科学史(下)-第49部分

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倍。
①　
Sir　J。　H；Jeans，Eos　or　the　WiderAspects　of　Cosmogony，London。1928，p。46：also　The　Universe　Around　
Us；New　York　and　Cambirdge；1929，P。134；also　1944。　


一理论不适用于它们。但爱丁顿认为，较水重的太阳，以及较铁重的其他恒
星，实际上都是气体；因其电子已被剥夺，所以这些恒星的原子体积较小，
在大部时间内，彼此不相接近。

而且一个新发现使密度的可能范围更加扩大了。1844　年，贝塞耳发现天

空最亮的天狼星运行在椭圆轨道上，于是他假设有一伴星围绕天狼星运行，

其质量约为太阳的4/5。十八年后，这颗星为克拉克（Alvan　Clark）所发现；

用现代望远镜不难看见这颗星，其所发的光约为太阳的1/360。当时曾认为

这颗星是红热的、一个行将没落的星。亚当斯在威尔逊山查得这颗星并非红

热而是白热的。其所发的总光量很小，是由于其体积很小；它不比地球大很

多。从这个大的质量与小的体积，得知其密度约为每立方英寸一吨，这是一

个骇人听闻的结果，在当时认为是不可信的。

但是不久新的证据出现了。根据爱因斯但的理论，物体发出443　辐射的
频率，应随其质量和体积而不同；因此谱线应按半径除质量的比例向红端移
动。亚当斯测量了天狼伴星的光谱，也得着相同的高密度，约为铂的密度的
两千倍。现在更发现另外几颗星，密度与此相似或更大。秦斯认为这些星中
的物质不再是气体，而与液体相近了。其原子很可能只余下原子核，甚至其
最内层的电子也被剥夺。比较正常的星，如天狼星与太阳，可能为核外剩有
一层电子的原子所组成。所以根据原子结构的理论，我们就可以解释这一事
实：恒星分为明显的几类，而且每一类仅包括某些体积限度内的恒星。在那
样高的温度下，地上的原子将会完全破裂。要维持这些不同的体积，恒垦内
部未知的深度的原子必较我们熟悉的地球上的原子为重，而类似地球上的原
子的较轻的原子，必浮在表面，而成为辐射的表层。

有三个方法可以估计恒星的年龄：（1）双星的轨道最初应为圆形，以后
受到过路星的引力的影响，而逐渐变形，这种影响的可能频率可以计算，因
而由轨道的实际形状，可以计算恒星的可能年龄。（2）明亮的星所组成的星
团在空间运动时，逐渐失掉其小的成员，造成这些观察到的分散情况所必需
的时间，是可以计算的。（3）恒星的运动能量，也如气体分子一样，必定有
达到平均分配的趋势；西尔斯（Seares）测得太阳附近的恒星差不多已经达
到这个阶段。由分子运动论，可以计算产生这种动能平均分配状况所需的时
间。这三种方法都～致表明，我们的星系中恒星的平均年龄可能是5　万亿至
10　万亿（5　至10×l012）年。

要维持这样长久的生命，必需大量辐射能量的供给，数量之巨，远非引

力的收缩，或放射性物质所能解释的。爱因斯坦的理论很自然地引导人们形

成一个观念：这种能量的来源可能是由于阳性质子与阴性电子的相互湮灭，

这是1904　年秦斯用来解释放射物的能量的说法①。这理论已经详细地完成。

可以肯定，恒星在不断损失质量。辐射造成定量的压力，因而具有一个可以

计算的动量，即质量与速度的乘积。太阳表面每平方英寸辐射出50　马力，这

说明整个太阳每天损失质量3600　万万吨，而质子与电子的相互湮灭可说明这

种损失发生的机制。太阳在其体积更大、年龄更轻时，其质量的损失必当更

速，于是我们可以给与太阳年龄以一个上限，大约是8　万亿（8×l012）年。

这与其他方法所估计的恒星年龄相符合，但根据以后的研究来看又是可怀疑

的。

①　
Nature，voL。LXX；1904，p。101。574　


星的演化

恒星的年龄既经估定，我们自然会问恒星是怎样产生的？即使在最大的
望远镜中，恒星也无可见的体积——最近的恒星也是太远了。但是天空明亮
的一片一片区域，所谓星云，早已为人发现。仙女座中的大星云，能被肉眼
看见，在望远镜发明以前即已发现。而猎户座内的另一星云，也于1656　年为
惠更斯所发现。

星云有三大类。

（1）形状不规则的星云，如猎户座内的。
（2）行星状星云，形状有规则的较小的结构。
（3）旋涡星云，象似明亮的大旋涡。
数目最多的星云是旋涡状的。我们已经说过，现代望远镜中可见的星云，
约有二百万个。它们的光谱是连续的，而重合有吸收谱线，与F　至K　型的星
（包括太阳在内）的光谱相似。有些星云是弥漫的炽热气体团，有些含有定
形的恒星。星云呈现有急速转动的模样。自轨道平面的边上平视所见的星云，
可以在光谱学上进行研究，另外一些与我们视线正交的，可在逐年的照片上
看出其有可测量的转动，每转一周约需几百万年。这好象说明其运动的迂缓，
但是我们观测到它们有很高的线速度，所以其转动周期的悠长，不是由于其
运动的迂缓，而表现其体积的庞大。

如果假设不同的星云的转动速度大略相同，则由以上所述，自轨道平面
边上平视所见的星云，可以由光谱学测得其线速度，而横过我们视线的星云，
也可以测得其每年的角速度，这样比较这两种速度，便可得其距离的一个估
计值了。旋涡星云的旋臂中可以看出有造父变星，其光变的周期可假设与其
绝对亮度有通常的关系，因而测量它们的视亮度，又可得距离的另外一种估
计值了。由此所得的数字，约在几十万至几万万光年。因而大多数旋涡星云
都很远，而在我们的星系以外。

恒星演化的星云学说，最初为康德所提出，继于18　世纪末为拉普拉斯引
用，去解释太阳系的起源。拉普拉斯根据气体星云的概念，认为星云充满海
王星轨道里边的空间，而且具有旋转运动。它因其自身的引力而收缩。但因
其角动量不变，故其旋转速度渐增。在其收缩的各阶段中，它遗留下环形的
物质，经凝结而形成行星与其卫星，绕中心的物质转动，这中心的物质即形
成太阳。

这个学说有若干困难。1900　年，莫尔顿（F。R。Moulton）指出，由环形
不会破裂变成球形。张伯林（T。C。Chamberlin）并证明在那样大的气体团中，
其引力并不足以克服其分子速度的扩散效应与辐射压而使其缩小。秦斯以别
的论据证明行星是不能由凝结而形成的。

但是旋涡星云比拉普拉斯所想象的大过百万倍，在这规模下，其整个的
发展过程也大不相同。这时引力远比气体压力和辐射压更为有效，星云不但
不扩散，而且收缩，并且旋转得比拉普拉斯所想象的还快。这个解释，应用
于小规模的太阳系遭到失败，应用在庞大的星系上，却颇有成功。

秦斯已经以数学证明：一个具有引力的气体团，或因其他物质团的潮汐
作用而开始转动，则将渐渐形成一双凸透镜的形状。若其旋转加快，则其边
缘将不稳定，而裂成两个旋臂。旋臂上发生局部的凝结，每个凝块具有适当


体积，可以在我们所见的恒星的大小的狭小限度内形成恒星。这个由理论得
出的预言已为哈布耳所证实。哈布耳根据观察的结果，将星云分为秦斯所预
言的类型。于是我们在旋涡星云里，发现在我们星系以外在遥远空间里正在
形成中的其他星系。

旋涡星云臂上的一小滴，是不是变成我们这样的太阳系呢？根据秦斯的

数学推证，这不是一定可能的。如果这小滴的转动足够迅速，而至酿成分裂，

则分裂的结果可能是互相绕转的双星。所以双星很可能是恒星演化的一个正

常规程，其另一过程，则是孤独的单颗星。

但莫尔顿、张伯林与秦斯对太阳系的起源提出一些猜测性的说明。如果
在某一早期阶段，两个气体星运行到彼此邻近时，则将发生潮汐波。及至两
星接近到某一临界距离时，这潮汐波即将射出长臂状的物质，然后再裂成具
有适当大小与特性的物体，而形成地球与其他行星。但这一事件发生的可能
性很小，据秦斯计算，伴随象我们的行星系的恒星，大约在十万个恒星中才
有一个。

恒星演化的新学说，可以概括叙述如下：恒星是旋涡星云的旋臂中所飞

出的大小相近似的气体团。它们发放辐射，其质量因而减少。又因其体积较

大的发出辐射的速度较快，所以它们的质量逐渐趋于相等。

无论其温度与压力为何，最年轻的星最重，而辐射也最多。如果它们全

由象地上的原子所组成，则温度与压力增高时，辐射也当随之而增加，情况

就与上面所说的不相同了，这一证据又表示辐射能量大部来自我们所未知的

几种类型的极端活跃的物质。这些物质当星衰老时即归于消逝，很可能是由

于原子的嬗变，使物质湮灭并转化为电磁辐射。这样释放的能量是很大的，

照相对论一节中所说：质量M　可以转化，mc2　的能量，这里C　为光速，每秒3

×l010　厘米，所以，一克质量的物质转化为辐射后，其能量等于9×l020　尔格。

由于物质湮灭或即使是适宜的嬗变，所释放出来的能量是很大的（见451

页）。

天体物理学上的这一个新理论，使人想到牛顿《光学》书中的质疑第30

所说的：“庞大物体和光不是可以互相变化的吗？物变为光与光变为物，是

同似乎乐于变化的自然程序十分符合的。”

恒星可能正在化为辐射，宇宙间物质的命运不是直接化为空间的辐射，

就是变成具惰性而不活动的东西，如构成我们世界的主要物质。地上的物质

含有92　个元素，自原子序数为1　的氢，至原子序数为92　的铀。如果还有别

的元素存在，它们不是同位素，便是有更高的原子序数，其结构必较铀更为

复杂。现在至少已经发现一个名叫钚①。它们必然富有强烈的放射性，所以不

会稳定，因而大多数可能早已失其存在了。从前以为光谱的证据说明物质的

演化由简单而趋于复杂，自老年星中的氢，而趋于青年星中的钙。可是今天

对于这事实的解释大不相同。人们认为这只表明，各种恒星中的情况，有利

于氢或钙在其大气之中与其上辐射的放出。有些天文学家以为在恒星的演化

中便伴有复杂原子的分裂，其中大部直接化为辐射，小部变为不活泼的灰分；

这些灰分虽是宇宙变化的副产品，但却是组成我们身体和我们世界的物质。

铀与镭或者是介于留在地上的这些活泼原始原子的最后残迹，与构成我们的

①
周期表中原子序数大于92（即铀）的元素叫做“超铀元素”，是由人工方法产生的放射性元素。钚（Pu）　
即是其中的一种。——译注


不活泼元素两者中间的物质。

只有与我们所处的情况很相近的星球好象才有生命的可能。行星系可能
是稀有的，我们的行星似乎不可能维持“别的世界上的生命”。

凯尔文的能量散逸原理指明了事物的最后的状