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第4章 金发姑娘1的宇宙元素起源(第7页)

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不是像爱丁顿认为的那样处于均匀的混合状态,而是不均匀,就会自动变得更热、更稠密。

这也许就可以解释红巨星持续发光的原因。

霍伊尔和利特尔顿设想,恒星穿过星际气体云时,外壳不断吸积原始氢,从而形成了不均匀的状态。

不过并不需要考虑得这么复杂,爱丁顿很快纠正了自己的错误,[58]他认识到,氦在恒星中均匀混合的机制远没有他们想象的那么有效。

合理的推论是,恒星中比氢重的氦会落向中心,同时像其他气体一样受到压缩而发热。

恒星在演化过程中,其内部会自动变得不均匀,核心变得越来越稠密、越来越热。

当恒星积累了越来越重的元素,重元素又在重力的作用下向中心聚集,就会形成一种类似洋葱的内部结构,由外向内,一层比一层更致密、更热。

霍伊尔意识到,对于锻造各种元素来说,这里就是最完美的环境。

当这样的恒星发生超新星爆发,或者通过恒星风抛出物质时,一些重元素最终会进入星际介质,成为形成下一代恒星的原料。

在伽莫夫的大爆炸中,只有很短的一段时间窗口适合锻造元素,这个窗口出现在宇宙诞生后1~10分钟。

在那之后,宇宙的膨胀就使得火球的密度和温度降低,之后便不足以继续锻造元素了。

因此,该方案只能生成氦和一些较轻的元素。

相比之下,恒星有几十亿年时间用来尽情施展炼金术。

有这么长的时间可用,很明显,恒星在制造元素方面的能力要远胜于大爆炸。

难道不是吗?

伽莫夫出错的地方不仅在于大爆炸中锻造重元素的时间不到10分钟,更根本的错误在于,在自然界中不存在质量数为5或8的稳定原子核。

质子和中子统称核子(nu),这两种核子全都形成于大爆炸的火球中,但在宇宙诞生后10分钟多一点的时候,中子就衰变成了质子或氢原子核。

第二轻的元素氦的原子核有4个核子,也就是由2个质子和2个中子组成,须分几个步骤合成。

在大爆炸中形成氦-4后,容易想到的生成更重元素的途径有两条:一是在氦-4里加入另一个核子,合成质量数为5的原子核;二是将两个氦-4原子核结合在一起,合成质量数为8的原子核。

但是,自然界中质量数为5和8的原子核都是不稳定的,显然这两条路都是行不通的。

无论是用恒星,还是大爆炸锻造重元素,这都是一个需要解决的根本问题。

霍伊尔的超新星研究取得了成果后,也因这一根本问题而在恒星中合成元素的研究中受阻,于是他转而去参与研究宇宙的大尺度结构的科学——宇宙学。

1948年,霍伊尔与赫尔曼·邦迪(HermanBondi)和汤米·戈尔德(TommyGold)一起提出了宇宙恒稳态理论(SteadyStateTheory)。

1929年,爱德文·鲍威尔·哈勃在威尔逊山天文台观测时发现,宇宙在膨胀,组成宇宙的星系像弹片一样四处飞散。

按照宇宙恒稳态理论的设想,当星系相互远离时,新生的物质会在星系远离时留下的空隙中涌出,凝结形成新的星系。

虽然这个想法第一眼看上去似乎很不靠谱,但实际上它并不比在一次大爆炸中一口气形成所有物质的想法更荒谬。

其优势在于,稳态的宇宙在大的时间尺度中看上去是不变的,可以永远存在的。

显然,宇宙恒稳态理论没有必要回答宇宙是如何开始的这个问题,因为只有变化的宇宙才需要起源。

1952年夏天,霍伊尔参加了国际天文学联合会在罗马举办的一次会议,部分原因是出于他对宇宙学的兴趣。

他去了才发现,会议的主题是银河系外星云(extragalaebulae),或叫作河外星系,主持会议的是沃尔特·巴德。

这位加州理工学院的天文学家粗心大意,忘了安排一位做会议纪要的秘书,所以临时请霍伊尔帮忙。

在会议期间,巴德提出了精妙的证据证明,宇宙的实际年龄是哈勃估计的2倍。

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