第416章 天体与原子！宏观与微观！物理

国际天文学联合会的成立，让众人看到了布鲁斯教授对于天文学的热爱。

戴森更是笑着对同行们戏言：

“布鲁斯教授经常去格林尼治天文台看星星。”

“但是他连最基本的星座都分不清。”

“每次他都要我在旁边，为他详细解释。”

戴森的话让大佬们会心一笑。

原来布鲁斯教授还有这么可爱天真的一面。

总是看着对方在物理学领域大杀一通，众人早以为布鲁斯教授是无所不能的。

海耳说道：“听说布鲁斯教授不善于做物理实验。”

“现在看，他同样不擅长天文学的实验操作。”

“他是天生的理论天文学家！”

这个时代天文学并没有实验和理论的划分。

所有的研究都必须基于真实的观测数据，恒星的光谱、位置、大小等等。

但是广义相对论的出现，显然超越了传统天文学的范畴。

天文学家有了新的工具，做一些理论性的分析。

而有一件事，让众人大概猜到了布鲁斯教授喜欢的研究方向。

会议各职务选举完成后，还有另外一项安排，那就是天文学家们做报告。

其中爱丁顿的报告内容，引起了李奇维的极大兴趣。

爱丁顿自从证明星光弯曲后，俨然已经是天文学界的超级新星。

但是他并没有沉溺在往日的荣光中，而是继续突破自己。

他把研究方向转到了恒星的形成和演化。

天文学按照研究对象划分，可以分为以下几个层次：

行星层次、恒星层次、星系层次、宇宙。

哈勃目前的研究方向，就属于星系和宇宙层次，俗称的大尺度天文学。

但是这并不代表大尺度就比小尺度重要。

作为宇宙中最常见的天体，恒星对于人类有着非比寻常的意义。

因为要是没有太阳，连人类存在的基础都没有了。

地球沐浴在太阳的照耀下，已经上亿年了。

但是对于头顶的那个大火球，人类却几乎是一无所知。

所以对于恒星的研究，也是天文学最火热的方向。

而其中最重要的两个未解之谜：

第一，恒星的能源到底来自何方？为什么恒星可以燃烧亿万年而不熄灭？

第二，恒星的最终结局又会是什么？它会变成尘埃消散在广袤的宇宙之中吗？

在1900年以前，这些问题是无解的。

用专业的话说就是：历史还没发展到可以解决的阶段。

但是随着广义相对论、量子论、原子结构等理论的相继出世。

恒星的秘密有了突破的可能。

显然后世大家都知道，恒星从诞生到消亡，一共会经历四个阶段：

第一阶段是恒星的诞生，也称原始星云阶段。

宇宙中到处飘散的庞大气体和尘埃，因为引力作用而聚集在一起。

随着聚集的质量越来越大，引力也越来越大，从而使得星云内部的温度和压力开始升高。

于是就进入了第二个阶段：成熟的主序星阶段（不要管主序星这个概念，理解为成熟体就行）。

星云内部庞大的压力和极高的温度，使得核聚变有了发生的可能。

最先发生的核聚变就是氢原子变成氦原子。

核聚变产生的巨大能量，提高了星云内部的压强，从而抵消了自身引力的坍缩效应。

当两者达到相互平衡的状态时，一颗稳定的恒星就正式诞生形成了。

这就是恒星能源的来源：核聚变。

但是，恒星再大，它的质量也是有极限的。

总有一天，它体内的氢原子会被消耗完，全部变成氦。

这时候，氢聚变就不能维持下去了。

恒星的演化也来到了第三个阶段：红巨星阶段。

在这个阶段，虽然氢原子没有了，但是聚变依然在发生。

当温度达到1亿度时，氦原子核经过复杂的变化，聚变成了氧原子核，这一步叫氦燃烧。

随着温度不断升高，聚变不断发生。

从低原子序数的元素，逐渐聚变为高原子序数的元素。

直到最终的极限：铁元素。

所有恒星内部的核聚变，到生成铁元素后就停止了。

因为铁聚变是一个特殊的过程，当两个铁原子核发生聚变时，不再是放出能量，反而是吸收能量。

这就导致核聚变所需的温度和压力无法继续维持。

因此，铁的形成就标志着恒星已经濒死。

在这个阶段，恒星内部因为引力而继续坍缩，但外层物质却不断膨胀，并喷射各种物质。

恒星的体积不断变大，最终形成红巨星。

此时，如果恒星原本的质量特别大（几十到几百倍太阳质量），超过了某个界限，那么就会发生超新星爆炸。

这是宇宙中最为可怕的天体现象之一。

超新星爆炸产生的光度，足以和整个银河系中几千亿颗恒星的光度总和相当。

一瞬间释放的能量，相当于太阳在100亿年内释放的能量总和。

那是恒星在死亡前发出的不甘怒吼，极尽升华，横扫一切。

这才是真正意义上的“天灾”，没有任何手段能够阻挡。

一位寿元无多的老恒星，携着帝超新星而来，就问你怕不怕。

最后，恒星所在只有残留的少数尘埃，在宇宙风的吹拂下，永久消散于天地间。

当然，宇宙中大部分的恒星质量都较小（几到几十倍太阳质量），并不会发生超新星爆炸。

它们会走向另外一种结局。

这就是恒星演化的第四个阶段：末期演化阶段。

在这个阶段，恒星一般会变成三种类型的天体。

分别是：白矮星、中子星、黑洞。

第四阶段的恒星虽然无法再发生核聚变，避免引力坍缩。

但是其组成原子并不是那么好压缩的。

因为原子内部有电子，而电子由于泡利不相容原理，很难被压缩。

这种抵抗力叫做电子简并压力。

所以，当恒星自身的引力和电子简并压力平衡时，就形成了白矮星。

但是白矮星存在质量上限。

当它的质量超过倍太阳质量时，其产生的引力就会大于电子简并压力。

这时候，原子被压碎，电子就会和质子被压在一起，形成中子。

中子之间同样存在中子简并压力，使得中子无法被轻易压缩。

当引力和中子简并压力平衡时，就形成了所谓的中子星。

中子星是人类目前发现，除黑洞外密度最大的天体。

一颗直径十公里的中子星，其质量就能与太阳质量相当。

每立方厘米的中子星物质，质量可达十亿吨，简直恐怖如斯。

然而，演化还没有结束。

中子星同样存在质量上限。

当中子星质量超过2-3倍太阳质量后，其产生的引力将碾碎一切。

这时，恒星就会变成宇宙中天体的终极存在：黑洞。

至于黑洞还有没有更进一步的演化，目前的天文学界就不知道了。

以上，就是恒星演化过程中的四个阶段。

具体的过程非常复杂，而且还存在很多特殊情况，但是核心是不变的。

可以看出，恒星演化与原子结构的研究进展息息相关。

当物理学家没有发现质子、中子时，也就不可能理解恒星的内部构造。

宏观与微观，最伟大的天体与最渺小的原子，通过物理，完美地结合在了一起。

真实历史上，卢瑟福提出元素蜕变假说，并于1919年发现质子，原子核的秘密初步显现。

核聚变和核裂变的思想开始萌芽。

1920年，爱丁顿首次提出恒星由核聚变提供能源，但没有给出证明。

直到1929年，物理学家才从理论上计算了氢在高温下聚变成氦的可能性。

1931年，拉曼的侄子，钱德拉塞卡，基于狭义相对论，提出了白矮星的质量上限，这个极限被称为“钱德拉塞卡极限”。

1932年，查德威克在卢瑟福的指导下，发现中子。

紧接着，1936年，奥本海默提出了中子星的质量上限，这个极限被称为“奥本海默极限”。

李奇维之前曾有过一个想法。

那就是引导别人研究核聚变，而他自己则带着华夏研究核裂变。

这是非常有可能性的，因为核聚变在天文学领域有着重要的意义。

对于核聚变的研究，要比核裂变提前很多。

现在，好像终于到了那个时间点了。

但是李奇维的想法也和以前有点不同了。

当爱丁顿分享他对于恒星内部结构的研究时，李奇维接连提了几个问题。

所以这让在场大佬们以为，布鲁斯教授对恒星研究感兴趣。

毕竟，从理论上分析恒星的组成和构造，完全不需要认识什么星座，甚至连望远镜都不会用也没关系。

理论物理学家就是这么吊。

爱丁顿见到李奇维对他的研究内容感兴趣后，显得非常兴奋。

这让他有一种受宠若惊，被大佬翻牌的感觉。

成立大会结束后，爱丁顿、戴森等人和李奇维结伴而归。

路途上，爱丁顿欣喜地说道：

“布鲁斯教授，我真没有想到您会对恒星研究感兴趣。”

“我还以为您会继续研究宇宙膨胀呢。”

李奇维随意一摊手，玩笑道：

“戴森台长知道的，我到现在连望远镜都没有玩熟呢。”

几人哈哈大笑。

爱丁顿哭笑不得，大佬你也太随意了。

他甚至都怀疑，布鲁斯教授所谓的研究天文学，可能就是研究物理累了，闲暇时随便搞搞。

但是爱丁顿有强烈的预感，哪怕是随便研究，布鲁斯教授也会发表震惊天文学界的成果。

毕竟，那可是布鲁斯教授啊，没有人知道他的极限在哪里。

他跟哈勃聊天，随手就解决了人工合成氨的催化剂问题。

参加生物学的会议，又当场提出基因突变、基因链等概念。

现在研究天文学，发表重磅成果简直是理所应当的。

这时，爱丁顿接着问道：

“教授，那您具体会研究哪个方向呢？”

“我也想做个参考，以后遇到问题可以向您请教。”

一旁的戴森也很好奇。

他对于李奇维研究天文学，绝对是双手赞同。

量子研究所距离格林尼治天文台那么近，布鲁斯教授有什么成果了，受益最大的肯定是他。

戴森甚至都在想，干脆以后把天文台的所有人，都派去布鲁斯教授那里进修。

如此一来，格林尼治天文台的实力，绝对能提升一大截。

至于天文和物理是不同的学科。

戴森表示：“对于布鲁斯教授而言，有什么区别吗？”

面对爱丁顿的问题，李奇维微微一笑。

“我可能会研究恒星的能源问题。”

“我觉得这个问题很有意思。”

“太阳为什么能燃烧那么久？”

“它的能量到底来自哪里？”

“如果我们人类掌握了这种力量，是不是以后就不用再为能源发愁了。”

“另外，宇宙中的各种天体，它们之间有没有什么区别？”

“比如黑洞和恒星，为什么会有不同的性质？”

“等等。”

“就当是闲暇时的消遣了。”

“说不定我以后我还要经常请教你们呢。”

哗！

李奇维的话顿时让戴森、爱丁顿一行人肃然起敬。

他们研究天文学，或是为了自身名利，或是为了梦想，或是为了工作。

但是看看人家布鲁斯教授。

连研究天文学时，脑子里想的都是人类的命运。

这就是大佬的胸怀啊。

果然人比人气死人。

众人对于李奇维简直崇敬到无以复加。

“世界上怎么会有这么完美的科学家！”

不过，爱丁顿却忽然觉得胸口有点痛，好像他有什么最珍贵的东西失去了。

他喃喃自语：“看来最近不能经常熬夜了，要注重休息。”

可惜，爱丁顿没有机会和洛伦兹教授交谈，不然说不定两人能发现什么端倪。

就在李奇维高调现身天文学领域，提出世纪大辩论，引起轰动时。

另一边，他的至交好友卢瑟福，即将在原子领域，同样高调地发出自己的声音。

卢瑟福和李奇维，并称为卡文迪许实验室嫡出的绝代双骄。

但是在李奇维的耀眼光芒下，很多人都忘却了卢瑟福的惊人才华。

那个阴差阳错，以物理成果获得化学诺奖的大佬，他已经沉寂太久了。

这一次，他将极尽绽放属于自己的光芒。