4  宇宙煙花——喬治·加莫夫和宇宙大爆炸
    哈勃確定星系在宇宙中四處逃散，就像一群逃避災(zāi)難的人。但是什么是星系逃散？什么讓星系開(kāi)始彼此遠(yuǎn)離？
    哈勃從來(lái)沒(méi)有給出過(guò)這些問(wèn)題的答案，但是其他科學(xué)家卻做出了回答。1922年，在哈勃和赫馬森公布宇宙膨脹證據(jù)之前，俄國(guó)氣象學(xué)家和數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）認(rèn)為宇宙源于一場(chǎng)爆炸。比利時(shí)天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家和牧師喬治·亨利·勒梅特（Georges Henri Joseph eduard Lemaitre）在1927年提出了相似的觀點(diǎn)。
    弗里德曼和勒梅特的結(jié)論都建立在愛(ài)因斯坦相對(duì)論的基礎(chǔ)上，相對(duì)論推斷宇宙要么在膨脹，要么在收縮（直到1917年愛(ài)因斯坦改變了相對(duì)論的規(guī)則）。勒梅特用斯萊弗和哈勃早期的銀河系光譜紅移標(biāo)尺表明膨脹是最有可能的選擇。愛(ài)因斯坦最初的理論讓弗里德曼和勒梅特推斷在遙遠(yuǎn)的過(guò)去的某一時(shí)刻，宇宙的所有物質(zhì)和能量是匯聚在一點(diǎn)的——愛(ài)因斯坦把這叫做奇點(diǎn)。由于未知的原因，奇點(diǎn)發(fā)生爆炸，勒梅特稱(chēng)之為“無(wú)法想象的美麗煙花”。
    起初很少有宇宙學(xué)家知道弗里德曼和勒梅特的觀點(diǎn)，相信折中觀點(diǎn)的人就更少了。不過(guò)，在20世紀(jì)40年代晚期和20世紀(jì)50年代，出生在俄國(guó)的科學(xué)家喬治·加莫夫（George（）amow）讓他們的理論廣為人知并且可以被實(shí)驗(yàn)證明，他還做了大量工作使這一理論被人們接受。加莫夫是一個(gè)知識(shí)淵博的人，他在核物理學(xué)、基因科學(xué)和天文學(xué)、宇宙學(xué)領(lǐng)域都作出了杰出貢獻(xiàn)。他是第一個(gè)把當(dāng)時(shí)對(duì)原子內(nèi)部的發(fā)現(xiàn)和星體本質(zhì)以及宇宙起源聯(lián)系起來(lái)的科學(xué)家。
    量子天才
    加莫夫1904年3月4日出生在當(dāng)時(shí)俄羅斯的敖德薩（Odessa），是吉奧吉·加莫夫的兒子。他的父母都是老師。加莫夫在小時(shí)候就對(duì)數(shù)學(xué)和科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，后來(lái)當(dāng)他父親在他13歲生日時(shí)給了他一個(gè)小型望遠(yuǎn)鏡后，他的興趣里又增加了天文學(xué)。
    1922年，年輕的加莫夫在敖德薩的諾臥羅薩大學(xué)（the Novorossia University）學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。1923年，他轉(zhuǎn)到列寧格勒大學(xué)（the University of Leningrad），即現(xiàn)在的圣彼得堡大學(xué)（the University of St.Petersburg），在那里他的課程包括物理、宇宙學(xué)和數(shù)學(xué)。他在列寧格勒大學(xué)學(xué)習(xí)到1929年，不過(guò)可能沒(méi)有獲得學(xué)位。
    1928年，在德國(guó)格廷根大學(xué)（the University of Gottingen）的一次夏季課程讓加莫夫接觸到核物理學(xué)的偉大發(fā)現(xiàn)，其中就包括量子力學(xué)——敘述了物理規(guī)律對(duì)原子和亞原子的影響，比如說(shuō)電子、質(zhì)子和中子。加莫夫立刻把這些新知識(shí)應(yīng)用到原子通過(guò)放射性自然衰變的理論。量子力學(xué)之前也曾經(jīng)被用來(lái)描述原子的結(jié)構(gòu)，但是加莫夫卻是第一個(gè)把它應(yīng)用到原子核層面的科學(xué)家。
    1928—1929年，對(duì)這個(gè)俄國(guó)年輕人印象深刻的著名丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）安排加莫夫在丹麥哥本哈根大學(xué)（the University of Copenhagen in Denmark）的理論物理研究所（the Institute for Theoretical Physics）工作。加莫夫?qū)δ芰康挠?jì)算需要用質(zhì)子轟擊原子核使其裂變，這樣的研究為后來(lái)的科學(xué)家對(duì)核裂變和核聚變的研究打下了基礎(chǔ)。他還開(kāi)始研究太陽(yáng)和其他恒星內(nèi)部的高熱原子核反應(yīng)。他的一些研究成果后來(lái)被用于氫彈開(kāi)發(fā)和致力于和平的核能研究領(lǐng)域。
    作為洛克菲勒的合作伙伴，加莫夫接下來(lái)的幾年（1929—1930年）與另一位著名的物理學(xué)家恩那斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）在英國(guó)劍橋大學(xué)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）共事。在盧瑟福的指導(dǎo)下，加莫夫設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)為愛(ài)因斯坦的物質(zhì)能量守恒定律提供了強(qiáng)有力的支持。加上這一早期成果，就像依曼·哈珀（Eamon Harper）在2000年年初在《喬治·華盛頓大學(xué)學(xué)報(bào)》上寫(xiě)到的一樣，加莫夫“在自己的25歲生日前把自己排人了核物理領(lǐng)軍人物的行列”。
    加莫夫在哥本哈根大學(xué)又度過(guò)一年（1930—1931年）之后，蘇聯(lián)政府為他在列寧格勒大學(xué)提供了一份教師職務(wù)，并且堅(jiān)決要求他回國(guó)接受這份工作。從1931年起，加莫夫在列寧格勒大學(xué)教了幾年物理，但是他卻一直想要離開(kāi)這個(gè)國(guó)家。他曾經(jīng)有過(guò)一次和妻子試圖乘橡皮艇穿越黑海的失敗紀(jì)錄。最終，他和他的妻子柳波娃·沃明澤娃（LyubovVokhminzeva）（二人在1931年完婚）借著1933年10月到布魯塞爾參加國(guó)際索爾韋理論物理會(huì)議（the International Solvay congt-ess ontheoretical plwsics）的機(jī)會(huì)成功離開(kāi)了蘇聯(lián)，并且再也沒(méi)有回去。
    從原子到恒星
    加莫夫在巴黎皮埃爾·庫(kù)里研究所（Pierre Curie Institute）和英國(guó)倫敦大學(xué)簡(jiǎn)短停留一段時(shí)間后，1934年來(lái)到了美國(guó)。他進(jìn)入了喬治·華盛頓大學(xué)，在那里度過(guò)了他職業(yè)生涯的大部分時(shí)間。1939年，加莫夫很自然地成為了美國(guó)公民。
    在喬治·華盛頓大學(xué)的第一年，加莫夫繼續(xù)對(duì)核物理的研究。1936年，他和匈牙利裔美國(guó)物理學(xué)家愛(ài)德華·泰勒（Edward Teller）提出了描述β衰變的理論：一個(gè)原子核會(huì)釋放出一個(gè)高速的電子（β粒子）。這是加莫夫?qū)宋锢硭鞒龅淖詈笠粋€(gè)重要貢獻(xiàn)。
    之后加莫夫開(kāi)始把他對(duì)核物理的專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用到天文學(xué)上一一個(gè)被哈伯稱(chēng)為在當(dāng)時(shí)大膽至極的決定。加莫夫和少數(shù)幾個(gè)天文學(xué)家在當(dāng)時(shí)開(kāi)始相信化學(xué)元素是由太陽(yáng)和其他恒星熾熱的內(nèi)部發(fā)出的高熱原子核反應(yīng)產(chǎn)生的，但是他們無(wú)法確定這一過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的。首先，被認(rèn)為構(gòu)成恒星內(nèi)部的質(zhì)子非常強(qiáng)烈的相互排斥（因?yàn)樗鼈儙в型瑢傩缘碾姾桑┲虼藷o(wú)法相互融合成比氫重的元素。不過(guò)，在加莫夫早期解釋放射性自然衰變的“核勢(shì)壘隧道效應(yīng)”理論中，加莫夫認(rèn)為，根據(jù)量子力學(xué)，質(zhì)子可以非常頻繁地穿越電子勢(shì)壘而完成聚變，完美地解答了這一問(wèn)題。
    在1938年和1939年，在加莫夫的啟示下，德國(guó)著名物理學(xué)家漢斯·貝特（Hans Bethe）和曾經(jīng)做過(guò)加莫夫?qū)W生的美國(guó)物理學(xué)家查爾斯·克里奇菲爾德（Charles.Critchfield）提出了一系列反應(yīng)，通過(guò)這些反應(yīng)，氦以下的輕量元素可能在恒星內(nèi)部形成。同時(shí)，加莫夫自己也敘述了在稱(chēng)為超新星的爆炸星體中可能發(fā)生的核反應(yīng)。1942年，加莫夫再度與泰勒合作，加莫夫用他早期的一些核物理成就發(fā)展出預(yù)測(cè)紅巨星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論。
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