回首页 

载2005年10月14日《中国图书商报·阅读周刊》


认识霍伊尔:勿以成败论英雄

钮卫星

 

1

  在二十世纪最初二十多年中,天文学家在观测中发现来自遥远星系的星光有普遍的红移现象,并据此确定了一些星系的退行速度。1929年哈勃在这些观测的基础上发表了著名的哈勃红移定律:星系离开观测者的距离(D)跟它们的退行速度(V)成正比(D=H·V,H为哈勃常数),从而确立了宇宙膨胀的观测事实。从这一定律出发人们自然联想到宇宙是否有一个膨胀的起点?事实上哈勃常数的倒数就是宇宙经历的膨胀时间,也就是宇宙年龄。但令天文学家们尴尬的是,根据当时的实测结果求出的宇宙年龄(18亿年)还不如地球的年龄(45亿年)古老。
  然而并不是所有的天文学家都认为宇宙有一个起点。1948年剑桥大学的天文学教授霍伊尔(Fred Hoyle)和另外两位同事邦迪(Hermann Bondi)、戈尔德(Thomas Gold)一起提出了一个宇宙学理论,该理论认为宇宙在大尺度上,包括任何时候和任何地方,都是一样的。在这个“稳恒态”宇宙中没有开始,没有结束。星系在各个方向上简单地飞离,就像烤蛋糕时蛋糕上的葡萄干随着蛋糕膨胀而远离。为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总的外观,他们假定物质在星系际空间无中生有地创生,物质的创生率(每立方公里每年产生一个粒子)恰好用来形成新的星系。霍伊尔很善于把自己的理论通俗地推销出去,他尤其善于与媒体打交道,所以他的名气和他的理论一度十分响亮。
  同样是1948年,伽莫夫和阿尔法提出宇宙是从一个原始高密状态演化而来的理论。为了让他们的理论叫起来响亮一点,伽莫夫拉了著名核物理学家贝蒂一起署名,于是这一理论被称作αβγ(Alpher, Bethe,& Gamow)理论。面对这一竞争理论,霍伊尔在1952年的一次广播节目中把它戏称为“大爆炸理论”(the Big Bang),他认为宇宙不会在一声爆炸中产生。霍伊尔因此成了这个现在几乎已经家喻户晓的流行宇宙理论的命名者。到1964-65年间,贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊无意中发现了大爆炸理论预言的宇宙微波背景辐射,一般认为这是给稳衡态理论的最后一击。
  霍伊尔还以一种特别的方式对另一位著名的物理学家、天文学家霍金产生过影响。1962年快要在牛津大学毕业的霍金(Stephen Hawking)凭着他对数学和理论物理学的独特天赋和悟性,申请去剑桥大学攻读宇宙学博士学位,他心目中的导师就是霍伊尔。但是后来剑桥大学安排给他的导师是一位他从没有听说过的丹尼斯·夏马(Denis Sciama),霍金一度将这视作灾难。
  此时霍伊尔正在为捍卫他的稳恒态宇宙理论努力工作,他指导的一位研究生纳里卡(J. V Narlikar)被指定为他的理论进行一些数学推导。纳里卡的办公室恰好在霍金的隔壁,霍金对纳里卡的方程式很感兴趣。作为物理系的同学,纳里卡与霍金分享了他的研究材料,霍金对这个问题作了进一步研究。几个月后,霍伊尔决定在伦敦皇家学会召开一次会议,宣布他们的发现。霍金参加了会议。在霍伊尔报告完毕征求意见时,已经在遭受运动神经细胞疾病折磨的霍金拄着拐杖站起来指出了霍伊尔方程中的某个量是发散的。霍伊尔对此很感尴尬,但霍金是对的。为此,霍金撰写了他的第一篇学术论文“关于霍伊尔-纳里卡引力理论的研究”,文章总结了他在数学上的发现,发表在1965年皇家学会会刊上。霍金从指出名人的错误开始,从此走向了成为名人的道路。


2

  名人之间不管是合作还是掐架,有时会有互相增添光彩的效应。霍伊尔和纳里卡的名字出现在如今已是大名人的霍金的第一篇学术论文的标题中,无疑会给人留下深刻印象。所以当我拿到由霍伊尔和纳里卡合著的《物理天文学前沿》中译本时,觉得很有阅读它的冲动,很想看看一位曾经“顽固坚持”错误理论的天文学家是怎么描述天文学的前沿动态的。
  然而,虽然在书后的附录A中简单介绍了霍伊尔曾经热衷过的“稳衡态宇宙理论”,但是在全书正文中却别想找到一丁点标新立异或离经叛道的说法。这是一本相当平稳、扎实的介绍天文学前沿研究进展的普及著作。书名之所以这样取,是因为两位作者相信物理学家在实验室里获得的规律可以用于遥远的天体。宇宙本质上就是物理学家的大实验室,在这个意义上,天文学家与物理学家是一种身分的两种称呼而已。鉴于物理学与天文学之间的这种根本性的相互联系,作者们编著了这本《物理天文学前沿》。
  该书的宗旨是从物理学观点出发来阐述天文学问题。因此书一开始先讨论了诸如原子性质、量子力学以及辐射等基本概念。然后全书以物质的四种基本相互作用――电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用和引力相互作用――来统摄宇宙中的各种现象,并以此编织全书的经纬。书分三篇,第一篇阐述电磁相互作用,描述由辐射波谱获得的天文知识,包括光学天文学、射电天文学、毫米波天文学、红外天文学和X射线天文学;第二篇论述强相互作用和弱相互作用,着重讨论恒星内部的特征;第三篇展示了引力相互作用下的大千世界,讨论了牛顿理论和爱因斯坦理论,并以此为基础去认识黑洞和宇宙学的各种问题。
  全书不像一般的天文学书籍那样着眼于天文学发现的历史偶然顺序,或者以人类为中心按照天体距离我们的远近去论述,而是着眼于宇宙中起作用的各种基本力,为理解各种天文现象提供一个理论基础。这种对内容的编排方式确实令人耳目一新,同时也深刻揭示了宇宙的内在统一性。当年伽利略用斜面上滚动的小球、牛顿从坠落的苹果,探知了行星运行、彗星出没和海潮涨落的规律,开始了揭示宇宙内在统一性的历程。而现在物理学家们用四种基本相互作用,完成了对小到原子内部、大到宇宙尺度上的统一解释。
  《物理天文学前沿》中译本是按照1980年的英文原版译出的,这20多年来天文学的实测手段和理论成果又有不少进步,所以也许有读者对书名是否名副其实会产生怀疑。但事实上,作为一本普及读物,这本书的内容并不过时,甚至还相当挑战读者的智力。书中介绍的天文学基本研究方法和手段,至今还仍在使用。整本书向读者展示了一个天文学各个前沿研究领域的“连续谱”,对一些相对冷门的领域也都有完整的介绍。譬如,如果该书再早几年译成中文,那么书中对X射线天文学和太阳内部能量来源的介绍会帮助读者很好地了解三位2002年度诺贝尔物理学奖获得者的工作的重要性和意义。
  两位译者何香涛先生和赵君亮先生是曾经活跃在天文学前沿的我国著名天文学家,他们又都热心科普工作。两位凭借扎实的专业知识,以精准、流畅的译笔,为读者提供了一本难得一见的高质量天文科普译著。


3

  2001年3月86岁的霍伊尔去世了。也许是我孤陋寡闻,没见国内媒体对此有什么报道,而国外的媒体着实热闹了一阵,《自然》杂志还为此发表了悼文,其中说到他“在一生的大部分时间里都卷入了争论”,这也许是实情。但学术界的争论是必要的,霍伊尔对大爆炸理论的挑剔事实上也促进了大爆炸理论的完善。而他自己提出的稳衡态理论则是一个高度可证伪的理论,因此用波普尔的科学哲学理论来评判,在它被证伪之前不失为一个好的科学理论。在理论被证伪之前坚持自己的理论,这也是维持一个良好的学术“生态”环境所必需的。因此仅就提出和维护一种宇宙学说而言,霍伊尔对科学进步也是做出了贡献的。
  事实上霍伊尔还有许多其他的科学贡献。譬如1957年他和福勒(W.A.Fowler)等人一起提出重元素如何在超新星爆炸中形成的理论。福勒还因这项工作获得了诺贝尔奖。在学术建制方面,霍伊尔也是成就卓著,他是剑桥大学理论天文研究所的创立者,任第一任所长。
  霍伊尔在其他科学领域也时常提出一些大胆的设想。譬如对于地球上生命的来源,这一直是进化论的一个难题。霍伊尔认为,地球原始环境自发形成生命的机率,就像一堆工业垃圾在一场龙卷风的袭击下,自行组成了一架波音747那么小。地球上生命的祖先必定是从太空中来的。甚至就在今天,流感、哮喘等流行病的爆发也是因为地球经过了宇宙中的微生物带。他还大胆设想,人类在进化过程中有了突出的鼻子和朝下的鼻孔,就是为了阻止宇宙病原菌掉进去。
  霍伊尔为了把他的生命源于太空的想法推销出去,索性写成了一部科幻小说《黑云》。小说描述了一团巨大的星系暗物质云包围住了太阳,使地球接受到的太阳能急剧下降,形成灾难。而这团黑云本身是有生命、甚至有智慧的,只不过它的生命形态迥异于人类,无法与人类沟通。有生命的宇宙云近乎幻想,但生命源自太空的想法却不是一种纯粹的幻想,现在科学家们正在严肃地研究和验证这种设想。所以,大胆想像始终是科学研究的一个重要环节。

  正如《物理天文学前沿》一书中所写的:“宇宙学家的处境可以比作是晚间有一个人在灯光暗淡的街上寻找一枚丢失了的硬币,他唯一可以很好搜索的场所就是少数几盏路灯下面的地方。”(510-511页)面对宇宙,我们确实只能从我们已经掌握的规律出发去理解它。其实更重要的不是理解到了什么程度,而是这个不断进步的理解过程,稳衡态理论也好,大爆炸理论也好,最后都会消失在这个过程中,并成为前进道路上的一块块基石。描述宇宙的终极理论是什么样的?它存在不存在?都还不是现在能回答的问题。因此,对于霍伊尔,我们大可不必以成败论之。

  《物理天文学前沿》,[英]F·霍伊尔 [印]J·纳里卡 著,何香涛 赵君亮 译,湖南科学技术出版社,2005年2月

 

 

20060115加入