著名物理学家弗里曼·戴森去世,揭示戴森球的大胆设想

作者: 金伯利·卡蒂埃、贾森·赖特

来源: 环球科学

发布日期: 2020-03-01

著名物理学家弗里曼·戴森于2020年去世,他提出的“戴森球”设想引发了对外星文明的讨论。博亚吉安之星的亮度变化难以解释,可能与外星科技有关。多种理论被提出,但都存在缺陷,外星文明的巨型工程成为最惊人的可能性。未来的研究将进一步探索这一谜题。

当地时间2月28日,著名物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)在美国普林斯顿因病去世,终年96岁。

1923年,戴森出生于英国Crowthorne。早年间,戴森在剑桥大学三一学院学习数学,并获得学士学位。第二次世界大战后,戴森于1947年来到美国康奈尔大学,跟随1967年的诺贝尔物理学奖得主汉斯·贝特攻读物理学博士;一年后,戴森结识理查德·费曼后,跟随后者来到普林斯顿的高等研究院。

1949年,戴森发表了一篇具有里程碑意义的论文,证明了朱利安·施温格和朝永振一郎发展的变分法方法与理查德·费曼的路径积分表述具有等价性,这项研究为量子电动力学,乃至现代物理学理论的建立奠定了重要基础。1965年,朝永振一郎、施温格和费曼因对量子电动力学理论的贡献,共同获得诺贝尔物理学奖,而戴森则与奖项失之交臂。

1951年,尚未获得博士学位的戴森成为康乃尔大学物理学教授。1953年,戴森受到奥本海默的邀请,出任普林斯顿高等研究院的教授,直至退休。

1957-1961年间,戴森参加了美国的猎户座计划(Project Orion),这一计划意图探索通过可控核爆炸推动航天器的可能性。不过,随着《部分禁止核试验条约》的签订,猎户座计划宣告终结。

戴森最大胆的科学设想,无疑是他在20世纪60年代提出的“戴森球”——一些高级外星文明为了尽可能利用能量,可能会将主星用太阳能收集器包裹起来。这个想法无比疯狂,但至少现在,我们无法排除这种可能性。而且,就在几年前,一颗奇特的恒星让戴森球再次受到关注。

2014年,当时还是耶鲁大学博士后的塔贝萨·博亚吉安(Tabetha Boyajian),从开普勒空间望远镜的观测数据中,发现了一颗亮度变化难以解释的古怪恒星。这种变化看起来并不像是行星经过恒星和望远镜之间时导致的恒星变暗现象,而其他可能导致这种变化的因素也都被她排除掉了。

当她来到宾夕法尼亚州立大学,与我们分享这个发现时,本文作者赖特提出了一个非比寻常的想法:或许,导致这颗恒星亮度变化的是外星科技。

这颗让博亚吉安困惑不解的恒星,现在官方名为博亚吉安之星(Boyajian's star),俗称则是塔比之星(Tabby's star)。它不仅让天文学家着迷,也让公众很感兴趣。像所有重大谜题一样,它催生了近乎无穷多种候选解答,但没有一种可以完全解释那些奇特的观测结果。或许,真正的答案藏在已知的天文学现象之外。

开普勒空间望远镜在2009年发射,此前,世界上绝大部分的“行星猎手”都在顽强地一颗一颗寻找着系外行星。这就像是在钓鱼,每次只能钓上一条。然而,当开普勒望远镜正式投入工作后,搜寻行星的工作就像用上了拖网渔船,一下子有了成百上千的收获。

开普勒望远镜在长达4年的时间里,持续对银河系中一个固定区域进行观测。它想要找到的是“凌星”现象。凌星指的是,那些公转平面和我们视线方向平行的行星,在我们观测的时候处于望远镜和恒星之间,遮挡住了一部分原本应该到达地球的星光。如果把观测时间当作横坐标做一张图,那么一颗恒星的亮度就可以用“光变曲线”来描述。如果这颗恒星有一个可以凌星的行星,那么它的光变曲线就会多了一些U型凹槽。

开普勒一共观测了超过150 000颗恒星,其中只有一颗被称作KIC 8462852的恒星的光变曲线无法用常理解释。KIC 8462852的光变曲线中,类似于凌星现象的凹槽看起来会随机出现,其中的一些只持续几个小时,另一些则长达几天甚至几个星期。

有些时候,这颗恒星的亮度会降低1%左右,但另外一些时候,恒星的亮度竟然会降低20%之多——没有任何人类已知的行星系统可以产生如此极端、变化如此之大的光变曲线。

博亚吉安之星的奇异之处远不止如此。路易斯安那州立大学的天文学家布拉德利·谢弗(Bradley Schaefer)表示,根据存档的数据来看,在过去的一个世纪里,博亚吉安之星亮度下降了15%以上。

谢弗的说法引起了巨大争议,因为恒星在数十年里亮度发生明显下降几乎是不可能的。对于正常的恒星来说,在诞生后长达几十亿年的时间里,它们的亮度基本是保持不变的。只有在恒星濒临死亡的时候,亮度才会有“快速”的变化,这些变化的时间尺度通常也是百万年量级的。

不过,谢弗的说法得到了天文学家本杰明·T·蒙泰(Benjamin T. Montet)和约书亚·D·西蒙(Joshua D. Simon)的支持,后者重新检查了这颗恒星的开普勒原始数据。这些数据并不像光变曲线那样为人所熟知。他们发现,在开普勒持续观测的4年时间里,博亚吉安之星变暗了3%。这个现象与短期的亮度下降一样令人惊奇。

虽然天文学家希望这二者可以有一个统一的解释,但即使单独一个现象都很难解释,更别说同时解释这两个了。对于博亚吉安之星的奇特亮度变化,许多解释理论被提出,但都存在缺陷。最终,外星文明的巨型工程这一假说成为了最为惊人的可能性。

想象一下,一个外星文明建造了数量巨大的能量收集板。这些收集板围绕在主星周围,轨道不同,大小各异。随着能量板密集和稀疏的部分在我们的视线方向上进进出出,我们就会看到恒星出现各种时间尺度的亮度变化。虽然这个理论面临着缺少红外波段辐射的问题,但如果所有与自然现象相关的假说最终都被排除,那么我们就必须要认真对待这个外星工程结构的假说。

对于博亚吉安之星,我们现在了解的仍然有限。我们需要更多的观测事实来进一步探索这一谜题。相关研究已经开始,博亚吉安正在利用位于西弗吉尼亚的绿岸望远镜对博亚吉安之星进行观测。未来的研究将帮助我们更好地理解这颗恒星的奇特光变曲线及其背后的原因。

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