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第8章 快速发展的现代天文学(4)

哈勃是在沙普利提出的一个著名理论的基础上开始研究,工作的,而他取得的观察结果却与沙普利截然相反。哈勃于1919年在加州威尔逊山天文台与沙普利初次相识。时年29岁的哈勃是从第一次世界大战的战场刚刚归来的少校,是天文台的新人;而时年33岁的沙普利已是天文观测领域的专家,是美国观测银河系的权威之一。沙普利根据造父变星的亮度计算星际间的距离,发现银河系的宽度为30光年。沙普利认为,银河系就是整个宇宙。一些天文学家对沙普利的这个理论持怀疑态度,哈勃就是其中之一。哈勃在芝加哥大学学习期间对星云进行了研究,并在博士论文中提出,对宇宙的研究需要有功率更强大的天文望远镜。

1923年10月,帕萨迪纳山上直径100英寸的胡克天文望远镜投入使用刚刚3个星期,哈勃便取得了天文学历史上一项重要的发现。他注意到,仙女座星云中存在他认为是新星的目标。经过同其他天文学家以前拍摄的同一区域的照片相比较,他发现,那颗所谓的“新星”实际上就是造父变星。因此,可以采用沙普利用以测量银河系面积的相同方法来测量造父变星与地球之间的距离。经过计算,哈勃证明那颗造父变星与地球之间的距离为100万光年。这就是说,仙女座星云远在银河系之外,其本身就是一个由千百万颗星体组成的星系。哈勃知道,如果仙女座星云是个星系,其他无数个星云很可能也是星系。他继续对造父变星进行观测,到了1924年2月,哈勃信心十足地致信沙普利,提出了与他的理论相悖的证据。

哈勃的发现使世界各地的天文学家感到振奋,这只是开始。哈勃把星云分为旋涡星系和椭圆星系两大类,并根据其他特征为星系进一步分类。他通过测量星云的光谱红移计算它们的速率,并于20年代末提出了著名的哈勃常数。哈勃常数的速率就是星系的速度同距离的比值;星云与地球的距离越远,其远离速度越高。多数天文学家接受了哈勃提出的证据,但是沙普利仍然固执己见。随着对宇宙的探测范围越来越广,哈勃获得了一项更大的发现:所有的星系都在离我们远去。宇宙在日益膨胀,似乎是在曾经是高度集中的基础上彼此分离而去。

 爱因斯坦

爱因斯坦是20世纪最伟大的自然科学家,物理学革命的旗手。1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究,于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就,特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出,推动了物理学理论的革命。同年,以论文《分子大小的新测定法》,取得苏黎世大学的博士学位。1908年兼任伯尔尼大学编外讲师,从此他才有缘进入学术机构工作。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德语大学理论物理学教授,1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。1914年,应普朗克和能斯脱的邀请,回德国任威廉皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授,直到1933年。1920年应洛伦兹和埃伦菲斯特的邀请,兼任荷兰莱顿大学特邀教授。回德国不到四个月,第一次世界大战爆发,他投入公开的和地下的反战活动。他经过8年艰苦的探索,于1915年最后建成了广义相对论。

他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言,于1919年由英国天文学家爱丁顿等人的日全食观测结果所证实,全世界为之轰动,爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词,同时也招来了德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。1933年1月纳粹攫取德国政权后,爱因斯坦是科学界首要的迫害对象,幸而当时他在美国讲学,未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时,9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪,星夜渡海到英国,10月转到美国普林斯顿,任新建的高级研究院教授,直至1945年退休。1940年他取得美国国籍。1939年他获悉铀核裂变及其链式反应的发现消息,在匈牙利物理学家西拉德推动下,上书罗斯福总统,建议研制原子弹,以防德国占先。第二次世界大战结束前夕,美国在日本两个城市上空投掷原子弹,爱因斯坦对此强烈不满。战后,他为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯危险,进行了不懈的斗争。1955年4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱,不举行任何丧礼,不筑坟墓,不立纪念碑,骨灰撒在永远对人保密的地方,为的是不使任何地方成为圣地。

 霍金

史蒂芬·霍金于1942年1月8日生于牛津,那一天刚好是伽利略逝世三百年。可能因为他出生在第二次世界大战的时代,所以小时候对模型特别着迷。他十几岁时不但喜欢做模型飞机和轮船,还和学友制作了很多不同种类的战争游戏,反映出他研究和操控事物的渴望。这种渴望驱使他攻读博士学位,并在黑洞和宇宙论的研究上获得重大成就。

霍金十三四岁时已下定决心要从事物理学和天文学的研究。十七岁那年,他考到了自然科学的奖学金,顺利入读牛津大学。学士毕业后他转到剑桥大学攻读博士学位,研究宇宙学。不久他发现自己患上了会导致肌肉萎缩的卢伽雷病。由于医生对此病束手无策,起初他打算放弃从事研究的理想,但后来病情恶化的速度减慢了,他便重拾获信心,排除万难,从挫折中站起来,勇敢地面对这次不幸,继续醉心研究。

70年代,他和彭罗斯证明了著名的奇性定理,并在1988年共同获得沃尔夫物理奖。他还证明了黑洞的面积不会随时间减少。1918年,他发现黑洞辐射的温度和其质量成反比,即黑洞会因为辐射而变小,但温度却会升高,最终会发生爆炸而消失。

80年代,他开始研究量子宇宙论。这时他的行动已经出现问题,后来由于得了肺炎而接受穿气管手术,使他从此再不能说话。现在他全身瘫痪,要靠电动轮椅代替双脚,不但说话和写字要靠电脑和语言合成器帮忙,连阅读也要别人替他把每页纸摊平在桌上,让他驱动着轮椅逐页去看。霍金一生贡献于理论物理学的研究,被誉为当今最杰出的科学家之一。他的著作包括《时间简史》及《黑洞与婴儿宇宙以及相关文章》。虽然大家都觉得他非常不幸,但他在科学上的成就却是在他在发病后获得的。

他凭着不屈的意志,战胜了疾病,创造了一个奇迹,也证明了残疾并非成功的障碍。霍金的顽强同样表现在他与世界各地的科学家们一次次交锋中,而在许多时候,他最终被证明是正确的。于是,霍金这个名字渐渐在人类科学的世界显露出自己的光彩:1975年,教皇在梵蒂冈步下圣坛,将嘉奖“有杰出成就的年轻科学家”的勋章授予霍金,而他的前任在多年前曾经严酷地迫害过布鲁诺、伽利略;1985年,霍金被本行星上最古老的学术组织英国皇家学会吸纳为有史以来最年轻的院士;他在剑桥大学担任着牛顿曾经就位多年的重要教职,被世界公认为是继爱因斯坦后最杰出的理论物理学家,是对20世纪人类观念产生了重大影响的人物。

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