宇宙有多大?它的边界在哪里?它又是何时诞生的?这恐怕是人类文明诞生以来最重大的问题之一了。从托勒密到哥白尼,再从伽利略到爱因斯坦,无数的科学家都曾试图为人类解开这些问题,可是,人类离得到真正的解答始终差得很远。
直到,在上世纪初,一个人的出现为这些问题的解答提供了新的思路,他完成了几千年来天文学者们都不曾完成的事业,彻底改变了人类对于宇宙的规模以及本质的认知。他就是美国天文学家——哈勃。
1889年,哈勃出生于美国密苏里州,他的父亲约翰性格十分严厉,对家庭的开销有着严格的管理,但是在子女的教育、生活问题上却毫不吝啬,他保证每一个孩子出门时都能穿的上像样的衣服,并且有闲钱时就会给孩子购买书籍。
在哈勃十岁的时候,他曾和朋友一起观看了一次月全食。这应该是哈勃人生第一次以观测天文现象为目的遥望夜空,年幼的哈勃此时无论如何也不会想到,观测星空将会成为他未来的工作。而哈勃身边的朋友在当时也不会想到,自己身边的这个同龄人,将会在不久的将来完全颠覆人们对天空的认知。
哈勃入学时比同班同学小了两到三岁,可成绩却在全班30多人当中位列第六,他的所有科目当中只有拼写的成绩不好,其他全都是上等。到了15岁那年,他的期末成绩全都是90多分,连曾经令他头疼的拼写课他也拿了接近100分,值得一提的是,到目前为止哈勃还从未接触过高等数学,只学过一些简单的代数和几何。往后工作当中所运用的数学知识,全都是他之后自己学会的。
哈勃曾对朋友声称,自己有一种“藏书癖”。尤其是对讲科学史的书极为热爱,绝不错过自己居住地附近的任何一个书店或书摊,伽利略、开普勒、哥白尼、牛顿都是他的偶像,他在读完了他们本人写的著作之后,就又开始阅读那些讲述他们生平的著作,要是他活到现在,高低得来刷几遍《天才简史》。
在大学的时候,哈勃曾向家人透露过,自己将来打算成为一名天文学家,但是哈勃的父母却一直希望孩子能够成为一名律师,在当时,家里若是出了个律师那绝对是光宗耀祖的,走到哪里都受人景仰。而天文学这门学问,在现实生活当中实在是没有多大用处,也几乎没有人去学习,当家长的肯定也不会希望自己的孩子将来以研究天文为职业。可是哈勃后来用他的成果告诉了父母——天文学之所以不热门,那是因为自己当时还没入行。
文理体三项全能
面对父母的不支持,哈勃采取了“静观其变”的措施,他一边做着考取法学院的准备,一边研究着科学与技术相关的书籍,希望有朝一日自己的家庭能够改变态度,让自己走上天文学的道路。
这一边学文科,一边学理科,想想都让人头大了,但哈勃还真把自己学成了一个文理兼通的全才,还有一件事不得不提一下:除了文理兼通之外,哈勃在体育这一方面甚至也非常厉害,属于是那种不读法律不读天文,进个俱乐部锻炼锻炼都能去参加奥运会的。什么篮球、田径、铅球、跳高,他是一个不落,样样精通,甚至在跳高项目当中刷新过洲际记录、还在一次拳击表演赛当中和法国重量级拳击冠军打成了平手。
很多人都觉得科学家的形象就是应该是“文弱书生”,哈勃可谓是凭实力打破了这种刻板印象,有一次哈勃走在路上,碰到了两个意大利人持刀上前抢劫。然而,哈勃是一点都不带怂的,就瞅了他们一眼,便笑笑往前走了,劫匪看他不理会,不讲武德搞起了偷袭,直接往哈勃的肩膀上捅了一刀。哈勃吃痛后转身,三下五除二把一个劫匪给击倒在地,注意,此时的哈勃赤手空拳,而对方可是个带刀的。另外一个劫匪发现对方不好惹,直接撒腿就跑。哈勃在确认了那个被他击倒的劫匪并无生命危险之后,才去找医生疗伤。属于是在学习上能凭一己之力拿下两个学科,课本外还能凭一己之力拿下两个歹徒。
1914年,哈勃去往了美国芝加哥大学攻读博士学位,并且在那里的叶凯士天文台展开了天文学研究工作,算是完成了自己当初的理想——成功当上了天文学家。这文化方面的目标算是达成了,体能方面那也不能落下啊!碰巧在那个时候,第一次世界大战爆发了,哈勃一瞧——呐,施展拳脚的机会这不就来了?于是二话不说便应征入伍。
他进入军队没多久,就被擢升到了少校军衔,毕竟这样的知识类人才可不多见。在军旅生涯当中,哈勃同样又是一帆风顺,甚至在退伍的时候还被安排了顶级的天文学研究工作。上层直接把当时世界顶尖的100英寸天文望远镜交给了他使用。也正是靠着这一台望远镜,哈勃做出了现代天文学历史当中最重要的发现。
步入名人堂
1923年10月4日夜晚,哈勃将望远镜锁定到了仙女座星云的旋臂上,在拍摄的底片上,他发现了一个非常奇怪的新星,第二天,他又继续对这颗新星进行观测,结果又在他的旁边发现了两颗新星,哈勃翻找了以往天文台的底片档案,发现这三颗新星当中,有一颗一直在进行着明显的明暗变化——大概每31天变化一个周期。他运用前人的距离测量技术,求得这颗恒星距离地球起码有100万光年的距离——银河系的直径只有16万光年,所以这颗星星所在的星系是位于银河系之外的!
原本人们以为,银河系囊括了整个宇宙,而哈勃通过他的观测告诉了人们,银河系只是宇宙的众多星系之一,在银河系以外,不知道还有多少个星系!这可以说是完全颠覆了以往人们对宇宙的认知。
哈勃将这一结果写成信告诉了同为天文学家的沙普利,沙普利在收信后回复道:“您那封提到仙女座星云方向上有星星的信,是我长期以来所未曾见过的最引人入胜的文件。”美国的顶尖院校普林斯顿大学也专程给哈勃写信道:“您应当接受一切应当赋予您的荣誉,这项工作实在是太伟大了!”经过天文学家们的计算,哈勃这项工作等于是把已知的宇宙体积扩张了一百倍!
哈勃回顾了人类的星云分类史,发现以往的分类系统或多或少的都存在着缺点。1926年,哈勃首次提出了按照形态划分星系的分类系统,他把那些长得圆滚滚的星系叫做椭圆星系,有若干条旋臂的叫做旋涡星系,还有的星系中间有一个棒状结构,这种就叫“棒旋星系”。至于那些长得奇形怪状,没有固定形状的星系,就把它们归为“不规则星系”。这样,人们就能更容易地认识和了解宇宙中的诸多星系了。
不仅如此,他还根据银河星云当中光源的分类,成功解释了为什么一些星云能够像矿灯一样发出光来,而有些只能在昏暗的太空背景中显现出朦胧的轮廓。哈勃还对弥漫星云进行了研究,也就是太空当中那些呈现束状、纤维状或者根本无定型的星云,哈勃发现它们必定由对恒星辐射十分敏感的物质组成,他通过光谱仪获得了82个此类天体的资料,成功证明了自己的假设。
当然,哈勃最最重要的贡献,还要数他发现了我们的宇宙是正在膨胀的,而且是在加速膨胀的。因为他发现了很多星系出现了“红移”现象,这说明这些星系是正在远离我们的,而且,星系的退行速度和我们与它的距离是成正比的,说人话就是:离咱们越远,它就跑得越快。
为什么会出现这种情况呢?——其实很容易解释:我们的宇宙就像是一个正在充气的气球一样,是在不断膨胀的。而两个星系就好比是气球表面上的两个点,随着气球的胀大,两点的距离也越来越远。而且两点相距的越远,分开的也就越快。
哈勃的那篇关于速度与距离的论文虽然只有6页长,却代表着宇宙学向前迈进了一大步,著名宇宙学家惠特罗在《科学传记辞典》当中,称哈勃的这一贡献犹如400多年前哥白尼所引发的日心说革命,极大程度上的改变了人类对宇宙的认知,原本静止的宇宙图像从此被取代了。
爱因斯坦曾经以为宇宙是静态的,并且基于这个假设建立了一个静态宇宙的模型,可是他看到哈勃的发现之后,不得不沮丧的承认,这是自己职业生涯中的一次重大失误。能把爱因斯坦给整不会的人,全世界还真没有几个。
后来的天文学家就用哈勃名字的首字母H作为代表膨胀速率的数值,现在这个数字又被称为“哈勃常数”。如今的物理教科书上有这么一个公式——V=Hd,这就是计算速度与距离之间关系的公式,也就是哈勃定律。
哈勃仍在世间
38岁那年,哈勃当选了美国科学院院士,成为了全美国最年轻的院士。同时,英国皇家学会也授予了他最高荣誉。1935年,哈勃又获得了美国科学院授予了巴纳德奖章,这个奖章创始于1895年,每隔5年才授予一次,此前获得这枚奖章的人,无一都是诺贝尔奖的获奖者,他们包括伦琴、卢瑟福、爱因斯坦、玻尔、海森堡。
按理说,如今的哈勃高低也得拿个诺贝尔奖啊!可是,诺奖委员会却对此很纠结——哈勃是一个研究天文学的,老诺当年没立这个奖项啊!
没有规则那就创造规则,天文学嘛,某种意义上也能看作是物理学的一个方向,就像今年的诺贝尔物理学奖不是还颁发给了人工智能AI吗?诺奖委员会为了哈勃放宽了诺贝尔物理学奖的颁奖条件,从此之后,在天文学研究当中做出重要贡献的学者,也可以获得物理学奖。
看看现在,最近这几年的诺贝尔物理学奖,很多都是颁给了天文学家,例如说,2017年的物理学奖授予了成功探测引力波的雷纳·韦斯等人、2019年授予了发现太阳系外行星的奎洛兹、2020年的诺贝尔物理学奖授予了研究黑洞的彭罗斯。而哈勃就是因为天文学而获得诺奖提名的“开山鼻祖”,按理说,哈勃的获奖仪式怎么说也得更隆重一些吧?
但十分可惜,别说是隆重了,就连获奖这件事,哈勃也与之失之交臂了,这并不是因为诺奖委员会不想给了,而是想给也给不到了。
1953年9月28日,哈勃请了好朋友天文学家赫马森到自己办公室中,和他聊了一个研究红移现象的一个新着手方案,赫马森对当天的情境回忆道:“当他解释自己脑海所想的时候,语速非常快,甚至不知因为什么缘故,他说得很紧急。”
而这段话,也成为了哈勃在世期间别人对他最后的评价。
当天下午,哈勃乘坐妻子的车回家,妻子驾驶期间,发现哈勃一直笔直地盯着前方,呈现出一种若有所思的表情,妻子从未见过哈勃表现出这种神态,便停下车问他:“怎么了?”
“不要停车,直驶。”哈勃用木讷的语气答道。
当汽车驶入哈勃家的院子之后,妻子急忙下车,看望坐在后面的哈勃,却发现无论怎么呼唤他的名字,他都没有反应,妻子摸了摸他的手腕,发现他已经连脉搏都没有了,她急忙打电话叫来医生,医生到场后经过一番检查,给出了明确而又令人痛心的结论——
“因突发脑血栓离世,这在任何时候的任何人身上都有可能发生。”那个在天文望远镜下潜心观测的身影,从此消失了。
1990年,美国将以哈勃名字命名的太空望远镜——哈勃望远镜发射到了太空,这个望远镜的主体是一个直径为2.4米的反射式望远镜,同时配备了各种各样的科学仪器,这个设备承载着哈勃的精神以及人类的求知欲,去往了上方那片深邃的世界。
多年以来,哈勃望远镜帮助人类获得了许多珍贵的太空数据。通过它,人们发现太空要比人们原本想象的还要浩瀚和壮美,科学家们通过它所提供的数据,估算了宇宙的年龄大概为137亿年,通过对星系旋转速度的观测,哈勃望远镜也间接证明了黑洞和暗物质的存在。
虽然哈勃已经离我们而去,但我敢说,“哈勃”仍然在世上,再过个几百年、几千年,它也仍会存在。当然,我这里指的并不是那个承载着“哈勃”名字的太空望远镜,毕竟经历几百几千年如此之长的时间跨度,人类那时应该早就不再使用它了。
真正承载着“哈勃”的,是每个将望远镜对准星空的科研人员,是每一个遥望夜空,思考那片未知世界的孩子。当人们怀着探索的心仰望苍穹时,哈勃就在那里。