科学史(下)-第40部分
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有一个。
恒星演化的新学说，可以概括叙述如下：恒星是旋涡星云的旋臂中所飞
出的大小相近似的气体团。它们发放辐射，其质量因而减少。又因其体积较
大的发出辐射的速度较快，所以它们的质量逐渐趋于相等。
无论其温度与压力为何，最年轻的星最重，而辐射也最多。如果它们全
由象地上的原子所组成，则温度与压力增高时，辐射也当随之而增加，情况
就与上面所说的不相同了，这一证据又表示辐射能量大部来自我们所未知的
几种类型的极端活跃的物质。这些物质当星衰老时即归于消逝，很可能是由
于原子的嬗变，使物质湮灭并转化为电磁辐射。这样释放的能量是很大的，
照相对论一节中所说：质量M 可以转化，mc2 的能量，这里C 为光速，每秒3
×l010 厘米，所以，一克质量的物质转化为辐射后，其能量等于9×l020 尔格。
由于物质湮灭或即使是适宜的嬗变，所释放出来的能量是很大的（见451
页）。
天体物理学上的这一个新理论，使人想到牛顿《光学》书中的质疑第30
所说的：“庞大物体和光不是可以互相变化的吗？物变为光与光变为物，是
同似乎乐于变化的自然程序十分符合的。”
恒星可能正在化为辐射，宇宙间物质的命运不是直接化为空间的辐射，
就是变成具惰性而不活动的东西，如构成我们世界的主要物质。地上的物质
含有92 个元素，自原子序数为1 的氢，至原子序数为92 的铀。如果还有别
的元素存在，它们不是同位素，便是有更高的原子序数，其结构必较铀更为
复杂。现在至少已经发现一个名叫钚①。它们必然富有强烈的放射性，所以不
会稳定，因而大多数可能早已失其存在了。从前以为光谱的证据说明物质的
演化由简单而趋于复杂，自老年星中的氢，而趋于青年星中的钙。可是今天
对于这事实的解释大不相同。人们认为这只表明，各种恒星中的情况，有利
于氢或钙在其大气之中与其上辐射的放出。有些天文学家以为在恒星的演化
中便伴有复杂原子的分裂，其中大部直接化为辐射，小部变为不活泼的灰分；
这些灰分虽是宇宙变化的副产品，但却是组成我们身体和我们世界的物质。
铀与镭或者是介于留在地上的这些活泼原始原子的最后残迹，与构成我们的
①
周期表中原子序数大于92（即铀）的元素叫做“超铀元素”，是由人工方法产生的放射性元素。钚（Pu）
即是其中的一种。——译注
不活泼元素两者中间的物质。
只有与我们所处的情况很相近的星球好象才有生命的可能。行星系可能
是稀有的，我们的行星似乎不可能维持“别的世界上的生命”。
凯尔文的能量散逸原理指明了事物的最后的状态，在这种状态中，物质
与能量都作均匀分布，而不再有运动的可能。现代理论虽然把其过程加以修
改，但也得到相似的结论。宇宙所趋向的最后情况，乃是从活泼的恒星原子
化作空间的辐射，与变成将熄的太阳中或凝冻的地球中的惰性物质而已。即
令宇宙中物质全部毁灭，所产生的辐射也仅能使空间的温度增高几度罢了。
秦斯算得：只有当温度增高到7。5×l012 度时，空间方能为辐射与再度沉淀
的物质所饱和。活动物质的原子遗存的概率和辐射浓聚于一处，使物质再度
沉淀的概率，都非常渺小。不管我们等候这机会的来临需要等候怎样久的时
日，永恒总是更久的。霍尔丹（J。B。S。Haldane）曾经提出一种看法［据爱丁
顿告诉我，汉堡的施特尔内（Sterne）教授在谈话中也曾提出过这种看法］，
认为这种巧合的浓聚情形很可能在现有的宇宙消灭后，重新创造出一个新的
宇宙——我们现在的宇宙或者就是在辐射弥漫的漫长年代以后，产生的。但
是秦斯与爱丁顿都曾对我说，他们不相信这种说法。别种情况发生的机会更
大，会防止那种很少可能的偶然情况发生。
在这些问题上，我们似乎不可能找到确实的证据。历史昭示我们需要谨
慎从事。天体物理学的现代观点仅开始于数年以前，我们已经知道的比有待
学习的实在还少得很。
相对论与宇宙
相对论提供的新的自然观，在其发展进程中，必然深刻地影响我们对于
物质宇宙的观念。它在解释万有引力时，用引力场中呈现弯曲的自然路径的
理论去代替吸引力的观念。这就不但在精密的实验中，导致稍有不同的结果，
而且如我们以前所说过的，也完全改变了我们对于宇宙广袤的观念。
如果采用欧几里得的空间与牛顿的时间，则我们自然以为存在是无穷
的。空间无限地伸至最远的恒星以外，时间则通达过去与未来，均匀而永恒
地流逝着。
但是，如果我们的新时空连续区，由于物质的存在而表现弯曲，我们就
进入另一思想境界了。时间或者仍然是无止境地从永久到永久地流逝着，而
空间的弯曲则指示出一个有限空间的宇宙。设想我们以光速继续前进，则终
将达到一个有限的境界，或重返回到我们的出发点。哈布耳估计整个空间约
为威尔逊山大望远镜所可见到的那一部分的十万万倍，而这个望远镜能够看
见我们星系以外的星云两百万个之多。这表明光线经行宇宙一周，约需千万
万（1011）年。爱因斯但曾描绘过一个三维的空间，其弯曲的方式正如我们
在二维空间所谓的圆柱面那样。时间则相当于圆柱的轴线。德·西特（DeSitter）则想象一个球面时空。如果我们向外旅行，去追寻更大的球，则我
们终将达到一个最大的球。这里的时间，从地球上看去，好象停止不动。正
如爱丁顿所说：“好象疯人的茶会，时间永远是六点钟，不管我们等候多久，
总是看不到什么动静。”但是如果我们能够达到这个保守的天堂，则我们必
定感觉在该处经历的时间，也依然流逝，不过其流逝的方向不同而已。
德·西特指出，这种从地球上所见的时间的变慢，有一轻微的证据。有
些旋涡星云是我们所知道的最远的物体。它们光谱中的谱线，与地球上光谱
的同一谱线比较，位置颇有移动，如哈布耳所指出的，绝大多数都移向红端。
这现象经常被解释为由于旋涡星云具有很大的退行速度（比较其他任何天体
的都大），这现象有时又被解释为宇宙的膨胀。十分可能，我们现在所观察
的这一现象，就是从地球上可以看见的原子振动的变慢，即大自然的时计的
速度的改变，或时间的尺度的变化。
天体物理学近况
现在已有许多证据表明，星际空间有稀薄物质的存在。猎户座δ星是一
对双星中的一个成员，与上述的别的双星一样，当其环绕其伴星旋转时，其
谱线表现有移动的现象。1904 年，哈特曼（Hartmann）注意到H 和K 两条钙
线，并不参加这种周期性的移动，而且在别的双星的光谱里钠的D 谱线也象
是驻定的。但是普拉斯基特（Plaskett）与皮尔斯（Pearce）发现这些谱线
并非真正固定，而表现有相当于我们的星系自转的运动。这些差不多固定的
谱线，只在1000 光年外的恒星光谱里才看得见，而且恒星距离愈远，这些谱
线愈强；它们显然是散布在空间的钙和钠所造成的，在有些地方，凝聚成宇
宙云或气体星云。这种星际物质的密度极小；就平均而言，这是10…24，即每
立方厘米内只有一个原子；即在一个典型星云（例如猎户座大星云）的中心，
也是10…20，只有实验室所能造的高度“真空”的密度的百万分之一。由于碰
撞的稀罕，宇宙云里的质点不会丧失很多的热量，其所能维持的温度达15，
000℃，而空间里陨星的温度可以降到－270℃，仅在绝对零度上3°而已。
气体星云不自发光，而是靠其范围内的极热星的光而发光。极热星所发
的光激发星云的质点，使其射出不同周期的光线，换句话说，即造成荧光效
应。还有所谓暗星云。这种暗星云阻碍其后面的远星的光透过。暗星云可能
与亮星云具有相同的性质，只是在其范围内没有热星激发其发光而已。这些
星云里的质点、大小和449 光的波长相似；它们具有很大的吸光能力。
亮星云光谱中有明线，主要是电离氢和氦的谱线，以及实验室里还没有
见过的谱线，例如其中两条绿色的谱线，假想其起源于一未知的、名叫的元
素。但是，1927 年包温（I。S。Bowen）发现这些奇怪的谱线是由双电离氧原
子所造成的，所谓双电离氧原子也就是其卫星电子从一个轨道跃到另一轨
道。在地球上比较扰攘的环境里这些轨道问的路径是不通行的，可是在安静
的星云里，在长时间内这路径是敞开的。其他谱线生于单电离的氮，其卫星
电子也遵循“禁戒跃迁”。可见空间里有氧和氮（我们熟悉的空气）以及钠
和钙。
1869 年，勒恩假定太阳上的质点和理想气体中的质点一样活动，而且假
定其内部的热量是物质的。他在这种假定下计算了太阳的理论温度。可是爱
丁顿指出辐射的重要性，它从内部出来，被外层的原子和电子所捕获，由X
射线降级到可见光，因而能量只是缓缓地逸散。所以近些年来人们觉察到在
高温下，辐射的和物质的两种热量之比比较想像的大，事实上这两者大约是
1
相等的。在5000℃的温度，辐射压在每平方英尺上约为
20
英两，可是在太
①
H。Spencer Jones，General Astronomy；London l934。Sir Arthur Ed…dington；The Expanding Universe；Cambridge；
1933；New Pathways in Seience；Cambridge； 1935。 Sir James The Universe Arourd Us；Cambridge；1933，1944。
阳中心两千万度的高温下，辐射压在每平方英寸上，高达三百万吨①。
我们考虑到太阳里自由运动的质点的压力，就可以估算出使太阳维持其
所观测到的体积所必需的内部温度，起初人们认为太阳里的自由运动的质点
是一般的原子和分子，但是现在我们要用新的原子理论去讨论这个问题。
纽沃尔（Ne wall）曾向爱丁顿表示，太阳或恒星里的高温必使原子电离，
或者说剥掉它外围的电子。例如就氧原子而论，它的原子量是16，其外围电
子有8 个，再加上一个核，质点的数目为9，因而其平均量为16/9 或1。78。
从锂的1。75 到金的2。46，这些量都接近于2，可是就氢而言，原子分裂为两
个质点：即质子与电子，质点430 的平均量为1/2，而不是2。因此，就温
度的问题而言，我们可将质点概括地分为氢和非氢两类，含氢愈多的星，其
理论的光度愈小。根据观测到的光度，好象1/3 氢和2/3 非氢的比例适合多
数恒星的观测到的性质。1929 年，阿特金森（Robert Atklnson）与霍特曼
斯（Fritz Houtermans）指出，在太阳里很高的温度下，原子核如果损失了
外围电子的保障，可能也遭到摧毁。
恒星物质电离的概念受到量子理论的支持。这一概念最初是埃格特
（Eggert； 1919 年）提出的，后经萨哈应用（1921 年）到恒星外层，因而
建立恒星光谱的现代理论。
天文学家考虑了新的有关原子的知识，复回到勒恩的理论，仍假设恒星
的质点的作用如理想气体，即使在上述的致密的恒星里也是这样。在这些致
密的恒星里，原子被剥掉了外围的电子，因而它们的核和脱离了的电子的作
用，象独立伪质点一样。
银河系以外，在遥远的距离处，还有别的星系，以旋涡星云的姿态出现
在我们眼里。在威尔逊山100 时反射望远镜里，用抽样法估计，能够看见的
旋涡星云之数，当以千万计；其中最远的可能在五万万光年以外。现在制造
中的200 时反射望远镜能够探寻到两倍远处，因而可以显出八倍多的星云，
如果它们是均匀的分布，而空间里又无吸光的物质的话。这里可以提说一下：
以上所说的宇宙线来自这些外围区域，即星际空间或旋涡星云。
以上说过，旋涡星云的谱线和地面对应的谱线比较，是向红端移动的。
这表示星云有一种退行，这退行的速度是和距离成正比而增大的，现在认为
这是宇宙在不断地膨胀的表现。德·西特的空间理论〔它通过弗里德曼
（A。Friedmann）与勒梅特（C。Lemai…451tre）的数学研究，和爱因斯坦的理
论联系起来〕也认为有这种膨胀的宇宙，所以我们可说观测与理论是符合的。
米耳恩指出，如果起初星系具有现今的速度，而密集在小范围内，其中
具有最大速度的，现在会离开得最远；我们应可得到所观测到的距离与退行
速度之间的关系。1932 年，爱丁顿估计这速度是每百万秒差距每秒528 公里，
在15 万万（1。5×109）年后，宇宙的大小便增加一倍。这样说来，宇宙的初
始半径就是328 个百万（3。28×l08）秒差距或10 万万6800 万（1。68×l09）。。
光年；宇宙的总质量为2。14×l055 克，或1。08×l022 个太阳的质量，宇宙
的质子数或电子数为1。29×l079528 那个基本数字可能需要减小①。这个不可
逆或单向的过程的设想所引起的问题与热力学第二定律下熵的不断增长所引
①
Eddington，In ternalConstitution of the Stars； 1927。
① 原书作“增大”是“减小”的误排。根据天文学上的新发现，528 这个数字，到1952 年改为349，1955
年改为179，1958 年改为82，现尚未能确定。——译注
起的问题是相似的；两者都指出有一确定的开始，能量的供给量逐渐降低，
以至于终于竭尽。有人说我们现今的热力学可能是膨胀宇宙的一种特性；事
实上托尔曼（Tolman）就提出一种相对论栓的热力学，认为在不断收缩的宇
宙里第二律�
