宇宙舍利子

我们理解的宇宙从最左侧的大爆炸开始，历经138亿年才形成如今的模样，猜猜中子星集中在哪个阶段呢？你我作为唯一种类的智慧生命，在广袤的宇宙中具有一项极其重要的特殊本领——我们能够理解宇宙。这件事本身，也被爱因斯坦称为“最不能理解的事情”。近几百年来，我们不仅征服了圆滚滚的地球，认识了扁平平的太阳系，更是破天荒地把目光延伸到了超级远的远方。

我们现在知道，整个宇宙由数万亿个星系组成；而在每个星系中，又常常有数千亿颗恒星。天文学家常常把恒星作为宇宙的基本组元来加以研究。

恒星，从分子云的塌缩，到超新星的爆发，也跟人类一样有着逸趣横生的“一辈子”。其中有一大类恒星，就跟佛教中的高僧一般，会在涅槃之后留下一颗璀璨的“舍利子”——中子星。那么，我们今天就来认识一下“宇宙舍利子”中子星吧！

中子星这个“舍利子”，是颗令科研人员着迷的明珠。

个中原因，有很大一部分来源于中子星与微观世界基本规律的紧密联系。我们先从微观世界说起：对物质结构基本图像的认识，是物理学领域最令人骄傲的知识瑰宝。理查德·费曼曾经说过：“假如在一次浩劫中所有的科学知识都被摧毁，只剩下一句话留给后代，什么语句可用最少的词包含最多的信息？我相信，这是原子假说，即：万物由原子（微小粒子）组成，它们永恒地运动着，并在一定距离以外互相吸引，而被挤压在一起时则相互排斥。”

诚然，上个世纪物理学成为诸多学科的领头羊，与其对微观物质世界的深入探索是分不开的。物理学家认识到，我们这个世界的组元，比化学家伊万诺维奇·门捷列夫的元素周期表还要来得简单许多！物质世界以及其中的相互作用，可以用粒子物理的标准模型来表述，其中仅含有6类夸克、6类轻子、4类规范粒子（即传播相互作用的粒子）、1个希格斯粒子。就凭这些简单的“砖块”，一层层地构建出了我们纷繁复杂的世界。

罗马城不是一日建成的，当然，粒子物理的标准模型的建成也有着艰难曲折的发展历程。1897年，约瑟夫·汤姆孙在阴极射线中发现了电子；1911年，欧内斯特·卢瑟福拿完诺奖不躺平，接着攻物理，用氦核轰击金箔，建立了原子核模型；1917年，卢瑟福的团队又发现了质子。有了质子、电子，还有当时已知的一种中性的粒子——光子，那个时代的很多物理学家错误地认为世界就是由它们构成的。

直到1932年，詹姆斯·查德威克利用云室实验发现了一种质量与质子相当的电中性粒子——中子。从那以后，正确的物质结构观逐渐建立了起来：质子、中子构成原子核，原子核、电子构成原子。

有趣的是，前苏联有位20岁出头的年轻人，列夫·达维多维奇·朗道，在1932年1月投稿的文章《论恒星的理论》中提出了一个所谓的“违背量子力学定律的病态区域”的概念，企图用来同时解决恒星的塌缩和恒星的能源机制。朗道提出，一个恒星有可能转化成一个“巨大的原子核”，也就是我们现在所说的中子星，一类主要由中子构成的寒冷而致密的天体。他的模型虽然不完全正确，却具有令人惊叹的先知先觉。

虽然中子星的质量比太阳大，但由于密度极大，导致其个头并不大，是货真价实的宇宙舍利子。中子星一般来说，半径只有10公里左右，星体表面也就北京市海淀区那么大。彼时，虽然诸多学术界大佬从纯理论的角度对其兴趣盎然，却很难激起观测天文学家的热情。因为从他们的角度，把中子星放在天文学距离后，是几乎不可能被测到的。

打破这一困境的是个美丽的意外！英国剑桥大学的一名年轻研究生——乔瑟琳·贝尔·伯奈尔，她在分析射电干扰数据的时候，意外地得到了一些神秘的周期性信号。这些信号是如此令人难料，当时甚至被赋上了“小绿人”的代号。后来详实的研究表明，她们就来自于中子星。从观测的角度出发，天文学家又称之为“脉冲星”。

2017年8月17日，与中子星相关的研究再次吸引了全世界的目光。那年8月，LIGO/Virgo连续测到了好多例引力波事件。其中最引人注目的是一例双中子星并合事件，这是人类探测到的首例双中子星并合。更妙的是，由于中子星是由中子（或夸克）物质所组成，所以在并合后有相应的电磁辐射产生。非常幸运的是，这个事例离地球又（相对）非常之近，多家电磁观测合作组的望远镜和卫星都记录下了对应的电磁信号。

人类之所以能够“理解宇宙”，与热情澎湃、孜孜不倦的探索精神是分不开的。而对基本物理科学前沿知识的探索，不管在人力和物力上都需要极大的投入。一个世界强国，应该是基础科学探索道路上责无旁贷的先锋与战士。中国天眼和平方公里阵在对“宇宙舍利子”中子星的更深入的探索上，我国已经、并且将持续地发挥重要的作用。我们都非常自豪地看到了这些年“中国天眼”FAST望远镜在脉冲星领域逐渐成为世界的领头羊。

同时，我国也积极参与国际合作项目的开展，在脉冲星领域最有代表性的当属“平方公里阵”SKA了。