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| | 伽莫夫
| | | | 宇宙大爆炸学说的倡导者
[苏联』伽莫夫(1904—1968)
星空，总是引发人们无限美好的遐想和反复深情的咏叹、每当夜幕降临，那点点繁星或疏影暗渡或生辉吐妍，把一片黛蓝的天空装扮得高贵而多姿。那里，永远是寄托希望的所在。然而，当您得知这似乎的永恒也只是短暂一刻，星辰终有一天要消亡，甚至殃及人类时，义会作何感想呢?悲剧虽较喜剧让人无法容忍，但它毕竟也是世事的一部分、然而，历史上却有一位智者把这一切描绘得清清楚楚，把人们对自然的畏惧化作把握自然的无限力量。他，就是伽莫夫。
渴求知识的天才少年
乔治·伽莫夫(GolllOW，George)是苏联著名理论物理学家，核物理学的早期探索者和宇宙大爆炸学说的倡导者-1904年3月4日，伽莫夫出生在俄国历史名城敖德萨一个知识分子家庭。他的祖父戎马一生，官至俄国基什尼奥军区司令员，外祖父是当地声名显赫的大主
教，他的父母则是当地私立中学的教师，分别教授俄语、俄罗斯文学和历史，地理。毫无疑问，是这种独特的家史和浓郁的文化氛围铸就了伽莫夫后来大度沉稳而不失热情的性格。
还在伽莫夫很小的时候，望子成龙的父母就不厌其烦地跟他讲述许多凡尔纳的科幻故事，为他哼唱许多传世歌剧的精彩片段，希望他能够感受和体会到其中透示出的生命激情和蕴含着的人生意义。小伽莫夫非但没有辜负父母的期望，还表现出在文学诗歌方面的罕见天赋。他对像《奥涅金》这样的长诗，只要读上几遍，就能牢记不忘，琅琅成诵。他在晚年曾回忆了这样一段令人惊叹但却真实的故事：他在美国密执安大学任教时，曾跟朋友们打赌说能凭记忆一口气背至少一个小时的诗歌。结果他赢了。他一连背了一个半小时，以至于停下来的原因并非是他肚子里的诗句耗竭，而是因为听众都疲惫不堪了。
也许是凡尔纳神秘奇异的科幻小说激起了孩提时代的好奇心，小伽莫夫渐渐地对物理学发生了浓厚的兴趣。5岁，他就梦想有朝一日能去月球旅行；7岁，他不但能用一个普通的小铃铛和电池做一个像模像样的电铃，而且还敢背着做大主教的外祖父，用显微镜来查
看、验证教堂圣餐中的红葡萄酒和面包是否真是救世基督的血和肉，由于伽莫夫对于物理学过于热爱，以至于10岁那年，当第一次世界大战的战火蔓延至敖德萨，别的大人孩子纷纷躲进地下室时，他还能悠然自得地坐在阳台上读着作为物理学基本读物的欧几里得的《几何原本》。1922年，伽莫夫考入当地的诺沃罗西亚大学数理学院。但由于饱受战乱，大学缺乏物理学师资和必要设施，伽莫夫不得不于翌年挥泪告别家人，踏上前往列宁格勒的求学之路；
进入列宁格勒大学物理系之后，伽莫夫开始了异常艰辛的生活?他一边要腾出尽量多的时间去完成各种必修课程计划，广泛地阅渎科技书刊，旁听感兴趣的讲座；一边要在外做气象观测员，靠优异成绩赢取的奖学金和勤勉踏实工作换来的微薄薪水勉强支持着自己的
学业和生活。经过几年风霜雪雨的洗礼，好运终于光顾了这位勤奋的青年、伽莫夫先是在列宁格勒的野战炮兵学校谋得一份教职，然后又被晋升为上校军衔，接着由于他3年念完了4年大学课程的出色表现，被免试直升攻读本校的物理研究所的博士学位。从此，伽莫
夫在物理学领域一帆风顺，真正进入创造性的独立研究阶段。
对“势垒理论”的新解释
1925—1926年间，物理学领域出现了一个喜忧参半的微妙局面。首先是丹麦物理学家玻尔提出的原子量子轨道模型在解释氦原子结构时陷入了困境，从而导致人们对以往原子模型理论的全面怀疑。随后是奥地利物理学家薛定谔和德国物理学家海森堡提出的“波动
力学”和“矩阵力学”令人振奋地弥补了玻尔理论中遇到的困难，然而同时他们又将人们的目光引入另一个迷宫。其原因就在于这两种本质上完全等效的理论在当时看来是迥然不同的，物理学界的风云变幻引起了伽莫夫的极大关注，他与新结识的两位好友，后来的著名物理学家朗道和伊万年科一起，全力投人到对原子核物理的研究和探索中去。
在这里，伽莫夫一个鲜明的研究特色——学术上的“不跟风”充分体现了出来。对此他自己有过清楚的反思：“城里到处都可以听到人们在兴奋地淡论波动力学和矩阵学……他们对量子理论的这一新发展会在我们认识原子和分子结构方面产生什么后果争论不休。
不过．我并没有被这一狂热的漩涡所吞没。一个原因是从事这一研究的人实在太多，而我却总是喜欢独辟蹊径；另一个原因是但凡新理论在出现之初，其形式几乎总是非常简单，但仅在几年之内，它便往往会成为极其复杂的数学结构，需要解许许多多的‘爱克辛’①”。因此，当几乎全世界的物理学家都把视线聚焦在原子和分子的结构上时，伽莫夫却悄悄地把薛定谔等人的发现引入到原子核这一更深的微观层面中去，从而得到重新解释“势垒理论”这一骄人的成果。
众所周知，20吐纪二三十年代原子世界的帷幕已经拉开，但如何使原子核发生裂变这一难题在理论上并未得到真正的解决。当时原子核物理学的先驱者英国卢瑟福曾做了一个著名的铀元素散射实验，发现当用比电子体积大7000倍，带高能正电的。粒子轰击铀元
素时，。粒子在贯穿原子核时发生了明显的滞留现象。卢瑟福认为这是由于在距原子表面的特定距离内在铀元素两个电子的作用下，原子核本身固有的排斥力变成了引力，由此形成了一个既能阻止A粒子进入原子核，又抑制核内n粒子向外射出的势垒造成的。为此，他做了一个形象的比喻：两个电子像两艘拖船，只有当它们把。粒子这艘远洋巨轮拖离狭窄的港口时，。粒子才能自由驰骋。
可在伽莫夫看来，卢瑟福的这种解释是与经典的牛顿力学大相径庭的。他认为，在原子核内部，并不存在所谓的无法穿透的势垒。根据波动力学，作为具有波的性质的物理粒子运动，可以毫无困难地在所有空间内自由传播，也可以缓慢地“渗透”进根据牛顿所言力学粒子完全不能进入的领域：依据这一理论，用能量远比。粒子低得多的质子也能达到对铀等放射性元素的轰击效果。
伽莫夫这一对“势垒理论”的全新解释，避免了卢瑟福理论模型当中必然会产生的自相矛盾，同时也解释了不同的放射性物质所能发射的。粒子的能量与它们的平均半衰期之间的神秘关系，从而深化了人们对原子核量子性质尤其是原子核放射性的研究，为后来粒
子加速器核技术的发展研制奠定了坚实的基础，也许由于这一成就过于巨大，以至于有学者认为“它标志着核物理学的新起点”。提出宇宙大爆炸理论
伽莫夫提出对“势垒理论”的全新解释后，物理学界好评如潮，苏联人民也给予了他高度赞扬，报纸上甚至登载着：“一个苏联学生①向西方表明，苏联的土壤能够孕育出自己的柏拉图和才智机敏的牛顿。”然而，面对鲜花和掌声，伽莫夫显得格外冷静：他清醒地意识到，通过加深对原子核的认识，完全可以举一反三，进而深化对宇宙现象的理解-因而，当许多物理学家饶有兴趣地转向原子核物理学研究时，伽莫夫的研究方向又一次发生了逆转，他决心全身心地投入到天体物理学的探索中去。
在天体物理学的研究当中，建立宇宙模型是一种最普遍的方法，因为它能够把可观测宇宙作为一个整体来研究，并能够形象地描述宇宙在大尺度上的结构特征、运行形态和演化方式。1917年，爱因斯坦首次提出“宇宙均匀各向同性”的假定。这个宇宙模型(通常称为爱因斯坦模型)绐出了广义相对论方程的第一个宇宙学解，即宇宙是有限无边的静态解。1922年弗里德曼基于广义相对论和宇宙学原理，进一步得出了非静态“膨胀着的宇宙模型”。但随着观测到河外星系的普遍退行现象后，这两种宇宙模型都受到了严峻的挑战。
这时的伽莫夫已经来到了华盛顿大学工作。通过不懈的努力，他很快就了解和掌握了天体物理学的基础理论和许多前沿课题。他决心解决前人的困难，提出自己的宇宙模型。在他看来，恒星内部确实拥有巨大的能量，其能量来源于恒星内部的不间断发生的强烈的
热核反应。但是，随着反应物的不断变质，必然会在大尺度的时间范围内，产生热核反应速度的减慢，恒星乃至宇宙都呈现出温度从热变冷的演化趋势。然而，在解释这一演化趋势时，伽莫夫发现一切解释并非想象中的那么简单，中间尚有许多现象需要阐释，尚有许多理论空白需要填补：为此，他通过大量的实验工作，一方面利用华盛顿大学优越的观测仪器和测试手段掌握了大量的第一手资料，另一方面通过主办1938年美国理论物理年会等方式调动各个相关学科的专家进行集体攻关。经过无数个不眠之夜的努力，伽莫夫终于捕捉住稍纵即逝的灵感，于1940年提出了著名的“热大爆炸模型”。
这一宇宙模型的基本思想是：在恒星演化的后期，随着恒星的温度从早期的100亿摄氏度降至十几亿摄氏度，恒星内部参与热核反应的各种原子核交替地吸收和释放一个热电子，在这一双向过程中都会伴随着大量中微子和反中微子这些能量极高、具有巨大穿透力
的基本粒子的发射。这样，在恒星这种瞬间抛射能量的状况下，恒星在内部会经历一个迅速冷却的过程，压力也随之下降，从而发生星体的坍缩，而在外部则显出温度骤然急剧上升，发出强光和强热的大爆炸态势，即人们所说的“超新星”现象。这一现象也同样会发生在太阳上，因此，地球上的生命若有一天要毁灭的话，那将不是因能源枯竭而“冻死”，而是因爆炸而“烧死”!
伽莫夫的热大爆炸模型后来得到三个观测事实(河外天体谱线红移①，宇宙氦丰度的测定结果和微波背景辐射)的有力支持，因而为多数天文学家所接受，又被称为标准模型。近年来，美国科学家根据宇航局宇宙背景辐射卫星(COBE)发回的信息，发现COBE对大爆炸残留能量的精确测量结果恰好与大爆炸理论推断出的温度能量衰退理论曲线完全相符，这无疑又成为证实宇宙热大爆炸理论的新证据。
总之，宇宙热大爆炸理论完善了人们对天体演化发展的认识，标志着人类对宇宙宏观进化过程及其规律把握水平的极大提高。从这一理沦出发，伽莫夫本人和其他人相继解决了宇宙实际年龄的测定，河外天体的谱线红移、化学元素的产生等现代宇宙学必须要解决的几项重大难题，并预言了3K宇宙背景辐射的存在，从而使现代意义上的宇宙学得以以一个真正的．相对健全的学科形态屹立于科学之林，为人类更加深入了解宇宙、探寻生命起源构筑了坚实的基础。
热情的科坛园丁
解释原子的放射性衰变和提出宇宙热大爆炸理论是伽莫夫一生当中最具有开创性的两项工作，然而他并没有因此感到满足，相反他大的热情关注着科学界的每一次进步。伽莫夫就像一个先知先觉的圣人，再次表现出了惊人的洞察力。他预言：由于人们对微观世界——诸如基本粒子和宏观世界——诸如宇宙学的认识已经积累到了很高的水平，将不会很快有“新大陆”式的发现了。因此，伽莫夫晚年又一次调转锋芒，投入到生命遗传信息——脱氧核糖核酸(DNA)的研究中。毫无疑问，他又一次取得了丰硕成果，并深深地震撼了科坛。
伽莫夫是一位精力充沛、不知疲惫的科学家，他不仅将大部分时间投入到自己的科学研究工作中，而且还在业余时间花费不少心血来撰写科普文章，为推动苏联乃至世界的科学教育事业的发展贡献自己的力量。对他来说，“科学必须服务于大众”是一个永恒的信念，伽莫夫也以无比的热情和格外的执著实践着这个信念。他一生笔耕不辍，著述颇丰。他撰写了《物理世界奇遇记》等20多本科普读物以及30多篇科普文章。这些富有趣味性的科普读物成了苏联青少年们最乐意接受的节日礼物。他们从中汲取知识，培养兴趣、陶冶情操，有的甚至立志投身科学事业。谁也无法估量，伽莫大在苏联科学启蒙教育中有着多么深远的影响。
伽莫夫这位科坛园丁的热情和奉献没有被人们忽视，相反，世人给予他高度的肯定。1956年，联合国教科文组织授予伽莫夫著名的卡林伽科普大奖。有人曾经问伽莫夫是怎样写出这些大获成功的著作的，伽莫夫谦虚地回答说：“这可是一个很深奥的秘密，深奥得连我自己都不知道该如何回答，”然而，在我们看来，答案还是有的。只要你去读一读伽莫夫的这些大作，答案就在其中?
1968年夏，伽莫夫在英国剑桥大学邱吉尔学院开设宇宙学讲座时，循环系统疾病恶化，在返回美国后不久，8月20日在科罗拉多大学逝世，享年64岁。他的妻子曾回忆说，伽莫夫在逝世前不久，曾梦见自己仿佛加入了牛顿和爱因斯坦等伟人的行列，并像他们曾经发现过的一样，也发现了一些形式极其简单的终极科学真理：而我们说，这不是梦，而且即使说是梦的话，随着科技日新月异的进步，伽莫夫的梦也会变为现实。
纵观伽莫大的一生，不难发现，他是一位卓尔不群，知识渊博的科学家。他善于敏锐地把握时代跳动的脉搏，巧妙地配合科学前进的节拍，因而他能够在核物理学，天体物理学，宇宙学和生命科学等诸多领域中吹响向科学高峰进军的号角，为科学史谱写一曲又一曲华美的乐章。同时，他又是一位和蔼可亲，热情洋溢的科坛园丁，为全世界的青少年步人科学殿堂铺设了阶梯。无沦如何，伽莫夫都是一位令人难忘的科学家，因为每当夜晚我们遥望星空的时候，都会不由自主地想起他和他的学说。
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