对中子星的预言

超过1.4 M _☉ 的恒星是否真的会塌缩成一个点呢？研究的结果并非如此。在万有引力的强大压力下，电子会被压入原子核中，与核里的质子“中和”成中子，形成一颗主要由中子构成的星——中子星。

这种星靠中子之间的泡利斥力来支撑。中子间的泡利斥力比电子间的泡利斥力大，可以支撑住质量不超过2~3 M _☉ 的星体。这个质量上限称为奥本海默极限，是美国物理学家奥本海默首先给出的。

由于中子物质的物理状态研究起来很困难，目前还没有得到公认一致的物态方程，所以奥本海默极限的值不像钱德拉塞卡极限那么肯定，只能确定在2~3 M _☉ 范围内。超过这一极限的星体，中子间的泡利斥力顶不住万有引力，星体将塌缩成黑洞。

下面介绍一下中子星的预言和发现，为此先要介绍一下中子的发现。早在20世纪20年代，英国物理学家卢瑟福就怀疑原子核中是否存在一种质量与质子相似，但不带电的粒子。他是从元素原子序与原子量的关系作出这一猜测的。

例如氦元素，原子序为2，原子量为4。原子序2对应氦核中的两个质子，它们拥有2个单位的原子量，余下的2个单位原子量是什么贡献的呢？作出贡献的物质应该不带电，很像两个不带电的质子。卢瑟福猜测，这种未知粒子可能是电子和质子靠得非常近而形成的一种复合粒子。

1930年，普朗克的研究生波特在用α射线轰击铍时，发现了一种穿透力很强的不带电的射线，他认为是γ射线（波长很短的电磁波）。

约里奥·居里夫妇（即居里夫人的大女儿和大女婿）对此进行了仔细研究，发现这种射线能够从石蜡中打出质子。他们也认为这是一种波长极短的γ射线。他们二人学化学出身，在研究中没有从物理的角度多加考虑。实际上，如果从能量守恒和动量守恒考虑，波长再短的γ射线也不可能从石蜡中打出质子。

卢瑟福的学生查德威克正在根据老师的猜测寻找中子，没有找到。这时他看见了约里奥夫妇的论文，真是喜出望外：“他们看见了中子还不知道。”于是他设计了类似的实验，报告自己发现了中子，先发一篇短文《中子可能存在》登在了《自然》（ Nature ）杂志上，接着发了一篇长文《中子是存在的》，登在英国皇家学会会报上。于是中子被发现了。

约里奥夫妇十分懊恼，他们错过了伟大的发现。正如法国著名微生物学家巴斯德所说：“机遇只钟情于有准备的头脑。”他们的头脑没有准备，没有中子这个概念。不过，他们没有停止不前，而是继续努力，很快发现了人工放射性，即用人工方法制出了放射性元素。此前发现的放射性元素都是天然的。

1935年，诺贝尔奖评委会一致认为，中子的发现应该获奖。有人主张应该由查德威克和约里奥夫妇分享这次的诺贝尔奖，但评委会主任是查德威克的老师卢瑟福。他说：“约里奥夫妇那么聪明，他们以后还会有机会的，这次的奖就给查德威克一个人吧。”于是，查德威克因为中子的发现获得了1935年的诺贝尔物理学奖。

当年下半年评化学奖，物理学奖与化学奖是由同一个委员会评，大家一致同意把当年的诺贝尔化学奖授予约里奥夫妇，理由是“发现人工放射性”。其实，大家也在想：中子的发现他们也有一份功劳。

1954年，波特也因为宇宙线的研究获得了诺贝尔物理学奖，评委会大概也考虑了他对中子发现的贡献。这下皆大欢喜，4名对中子发现有贡献的人，都获得了诺贝尔奖，相当公平。

约里奥夫妇在发现人工放射性后，又首次观察到了核裂变，此后又首先提出，并在实验中观察到铀元素裂变的链式反应，打下了制造原子弹和核反应堆的理论基础，为人类利用原子能作出了重大贡献。

1932年，当发现中子的消息传到丹麦首都哥本哈根时，玻尔把理论物理研究所的人都聚集到一起，让大家畅谈一下发现中子的感想。当时，在那里访问的苏联青年物理学家朗道做了一个即席发言。他认为，宇宙中可能存在主要由中子构成的天体，这是对“中子星”最早的预言。此后，许多物理学家对这一问题进行了深入的研究。 fbeBfHdGJXGAyZsqYxSCH0W7A9v3G3WhfSJ7Y0tyQbpAzePk8bvrjMzAPXjbLLZt