现在,我是世界上唯⼀知道星星为什么会发光的⼈

作者: 鞠强

来源: 果壳

发布日期: 2023-08-27 16:00:31

本文讲述了弗⾥茨·豪特曼斯在恒星发光机制研究中的贡献,以及他在核裂变研究中的重要角色,包括他如何拖延纳粹德国的原⼦弹研究。同时,文章也描绘了豪特曼斯的幽默个性和他在物理学界的独特地位。

星星为什么会发光?太阳为什么会发光?⽽今,在⾯向⼩朋友的天⽂科普书⾥也可以看到对恒星发光机制的解释。但在100年前,这个研究领域是⽚空⽩。对于“恒星发光”的问题,⼈类⼀直充满好奇和探究。⽐如,关于“太阳发光的原因”,古希腊哲学家阿那克萨⼽拉认为太阳是⼀块炽热的⽯头,后来英国天⽂学家威廉·赫歇尔在1800年发现了太阳的红外辐射,还提出太阳发光是因为它有炽热⽽发光的⼤⽓层。

但类似的理论都存在⼀个问题,就是⽆法解释发光的能量从何⽽来。1925年,英国天⽂学家塞⻄莉·佩恩-加波施⾦在她的博⼠论⽂中指出:恒星的主要成分是氢,其次是氦,这就是恒星发光的燃料。下⼀步,物理学家需要弄明⽩的是:燃料是如何燃烧的。1929年,有位年轻⼈决定破解这个秘密。他叫弗⾥茨·豪特曼斯(Fritz Houtermans),当时26岁,在柏林⼯业⼤学⼯作。

两年前,他刚刚在哥廷根⼤学获得博⼠学位,导师是发现“原⼦和电⼦碰撞规律”的诺奖得主詹姆斯·弗兰克。在柏林,豪特曼斯遇⻅了年轻的英国天⽂学家罗伯特·阿特⾦森,两⼈⼀起投⼊对恒星发光机制的探索。他们经过研究认为,在恒星内部的⾼温作⽤下,恒星的原⼦核会失去外围的电⼦⽽被摧毁,这是⼀种热核反应,热核反应释放的能量使恒星能够燃烧数⼗亿年甚⾄更久——这与我们今天在书上看到的解释⾮常接近。

1929年5⽉,⼆⼈合写论⽂《怎样⽤势锅来煮氮核?》投到了《物理杂志》。不过,⽂章发表的时候题⽬被改成了平淡⽆奇的《恒星中元素合成的可能性问题》。这篇论⽂奠定了研究恒星发光机制的基础,为此后汉斯·⻉特等⼈以“碳循环理论”正确解释恒星内部的热核反应铺平了道路,帮助天⽂学家最终揭开了恒星发光的秘密。写完论⽂的那天晚上,豪特曼斯约上同为哥廷根⼤学物理学博⼠的⼥朋友夏洛特⼀起散步。

两⼈边⾛边聊,夏洛特突然感慨道:“看,繁星照耀,多美丽啊!”繁星?这不正是豪特曼斯的研究对象嘛!于是他对⼥友说:“是啊,现在我是世界上唯⼀知道星星为什么会发光的⼈。”(OS:虽然他和阿特⾦森⼀起完成了研究⼯作,但在当时的情境下,忽略阿特⾦森是完全可以理解的。)前排右⼆是夏洛特,后排中间是豪特曼斯,这个聚会是哥廷根⼤学的同事们⼀起庆祝夏洛特获得博⼠学位。夏洛特后来成了豪特曼斯的夫⼈。

1930年,两⼈⼀起参加了在⿊海之滨的敖德萨举⾏的物理学会议。会议期间,两⼈在⼀次短途旅⾏中举⾏了婚礼。证婚⼈是同样参加了这次会议的著名物理学家沃尔夫冈·泡利和鲁道夫·佩尔斯。1932年,豪特曼斯、夏洛特和⼥⼉摄于柏林。研究恒星发光机制时,豪特曼斯已经意识到:核裂变能够释放巨⼤的⼒量。豪特曼斯有四分之⼀的犹太⾎统,⼜是德国共产党党员。因此,当德国纳粹于1933年上台后,他⾯临着直接的危险。

当年夏天,他和家⼈移居英国。出于对社会主义的向往,1934年底,他⼜携家带⼝前往苏联。在苏联期间,他和同事⼀起对核裂变进⾏了更深⼊的研究。但在苏联的“肃反运动”中,他因为被怀疑是德国间谍⽽被关进监狱。1940年,豪特曼斯回到德国,在纳粹威胁下,他不得不进⾏有关原⼦弹的研究。在这个研究岗位上,豪特曼斯结合此前对核裂变的研究,很快独⽴得出了制造原⼦弹所需的全部基本概念。

1941年8⽉,他在⼀篇题为《关于链式反应的研究》的报告中,讨论了快中⼦链式反应、中⼦减速、铀235和临界质量的⼤⼩,还指出94号元素(钚)可以⽤来制造原⼦弹。但是,豪特曼斯深知这种武器⼀旦投⼊使⽤会造成多么严重的后果。因此,他在表⾯上配合纳粹,实则尽量拖延,⽐如他把那份重要的报告偷偷锁在了保险箱⾥,只有极少⼈才知道这份报告的存在。

他的刻意隐瞒使纳粹当局在很⻓时间⾥对他的研究进展⼀⽆所知,也就没有找到研制原⼦弹的正确道路。直到1944年,豪特曼斯⻅纳粹德国败局已定,已不可能制造出原⼦弹,才部分公开了⾃⼰的研究。根据后来解密的资料,如果不是豪特曼斯从中阻挠,德国有可能⾸先造出原⼦弹。⼀旦纳粹获得这种可怕的杀⼈武器,后果将不堪设想。

美籍德裔物理学家、提出地球发电机理论的瓦尔特·埃尔萨瑟曾在⾃⼰的回忆录⾥这样评价豪特曼斯:“豪特曼斯是我⻅过的⼈当中最幽默的⼈,他储存着⼏乎取之不竭的故事和笑话。”⽤现在的话说……豪特曼斯⼤概相当于物理学界的段⼦⼿吧。反犹主义甚嚣尘上的时代,别⼈嘲讽他的犹太⾎统,豪特曼斯这样反击:“当你们的祖先还⽣活在森林⾥的时候,我的祖先已经在制造假⽀票了!

”豪特曼斯 | University of Bern德国物理学家哈罗·冯·巴特拉曾把豪特曼斯讲过的幽默故事收集起来,编成⼀本叫《物理学家豪特曼斯博⼠轶事》的⼩册⼦,并于1982年出版。

其中⼀则是这样的:在20世纪的杰出科学家中,有7位来⾃匈⽛利,分别是:⼒学家冯·卡⻔、1943年诺⻉尔化学奖得主乔治·赫维希、物理化学家迈克尔·波兰尼、物理学家⻄拉德、1963年诺⻉尔物理学奖得主维格纳、“计算机之⽗”冯·诺依曼以及“氢弹之⽗”爱德华·泰勒。⼀个当时并不发达的⼩国匈⽛利,诞⽣了这么多杰出科学家——豪特曼斯版本的解释是:他们其实都是⽕星⼈!

他们之所以要冒充匈⽛利⼈,是因为担⼼⾃⼰的⽕星⼝⾳被识破,⽽匈⽛利⼈除了说匈⽛利语时没有⼝⾳外,说任何其他语⾔时都带着⼝⾳。这样,他们伪装成匈⽛利⼈潜伏在地球就会⾮常安全。被关在苏联监狱时,豪特曼斯曾遭到秘密警察的刑讯逼供,要求他承认⾃⼰是德国派来的间谍。豪特曼斯就编了个故事,说⾃⼰间谍活动的主要内容是发明了⼀台可以测定苏联⻜机⻜⾏速度的仪器,还胡乱画了⼀张仪器图。

为了让这个故事听起来更加真实,他还交待了德国驻苏联⼤使馆和他接头的两个军官的名字(其实这两个名字来⾃与拿破仑作战的两位德国将军)。豪特曼斯这种毫⽆忌惮的娱乐精神有时也会将⾃⼰置于险境。他嗜烟如命,在德国研究核反应时,曾欺骗纳粹头⽬说,从⼀种⻢其顿烟叶⾥可以提炼出⽣产原⼦弹所需的重⽔……结果真的弄到了烟叶。不过当他打算再次这么做时,盖世太保发现了其中的蹊跷。为此,豪特曼斯险些丢掉了性命。

⼤约60岁时的豪特曼斯,此时他在瑞⼠伯尔尼⼤学⼯作。⼆战结束后,豪特曼斯返回哥廷根⼤学。1952年,他前往瑞⼠伯尔尼⼤学⼯作。1966年,他在伯尔尼去世,享年63岁。在物理学界的浩瀚星空中,他并⾮很醒⽬的⼀颗,可是,⾄少在某个⾯对爱⼈的夜晚,他是世界上第⼀个知道星星为什么会发光的⼈。

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