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第八章 爱因斯坦的宇宙(5)

斯莱弗第一个注意到光的这种作用,意识到这对将来理解宇宙的运动十分重要。不幸的是,谁也没有太多注意他。你会记得,珀西瓦尔·洛厄尔在这里潜心研究过火星上的运河,因此洛厄尔天文台是个比较独特的地方。到了20世纪的前10年,它在任何意义上都成了研究天文的前哨阵地。斯莱弗不知道爱因斯坦的相对论,世界也同样不知道斯莱弗,因此,他的发现没有影响。

荣誉反而属于一个非常自负的大人物,他的名字叫埃德温·哈勃。哈勃1889年生于欧扎克高原边缘的一个密苏里州小镇,比爱因斯坦小10岁;他在那里及芝加哥郊区伊利诺伊的惠顿长大。他的父亲是一名成功的保险公司经理,因此家里的生活总是很优裕。埃德温还天生有个好的身体。他是个有实力、有天赋的运动员,魅力十足,时髦潇洒,相貌堂堂--用威廉·H.克罗珀的话来说,"英俊到了不适当的程度";用另一位崇拜者的话来说,"美得像美神阿多尼斯"。用他自己的话来说,他生活中还经常干一些见义勇为的事--抢救落水的人;领着吓坏了的人穿越法国战场,把他们带到安全的地方;在表演赛中几下子就把世界冠军级的拳击手打倒在地,弄得他们不胜难堪。这一切都好得简直令人难以置信,但都是真的。尽管才华出众,但哈勃也是个顽固不化的说谎大王。

这就很不寻常了,因为哈勃的生活中从小就充满真正的奇特之处,有时候简直令人难以置信地出类拔萃。仅在1906年的一次中学田径运动会上,他就赢得了撑杆跳高、铅球、铁饼、链球、立定跳高、助跑跳高的冠军,还是接力赛跑获胜队的成员--那就是说,他在一次运动会上获得了7个第一名。同年,他创造了伊利诺伊州跳高记录。

作为一名学者,他也是出色得不得了,不费吹灰之力就考上芝加哥大学,攻读物理学和天文学(说来也巧,系主任就是阿尔伯特·迈克尔逊)。他在那里被选为牛津大学的首批罗兹奖学金获得者之一。3年的英国生活显然冲昏了他的头脑。1913年他返回惠顿的时候,披着长披风,衔着烟斗,说起话来怪腔怪调,滔滔不绝--不大像英国人,而又有点像英国人--这种模样他竟保留终生。他后来声称,他在20世纪20年代的大部分时间里一直在肯塔基州当律师,但实际上他在印第安纳州新奥尔巴尼当中学教师和篮球教练,后来才获得博士学位,并在陆军待了很短时间。(他是在签订停战协定前一个星期抵达法国的,几乎肯定没有听到过愤怒的枪炮声。)

1919年,他已经30岁。他迁到加利福尼亚州,在洛杉矶附近的威尔逊山天文台找了个职位。非常出人意料的是,他很快成为20世纪最杰出的天文学家。

让我们稍停片刻,先来考虑一下当时人们对宇宙的了解是如何少得可怜,这是值得的。

今天的天文学家认为,在可见的宇宙里也许有1 400亿个星系。这是个巨大的数字,比你听了这话认为的还要巨大得多。假如把一个星系比做一粒冻豆子,这些豆子就可以塞满一个大礼堂--比如,老波士顿花园或皇家艾伯特大厅。(有一位名叫布鲁斯·格雷戈里的天体物理学家还真的计算过。)1919年,当哈勃第一次把脑袋伸向望远镜的时候,我们已知的星系数只有一个:银河系。其他的一切要么被认为是银河系的组成部分,要么被认为是远方天际众多气体中的一团气体。哈勃很快证明这种看法是极其错误的。

在之后的10年里,哈勃着手研究有关宇宙的两个最基本的问题:宇宙已经存在多久?宇宙的范围有多大?为了回答这两个问题,首先必须知道两件事--某类星系离我们有多远,它们在以多快的速度远离我们而去(即现在所谓的退行速度)。红移能使我们知道星系后退的速度,但不能使我们知道它们离得有多远。为此,你需要有所谓的"标准烛光"--即准确测得的某个恒星的亮度,作为测算其他恒星的亮度(并由此计算其相对距离)的基准。

哈勃的好运气来了。此前不久,有一位名叫亨利埃塔·斯旺·莱维特的才女想出了一种找到这类恒星的方法。莱维特在哈佛大学学院天文台担任当时所谓的计算员。计算员终生研究恒星的照片并进行计算--计算员由此得名。计算员不过是个干苦活的代名词。但是,在那个年代,无论在哈佛大学,还是在任何地方,这是妇女离天文学最近的地方。这种制度虽然不大公平,但也有某个意想不到的好处:这意味着半数最聪明的脑子会投入本来不大会有人来动脑子的工作,确保妇女最终能觉察到男同事们往往会疏忽的宇宙之细微结构。

有一位名叫安妮·江普·坎农的哈佛大学计算员利用她熟悉恒星的有利条件,发明了一种恒星分类系统。这种系统如此实用,直到今天还在使用。莱维特的贡献更加意义深远。她注意到,有一种名叫造父变星(以仙王星座命名,第一颗造父变星就是在那里发现的)的恒星在有节奏地搏动--一种星体的"心跳"。造父变星是极少见的,但至少其中之一是我们大多数人所熟悉的。北极星就是一颗造父变星。

我们现在知道,造父变星之所以搏动,是因为--用天文学家的行话来说--它们已经走过"主序阶段",变成了红巨星。红巨星的化学过程有点儿难懂,已经超出了本书的宗旨(它要求了解很多东西,其中之一就是单离子化的氦原子的性质)。但是,简而言之,在燃烧剩余的燃料的过程中,它们产生了一种很有节奏、不停地一亮一暗的现象。莱维特的天才在于,她发现,通过比较造父变星在天空中不同角度的大小,就可以计算出它们之间的相对位置。它们可以被作为标准烛光--这个名称也是她创造的,现在依然广泛使用。用这种方法得到的只是相对距离,不是绝对距离。但是,即使这样,这也是第一次有人想出了一个计算浩瀚宇宙的实用方法。

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