导读 : 他吸住她敏感的核豆 将军他顶着她敏感的顶端:新年开工第一天,我们不谈工作,谈谈家长里短。回村这些日子,你都从七大姑八大姨那里又寻摸了哪些曲折离奇的同村八卦、励志人生
有了上述“赞助”,我们的发言者很快就拟定了一份出色的发言稿,为爱丁顿的假说提供了决定性的支持。这位发言者是二十世纪三十年代从纳粹德国逃往美国的许许多多物理学家中的一员,他的名字叫做贝特(HansBethe,1906-2005)。在贝特开始研究恒星能量产生机制时,对这一问题感兴趣的物理学家已经不少,其中包括后来的美国原子弹之父奥本海默(RobertOppenheimer,1904-1967)、美国氢弹之父泰勒(EdwardTellar,1908-2003),以及著名的苏联物理学家朗道(LevLandau,1908-1968)。不过贝特并不是一个人在战斗,他有合作者,此人名叫克里奇菲尔德(CharlesCritchfield,1910-1994),是一位研究生,在与贝特合作前曾跟随伽莫夫学习。
第一类质子-质子链
1938年,在伽莫夫的建议下,克里奇菲尔德研究了质子与质子之间的核反应。在得知贝特也在从事类似的研究后,伽莫夫让克里奇菲尔德把论文寄给贝特,由此促成了两人的合作。贝特和克里奇菲尔德的合作揭示了发生在太阳内部最重要的核聚变反应,即所谓“质子-质子链”(proton-protonchain,简称pp链)的具体实现方式。这种实现方式中最主要的一类被称为第一类质子-质子链(简称ppI链),它是这样进行的:
两个质子p聚合成氢的同位素氘核2H(左上角数字表示核子数,下同)。
一个氘核2H与一个质子p聚合成氦的同位素3He。
两个3He通过扔掉两个多余质子p而聚合成一个标准氦核4He。
这整个过程释放出的能量约为26.7MeV(MeV为百万电子伏特,是描述核反应能量的常用单位,约合1.6×10-13焦耳),其效率是普通化学反应的几百万倍以上。在太阳核心所产生的能量中,这类质子-质子链的贡献占了约85%,是当之无愧的产能大户[注九]。
除质子-质子链外,贝特还研究提出了另一种恒星核反应机制,称为碳氮氧循环(CNOcycle),也称为碳氮循环(CNcycle),因为参与该反应的氧核是15O,而不是最常见的16O。这种反应所需的温度比质子-质子链更高,在象太阳这样的小质量恒星的能量产出中只占了1%左右。但它在质量比太阳大30%以上的恒星中却占据着主导作用,因而在恒星核物理中的总体重要性不亚于质子-质子链。与贝特几乎同时,德国物理学家魏茨泽克(CarlvonWeizsäcker,1912-2007)也独立地完成了同样的工作。魏茨泽克也是当时这一领域的主要研究者之一,并且正是受到他的影响,贝特才将自己的研究方向由单纯的核物理转到恒星核物理上。1939年,贝特写了一篇综述性的论文,对恒星能量产生机制作了比较完整的阐述。也许是由于对质子-质子链和碳氮循环这两类反应同时作出重要贡献的缘故,贝特成为了1967年度诺贝尔物理学奖的唯一得奖人,得奖理由中很重要的一条就是发现恒星能量产生机制。
在研究恒星能量产生机制的同时,人们对爱丁顿的太阳模型也进行了修正。其中最重要的修正是关于核心温度的,那温度虽仍是一个很难用日常指标来衡量的恐怖数字,但因为有隧道效应的帮助,比爱丁顿所估计的4000万度要低得多,约为1570万度。这个温度的重估是十分必要的,因为核聚变反应的剧烈程度与温度有着极为敏感的依赖性,温度越高,核聚变反应越剧烈。如果太阳的核心温度果真有4000万度,整个太阳将会象一个超级氢弹一样,在惊天大爆炸中化为灰烬(我们的命运自然也可想而知)。与核心温度的调低相反,重新估计后的太阳核心密度则比爱丁顿的估计更高,约为160克/厘米3,而太阳的核心压强也极为惊人,达到2500亿个大气压。这些数字的可怕之处一般人可能难以体会,我们可以举两个例子:维持在太阳核心温度上的物质,哪怕只有玻璃弹珠那样一小块,也足以熔化几百公里以外的钢铁[注十];而太阳的核心压强,则相当于在手指甲那样的面积上压上几亿吨的重物。可以毫不夸张地说,太阳核心这个太阳系的光明源泉,是一个不折不扣的恐怖核心。