天文小故事(十二)

张明昌

Amateur Astronomer - - CONTENTS -

1 康德的日常活动准如钟

“世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵,一件是我们心中崇高的道德准则,另一件是我们头顶上的灿烂星空。”这是德国哲学家伊曼努尔•康德于1788年说的名言,尽管在不同的中译本中有多种表述,但中心意思却是一致的。因为他后来提出了第一个太阳系起源的星云学说,也使他在天文学上占有一席之地。

1804年2月12日,80岁的康德在哥尼斯堡的寓所内无疾而终,尽管他生前早有丧事从简的遗言,但举行葬礼的那天还是万人空巷,挤满了街头的人们无不向这位一生从未离开过本城却名扬天下的伟人悲痛致哀。

康德身高只有1.54米,但其仪表端庄,举止文雅。他家境贫寒,但自负清高。持躬节俭,不接受他人的怜悯,不申请公家的津贴,在哥尼斯堡大学求学时,他常常帮助那些富家子弟补习功课,却绝不接受他们 的金钱。经过几年的努力,他一下连续发表了16部惊人的著作,其中最为著名的就是1755年3月出版的《关于诸天体的一般发展史和一般理论,或根据牛顿原理试论整个宇宙结构及其力学起源》,此书在我国中译本的书名为《宇宙发展史概论》(1972年,上海人民出版社)。书中所提出的太阳系起源于星云的假设,被恩格斯赞誉为“从哥白尼以来天文学取得的最大进步。认为自然界在时间上没有任何历史的那种观念,第一次被动摇了。”

康德晚年与孀居的妹妹及几个挚友住在一起。他的生活极其有规律:每天5时起床,晚10点就寝(晚年改为9时),至少在30年内一直如此,从来没有半小时以上的误差,所以他每天晚饭后沿着固定路线的散步时间从不变更,甚至被市民认为是比市政大钟还准确。而康德的许多重要的哲学构思、科学灵感都是在这条通向古炮垒的散步路线中得到的。他每天傍晚总是会坐在自己的工作室中,远眺窗外教堂的尖顶,它在斜阳下的庄严景色让他凝目沉思,让他的思绪天马行空。后来一棵大杨树的枝叶挡住了他的视线,为了尊重他多年来养成的习惯,树的主人居然把它砍掉了一段,以后还不时地进行修剪……

康德的朋友很多,他在交际上一直保持着儒雅的礼貌与雍容自重的风度,他恪守人生的道德,一世与人无争,除了读书外就是教书,他认为“幸福的婚姻是对端庄行为的奖赏”。而他自己却与这份奖赏无缘,所以他终生未婚。他相信“对于即将离开这个世界的人来说。最值得宽慰的,莫过于确信没有虚度此生。”而他的人生也是此言生动的写照。

2 拉普拉斯不需要上帝假说

当年在拿破仑的身边,常有三位非凡的数学家,而其中最负盛名的就是有“法国的牛顿”之称的拉普拉斯,这位后来被封为伯爵的学术权威,在数学、力学、天文学上都有重大的贡献,在1796年他47岁时,他发表了《宇宙体系论》,这是他在不知康德著作情况下,独立提出的太阳系起源星云说,真可谓是“英雄所见略同”。而且因为康德是匿名发表,只印了几十本出版商就破产了,所以直到拉普拉斯的著作问世,星云说才风靡起来。书中,他对牛顿的错误同样做了尖锐的批判:“我不能自禁地指出牛顿所陷入的歧途”——对于牛顿在太阳系运行中引入了上帝,是“对于科学和他自己的荣誉都是不幸的。”相传,拿破仑在阅读后对他更为折服,但他还是提出了问题: “先生,你写了这样一部大的著作,但我却看不到哪儿提到了万能的主——世界体系的创造者,能告诉我,这是什么原因吗?”拉普拉斯的回答非常干脆: “陛下,我用不着那个假设!”

两年之后,即1798年,他又提出了一个令人吃惊的观点——“宇宙中最明亮的天体,可能对我们来说是看不见的。”随即他举了一个例子:一个直径比太阳大250倍、而密度与地球相当的大质量恒星,由于它本身产生的强大的万有引力,会把它发出的光也“拉回 来”,这样,人们当然无法看见它了。

黑洞是当今世界上最富有魅力的话题之一,它能让人产生无限的遐想,也是科学幻想小说最好的题材。拉普拉斯当年是从牛顿力学的概念提出存在“黑天体”问题的。现在则完全是从爱因斯坦广义相对论所推导的必然结论:一个核反应完全停止的星体,再无其他力能顶住万有引力而坍缩。当原子被压破时,就会变成密度达109~1012千克/米3的白矮星;而恒星质量较大时,则还会敲开原子核变成挤成一团、密度更大百万倍的中子星;如坍缩的恒星质量大于3M⊙,则还会坍缩下去,所有物质将无可避免地永远坍缩下去,所有的质量将集中在一个没有大小的“奇点”上。

正如“孙悟空跳不出如来佛的手心”一样,黑洞中的一切物质都不可能跑出洞外。从外面看,黑洞是绝对的黑,又是深不可测、永远填不满的无底洞。从名字来看,恐怕再也找不到比黑洞更贴切的词汇了。通俗地说,普通天体与黑洞间的区别在于是否小于“引力半径”,如果一个黑洞的质量为60万亿亿吨(相当于地球质量),其引力半径只有8.9毫米,只相当于一颗小小的豌豆。如果有朝一日,太阳的半径猛然收缩到3千米以下,那它也将变得“一团漆黑”,即使放到你眼前也无法看见它。

3 牛顿二三事

人们一直认为,牛顿是“迄今最伟大的科学家”。恩格斯的评价是:“由于发现了万有引力定律而创立了科学的天文学,由于进行了光的分解而创立了科学的光学,由于认识了力的本质而创立了科学的力学。”他去世时英国为他举行了隆重的国葬,这也是英国第一位获此殊荣的科学家。有位诗人为他撰写的墓志铭是这样的: “大自然与它的规律为夜色掩盖,上帝说,让牛顿出来吧,于是一切变得光明。”而他的亲友为他立的纪念碑是:“伊萨克•牛顿爵士安葬在这里,他以近于超人的智力第一个证明了行星的运动与形状、彗星的轨道与海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究光线的各种不同的屈折角及颜色所产生的种种性质。对于自然、考古和圣经是一个勤勉、敏锐而忠实的诠释者。他在他的哲学中确认上帝的庄严,并在他的举止中表现了福音的纯朴。让人类欢呼曾经存在过这样伟大的一位人类之光。”

其实牛顿的童年并不幸福,在他出生前3个月,父亲就去世了,3岁时母亲弃他别嫁,是外祖母把他抚养长大。牛顿的母亲相当富有,因为牛顿的生父留给她不少羊,而第二个丈夫是一个富裕的神父,他也给了她大笔财产,每年的收入在700~900镑,可与一个贵族相当。然而,牛顿在三一学院时却只能当一个很可怜的“次等公费生”,他常被迫去服侍其他同学,也只能吃桌上剩余的食物。继父对他也很不好,所以牛顿年少时曾想要把继父与母亲的房子烧掉!他的学业全仗舅舅的支持,他说服了妹妹即牛顿的母亲,让辍学的牛顿回到了学校,才没有让这一天才埋没。

但牛顿可能在晚年对复杂的数学产生了厌倦,在54岁担任了造币厂的监督后,一头钻进了荒诞的炼金术中。在此后的近30年中,他一直在实验室内那个冒着泡泡的大锅中进行一些奇特的实验,并且乐此不疲。但他究竟做了些什么,现在很少有人能弄清楚,因为他制造出来的那些金属化合物至今已无人能复制出来,当时他的一些言行也让人如堕五里雾中,如在1684年他曾说了一句让人摸不着头脑的话:“今天我使木星飞上了它的老鹰。”尤其让人惋惜的是,牛顿晚年还沉浸在神学中不能自拔。他花了大量的精力来论证,太阳系中各行星虽然沿着力学的轨道运行,但最初时一定是由“上帝第一次推动”才能如此和谐地一直运行下去……

牛顿还有一段炒股生涯。晚年时曾经一度疯狂地投入了股市,当时人人都看好“南海公司”发行的一只股票。牛顿先是尝到了甜头,在1720年2个月内就赚到了7000英镑。但当牛顿加大投入后不久,它就狂泻而下,许多人血本无归。显然不是理财高手的牛顿也亏损了2万英镑。而他当英格兰造币厂厂长时,虽说也是“高薪阶层”,但年薪也只不过是2000镑,所以这相当于10年全部薪金的巨额损失也使他非常感慨:“我能计算出天体运行的轨道,却难以预料到人们的疯狂。”

根据英国专家研究,大科学家牛顿可能是一个孤独症患者,他说话困难,埋头工作时就会忘记就餐,对于本来就不太多的朋友也缺少热情,有时还会对他们发脾气,有时则会失礼。在没有人听讲时,他也会对着空无一人的会场侃侃而谈……在社会交际及与人沟通方面显然缺少能力。当然对于仅是从传记的研究来确定此事也引起了一些人的质疑,因为多数天才人物可能无法容忍其他人的“迟钝反应”,缺乏足够的耐心也会让人觉得他们孤僻,无法与之交往。

牛顿花了15个月,把他悉心研究了多年的成果用拉丁文写成了《自然哲学的数学原理》一书,(在他去世后3年才有此书的英译本),这本在人类科学史上占有辉煌地位的划时代的巨著,因为很少有人能看懂,所以在当时很受冷落,有人曾评论说:“有一个家伙写了一本包括他自己及其他人看不懂的书。”在名著《格列佛游记》中,作者斯威夫特还借机讽刺了牛顿哲学。还有一个贵族悬赏500镑,以奖给能够解释书中含义的人。不过尽管当时人们对它没有特别的需求,但却是一般的演讲少不了的题材。于是,自然哲学也首次成了上流社会附庸风雅的议题,科学也第一次代表了流行及时髦。 (责任编辑 张长喜)

图1 著名哲学家康德

图2 具有冕和X射线源的黑洞,美术想象图

图3 正在做分光实验的英国科学家牛顿

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