自己的细心和坚持拿到了诺贝尔物理学奖,我们后面还要讲一个坚持不懈但是没能够拿到奖的人。在这种证据之下,霍伊尔依然不相信这个理论,虽然他曾经一度动摇,好像也接受过大爆炸,但后来他还是觉得大爆炸是不对的。后来他还提出了一个新的稳恒态宇宙模型,不过那时候大家对他的那理论已经没什么兴趣了,因为大爆炸理论的证据已经非常硬了。 

 在整个60年代天文学有四大发现,这四大发现分别是类星体、脉冲星、星际有机分子和宇宙微波背景辐射,这些都是通过射电天文学发现的,说白了不是用眼睛看见的而是用耳朵听见的。微波背景辐射刚刚讲了,类星体等讲黑洞的时候再讲,星际有机分子放到后面再说,来好好说说这个脉冲星。1967年的夏天,有一天天文学家们正在休息,有一个叫贝尔的女博士突然发现记录射电信息的纸带上出现了奇怪的脉冲信号,每1.3秒就会出现一次。他们本来是要找类星体的,但偶然就发现了这么一个信号,当时就有人觉得间隔如此精确的信号会不会是外星人给我们发的,不过他们听了好久发现这信号就是如此,也没什么变化,要想发信息再怎么样也要多哼几个调调啊,从头到尾一个调肯定不算是信息了,看来也不是外星人发的信号。到了冬天快过圣诞节了,贝尔又发现了第二个信号,这次的周期是1.273秒。这下就麻烦了,很快就发现类似的信号越来越多,什么1.18秒的也有,她就发现这是一个普遍现象,这就更排除了外星人发信息跟我们联络的可能性,一定是一个普遍存在的天文现象。可发出这种信号的到底是个啥玩意儿?这种天体就被称之为脉冲星。随着媒体的传播,人们也都知道了脉冲星这回事,还有手表厂商跟进,立马就出了一款叫脉冲星牌的手表,这一来是赶时髦,二来是形容自己的表走的非常准,所以说叫这名也太合适了。 

脉冲星

 那究竟是什么原因可以使得这个天体如此之快,如此之准发脉冲呢?答案还是贝尔的老师在休息的时候给出的一个解释。这个解释就是天体在疯狂地旋转,但是电磁波的发射方向和自转轴是不重合的,我们地球的磁极不管是磁南极还是磁北极,跟我们地理上的南极和北极都是不重合的,这是一个普遍现象,天体里有很多磁极都是不重合的。这个磁极对发射电磁波是有影响的,它只要一偏转而且是在很快的转,它发射的射电信号恰好扫过我们地球被我们接收到,我们就会出现一个脉冲信号。之前说一个脉冲信号间隔1.3秒,那就说明这个天体每1.3秒就转一圈,这是一种什么样的速度啊。我们地球24小时转一圈,也就是86400秒,对比一下这个概念就知道了。后来又发现了毫秒级的脉冲星,自转周期达到了毫秒级。1974年,休伊什和赖尔共同获得了诺贝尔物理学奖。休伊什解释了脉冲星的原因,他获得奖励是应该的,那这赖尔是干嘛的呢?赖尔是设计这台望远镜的,这台望远镜非常有独创性,长的一点都不像一口大锅,之前的天线都特别像一口锅,他这个就特别像农场,密密麻麻布置了一片全是天线,这是后来最常用的方法叫做合成孔径,这是赖尔发明的,结果他就和休伊什一块拿了奖,最后那个最早发现脉冲星的贝尔她啥也没拿到。很多人就为贝尔鸣不平,最后她就拿到一个称号叫脉冲星之母。到了2006年的布拉格天文大会的时候她已经是主席了,在她的主持之下冥王星就被开除出行星的资格,那时候她已经是个花甲老太太了,前几年她还有去过新疆去讲学,现在已经是个古稀老人了,不得不感慨岁月是把杀猪刀啊,当年她发现脉冲星的时候才24岁呢。 

乔瑟琳·贝尔

 人们在惊叹这脉冲星转的如此之快的时候,有一个问题就出来了,到底是什么样的天体才能承受如此快的转速而不散架呢?答案其实只有一个,那就是以前钱德拉塞卡预言的中子星,这个预言时隔30多年终于尘埃落定。中子星的密度非常高,原来宇宙里真的有这么大密度的天体,一粒芝麻大小的物质,质量就比地球上所有船只吨位加起来还要大。如果说中子星的质量跟太阳差不多的话,那么那颗中子星的直径大概也就10公里左右,差不多也就是地球上一座山的尺寸,这就不得了了。当然了,中子星上也不完全是中子,有人就说你把中子星切开了,说不定内部核心就是一锅夸克汤,因为中子星内部压力太大了,中子都扛不住了,全都成了夸克,不过这东西没直接证据所以也就听一听了。当然了,还是有中子会变成质子的,所以中子星上应该有不少质子,反正不可能全是中子那么纯。中子星被发现了那另一个问题又出来了,黑洞是否存在呢?中子星这种稀奇古怪的东西都被发现了,那黑洞会不会就是下一个呢?大概在20世纪60、70年代,天文学家个个都说没见到过这东西,而物理学家们一个个都信誓旦旦说黑洞这玩意儿肯定有,不过到了现在正好就反过来了,天文学家个个都说存在黑洞,而物理学家个个底气不足,包括那位因为黑洞而成名的霍金。 

 60年代中期,之前崇拜霍伊尔的小伙子已经长大成人了,霍金就打算报考霍伊尔的研究生,但一来二去没轮到他,给他安排的老师是丹尼斯·夏马,霍金听都没听说过这个人,毕竟是个名不见经传的老师,霍金心情就很失落,没跟上霍伊尔,没跟上自己的偶像。不过他后来发现自己因祸得福,他跟对人了,因为霍伊尔名气太大了,他没办法专心帮到霍金,霍伊尔在全世界各地搞讲座,基本都不在学校里。而且霍金的幸运不仅如此,还有一个更大的兴趣在等着他,因为他遇到了一个叫做彭罗斯的人。欲知后事如何,请看下回分解。

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