主题：【文摘】相对论通俗演义 -- 不爱吱声

第十四章 中子星的辉芒

（1）

钱德拉塞卡已经得到了关于白矮星的理论，从他开始，人们真正开始了解恒星的命运。但之前和之后的很多事情，有雾一样的神秘，中子星的预言，其中的计算非常物理的，需要估计中子气的物态方程，因为中子星的密度极大，不能使用牛顿的万有引力，又必须要用到广义相对论。真正能做这些估计和计算的，在当时的人群里已经寥寥无几了。

理想气体的状态方程，是很多人熟悉的，就是所谓的克拉伯龙方程PV=NRT。但中子气的状态方程，是什么样子，很少有人能写出来了。1939年奥本海默和沃尔科夫通过计算建立了第一个中子星的模型，他们的计算也只能给出一个比较粗放的结论，大致是说，如果恒星的质量是2到3倍太阳质量的话，那么，恒星最后会演化成为中子星。奥本海默是美国的原子弹之父，他的故事富有传奇的色彩。奥本海默是量子力学奠基人之一德国物理学家玻恩(Max Born 1882～1970)的学生，也正是奥本海默等人把欧洲的理论物理搬到了美国。

Born是一个犹太人,他先后在德国柏林大学做教授，在法兰克福大学担任理论物理系主任，1921年，他还接替德拜成为哥廷根大学物理系主任。

1933年希特勒在德国掌权后，玻恩由于犹太血统关系被剥夺了教授职位和财产。他流亡到英国，他逃到英伦的时候风声很紧张,他一下轮船就看见路对面打着一横幅,上面赫然写着:born to be hanged，（可以翻译为“吊死玻恩”或者“生来就是要被吊死”，原文取意后者）。他以为英伦已经在他坐轮船来的途中沦陷，被希特勒占领了。

大吃一惊，心里大喊，莫非，莫非，真是天亡我也。其实Born没有想到的是自己的名字，born在英文里有“出生”的意思。1954年他和黄昆合著的《晶格动力学》一书，被誉为固体物理理论的经典著作。

（2）

中子星是当时物理学的一个十分交叉的领域，在1932年之前，还没有中子的概念。而这一切，又与量子力学有了千丝万缕的联系。从发现电子，发现中子，这些历史过程之中，人们渐渐地完善了量子理论，逐渐清晰地描绘了微观世界的景象。

在哥廷根，Born的墓碑上刻着量子力学中最重要的不对易关系式：

pq－qp=h/2m。

在墓碑上刻数学公式，一般人是很少用的，波尔兹曼也用过，他的是S=klnw。这些人全是有点天才气质的，尤其是波尔兹曼，他是统计物理的杰出领袖。

Born的墓碑上的不对易关系其实就是所谓的“海森堡不对易关系”。这个关系是量子物理区别于经典物理的关键之处。（当然Dirac后来认为，这个区别的关键之处不是不对易关系，应该是量子物理的波函数的相位不定性。Dirac的意思是说，在两个波函数差一个相因子，在物理上无法区别，它们代表同样的量子态。）这个原理也叫不确定原理。不确定原理看上去是如此简单,以至于几乎没有人能拍拍胸脯说自己完全明白。甚至于可以这样讲，正因为这个不确定原理，使得量子力学几乎和爱情一样微妙。在大学里谈恋爱的男女，女生往往会提出这样的问题：“你确定爱我吗？”或者“毕业了你会不会离开我？”这个时候，男生往往不能做出很确定的回答。这种在爱情生活上的不确定性，往往被写进流行歌曲，描绘普遍的人性，歌声此起彼伏，比如：“随缘分过去你不再问/不懂珍惜此际/每每看着我伤心/只因你看惯我的泪痕/对你再不震撼/看见了都不痛心/如何象戏里说的对白/想恋一生一世/说了当没有发生/思想已永远退不回头/爱过痛苦一生/沾满心中的泪印”.

爱情的诺言不可以完全确定，这似乎也可以被解释是量子的不确定性在宏观上的表现。宏观的量子效应是普遍，比如说，超导，超流。再比如，有的人解释为什么人的活到差不多100来岁必然要死亡，原因是因为100年的生活，人作为量子计算的机器，积累了大量的量子错误，错误到了一定的程度，人这个系统就要崩溃了。

把宏观物体看成是一个量子态的思想经常出现，在以前的量子宇宙学里，人们曾经把整个宇宙看成是一个波函数，这个波函数的动力学方程是惠勒-德维特方程。也曾经被叫做爱因斯坦-薛定格方程。1999年的诺贝尔物理奖得主t‘hfoot 也喜欢把黑洞看成是一个波函数，或者说，认为黑洞跟超导一样，具有宏观的量子效应。

附带地说，还有一个经典意义上内在的机制，可以导致宏观上的不确定性。这就是所谓混沌，假如有3个以上星体一起彼此通过万有引力作用，它们之间的吸引力是距离得-2次方。这个传统的“三体问题”在很多年前由拉格郎日等人在某国王那里讨论过，当时讨论好象比较严肃，意义也很深远，就是讨论太阳系稳定性。这个事情的背后，全是冗长拖沓的历史。

（3）

理论物理学有的时候显得非常不切实际，好象仅仅能娱人娱己，在中子星上，它能用于实际，再比如原子弹。先前是爱因斯坦搞出一个狭义相对论的公式，能量等于质量，E=m*c ^2。

奥本海默是原子弹之父。

他出生在有钱人家，他在做研究生时候，听人报告总坐在前排，因为他已经习惯于在人家作报告时候冲上去说照我看这里用这个方程会比较简单，然后拿起粉笔在黑板上狂写。很多教授作报告，只要奥本海默在场，都是作着作着就渐渐沦为一个配角。

奥本海默年轻的时候似乎有点从来不顾及他人之感受。但他的确是少数的几个实干家，学会了近似处理。在量子力学里就有波恩和奥本海默的近似，研究的是一群分子的群体行为，非常之物理。

等他后来回美国领导原子弹研发，落斯阿拉莫斯，集中了大量研究人员，曼哈顿工程细致缜密而且庞大过人，奥本海默体现出杰出的领导才能。原子弹爆炸成功后，奥本海默成为名人。正当他春风得意，开始有人说他是共产党，有人说他是苏联的间谍，有人说他是……，反正是积毁硝骨，付出了名人的代价。他被万人的舌头压得翻不过身，于是想找原子能委员会或者FBI说个清楚，人家对他开始了不断的深入持久的调查，剥夺了他研究氢弹的权利。

精神受到伤害的奥本海默，开始了他漫长的象岳飞在风波亭里的那样的人生历程。

研究氢弹的任务交给了的Teller，泰勒先计算了氢弹的威力，发现一旦氢弹爆炸，整个大气层就要燃烧殆尽。 这就是泰勒，一个很有想法的人，杨振宁说，泰勒是一个想法很多的人，他的想法，90%是错的，但他很敢想，也算是一个不错的物理学家。

（4）

中子星的理论和中子的发现密切关联。

1932年查得威克发现中子后不久，郎道就提出可能有由中子组成的致密星。查得威克发现中子，得到了诺贝尔奖，是在1935年。他发现的中子，理论计算利用的仅仅是高中生也能做的能量守恒定律，在他之前，居里夫妇其实也在实验上观察到了中子，也他们没有做出正确的解释。1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念，并且指出中子星可能产生于超新星爆发。 　

公元1054年，宋朝历史有关于金牛座超新星爆发的记述。《宋会要》记载："至和元年五月，晨出东方，守天关（现在的金牛座内），昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日"。这颗超新星爆发时视亮度超过金星，在白天也能见到，所以非常让人恐惧，现在在同一位置所看到的是它900年后的样子，它的形状已经变得像一只大螃蟹，因此被称为蟹状星云。

在米斯纳，索恩和惠勒的那本关于引力的专著里，也提到了这件事情，并且引用了中国的古文。

1987年的2月23日，加拿大多伦多大学的天文学家谢尔登在智利北部的南天观测站发现了一颗距离地球约17万光年的超新星爆发，它位于距银河系最近的星系大麦哲伦云中，爆发的闪光星度是原来的几千万倍，裸眼就可以看到。在这样近的距离发生超新星爆发，谢尔登的这个发现立即轰动了整个天文学界，全世界所有天文台都进行了观测。这颗超新星被命名为1987A。这个超新星1987A的爆发，发射了无穷多个中微子，在地球上，引起了其他粒子物理学家的严重关注。格拉肖的su（5）大统一模型，也在这个时候，象一个建于流沙之上的华美城池，轰然倒塌下来。

（5）

超新星爆发时光芒万丈，比一千个太阳还要明亮,情景类似于原子弹的爆炸。爆发的结果是它或将恒星物质全部抛散，形成星际遗迹。或者抛射大部分质量，剩下的物质坍缩成白矮星、中子星或黑洞。 超新星的命运有这样三种不同的归宿，这三种不同的归宿，也代表几乎所有恒星最后的命运。对于黑洞，人们对其是心向往之，有将信将疑，因为在实验上观察到黑洞，好象不是一件轻而易举的事情。相反的，中子星的存在，早已经成为不能置疑的事实。在1967年，英国射电天文学家休依什和他的女博士研究生乔伊斯.贝尔发现了脉冲星。不久，世界陷入了喧嚣，但科学家门马上确认这个脉冲星其实就是快速自转的、有强磁场的中子星。 粗率地说，可以把这个脉冲星看成是一个磁铁，它的自转轴与磁矩有一个夹角，每隔很短的一段时间，辐射扫向地球一次。

那个晚上，女博士研究生乔伊斯.贝尔第一次在显示屏幕上发现这个快速自转的中子星带来的强大而急促的脉冲的时候，这个夜晚显得非常诡异，这个女研究生，她几乎要惊叫了，因为她以为，这是外星人来了！！