致敬!丈量星空者
有多少伟大的头颅,在星空下消失了,或者他们已成为星空的一部分,继续着他们丈量星空成为“星际使者”的梦想。在哥白尼、布鲁诺之后,仰望星空的伽利略以及望远镜出现了。伽利略从荷兰的一个眼镜匠处得到启发,开始磨制镜片,制作镜筒。直接面对眼睛的凹透镜片为“目镜”,对着被观察物体的凸透镜为“物镜”,一架放大32倍的望远镜由伽利略亲手制成,并且也使伽利略成为人类史上第一个把望远镜指向太空者。
伟大的17世纪啊!
1610年1月初,当伽利略把望远镜指向木星时,发现木星的圆面附近有3个小亮点,那是3颗小星星,连续几个夜晚的观察之后他有所困惑,这3个小星星有时会成为4个,有时则是2个,为什么?困惑之后伽利略突然惊喜莫名:那是木星的4颗卫星啊!它们环绕木星运转有时互相遮蔽,有时转到木星后面去了。哪有什么地球中心啊!哪里只是地球才有卫星!用眼睛直接观察太空的历史由伽利略结束了。我们穿越过牛顿、赫歇尔、梅西耶、赖特等在星云中不朽的灵魂,听康德说——1755年,康德发表了石破天惊的《自然通史和天体论》,提出了他的三个著名假设:太阳系起源的星云假设;银河是一个扁球状的星团,同时还存在着类似银河的“星团天体”假设;海洋潮汐会减缓地球旋转的速度假设。康德认为太阳系所在的庞大的恒星集团——银河系并不孤独,它是茫茫空际的“宇宙岛”之一。天体想象大师啊,哲人康德。
我们快要接近爱因斯坦了。在这之前先说一点关于宇宙和光。中国古人谓:“四方上下曰宇,往古来今曰宙”;东汉天文学家张衡说:“宇之表无极,宙之端无穷”。霍金的论述为:“古老的关于基本上不变的、已经存在并将继续存在无限久的宇宙的观念,已为运动的、膨胀的并且看来是从一个有限的过去开始,并将在有限的将来终结的宇宙观念取代。”国人肖巍著《宇宙的观念》中有包含了中国古代哲学理念的精妙之论:“更概括地说,从混沌中诞生有序的宇宙,有序的宇宙转变为万有的宇宙,而这个万有的宇宙竟创生于‘无’。”老子所谓“有生于无”也。
宇宙空间之大,天文学以光年计算。光是宇宙间运行速度最快者。1秒钟30万公里的光速眨眼之间便绕了地球7圈又半。光在1年中的潇洒行程约为9.5万亿公里,此即1光年。光的神速是在追寻还是在逃逸?光何时而起?从何而来?爱因斯坦不仅有对光的殚精竭虑的思考,还有绝对非凡的梦想:“如果我赶上了一束光线去看世界,它会是怎样的呢?”爱因斯坦的狭义相对论解释了时间和运动是相对于观察者的,只要光速不变,自然规律在宇宙中是一样的。他的广义相对论则隐伏着无穷机缘。他提出:“引力是由质量存在创造的时空连续体中的一个弯曲场”。自此以后,爱因斯坦广义相对论所预言的那种暗天体,使宇宙科学界浮想联翩。最早想象黑洞并作出具体描述的,是英国剑桥大学学监约翰·米歇尔,1783年,他在《伦敦皇家学会哲学学报》撰文称:一个质量足够大并足够紧致的恒星,会有强大的引力场,以至于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光,还没有到达恒星远处即被恒星的引力吸引回来。
黑洞术语与蟹状星云
黑洞这一术语直到1969年才由约翰·惠勒创造。惠勒回忆说:“1969年,我们在纽约阿姆斯特丹大道的太空物理研究所开会。我说,在做最后结论之前,还必须把另一个问题提出来,这就是引力完全坍缩的物体,而你在重复诸如引力完全坍缩物体用词十次之后,就会觉得必须有一个更好的名字,这就是我开始使用‘黑洞’这个术语的缘由。”在霍金去世后,英国《独立报》称“发现黑洞使霍金成为世界上最著名的科学家”。其实发现黑洞的并不是霍金,大爆炸理论亦然,其概念是1927年勒梅特首先提出,他认为宇宙起源于一个“原始原子”。伽莫夫发挥了勒梅特的思想,认为宇宙起源于一个极端高温、极端紧致、极端高密度的原始火球,伽莫夫称之为混沌,这一火球中的物质以基本粒子形态存在。大约180亿年前,这个混沌体发生大爆炸,向外飞散,密度降低;温度降至5500万摄氏度时,中子自动形成质子与电子辐射,使这些微粒结合形成氢原子、核原子等,人类所知的一切元素,都是在大爆炸之后半小时内产生的。
有新生的光。
也有正在消散的光。
在恒星爆炸之后出现的中子星,也许还不是星星之历程的必然的最后一步。一颗质量比太阳大十倍的恒星,其风烛残年、黑洞的形成及相关探讨因为霍金而更为完善了:“当恒星耗尽其核能,那就没有东西可维持其向外的压力,恒星由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩,表面上的引力场就变得越来越强大,而逃逸速度就会增加……其结果就是一个黑洞,这是时空的一个区域,在这个区域不可能逃逸到无穷远。”
更通俗地说,大爆炸时抛出的大量物质会形成弥漫的星云。
位于金牛座的“蟹状星云”就是一颗恒星爆炸后的残骸。从太空拍摄的这一星云的图片上可以看到,这是一团极大的膨胀中的云,由剧烈骚动的气体构成。这些星云残骸美丽而迷人,它因本身发光的氢和氮的细丝状结构而呈现橘红色,星云内部由磁场中的自由电子照明。1054年7月4日,人类初见“蟹状”星云时,其光芒明亮闪烁,观星者以为天上出现了一颗极大的新星,两年后星光黯淡渐至消退。1731年,天文学家用更高倍的望远镜寻找、观察,并认定这是大约九百年前一次天体灾难的残星余云。
最早证实位于金牛座的“蟹状星云”乃一颗恒星爆炸后之残骸的,是中国古代天文记录。《宋史》:“宋仁宗至和元年五月乙丑,客星出天关,东南可数寸,岁余稍没。”“天关”即金牛座也。《宋会要》记:“至和元年,伏睹客星出见,其星上微有光彩,黄色。”《宋会要辑稿》更为详明:“至和元年五月,晨出东方,守天关昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。”1928年,美国天文学家哈勃指出:“蟹状星云”就是中国古籍所记载的芒角四出的“客星”爆发后的遗迹,国际天文学界据此也称之为“中国新星”。
有新生的光。
有消散的光。
宇宙的奥秘就是光。
中国古人对天文的了解,明朝末年学者顾炎武先生说:“三代以上,人人皆知天文。七月流火,农夫之辞也;三星在天,妇人之语也;月离于毕,戍卒之作也;龙尾伏辰,儿童之谣也。”
这在某种程度上可以解释,为什么康德、伽利略、爱因斯坦、霍金等探寻宇宙星云者,在中国得到了如此之多的尊敬和共同语言。
霍金与梵帝冈:上帝住哪儿?
1975年,梵蒂冈罗马教廷把“庇佑十二世奖章”颁发给霍金,他与好友白纳德·卡尔一起飞往罗马。白纳德·卡尔写道:“那是一个非常动人的场合,在正常情况下,得奖的人必须走到教宗面前去接受奖章。可是因为霍金不能走路,教宗便走到霍金面前。这是一个历史性的时刻,教会——尤其是天主教会和宇宙学之间一向有矛盾,这可追溯到伽利略时代,而霍金对伽利略有极大的亲切感。”(《时间简史续编》)在同一本书里,霍金记录的是1981年梵帝冈召开宇宙学会议时,“我又重新唤起了对宇宙开端和命运问题的兴趣,之后我们受到教皇的召见”。霍金平静地记录下了这次会见:“教皇告诉我们,研究宇宙在大爆炸以后的演化是可以的,但是由于大爆炸本身是创生的时刻,因而是上帝的事务,所以我们不应该去询问那个时刻本身。”
就在梵帝冈的这次宇宙学会议上,霍金提出了《宇宙的边界条件》的论文,认为:“空间和时间在范围上有限,但是自己包容起来,而没有边界或边缘,正如地球的表面面积是有限的,却没有边界或边缘一样。”霍金并且风趣地说:“在我所有的旅行中,我从未从世界的边缘掉下去。”“只要宇宙有一个开端,我们就可以设想有一位造物主。但是,如果宇宙确实是完全自足的,那还会有造物主的存身之处吗?”“或许没有天堂,也没有来世。我们只有今生来欣赏宇宙的伟大设计。为此,我非常感激。”作为剑桥大学卢卡斯数学教授,霍金对“统一理论”进行了研究,该理论是从爱因斯坦开始追寻的物理学的伟大目标。他在《时间简史》中写道:“一个圆满、前后一致的统一理论仅仅是第一步,我们的目标是对我们周边的事物和我们自身的存在,获得彻底的理解。”也就是说,霍金试图“找到一个‘万物理论’,将让人类‘明白上帝的心’”。后来,霍金又提出,统一理论或许并不存在。
霍金的思想在漫步星云时灵光四射,他有时也否定自己、纠正自己,倘非如此,霍金还是霍金吗?