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寻求秩序——钱德拉塞卡对黑洞蓝天和科学创造力的思考
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钱德拉塞卡也不能肯定他自己下一步将做什么研究。他最近是在从事黑洞的研究，这 项研究已进行了8年。在这期间，他的心脏病发了，为此他作了体外循环的心脏手术。这年 春天他完成了黑洞的研究，这时他已有71岁的高龄，几乎是这个领域里其他同行年龄的两 倍。大多数科学家在这个年龄，要么退休，要么享受一些名誉头衔——在一些委员会里担 任职务、在颁奖宴会上回忆往事、指导几个研究生、琢磨几个尚未解决的问题使自己得到 娱悦，等等。但这对钱德拉塞卡来说，几乎是不可想象的。要他这样打发日子，无异于要 他上班时不穿白衬衫、黑西服，不打黑领带。在近半个世纪里，他总是这样正儿八经地穿 戴整齐地到芝加哥大学上班。 的确如此！每当他投入工作时，他就会坐在一张非常整齐、清洁的书桌前，寻觅数学 的秩序；而且每天至少工作12小时，一周工作7天。如此勤奋工作约10年左右，当他得到了 “某种见解”以后才罢休——也就是说，直到宇宙的某一个方面已经完全约化为一组方程 时才罢休。然后，把他研究的结果写在一本书里，就不再注意这个研究课题，而去寻找天 体物理学领域里另一个完全不同的课题，重新埋头研究下去。这种研究风格被人们称为“ 钱德拉风格”。这种风格简直让其他天文学家们感到头晕眼花，无法理解。在天体物理学 领域里，一般人认为40岁的理论家都已经远远超过了作出重要发现的黄金年龄，但年已63 岁的钱德拉塞卡却会强迫自己放弃已经驾轻就熟的课题，重新开始分析当物质消失在一个 黑洞里时，会发生什么现象！这真令人难以理解。 他最亲近的朋友，普林斯顿大学的天体物理学家史瓦西（M.Schwarzschild）说：“他 那种不怕困难的奋斗精神，是别人做不到的。钱德拉的专心致志的能力难以令人相信，这 是一种真正的数学才智和惊人毅力的结合。在他所研究的任何一个领域里，他都得出了一 些我们现在天天在应用的重要结果。” 钱德拉塞卡常常喜欢从哲理方面谈创造力和科学思想老化的问题，而且谈起来总是入 木三分。但是，每当问及他的研究生涯何以能持续如此长久时，他往往不自在起来。但他 承认，1935年1月11日在（英国）皇家天文学会会议上发生的事情，也许可以发现一些端倪 。 那天是星期五，他怀着极大的期望，同时又夹杂着对爱丁顿爵士的某些疑虑，来到了 伦敦。最近几个月里，他和爱丁顿大约每周两次晚饭后在一起，共同讨论钱德拉塞卡最近 对正在衰亡的恒星行为所作的计算。他们俩是一对奇怪的组合：爱丁顿52岁，风度翩翩， 说话很有吸引力，他被认为是世界上最优秀的天文学家；而钱德拉塞卡是一位腼腆的来自 印度的24岁的青年，自认为有点像剑桥大学的流浪儿。钱德拉塞卡从事星体结构的研究只 有几年时间，那还是起因于他在马德拉斯（Madras）大学的一次物理竞赛中获奖，奖品是 爱丁顿写的一本关于星体结构的论著。现在，他相信自己有了一个重要而且惊人的发现， 这个发现将在星期五的会议上向与会者宣布。 但是在星期四，当会议日程表送到剑桥时，钱德拉塞卡惊讶地发现，爱丁顿也将在会 议上发言，讲的题目与他的一样！在他们多次讨论过程中，钱德拉塞卡总是滔滔不绝地讲 出他的计算，而爱丁顿从来没有提到过他在这个领域的工作。这似乎是一种令人难以置信 的不忠诚行为。星期四晚上，当他们两人在餐厅相遇时，爱丁顿仍然没有提出解释或道歉 。他唯一的话是，他利用了他的影响，使钱德拉塞卡可以在会议上多讲一会，“这样，你 就可以把你的研究结果彻底讲清楚。”这句关心的话钱德拉塞卡记得很清楚。钱德拉塞卡 想问一问爱丁顿的论文，但由于他对爱丁顿非常尊敬，所以又不敢问。星期五在伦敦开会 前吃茶点时，有一位天文学家问爱丁顿准备讲些什么，爱丁顿没有回答，只是转向钱德拉 塞卡，微笑地说：“那要使你大吃一惊呢。” 钱德拉塞卡的论文讨论了一个基本问题：一个星体如果烧尽了它全部的燃料之后，将 会发生什么？按照当时流行的理论，冷却的星将在自身的引力作用下，坍缩为一颗致密的 星，这种星称为白矮星（white dwarf）。例如，一颗具有太阳质量的星，将坍缩成只有地 球一样的大小，这时它就达到力的平衡，不再坍缩下去。钱德拉塞卡重新研究了这种坍缩 ，他考虑一个有趣的问题：当一颗星体的气体被压缩到其电子以接近光速运动时（这被称 之为相对论性简并状态），会发生什么现象？他的研究结果表明，任何一颗质量大于太阳 质量1.4倍的星体，它的巨大的引力将继续起作用，使这颗星越过白矮星阶段继续坍缩。于 是，这颗星的体积将继续越变越小、密度越来越大，直到……啊，那可是一个有趣的问题 。钱德拉塞卡机灵地避不作答。 他的结论是：“一颗质量大的星体不会停留在白矮星阶段，我们应该考虑其他的可能 性。” 接着是爱丁顿发言。 “我不知道我是否能活着逃离这个会议，但我的论文的要点是：根本不存在什么相对 论性简并。”爱丁顿说完这句话，就把钱德拉塞卡的论文撕成两半。听众中不时爆发出笑 声，使爱丁顿的讲话不断地被打断。爱丁顿无法驳倒钱德拉塞卡的逻辑和计算，但他却宣 称这个理论全盘皆错，原因很简单，因为它得出了一个不可避免和非常古怪的结论：“星 体将不断辐射，不断收缩，直到半径只剩下几公里，这时，引力将大到足够控制住辐射， 使其不再辐射，于是这颗星体终于平静下来。” 当然啦，我们今天称这种客体为黑洞，但爱丁顿那天下午却声称它不可能存在。 “一种归谬法得出的结论，”爱丁顿说，“我相信，一定有一条自然法则阻止星体按 这种荒谬的方法演化。” 争论到此，就被束之高阁了，至少在此后几十年没人再敢问津。当然，黑洞理论最终 还是被人们承认了，钱德拉塞卡提出质量界线（即星体质量为太阳质量的1.4倍）也被称之 为“钱德拉塞卡极限”记入教科书中，但这一切在爱丁顿讲话后很长一段时间才发生。 “会议结束后，”钱德拉塞卡回忆说，“每个人都走到我面前说，‘太糟了，钱德拉 ，简直太糟了。’我原以为我将在会上宣布一个非常重大的发现，结果爱丁顿让我出足了 洋相。我心情乱极了。我不知道我是否应该继续研究这个课题。那天我回剑桥时，已是深 夜一点多钟了。我走进一间同事们经常聚会的房间，这时当然不会有人还留在那儿，但炉 子里的火还燃烧着。我记得，我站在炉火前自言自语地重复着一句话：‘世界就是这样结 束的，不是伴着一声巨响，而是伴着一声呜咽。’” 今天，他对那天下午发生的事有了不同的看法。 与爱丁顿的争论还持续了几年时间，这使钱德拉塞卡失去了在英国取得一个有任期职 位的任何机会。最后，他终于明白应该完全放弃这个研究课题（不过，这两位都十分出色 的人终生都保持着友谊）。他相信自己的理论，但别人不相信。所以，在1937年他到了芝 加哥大学以后不久，他把他的理论写进了一本书里，并不再去理会它。他改弦易辙，开始 研究星体在星系中的几率分布，并发现了被称之为动力学摩擦的奇怪特性——即任何星体 在穿越另外一个星系时，由于它四周星体的引力作用，它的速度将会降低。然后，他又转 而考虑：天为什么是蓝色的？这个问题的简单答案是：大气的分子允许其他颜色的光通过 ，但将波长短的蓝色光散射开。这个结论在上一个世纪被英国的瑞利爵士（ LordRayleig h）发现，但瑞利本人及后来的物理学家们没有能够找到精确的数学方法，以计算光是如何 被散射的。在本世纪40年代中期，钱德拉塞卡找到了这个精确的数学方法。对此，钱德拉 塞卡十分满意，以至他决定此后将不断地更换研究领域。接下去他研究了许多课题：磁场 中热流体的行为，旋转物体的稳定性，广义相对论，最后，他又回到了黑洞，但这次他从 一种完全不同的角度研究它。他现在感到十分幸运，幸亏当年他被赶出原来研究的专业。 “假定当时爱丁顿同意自然界有黑洞，”说到这儿钱德拉塞卡停顿了一下，考虑如何 把这个见解表达得尽可能准确。 “推测是非常困难的。如果爱丁顿当时承认了黑洞理论，他将会使这整个领域变成一 个引人注目的研究领域，黑洞的许多性质将会提前20到30年被人们发现，不难想象，理论 天文学将会大不相同。但这种判断不该由我来作——喏，我想我可以说，这种结局对天文 学是有益处的。” “但我不认为对我个人有益。爱丁顿的赞美之词将使我那时在科学界的地位有根本的 改变，我会在天文学界里大有名气。但我的确不知道，在那种诱惑的魔力面前我会怎么样 。” “有多少年轻人在功成名就之后，还能长久保持青春活力呢？即使是20年代里对量子 力学作过伟大贡献的科学家——我指的是狄拉克、海森堡、福勒——他们也未能始终如一 。即使是麦克斯韦和爱因斯坦，也同样未能始终如一。” 钱德拉塞卡急忙停住自己的话头，说他并不是要把自己与这些科学家相比，也并不是 想批评他们。“你可别搞混了，我算老几，竟能批评爱因斯坦？”他认为，这个问题只是 在抽象的意义上使他感到兴趣。贝多芬在47岁时对一位朋友说：“现在我知道怎么作曲了 。”这件事使钱德拉塞卡大为吃惊，留下了难忘的印象。钱德拉塞卡相信，决不会有一位 年满47岁的科学家会宣称：“现在我知道怎么作研究了。” “当你讨论一位伟大的艺术家或作家的作品时，总会认定这些作品有一个从早期、中 期到成熟期的发展过程。艺术家的本领越来越精，使他们最终能处理十分棘手的难题。要 写出一部像《李尔王》这样的剧本，显然需要付出巨大的努力，要具备巨大的感情控制能 力。如果与早期作品《罗密欧与朱丽叶》相比较，你就会发现其间的差别。” “现在我们来看一看，为什么科学家不能使他们的思想越来越精呢？爱因斯坦是一位 具有伟大科学头脑的科学家。他在1905年就发现了狭义相对论和一些其他重大理论。他以 惊人的刻苦精神从事研究，1916年他又发现了广义相对论；到20年代早期，他还作出过一 些重要的发现。但从此以后，他停步不前，孤立于科学进步之外，成为一个量子理论的批 评家，再没有为科学和他本人增添什么光彩。爱因斯坦在40岁以后的研究工作中，没有任 何迹象表明他的智慧和悟性比以前更强一些。这是为什么？” “由于缺乏更合宜的词，我只能说，似乎是人们对大自然逐渐产生了一种傲慢的态度 。这些人曾经具有伟大的洞察力，作出过意义重大的发现。此后，他们就相信，他们能在 一个领域里取得如此辉煌的胜利，说明他们有一种看待科学的特殊方法，而且这种方法一 定是正确的。但是，科学并不承认这种不切实际的想法。大自然曾一次又一次地表明，作 为大自然基础的各种真理，比最聪明的科学家更加强大和有力。” “以爱丁顿为例。他是一位伟人，他说一定有一条自然法则阻止星体变成一个黑洞。 他怎么会说这样的话呢？仅仅是因为他认为那样不好吗？为什么他能认定，他有办法决定 自然法则应该是怎样的呢？相似地，爱因斯坦因为不赞成量子理论说过一句人人都知道的 话：‘上帝不会掷骰子。’他怎么知道上帝不掷骰子呢？” 谈到瑞利爵士，钱德拉塞卡乐于承认他是一个例外。瑞利是19世纪的一位物理学家， 他在50年的研究生涯中，在各种不同领域里都作出了富有创造性的贡献，而且在后期还作 出了一些最著名的发现，例如发现了氩气。 “你一定听说过，当瑞利67岁时他的儿子曾经问他对托马斯·赫胥黎说的一句名言有 什么看法，赫胥黎说：‘在科学界一个60岁的人的作为只会弊多利少’。瑞利想了很久， 回答说，‘啊，我想如果你只做你所理解的事，不和年轻人发生矛盾，就不致于一定会像 赫胥黎说的那样。’我认为爱因斯坦、狄拉克或海森堡不会说出这种话来。爱丁顿肯定说 不出这种话的。瑞利说的话中，含有某种谦虚的精神。有人曾经向丘吉尔说艾德里是一个 谦虚的人，丘吉尔回答说‘他还有许多方面需要谦虚’。丘吉尔的这句话完全可以用到科 学界。能够作出真正伟大发现的人，一般都非常自信，敢于对大自然作出判断。当然啦， 瑞利不具有爱因斯坦或麦克斯韦那样的真正伟大的根本性的洞察力。但是，瑞利对科学的 影响是巨大的，因为他对伟大的知识宝库增加了一些内容，不断地发现了许多虽不是蔚为 壮观但却很重要的东西。我认为在理解大自然的过程中具有某种谦虚精神，是持续进行科 学探索的先决条件。” 他一再声明，他只是从抽象的意义讨论这个问题，而不是说他自己。但他不可避免地 会谈到他自己的研究生涯。每隔十年就投身于一个新的研究领域，可以保证研究者保持谦 虚的精神，因为你无法与年轻人发生矛盾，他们在新领域里研究的时间比你还长。像瑞利 一样，钱德拉塞卡使自己关心那些重要但并不壮观的工作，以严格的研究精神为知识宝库 增添内容，而不是去设法推翻它。他不追求轰动效应，不追求独一无二的令人目眩的洞见 ，也不追求可以获得诺贝尔奖的革命性发现。他总是坚持对整个领域作长期和全面的分析 ，而不计较别人认为他的作法可能毫无价值。 例如，在60年代，钱德拉塞卡写过一本关于蜜柑状的几何图形（称为椭球）的书，这 种工作在当时肯定不会给任何人带来名和利。在该书的引言中钱德拉塞卡写道，他写这本 书的理由是，以前虽然对这项课题作过许多研究，但留下“许多空白和漏洞，还有一些明 显可见的错误和谬见。如果对这种状态听之任之，不免令人感到遗憾。”他通过系统地分 析作用在旋转椭球体上的诸力，例如使它聚在一起的引力、使它分裂的离心力等，终于将 这个难题理出了一个头绪，他找到了使旋转椭球体开始变得不稳定的点。其他科学家认为 ，研究这些理想物体是浪费时间，研究宇宙中不存在的抽象东西有什么价值？但到20年以 后的今天，这本书却得到了广泛的应用，这真是人们始料未及的。例如，现在已经知道许 多真实的星系具有这些想象客体的性质，科学家们正在利用这本书的结论来了解，银河系 在自旋时为什么能聚在一起而不散开。 “我想，我的动机与许多科学家的不一样，”钱德拉塞卡说，“沃森（James Watson ）①说，当他还是年轻人时，就想到要解决一个问题，使他因此而获得诺贝尔奖。他努力 向前干下去，后来发现了DNA。很明显，这种方法对沃森是很合适的，但我的动机不是为了 解决一个单一的问题，我需要的是对整个领域有一种透视的看法。” “八年前我开始研究黑洞，而且特别专注于研究一个旋转的黑洞对外来的（如引力波 、电磁波）扰动如何反应。如果把这个问题弄清楚了，你就可以知道当一个诸如星体之类 的物体落入黑洞时，会发生什么情况。你瞧，这项研究的某些成果已开始引起人们的注意 了，但对我来说，最重要的是研究的最终观点。这就是我为什么写这本书的缘由，我把它 看作是能够洞察未来的一个整体。很明显，在这个领域里还有许多工作让我干，但我不想 干下去了。打个比喻，如果你完成了一个雕塑作品，你一旦完成就不想再在这儿或那儿进 一步修饰它。” 下一步做什么呢？对于一个年届71岁的人来说，这可是一个问题。主要的障碍是由他 的研究风格决定的，这种风格需要他投入大量的时间和精力，意味着他将每天从早晨六点 钟一直干到半夜。 钱德拉塞卡的夫人叫拉莉莎（Lalitha），他们是在马德拉斯大学物理系读书时相识的 ，她说：“他的确没有时间干别的事，例如旅游、会朋友。他对工作总是制定严格的纪律 ，干任何事都一定要干得干净利落、完全彻底。”谈到钱德拉塞卡的事业和她为之付出的 牺牲，她毫无怨言。她经常孤独一人在家打发日子，她放弃了她的职业跟他来到美国，要 隔很多年才有一次机会回印度与亲人团聚。她也认为，钱德拉塞卡现在应该有权力轻松一 下，他的同事们也这么认为。 “钱德拉塞卡曾不得不付出巨大的代价，随着他逐渐变老，他所付出的代价也在逐步 增加，”史瓦西说，“最近他写的一本书可说是一部力作，也是意志战胜年衰体弱的一个 明证。我的确不知道他下一步还会干什么。他所有的贡献都来自于这种坚强的意志力，这 使得他能够解决别人无法解决的问题。对钱德拉来说，如果在一件大家都能做的事情上泡 蘑菇，那是与他性格不能相容的事情。” 钱德拉塞卡比较同意这种说法。他说：“如果我不能全心投入一项研究项目，我宁可 完全放弃这项研究。”如果只是为了美学上的理由，那么他的学术生涯以黑洞理论为开端 ，又以黑洞理论来结束，实在是颇能吸引人的。这个结局实在太妙了，特别是因为他认为 这最后的一项研究是他所有研究工作中最困难的一项。但是，钱德拉塞卡还打算进入其他 新的领域，这次也许是宇宙学。“我的生活习惯就是这样的，要改变终生形成的习惯可不 那么容易。不过，我还没有拿定主意。” 虽然他不再认为自己是一个印度教徒，而认为自己可以划归为无神论者，但有时他也 有点拿不定主意，是不是应该跟随印度教的传统：断绝一切世俗的联系，到森林里一个人 去冥思默想。当然啦，对他来说这就意味着完全放弃科学，最终地变换领域。 “我追求科学的方式给我带来不幸的事实是，它扭曲了我的个性。我不得不放弃生活 中其他一些兴趣，例如文学、音乐、旅游等等。我把所有的时间都奉献给了科学事业。我 想精读莎士比亚所有的剧本，一个字也不漏，一行也不漏。但我总是没有时间去读。如果 我能满足我的兴趣，我将成为另样的一个人，这点我十分清楚。我不知道，能不能用遗憾 这个词表达我的这种感觉。但人迟早总会习惯这些损失，人总不会跟自己过不去，他总得 跟自己妥协。要把事物整理得有条有理，那总是要花费一定的时间的。” |
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