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天空之上新事多

本书的开头,牛顿将月球拉入凡尘,使它遵从一般的运动定律。但在1930年代,瑞士怪才天文学家弗里茨·兹威基又为天空恢复了些许地位。他说:“只要能发生的,便一定会发生。”这句话的意思是, 任何 遵从物理学定律的事情,都一定会在宇宙某处发生,而且只要有对应的仪器和一点点运气,我们就能 看到 它们。兹威基原理表明,努力思考原则上可能出现的奇怪对象和怪异事件,这并非徒劳之举。如果你的物理学得不错,就可以算出这些对象和事件中有哪些可以观测,甚至还能估算它们发生的频率。然后,你就可以催促观测人员去寻找它们了。

这个思路的经典案例是白矮星的发现。1930年,苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡登上孟买开往南安普顿的远洋渡轮,准备去剑桥大学学习。途中,他想知道当时新兴但充满争议的量子力学对恒星有什么影响,于是证明了太阳等恒星在能源耗尽后会缩小到很小的体积(太阳会收缩成地球这么大)。届时,维持这个密度极大的星体的形态,使它不会在自己强大的引力下继续塌缩的压力,就是纯粹的量子力学产物:尽管星体已经冷却,但它的电子却在以接近光速的速度飞驰,因为如果不飞这么快,其中能量最低的电子就会违背海森堡的不确定性原理。这个原理要求电子在位置比较确定的情况下,具有非常不确定的动量。再者,泡利不相容原理禁止两个电子占据相同的量子态,所以大部分电子必须处在相当高的能态,因为刚好不违背海森堡原理的能态已经被占满了。

7

这个精彩的理论让钱德拉塞卡满心欢喜。他兴冲冲来到剑桥,却被英国天体物理学巨擘亚瑟·爱丁顿爵士浇了一盆冷水:爱丁顿觉得他在胡说八道,不予理会。爱丁顿既不接受兹威基原理,也不认同将量子力学这个(勉强凑合着)解释原子行为的古怪理论用在恒星上。但钱德拉塞卡是对的,太阳附近就有大量这类冷却、致密的星体,靠纯粹的量子力学效应维持着形态。

在第三章和第八章,我们还会遇到其他以独特的方式运用物理学,由此得到离奇的结果并做出成功预言的案例。兹威基原理之所以有效,是因为宇宙大而多变,其中自然进行着不计其数的实验。我们的地球固然十分有趣,但也十分有限。如果想要了解物质世界的广大,还是偶尔抬起头,看看天外吧。 pkri8I79owMEE2QBIfizfFuZXg8XwgiooRQLoHkyEVY7UqQkcv8Qx8yvFguFIE6Y

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