书城社科震撼世界的100个科学发现(下)(世界历史回眸经典文库)
2658500000004

第4章 “宇宙无限大”的发现

天文学家爱德文·哈勃看到了银河系以外的宇宙,接着他找到了启动“大膨胀理论”的第一个暗示。

近一百年里,宇航员们已经发现了类星体、脉冲星、黑洞及围绕着遥远恒星运转的行星。但所有这些与20世纪20年代几个了不起的年份里爱德文·哈勃所作的发现相比,就显得黯然失色。那时,他的大多数同事相信,银河系是几十万光年远的星星的漩涡状集合体,它构成了整个宇宙。但从南加州的威尔逊山寒冷的顶峰向太空深处看去时,哈勃认识到,银河系只是点缀在无法比拟的更巨大的背景中的数千个银河系中的一个。

哈勃继续作出的成就是他的一张王牌,说明充满着很多银河系的宇宙正在扩展——如一只大得不可想像的气球正在极大地膨胀——这样一个发现,该发现促使阿尔伯特·爱因斯坦承认并放弃“我一生中最大的错误”。简而言之,哈勃不只是除了发明宇宙的思想外无所事事,而是紧接着就为“大膨胀理论”提供了第一个证据,这个理论描述了宇宙的产生和进化。他发现了宇宙,这样做的同时他建立了宇宙学这一门学科。

哈勃在宇航领域的成功使他在洲界范围内获得了科学上的荣誉,并使他成为20世纪30~40年代受好莱坞尊重的人物——阿尔道斯·哈克斯勒的密友,查理·卓别林、海伦·海沃斯的朋友。

哈勃在芝加哥大学读本科时攻读理科,他个子高,体格强而有力,善于打篮球和拳击(据报道,拳击筹办人曾努力说服他成为职业拳击手)。学术和竞技力量的结合使得他获得了到牛津上学的罗得斯助学金。在英国,哈勃继续从事肌体锻炼;他从事拳击、田径,在几个首屈一指的垒球队中的一个队里打垒球,该队是在英国爱斯乐斯组建的。

他改变了的“版式学业”多亏对他弥留之际的父亲作出的承诺:他要学法律而不是科学(他也学文学和西班牙语)。一回到美国,他获得了一个做高中西班牙语教师的职位。尽管他受到学生们,尤其是根据哈勃传记作家格尔·克瑞斯提逊所说,受到女生的欢迎,她们明显地为他那做作的英国语言风格和“牛津怪癖”所着迷,但哈勃盼望重返科学界。

一年后,他登记成为威斯康辛州野克斯天文台的一名研究人员,开始进行会在未来某一天使他成名的工作:研究叫做星云的微弱、雾状的光点,这些星云甚至可以通过一般的望远镜看到。哈勃当一名天文学家的技巧如此引人注目,使他获得了权威的威尔逊山天文台的提名。第一次世界大战使他没有马上接受,但1919年他接受了这个崭新的被解控的专业。哈勃毛遂自荐到了天文台指挥部,还是穿制服,但将用刚刚做成的互克望远镜从事天文观察,这种望远镜是效力最大的望远望。

上了山,哈勃遇到科学上最强大的对手哈罗·夏普里,这个人早因测出银河系的范围而出名。夏普里用很亮的恒星系——叫做“色芬德变量”当标准光源,测出银河系竟有30万光年宽,比某人曾认为的要大十倍。而且夏普里宣称,整个银河系是一个蜡白色的宇宙球体。他认为,这个发光的星云正是它们看起来的样子:增多的气状的云块,这些云都靠得相当近。

哈勃没有这样肯定。就在1924年,在夏普里到哈勃天文台上任三年后,哈勃发现了相反的论据。哈勃在安德鲁米达星云里发现一颗色芬德变量恒星,他用夏普里的技术说明这座星云将近一百光年远,远远超出我们所在的银河系的边界。该星云现在人们知道是在包含数亿座星系的宇宙中离我们自己的银河系最近的一个成熟的星系。夏普里在给哈勃的一封信说:“我不知道我看到在星云问题上的这个突破时是惭愧还是高兴,也许二者都有。”这封信被传记作家克瑞斯提逊所引用(哈勃在胜利中不完全是心胸开阔的,到最后,他一直坚持用星云这个术语而不用夏普里喜欢的星系)。

哈勃发现宇宙是巨大的,银河系几乎微不足道,因而几乎是一夜之间在科学上一举成名。但他早已转到另一个新问题上。数年来,天文学家们已注意到,来到那座星云上的光比原来更红了。这种所谓变红的最有可能的原因是离观察者而去的运动(同类事情发生在声音上:当警车从一名听众身边奔驰而过时,警笛的声音似乎降低了)。

哈勃和他的助手密尔顿·哈姆逊开始测量这些正在退却的星云的距离,建立了现在被称作哈勃定律的东西:一个星系离地球越远,它跑开的速度越快。有可能,宇宙总的说来正迅速扩大吗?这样的结论非同寻常,几乎引起人的幻觉,却似乎无法回避。

当爱因斯坦听到哈勃的发现时,他欣喜万分。早在十多年前,他的新的广义相对论告诉他,宇宙一定要么在扩张,要么在收缩,但天文学者告诉他不是如此。由于没有作出更好的判断,爱因斯坦用另外一个因素演示起他的几个雅致的等式,他给这个因素起了一个宇宙学术语——一种反万有引力的力,它使宇宙不至于自我毁灭。

但突然间,这个宇宙学术语变得多余了。毕竟,爱因斯坦的直觉是对的。他犯的大错过去使他一直怀疑自己。1931年,在访问凯尔特克期间,这位伟大的重量级物理学家登上威尔逊山顶看天文望远镜,亲自感谢哈勃使他从愚昧中解脱出来。

由于当代最伟大的科学巨星向他表示敬意,哈勃理所当然地也变成了一颗受人欢迎的巨星。1936年他写的关于他的发现的书《星云王国》铸就了他的声望。游客和好莱坞名星一样,驱车上山,对哈勃发现宇宙的天文台惊叹不已。他和他妻子格雷斯双双被收入在加州社会的杰出人物之列。

哈勃对天文学的最新贡献是在帕勒马山海尔望远镜的设计和建造中扮演了一个核心角色。海尔望远镜的威力比互克望远镜大四倍,是此后40年内最大的望远镜。也许这种状况会持续更长的时间,但却被第二次世界大战中断了。哈勃的事业也是如此。这位“外行”当上了阿伯丁试验基地弹道研究的领导(一次,这个杰出的天文学家冒着极大的个人危险,花了一下午时间试验发射反坦克火箭,以找出一个设计漏洞)。

1949年,哈勃终于在海尔望远镜重新启用时回到了那里。但太迟了,他患了严重的心脏病。他再也没能完全恢复过去在寒冷的天文台熬整夜工作那样的精力。虽不像人们想象的那样有新的发现,但他回天文台工作可能增加了他的名气。

唯一逃避他的荣誉是诺贝尔奖——不是因为他自己缺少努力,他做任何事都尽全力。在20世纪40年代晚期,他甚至雇佣了一个宣传代理人来促进他的事业。而是因为诺贝尔奖没有设天文学奖,等到诺贝尔委员会认定天文学是物理学的一个分支时,已经太迟了。圈内的人士们说,哈勃1953年逝世时他正处在获得诺贝尔奖的边缘。

哈勃一定会感到安慰的,哈勃太空天文望远镜以他的名字命名,这个望远镜以完全欣赏的深度探索宇宙,哈勃天文望远镜无论提示什么奇观,它们都是在哈勃从加州的一座孤独的山顶首先瞥见的舞台上繁衍出来的。