英国著名天文学家F.霍伊尔
一本异彩纷呈的天文科普著作
湖南科学技术出版社近10余年来出版了四辑“第一推动丛
《物理天文学前沿》洋洋洒洒垂40余万言，内容异常丰富博瞻，剪裁巧妙，自成一格。从内容来看，它几乎囊括了20世纪80年代以前有关天文学（包括天体物理和宇宙学）的主要进展，系统性非常强，而且具有相当深度。全书着力于有关知识的介绍，着力于物理概念本质的阐述，着力于科学研究的演进和深化，有关问题的阐述决不浅尝辄止，来龙去脉交待得清清楚楚。
该书作者就是20世纪的大天文学家，在有关领域贡献良多（比如关于恒星演化过程中的理论的建立，关于超行星和脉冲星、中子星的研究，关于宇宙元素丰度的研究，关于大爆炸理论微波背景辐射等效温度的计算，等等，作者都有非凡的成就），加上作者又是杰出的科普作家，无怪乎该书的许多章节都写得深入浅出，精彩纷呈。例如第八章中关于恒星演化理论的阐述，从放射性和核聚变原理开始，描绘了恒星能量来源的核聚变机制，进而展示了恒星的演化的整个过程，一直到恒星的终结，收缩为白矮星；或者经过氧燃烧阶段，形成所谓超行星爆炸，核心则收缩为奇怪的中子星。整个过程的物理图像，清清楚楚。中间穿插科学家在研究过程中的种种趣闻轶事，例如巴德（Walter Baade）与泡利（W.Pauli）关于中微子打赌的故事，不仅在该书总的严肃的基调上平添了几分幽默的情调，而且也告诉读者在科学探索中的艰难和曲折性。再如第四章射电天文学部分也是写得绘声绘色。作者介绍了20世纪30年代扬斯基（K.G.Jansky）在新泽西州霍姆德尔的贝尔电话实验室的早期工作，接着又介绍了1965年彭齐阿斯（A.A.Penzias）和威尔逊（R.W.Wilson）在同一实验室意外发现微波背景辐射，以及那前后射电天文学一系列有趣的意外发现（太阳射电波发现的故事等），都异常曲折而生动。有关章节是全书最为轻松的部分。随之作者系统地介绍了关于蟹状星云、脉冲星、射电星系和类星体等的射电天文学研究的最新进展，其中安排了大量作者在有关领域研究工作的回忆，增添了真实感和阅读的趣味性，同时也为科学史记录了许多珍贵的历史场景。
译者何香涛和赵君亮系我国卓有成就的天文学家，著述丰硕。尤其难得的是，他们热心科普工作，有许多科普佳品（包括译著）问世。因此，原著的科学内容在中文版中都得到了忠实准确的表述。译文流畅平实，没有坊间流行的译著中常有的“死译”“硬译”的毛病。中文版晓畅达意，读者阅读感到很舒服，说明译者深谙翻译中的三昧：翻译是再创造的艰苦工作。译者在中文版中添加了少量译注。有的属于补充说明，也有的属于纠缪，颇显功力。标新立异的结构方式
该书的结构与众不同，它并不像一般的天文学和天体物理的著作，或者着眼于发现的顺序，以时间为经线；或者根据天体距离地球的远近，由近及远，以距离为经线，展开全书的章节。作者独具慧眼，看到了天文学、宇宙学与物理学之间密不可分的关系，尤其是天文学和宇宙学的基本演化规律都遵从物理学的原理。因而全书的结构以物理学的基本规律为框架，即以自然界的四种基本相互作用―――电磁相互作用，强相互作用和弱相互作用，以及引力相互作用―――划分为三篇，将天文学与宇宙学的主要内容恰当地安排在这样一个大框架下，在每一篇中均以物理学的基本发现为基础去理解各种天文现象。这样一种独特的叙事方式，老实说我以前在天文学和宇宙学的读物中还未曾见过。真是标新立异二月花。
为什么作者要采用这样一种非常独特的结构框架呢？当然不仅仅是为了标新立异。主要的原因是，几乎所有现代天文学和宇宙学的主要进展都是建立在物理学新的理论的基础上的。没有量子力学，就没有现代射电天文学，没有毫米波天文学，没有红外天文学，没有X射线天文学，甚至于连恒星光谱和赫罗图这样的概念也不会出现。没有现代原子物理、原子核物理、基本粒子物理的发展，尤其是没有关于强相互作用和弱相互作用的研究，也就不可能有现代恒星演化理论，不可能有毕星团主序和造父变星为主的现代天体距离测量理论。当然，没有爱因斯坦的广义相对论和现代高能物理，就不会有现代宇宙学的问世，更不会有以大爆炸模型为标志的现代早期宇宙学的诞生。作者从科学的因果关系出发，为了科学普及的便利以及叙事的快捷，采用了目前这种独特的剪裁方式，确实收到了根据充分、容易理解、逻辑严整、结构紧凑、读者容易接受的效果。当然，这样的剪裁处理，最后又要不伤及天文学和宇宙学的整体科学结构，需要作者匠心独运，煞费苦心。
一段佳话传千古
细心的读者或许在该书关于大爆炸宇宙论的章节中会发现作者一方面详尽而又清晰的介绍了伽莫夫（G.Gamow）等提出的热大爆炸模型，尤其是指出了该模型能够圆满地解释1965年彭齐阿斯和威尔逊发现的微波背景辐射现象；但另一方面，却又奇怪地宣称“热大爆炸是否算是对宇宙微波背景的唯一可能解释呢？目前为止还没有任何其他能站得住脚的理论，不过就目前来说完全不能排除其他可能性的存在。”尤有甚者，作者在该书的结尾“当前宇宙学的难题”一节中，重点讨论了所谓宇宙时空奇点和宇宙起源的问题，作者提出了一种局部零质量理论，强调这种理论可以解释目前观察到的等效温度为3K的微波背景辐射。更加令人费解的是，该书在附录中详尽地介绍了1948年由邦迪（H.Bandi）和戈尔德（Gold）以及该书的作者之一霍伊尔提出的“稳恒态宇宙模型”，表现出对这个已被学术界主流所摒弃的理论的恋恋不舍。实际上，“稳恒态宇宙模型”不仅不能解释微波背景辐射，对于在该书问世后的天文学观测资料，如宇宙加速膨胀的发现、微波背景辐射各向异性的发现、暗物质和暗能量的发现等等，都不能给出合理的解释。反之，伽莫夫的标准大爆炸模型，经过居斯（A.S.Guth）的暴胀宇宙论与林德（A.D.Linde）、斯忒哈德（P.J.Steinthard）和奥尔布莱希德（A.Albrecht）的新暴胀宇宙论等的修正和发展，显示出无限的生机，能够比较自然地解释这些新现象。那么，为什么作者在该书中流露出对“稳恒态宇宙模型”的过于浓重的关切呢？
须知，这个模型在1965年之前是宇宙学的主宰，而作者之一是这个风行一时的模型的创始者。大概这就是产生这种关切的原因之一吧。但是，更重要的原因是，在20世纪70年代前后关于宇宙论问题，学术界展开了一场大论战。该书的两位作者都是这场论战的主将。他们激烈地反对宇宙有起源的观点，反对大爆炸时刻的宇宙有奇点的观点。除此而外，对于该学说提出了一系列的诘难：所谓宇宙的视界问题、均匀性问题甚至于宇宙的年龄问题等。限于篇幅，有关的详情在此不可能展开。
我们姑且只指出霍伊尔在1970年曾经感慨万端地写道：“我认为，在这个行星演化而来的一种生物即人类，居然具有从整体上完全解释物理学的头脑，这乃是极不可能的。退一步说，即使有此可能，它恰恰在1970年来实现，也实在令人难以置信。”他的长期合作者，也是他的拥护者纳里卡原系孟买塔塔基础研究院宇宙学教授，当时在美国亚利桑那州图森市皮克国家天文台做访问学者（现为印度总理的科学顾问）。当时，纳里卡态度更为激烈，质问道：“我们是否已经获得了了解宇宙起源所需要的知识呢？”实际上，作者的观点是：人类没有资格，也没有能力提出宇宙起源这个问题，至少现在还不到探索这个问题的时候。纳里卡多次撰文提出“果真发生过大爆炸吗”的问题。他写道：“大爆炸时刻无法确定时空的性质，物理学与数学的描绘统统无效。大爆炸时刻因而称为奇点时刻。”他评论说：“奇点也就是宇宙的起点。此时此处，物质的密度接近无穷大，这是很难解释的。”（论战详情可参看笔者的《大宇宙与小宇宙》）
到此，我们就不难明白，何以作者在大力宣扬热大爆炸学说的同时，对“稳恒态宇宙模型”还难以割舍。但难能可贵的是，就在论战方兴未艾之际，霍伊尔爵士没有囿于成见，固步自封。他在1964 1965年之间不厌其烦地计算大爆炸初期可能产生的氦的数量，得到的结果是，氦的丰度为36%，与当时的天文观测值相去不远，霍伊尔并且承认，他的研究结果“为大爆炸理论送去了春风”。这是何等严肃求实的科学态度，何等高尚雍容的“绅士风度”！美国科学家诺贝尔奖金获得者温伯格对此大加赞扬，惊叹道：“令人惊奇。”
不仅如此，在1965年微波背景辐射发现以后，大家才发现伽莫夫等早在1948年曾经根据大爆炸模型计算，预言微波背景辐射的等效温度为5K。1953年他在丹麦科学院的学报的一篇论文中，再次提到这个预言，其等效温度为7K。霍伊尔则与当时的许多优秀理论物理学家如皮尔斯（P.J.E.Peebles）、瓦戈纳（R.Wagoner）和福勒（W.A.Fowler）等等一起，对微波背景辐射进行了更细致的计算，发现了伽莫夫原来计算中的疏误，断定等效温度应为3K，与观测值完全一致。换言之，霍伊尔爵士本人为热大爆炸学说的发展做出了不可磨灭的贡献。甚至于他们当时对于大爆炸模型的种种诘难，也帮助和推动了大爆炸学说的进一步完善和发展。
我觉得在评介霍伊尔等的《物理天文学前沿》的时候，重新提起这一段科学史实，是很有必要的。霍伊尔爵士等在科学研究上的执著和求实，宽容和无私，难道不应该让后人拍手称绝吗？霍伊尔爵士已于2001年驾鹤西去，但哲人已逝，风范长存。我相信，这一段科学佳话，只要在阳光普照的地方都会永远流传。那么，教训有没有呢？有的，我认为，霍伊尔和纳里卡当时的主要问题在于，他们过于轻视了人类认识自然界的能力，他们实质上是取消了人类探索宇宙起源的资格。
但是，他们所提到的大爆炸学说的种种具体问题，都是值得研究的，非常有价值的。正如译者所说，在他们的稳态宇宙理论中，无中生有的观点，就很有研究的价值。实际上，许多有识之士早就提出“真空”具有极其复杂的结构和机能。无中生有的观点，早在我国古代哲学家老子的道德经中就明确提出过，所谓“无生有”是也。1973年，天文学家蒂龙（E.Tryon）首先提出、1982年美国波士顿塔夫兹大学的维伦金（A.Vilenkin）在爆胀宇宙论的框架中进一步完善了宇宙起源于虚无的理论。近年来，关于这个问题更是纷纭其说，就不一一缕述了。我只想指出，“稳恒宇宙模型”也有许多可取之处。
读科普不可不费气力，但自有令人陶醉之处
天文学和宇宙学是理论物理学家的天堂，也是许许多多热爱科学的年轻人无限向往的科学圣殿。如前所述，该书从科学的深度和广度和阅读的可接受性来看，应属同类科普著作中的翘楚。对有志于太空神游和宇宙探秘的青年学子，该书可以毫不夸张地说是一座宽广的“天路津梁”！不特此也，对于广大科学工作者，甚至于非天文专业的专家轻松了解天文学、宇宙学也是大有?益的。这是为什么呢？
近年来，天文学和宇宙学迅猛发展，不断有新的现象发现，新的理论出现（例如：宇宙的膨胀的加速、微波背景辐射各向异性、暗物质和暗能量等等发现；近年来在高能物理研究中标准模型的建立和完善，各种大统一理论的建立和探索）。这一切都使得该书的若干内容稍显陈旧。但是，这不正好是天文学和宇宙学生机勃勃发展迅猛的生动写照吗？实际上，介绍科学前沿热点的任何科学著作，专著也好，普及读物也好，都难以避免这样的命运。这就是我们所处时代特征的反映。我们不知道，这到底是我们的幸运呢，亦或无奈呢。好在该书的重点在于基础理论的阐述，绝大部分内容都还没有过时。
该书属于高级科普读物。类似的读物，如爱因斯坦的《相对论的意义》、《相对论的进化》，温伯格（S.Wenberg）的《最初三分钟》等等，其作者都是有关领域研究的大家。这些读物的特点是能抓住学科的科学内容的精髓，要言不繁，准确深刻，引导读者以最便捷的方式走进科学的殿堂。一般来说，此类读物基调比较平实朴素，间或也有作者亲身经历的趣闻轶事点缀其间，调整气氛。但总的来说，阅读此类书籍，不可抱着侥幸的心理，以为不费气力，就可以轻而易举地掌握书中的内容。李政道博士曾经说过，温伯格的《最初三分钟》曾经使整整一代的自然科学工作者受益。想想看，爱因斯坦的科普著作在普及相对论曾经起过何等重要的作用，我们自然就不会将此类读物的对象局限为青年学子了。
在此类的科普著作中，字里行间蕴含着作者许许多多天才的科学思想，洋溢着为真理奋斗而一往无前的科学精神。因此无足为怪，读者，不管是青年学子还是专家教授，如果在阅读此类读物时肯费气力，耐心领会书中的每一个概念和每一个新的科学思想，自然会大有斩获。
我在自己的一本科普小册子《极微世界探极微》后记中曾写道：“正如山水之旅，不免劳顿一样，阅读该书也有可能需要费力之处。有的名词，或许乍见显得生僻。敬请读者耐心地与它们打交道，俟以时日，便会陶醉在这些绝妙的概念、思想所散布的淡淡幽香中，亦如异国佳人，会使你断魂失魄呢！”我以为，阅读所有有价值的高级科普，都应作如是观。
作为天路探索的津梁，《物理天文学前沿》值得我诚挚地向读者予以推荐！
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