“我似乎就是有记忆星空的诀窍,”当我拜访他和他的妻子伊莱恩时,他带着坦诚的歉意告诉我。他们住在哈泽尔布鲁克村宁静边缘的一栋如画平房里,那里是悉尼的尽头,无垠的澳大利亚丛林由此开始。“我在其他方面并不特别擅长,”他补充道。“我记不住名字。”
“或者他把东西放在哪里了,”伊莱恩从厨房喊道。
他坦率地点点头,咧嘴一笑,然后问我是否想看看他的望远镜。我原以为埃文斯会在后院有一个合适的天文台——一个缩小版的威尔逊山或帕洛玛山天文台,带有滑动圆顶屋顶和可以轻松操作的机械化椅子。事实上,他并没有带我到外面,而是带我去了厨房旁边一个拥挤的储藏室,那里放着他的书籍和文件,他的望远镜——一个白色圆柱体,大小和形状像家用的热水箱——安放在一个自制的、可旋转的胶合板支架上。当他想观测时,他分两次把它们搬到厨房外的一个小平台上。在屋檐的悬挑和下面斜坡上生长的桉树羽毛状的树梢之间,他只有一个信箱大小的天空视野,但他说这对他来说已经足够好了。就在那里,当天空晴朗,月亮不太亮的时候,他找到了他的超新星。
“超新星”这个术语是在 20 世纪 30 年代由一位令人难忘的古怪天体物理学家弗里茨·兹威基创造的。兹威基出生于保加利亚,在瑞士长大,于 20 世纪 20 年代来到加州理工学院,并立刻因其粗暴的个性和古怪的天赋而脱颖而出。他似乎并非特别聪明,他的许多同事认为他不过是个“烦人的小丑”。作为一名健身爱好者,他经常会在加州理工学院餐厅或其他公共场所的地板上倒下,做单臂俯卧撑,向任何似乎倾向于怀疑他男子气概的人展示他的力量。他以好斗著称,他的态度最终变得如此令人生畏,以至于他最亲密的合作者,一位名叫沃尔特·巴德的温和绅士,拒绝与他单独相处。除其他事项外,兹威基指责德国人巴德是纳粹,而他并非纳粹。兹威基至少有一次威胁说,如果在加州理工学院校园里看到在威尔逊山天文台工作的巴德,就要杀了他。
但兹威基也具备最惊人辉煌的洞察力。在 20 世纪 30 年代初,他将注意力转向了一个长期困扰天文学家的问题:天空中偶尔出现的无法解释的光点,即新星。令人难以置信的是,他想知道中子——刚刚由詹姆斯·查德威克在英国发现的亚原子粒子,因此既新奇又相当时髦——是否可能位于事物的核心。他想到,如果一颗恒星坍缩到原子核那样的密度,结果将是一个难以想象的致密核心。原子会被压碎在一起,它们的电子被迫进入原子核,形成中子。你就会得到一颗中子星。想象一下一百万个真正沉重的炮弹被压缩到弹珠大小——嗯,你甚至还差得很远。中子星的核心如此致密,以至于从中取出一勺物质就重达 2000 亿磅。一勺!但还有更多。兹威基意识到,在这样一颗恒星坍缩之后,会剩下大量的能量——足以在宇宙中制造最大的爆炸。他将这些由此产生的爆炸称为超新星。它们将是——它们是——创世以来最大的事件。
1934 年 1 月 15 日,《物理评论》杂志发表了一份非常简洁的摘要,内容是兹威基和巴德上个月在斯坦福大学所做报告的概要。尽管篇幅极短——只有一段 24 行——但这份摘要包含了大量新科学:它首次提到了超新星和中子星;令人信服地解释了它们的形成方法;正确计算了它们爆炸的规模;并且,作为一种额外的结论性奖励,将超新星爆炸与一种神秘的新现象——宇宙射线(最近发现在宇宙中大量存在)的产生联系起来。这些想法至少可以说是革命性的。中子星的存在要到 34 年后才得到证实。宇宙射线的概念虽然被认为是合理的,但至今尚未得到验证。总而言之,这份摘要,用加州理工学院天体物理学家基普·S·索恩的话来说,“是物理学和天文学史上最具预见性的文件之一。”
有趣的是,兹威基几乎完全不理解这一切为什么会发生。根据索恩的说法,“他对物理定律的理解不足以证实他的想法。” 兹威基的天赋在于提出宏大的想法。其他人——主要是巴德——则负责进行数学上的整理工作。
兹威基也是第一个认识到宇宙中可见物质远不足以将星系维系在一起,必然存在某种其他的引力影响——我们现在称之为暗物质。他未能看到的一点是,如果一颗中子星收缩到足够小,它会变得如此致密,以至于连光都无法逃脱其巨大的引力。你就会得到一个黑洞。不幸的是,兹威基被他的大多数同事如此鄙视,以至于他的想法几乎没有引起任何注意。五年后,伟大的罗伯特·奥本海默在一篇里程碑式的论文中将注意力转向中子星时,他没有引用兹威基的任何工作,尽管兹威基多年来一直在隔壁办公室研究同一个问题。兹威基关于暗物质的推论直到近四十年后才引起注意。我们只能假设他在此期间做了很多俯卧撑。
当我们抬头望向天空时,令人惊讶的是,宇宙中只有很少一部分是可见的。从地球上肉眼可见的恒星只有大约 6000 颗,而从任何一个地点能看到的只有大约 2000 颗。用双筒望远镜,从一个地点能看到的恒星数量增加到大约 5 万颗,而用一个两英寸的小望远镜,这个数字跃升到 30 万颗。用像埃文斯使用的那种十六英寸望远镜,你开始数的不是恒星,而是星系。埃文斯推测,从他的平台上,他可以看到 5 万到 10 万个星系,每个星系包含数百亿颗恒星。这些当然是可观的数字,但即使有这么多东西可以观察,超新星也是极其罕见的。一颗恒星可以燃烧数十亿年,但它只死一次,而且死得很快,只有少数垂死的恒星会爆炸。大多数恒星悄无声息地熄灭,就像黎明时的篝火。在一个由一千亿颗恒星组成的典型星系中,平均每两三百年才会发生一次超新星爆发。因此,发现一颗超新星有点像站在帝国大厦的观景平台上,用望远镜搜索曼哈顿周围的窗户,希望找到,比如说,有人正在点燃二十一岁生日蛋糕。
所以,当一位充满希望、说话温和的牧师联系天文学界,询问他们是否有可用的视场图用于寻找超新星时,他们认为他疯了。当时埃文斯有一台十英寸的望远镜——对于业余观星来说,这是一个相当可观的尺寸,但很难说能用来做严肃的宇宙学研究——而他提议要寻找宇宙中最罕见的现象之一。在埃文斯于1980年开始寻找之前,整个天文学史上发现的超新星还不到六十颗。(在我2001年8月拜访他时,他刚刚记录了他的第三十四次目视发现;三个月后又发现了第三十五颗,2003年初发现了第三十六颗。)
然而,埃文斯有某些优势。大多数观测者,像大多数人一样,都在北半球,所以他拥有很大一片天空,基本上是自己独享,尤其是在刚开始的时候。他还有速度和他那不可思议的记忆力。大型望远镜是笨重的东西,它们大部分的操作时间都花在调整位置上。埃文斯可以像混战中的尾炮手一样挥舞他那小小的十六英寸望远镜,在天空中的任何特定点上花费的时间不超过几秒钟。因此,他一个晚上可以观测大约四百个星系,而一个大型专业望远镜能观测五六十个就算幸运了。
寻找超新星主要是指找不到它们。从 1980 年到 1996 年,他平均每年发现两颗——对于数百个夜晚的凝视和凝视来说,这并非巨大的回报。有一次他在十五天内发现了三颗,但另一次他整整三年都没有发现任何一颗。
“实际上,一无所获也有一定的价值,”他说。“这有助于宇宙学家计算星系演化的速度。这是少数几个缺乏证据本身就是证据的领域之一。”
望远镜旁边的桌子上堆放着与他研究相关的照片和文件,他现在给我看了一些。如果你曾经翻阅过流行的天文出版物,你肯定在某个时候看到过,它们通常充满了遥远星云之类的色彩丰富、光彩夺目的彩色照片——那些仙光闪耀的天体光云,具有最精致、最动人的壮丽景象。埃文斯的工作图像完全不像那样。它们只是模糊的黑白照片,上面有一些带有光晕的小亮点。他给我看的一张描绘了一群恒星,其中有一个微不足道的闪光,我必须把脸凑近才能看到。埃文斯告诉我,这是一颗位于名为“天炉座”星座中的恒星,属于天文学上称为 NGC1365 的星系。(NGC 代表新总星表,这些天体就记录在那里。曾经它是都柏林某人桌子上的一本厚书;如今,毋庸置疑,它是一个数据库。)六千万年来,这颗恒星壮观死亡发出的光在太空中不停地传播,直到 2001 年 8 月的一个晚上,它以一道光芒的形式抵达地球,那是夜空中最微弱的亮光。当然,正是罗伯特·埃文斯在他那桉树飘香的山坡上发现了它。