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，他帶著一臺又笨又大的望遠鏡來到自家的后陽臺，干一件非同尋常的事。他觀察遙遠的過去，尋找臨終的恒星。

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——你看到的恒星不是它們現(xiàn)在的狀態(tài)，而是它們的光射出時的狀態(tài)。據(jù)我們所知，我們忠實的伙伴北極星，實際上也許在去年1月，或1854年，或14世紀初以后的任何時候就已經(jīng)熄滅，因為這信息到現(xiàn)在還無法傳到這里。我們至多只能說——永遠只能說——它在680年以前的今天還在發(fā)光。恒星在不斷死亡。羅伯特·埃文斯干得比別人更出色的地方是，他發(fā)現(xiàn)了天體舉行告別儀式的時刻。

白天，埃文斯是澳大利亞統(tǒng)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。

當一顆巨大的恒星——一顆比我們的太陽還大的恒星——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里所有的恒星的亮度加起來還要明亮。于是，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(fā)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(shù)遠得難以想像，它們的光傳到我們這里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。它們與天空里別的恒星的惟一不同之處是，它們占領(lǐng)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(fā)生的閃光。

為了理解這是一種多么高超的本事，我們來想像一下，在一張標準的餐桌上鋪一塊黑桌布，然后撒上一把鹽。我們把撒開的鹽粒比做一個星系。現(xiàn)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?，F(xiàn)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。

埃文斯是個杰出的天才人物，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么會有這種天才。

埃文斯的家在黑茲爾布魯克村邊緣的一棟平房里，環(huán)境幽靜，景色如畫，悉尼就到這里為止，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。"伊萊恩從廚房里喊著說。

他又坦率地點了點頭，咧嘴一笑，接著問我是不是愿意去看一眼他的望遠鏡。我原來以為，埃文斯在后院有個不錯的天文臺——一個小型的威爾遜山天文臺或帕洛馬天文臺，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?guī)С鑫萃?，而是領(lǐng)著我走進離廚房不遠的一個擁擠不堪的貯藏室，里面堆滿了書和文獻。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(zhuǎn)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臺。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，但他說這對于他的觀測工作來說已經(jīng)綽綽有余。就是在那里，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(chuàng)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。他似乎并不特別聰明，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(jīng)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臥撐，向任何表示懷疑的人顯示他的男子氣概。他咄咄逼人，最后變得如此氣勢洶洶，連他最親密的合作者——性格溫 和的沃爾特·巴德——也不愿意跟他單獨在一起。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臺工作。茲威基不止一次揚言，要是他在加州理工學院校園里碰上，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(zhuǎn)向一個長期困擾天文學家的問題：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)羹啊！然而，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(fā)生的原因。據(jù)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(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6000顆恒星，從一個角度只能見到大約2000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5000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。

"實際上，一無所獲也有一定價值，"他說，"它有利于宇宙學家計算出星系演變的速度。在那種極少有所發(fā)現(xiàn)的區(qū)域，沒有跡象就是跡象。"

在望遠鏡旁邊的一張桌子上，堆放著跟他的研究有關(guān)的照片和文獻。現(xiàn)在，他把其中一些拿給我看。要是你翻閱過天文學的通俗出版物，你就會知道，上面大多是遠處星云之類的色彩鮮艷的照片——那是由天光形成的彩色云團 ，華美動人，異常壯觀。埃文斯拍下的形象根本無法與之相比。它們只是模模糊糊的黑白照片，上面有帶有光環(huán)的小亮點。他讓我看一幅照片，它描述了一大群恒星，上面有一點兒光焰，我不得不湊近了才看得清楚。埃文斯對我說，這是天爐星座的一顆恒星，天文學上稱之為ngc1365。（ngc代表"新編總目錄"，上面記錄著這些材料。過去是都柏林某人書桌上的一本笨重的書；不用說，如今是一個數(shù)據(jù)庫。）在6000萬年時間里，這顆恒星的壯麗死亡時所發(fā)出的光，不停地越過太空，最后在2001年8月的一天夜里以一點微光的形式抵達了地球。當然是身處桉樹芬芳的山坡上的羅伯特·埃文斯發(fā)現(xiàn)了它。

"我想，這還是挺令人滿意的啊，"埃文斯說，"想一想，那個光在太空里走了幾百萬年，抵達地球的時候恰好有個人在不偏不倚地望著那片天空，結(jié)果看到了它。能親眼目睹這樣一個重大事件，這似乎是挺不錯的。"

超新星遠遠不止讓你產(chǎn)生一種驚奇感。它們分為幾種類型（有一種是埃文斯發(fā)現(xiàn)的），其中之一名叫ia超新星，它對天文學來說尤其重要，因為這類超新星總是以同樣的方式爆炸，擁有同樣關(guān)鍵的質(zhì)量。因此，它們可以被用做"標準燭光"——用來衡量其他恒星的亮度（因此也是衡量相對距離）的標準，從而衡量宇宙的膨脹率。

1987年，由于需要比目測所能提供的更多的超新星數(shù)目，加利福尼亞州勞倫斯·伯克利實驗室的索爾·珀爾馬特開始尋找一種更加系統(tǒng)的搜尋方法。珀爾馬特利用先進的計算機和電荷耦合器件設(shè)計了一個絕妙的系統(tǒng)——實質(zhì)上是一流的數(shù)碼相機。它使尋找超新星的工作自動化了?，F(xiàn)在，天文望遠鏡可以拍下幾千幅照片，然后利用計算機來發(fā)現(xiàn)能夠說明發(fā)生了超新星爆炸的亮點。在5年時間里，珀爾馬特和他的同事們在伯克利利用這種新技術(shù)發(fā)現(xiàn)了42顆超新星。如今，連業(yè)余愛好者也在用電荷耦合器件發(fā)現(xiàn)超新星。"使用電荷耦合器件，你可以把天文望遠鏡瞄準天空，然后走開去看電視，"埃文斯不大高興地說，"那種神奇的味道已經(jīng)不復存在了。"

我問埃文斯，他是不是想采取這種新技術(shù)。"哦，不，"他說，"我很喜歡自己的辦法，而且，"他朝新近拍攝的一幅超新星照片點了點頭，微微一笑，"有時候我仍能超過他們。"

很自然產(chǎn)生了這樣的問題：要是一顆恒星在近處爆炸，情況會怎么樣？我們已經(jīng)知道，離我們最近的恒星是α星，在4.3光年以外。我曾經(jīng)想像，要是那里發(fā)生一次爆炸，我們在4.3年時間里都看得到大爆炸的光灑向整個天空，仿佛是從一個大罐子里潑出來的那樣。要是我們有4年零4個月的時間來觀看一次無法逃脫的末日漸漸向我們逼近，知道它最后到達之時會把我們的皮肉從骨頭上刮得一干二凈，情況會怎么樣？人們還會上班嗎？農(nóng)民還會種莊稼嗎？還有人把農(nóng)產(chǎn)品運到商店去嗎？

幾個星期以后，我回到了我居住的那個新罕布什爾州小鎮(zhèn)，向達特茅斯學院的天文學家約翰·索爾斯坦森提出了這幾個問題。"哦，不會了，"他笑著說，"這么一件大事的消息會以光的速度傳開，還有那個破壞性，你一聽頓時會被嚇死。不過，別擔心，這種事情不會發(fā)生。"

至于超新星爆炸的沖擊波會要你的命的問題，他解釋說，你非得"離得近到荒唐可笑的程度"——很可能是10光年左右之內(nèi)。"危險來自各種輻射——宇宙射線等等"。輻射會產(chǎn)生驚人的極光，像閃閃發(fā)亮的怪異光幕，充斥整個天空。這不會是一件好事情。任何有本事上演這么一幕的事兒會把磁層——地球高空通常使我們不受紫外線和其他宇宙襲擊的磁場——一掃而光。沒有了磁層，任何倒霉蛋只要踏進陽光，很快就會看上去——比如說——像個烤焦的比薩餅。

索爾斯坦森說，有理由相信，這種事情在星系的我們這個角落里不會發(fā)生，這是因為，首先，形成一顆超新星要有一種特別的恒星。恒星非得要有我們的太陽10-20倍那么大小才有資格，而"我們附近沒有任何符合這個條件的星球"。非常運氣，宇宙是個大地方。他接著說，離我們最近的、很可能有資格的，是獵戶座；多年來，它一直在噴出各種東西，表明那里不大穩(wěn)定，引起了大家的注意。但是，獵戶座離我們有5萬光年之遠。

在有記載的歷史上，只有五六次超新星是近到肉眼看得見的。一次是1054年的爆炸，形成了蟹狀星云。另一次是在1604年，創(chuàng)造了一顆亮得在3個多星期里連在白天都看得見的恒星。最近一次是在1987年，有一顆超新星在宇宙一個名叫大麥哲倫云的區(qū)域閃了一下，然而僅僅勉強看得見，而且僅僅在南半球看得見——它在16.9萬光年以外，對我們毫無危險。

超新星還有一方面對我們來說是絕對重要的。要是沒有了超新星，我們就不會來到這個世界上。你會想得起來，第一章快結(jié)束的時候，我們談到宇宙之謎——大爆炸產(chǎn)生了許多輕的氣體，但沒有創(chuàng)造重的元素。重元素是后來才有的，但在很長時間里，誰也搞不清它們后來是怎么產(chǎn)生的。問題是，你需要有某種溫 度確實很高的東西——比溫 度最高的恒星中央的溫 度還要高——來鍛造碳、鐵和其他元素；要是沒有這些元素，我們就令人苦惱地不會存在。超新星提供了解釋。這個解釋是一位幾乎像弗里茨·茲威基一樣行為古怪的英國宇宙學家作出的。

他是約克郡人，名叫弗雷德·霍伊爾。霍伊爾死于2001年，在《自然》雜志的悼文里被描寫成一位"宇宙學家和好辯論的人"，二者他都受之無愧。《自然》雜志的悼文說，他"在一生的大部分時間里都卷入了爭論"，并"使自己名聲掃地"。比如，他聲稱，而且是毫無根據(jù)地聲稱，倫敦自然史博物館里珍藏的那件始祖鳥化石是假的，與皮爾當人頭蓋骨的騙局如出一轍，這使得博物館的古生物學家們非常惱火。他們不得不花了幾天工夫來回答記者們從世界各地打來的電話。他還認為，地球不僅從空間接受了生命的種子，而且接受了它的許多疾病，比如感冒和腺鼠疫。他有一次還提出，人類在進化過程中有了突出的鼻子和朝下的鼻孔，就是為了阻止宇宙病原菌掉進去。

是他1952年在一篇廣播稿中開玩笑地創(chuàng)造了大爆炸這個名字。他指出，我們在理解物理學的時候，怎么也解釋不了為什么一切會聚合成一點，然后又突然戲劇性地開始膨脹?；粢翣栙澇珊惴€(wěn)態(tài)學說，該學說認為宇宙在不斷膨脹，在此過程中不斷創(chuàng)造新的物質(zhì)。霍伊爾還意識到，要是恒星發(fā)生爆聚，便會釋放出大量熱量——溫 度在1億攝氏度以上，足以在被稱之為核合成的過程中產(chǎn)生較重的元素。1957年，霍伊爾和別人一起，展示重元素是如何在超新星的爆炸中形成的。由于這項工作，他的合作者w.a.福勒獲得了諾貝爾獎?；粢翣杽t沒有，很難為情。

根據(jù)霍伊爾的理論，一顆爆炸中的恒星會釋放出足夠的熱量來產(chǎn)生所有的新元素，并把它們?yōu)⒃谟钪胬?。這些元素會形成氣云——就是所謂的星際媒介——最終聚合成新的太陽系。有了這些理論，我們終于可以為我們怎么會來到這個世界的問題構(gòu)筑一個貌似有理的設(shè)想。我們現(xiàn)在認為自己知道的情況如下：大約46億年之前，一股直徑約為240億公里、由氣體和塵埃組成的巨大渦流，積儲在我們現(xiàn)在所在的空間，并開始聚積。實際上，太陽系里的全部物質(zhì)——99.9％的物質(zhì)——都被用來形成了太陽。在剩下的飄浮物質(zhì)當中，兩顆微粒飄到很近的地方，被靜電吸到一起。

這是我們的行星孕育的時刻。在整個初生的太陽系里，同樣的情況正在發(fā)生。塵粒互相碰撞，構(gòu)成越來越大的團 塊。最后，這些團 塊大到了一定程度，可以被稱做微行星。隨著這些微行星無休止地碰撞，它們或破裂，或分解，或在無休止而又隨意的置換中重新合并，但每次碰撞都有一個贏家，有的贏家越來越大，最后主宰了它們運行的軌道。

這一切都發(fā)生得相當快。據(jù)認為，從小小的一簇塵粒變成一顆直徑為幾百公里的幼星，只要花幾萬年的時間。在不過2億年的時間里，很可能還不到，地球就基本形成了，雖然仍是灼熱的，還經(jīng)常受到仍在到處飄浮的碎片的撞擊。

在這個時刻，大約在45億年以前，一個火星大小的物體撞上了地球，炸飛了足夠的材料來形成一顆伴星——月球。據(jù)認為，不出幾個星期，被炸飛的材料已經(jīng)重新聚成一團 ；不出一年，它變成了那個現(xiàn)在還陪伴著我們的巖石球體。據(jù)認為，構(gòu)成月球的大部分材料來自地殼，不是地核，這就是月球上極少有鐵的原因，而地球上鐵卻很多。順便說一句，這個理論幾乎總是被說成是最近提出的，而事實上，它最初由哈佛大學的雷金納德·戴利于20世紀40年代提出。關(guān)于這個理論，惟一最近的事兒就是人們已經(jīng)不大重視它了。

當?shù)厍蜻€是它最終大小的大約三分之一的時候，它很可能已經(jīng)開始形成大氣，主要由二氧化碳、氮、甲烷和硫組成。我們幾乎不會把這些東西與生命聯(lián)系起來；然而，在這有毒的混雜物中，生命形成了。二氧化碳是一種強有力的溫 室氣體。它是一樣好東西，因為當時太陽已經(jīng)弱多了。要是我們沒有受益于溫 室效應，地球很可能已經(jīng)永久被冰雪覆蓋。生命也許永遠找不到一塊立足之地。但是，生命以某種方式出現(xiàn)了。

在之后的5億年里，年輕的地球繼續(xù)受到彗星、隕石和銀河系里其他碎塊的無情撞擊。

這個過程產(chǎn)生了蓄滿海洋的水，產(chǎn)生了成功形成生命所必不可少的成分。這是個極不友好的環(huán)境，然而生命還是以某種方式開始了。有一小袋化學物質(zhì)抽動一下，變成了活的。我們快要來到這個世界上了。

40億年以后，人們開始想，這一切到底是怎么發(fā)生的？下面，我們就來講講這個故事。