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1700927080 乍一看,核合成问题的解决现在可以看成是两个敌对的宇宙学阵营打了个平手。毕竟,无论是大爆炸还是稳恒态模型都可以借助于同样的恒星演化过程来解释重元素的合成。但事实上,大爆炸已经成为两款模型中的强者,因为对于轻元素如氦的产生,只有大爆炸模型能圆满解释它们的丰度。
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1700927082 氦是宇宙中丰度排行第二的元素,也是仅次于氢的最轻元素。恒星将氢转变成氦,只是这个过程非常缓慢,因此从大爆炸的观点看,恒星不可能说明今天宇宙中存在的大量的氦。然而,伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼已经证明,如果在大爆炸之后瞬间就完成了氢到氦的聚变,那么今天宇宙中的氦的丰度就可以得到说明。大爆炸模型的最新计算结果表明,氦应该占到宇宙中所有原子的10%,这个估计非常接近于基于观察的最新估计,因此理论和观测是一致的。
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1700927084 相比之下,稳恒态模型却不能解释氦的丰度。因此,从重元素的核合成这一点看,大爆炸和稳恒态不相上下,但只有大爆炸模型可以真正解释氦的核合成。
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1700927086 有利于大爆炸核合成的局面还因为下述新的计算结果而得到进一步加强,这就是对像锂和硼这类元素的原子核的核合成的计算。这些元素都比氦重,但比碳轻。计算表明,这些锂核和硼核无法在恒星上合成,但可以在大爆炸瞬间产生的炽热状态下,与氢转化为氦的过程同时完成。事实上,理论上基于热大爆炸模型对锂和硼的丰度的估计与从当前宇宙中观察到的结果非常一致。
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1700927088 具有讽刺意味的是,虽然核合成的完整解释让大爆炸模型赢得了最终胜利,但这一胜利是建立在对立阵营的霍伊尔做出的巨大贡献的基础上的。乔治·伽莫夫对霍伊尔给予了极大的尊重,承认他的成就轻松改写了《创世纪》,如图(文)91所示。伽莫夫版的《创世纪》实际上是对核合成理论——从大爆炸的热中产生出轻核,到超新星爆发中产生出重核——的一个绝妙总结。
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1700927090 起初,神创造了辐射和伊伦。伊伦没有形状或数量,核子在渊面上疾驰。
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1700927092 神说:“要有质量2。”就有了质量2。神看到了氘,说这很好。
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1700927094 神说:“要有质量3。”就有了质量3。神看到了氚,说这很好。
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1700927096 神继续叫号,直到他遇到超铀元素。但当他回头看自己的工作时,却发现不够好。在叫号的兴奋中,他错过了叫质量5,所以,自然地,没有更重的元素可以形成。
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1700927098 神非常失望,希望先让宇宙收缩回去,再从头开始。但这太简单了。因此,全能的神决定用最不可能的方式来改正错误。
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1700927100 神说:“要有霍伊尔。”就有了霍伊尔。神看着霍伊尔,告诉他按他高兴的方式做重元素。
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1700927102 霍伊尔决定在恒星上做重元素,并通过超新星爆发散布到周围。但在这样做时,他必须得到与神没忘记叫号质量5时由伊伦的核合成给出的相同的丰度。
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1700927104 所以,在神的帮助下,霍伊尔按这样的方式做重元素,但它是如此复杂,以至于在今天不论是霍伊尔,还是神,还是其他任何人,都无法能弄清楚它究竟是如何完成的。
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1700927106 阿门
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1700927108 图(文)91伽莫夫版《创世纪》
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1700927110 根据恒星内部演化过程来解释核合成的整个研究方案涉及几十个步骤和无数次改进,时间上前后跨越十多年。霍伊尔始终是全身心地投入,但他显然得到了威利·福勒实验工作的支持,他还与伯比奇夫妇——玛格丽特·伯比奇和杰弗里·伯比奇——进行合作。四人合作的成果是一篇有104页的报告,标题为“恒星元素的合成”。文章里确定了恒星各阶段的作用以及每一步核反应的结果。文章包含了一个非比寻常的大字声明:“我们发现,在一般情况下,用恒星上的和超新星的核合成来解释从氢到铀的几乎所有原子的同位素的丰度是可能的。”
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1700927112 这篇文章变得如此有名,以至于人们干脆用作者姓氏的首字母(B2FH)来命名它。它被公认是20世纪科学领域最伟大的胜利之一。毫不奇怪,它的一位作者将获得诺贝尔奖。令人惊讶的是,1983年的诺贝尔物理学奖授予了威利·福勒,而不是弗雷德·霍伊尔。
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1700927114 霍伊尔被忽略这一事实成了诺贝尔奖历史上最大的冤案。诺贝尔奖评审委员会拒绝霍伊尔的主要原因是他多年来树敌太多,归咎于他直率的本性。例如,当1974年度诺贝尔物理学奖被授予脉冲星的发现时,他有过大声抱怨。他同意对这些脉动恒星的检测是一项重大突破,但该奖没授予对这一脉冲星观测做出了关键性贡献的年轻的天文学家乔斯林·贝尔这一点让他感到愤怒。看来最明智的策略是始终保持沉默,不争论,但霍伊尔无法做到置礼貌于诚信和正直之上。
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1700927116 同样,霍伊尔在剑桥大学工作期间一直反对荒谬的大学治理政策,而且始终不肯低头。1972年,在这一系统里斗争多年之后,心灰意冷的霍伊尔选择了辞职:
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1700927118 我看不出在这块没有希望胜出的战场上继续战斗下去还有什么意义。剑桥体制被设计得有效防止人们提出有针对性的政策——重要决定可以被组成上有缺陷且怀有政治动机的委员会否决。为在这个体系里做得有成效,我们必须永远盯着同事,几乎就像处在罗伯斯庇尔的间谍系统里。如果一个人照这样行事的话,那么他当然就很少有时间去从事真正的科学研究。
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1700927120 虽然霍伊尔对物理学和生活的这种直截了当的方法使他在某些圈子里不受欢迎,但大多数科学家都很喜欢他,包括美国天文学家乔治·O.阿贝尔:
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1700927122 他是一位出色的演说家和一位优秀的教师。他还是一个热情的人,总是找时间和学生交谈,他对几乎所有的事情都很有感染力。事实上,他是一个有思想的人,他是那种几乎在任何情况下,只要有交谈就会出现他的身影的人……正是有了这样的思想财富,虽然其中有些是错的,有些虽错但很绝妙,有些不仅绝妙而且正确,科学才取得进步。
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1700927124 辞职后,霍伊尔作为一名流浪的天体物理学家度过了他人生的下一个三十年,他到各大学做访问学者,在湖区[11]待过一段时间,最后隐居于伯恩茅斯岸边。正如皇家天文学家马丁·里斯指出的,这是一个伟大人物的可悲结局:“他与广大学术界的隔绝不仅有损于他自己的科学研究;对我们其他人也是一种令人悲伤的损失。”
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1700927126 射电天文学
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1700927128 那些对宇宙学史有贡献的人,都曾在经济上以各种方式来资助他们的研究。哥白尼有时间来研究太阳系是在他作为埃姆兰主教的医生期间,而开普勒则受益于瓦克赫·冯·瓦肯费尔斯先生的资助。欧洲大学的兴起为牛顿和伽利略等人提供了象牙塔,而有些研究者,如罗斯勋爵,本身就是有钱人,能够自己出资兴建自己的象牙塔,以及象牙塔般的天文台。几个世纪以来,欧洲王室的赞助有着重要影响,例如国王乔治三世对赫歇尔等人的支持。相比之下,在20世纪初,想要制作更大望远镜的美国天文学家则转向亿万富翁慈善家如安得烈·卡内基、约翰·胡克和查尔斯·泰森·耶基斯等寻求赞助。
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