宇宙“黑暗面”的 “揭发者”

如果他站在你面前，你一定会以为他是牧师、神父之类的人物，矮小，敦实，一副和蔼可亲的容貌，可一旦他开口，那就完了，好形象完全被破坏掉了。他冲你说的第一句话也许是：“你是地狱里的哪头鬼？”——在课堂上对自己不认识的学生，他通常就是这么问人家的名字的。他甚至对自己的同事也恶语相加，而你要知道，他的这些同事大多是在物理学上足可名垂青史的人物。

这个人太狂妄了！而他也确有狂妄的资本：他是中子星、超新星、引力透镜等宇宙新天体和新现象的提出者；他是罕见的天才，生前虽然没有得到应有的评价，死后却享尽哀荣，如今他被尊为天文学上的“两暗（暗物质和暗能量）之父”。怀才不遇吗？不，他一辈子都活得很开心。

怎么？没听说过？这个人就是瑞士物理学家弗里兹茨维基。

在美国转行搞天文

弗里兹茨维基（1898-1974）出生于保加利亚，父亲是瑞士人。早年家人希望他去学经商，但茨维基却对物理学独有情种。

大学时，茨维基就读的是苏黎世联邦工业大学。这个名字好熟悉！对了，这就是爱因斯坦曾经就读的那所大学。在茨维基上学的那个年代，苏黎世联邦工业大学可谓精英荟萃：爱因斯坦因发表狭义相对论在物理学界崭露头角，被母校聘为教授；当时国际数学界的泰斗外尔（见我刊2009年01期《20世纪最后的通才》一文）在此任教；此外，还有跟爱因斯坦一同研究广义相对论的格罗斯曼。所以，茨维基后来自称是爱因斯坦的学生并非自我吹嘘。

1925年，茨维基被美国物理学家密立根邀请到美国加州理工学院做访问学者，没想到他此生的大部分时间就客居此地了。这期间，他偏离原来的专业，日渐被天文学所吸引。

在加州理工的校园里，当天气好的时候，人们直接可以看到远处的威尔逊山。山上有座天文台。在1917~1947年间，该天文台拥有世界上最大的天文望远镜。

提起这座天文台的历史，更要让人肃然起敬：这是1878年美国物理学家迈克尔逊测量光速，以验证以太是否存在的地方，众所周知，该实验的结果为狭义相对论的提出铺平了道路；1920年代，美国天文学家哈勃利用这里的望远镜发现遥远星系正远离我们，这一结果又直接导致了宇宙大爆炸理论的提出……当时加州理工和威尔逊天文台都人才济济，而且近在咫尺，学术交流频繁。头脑敏锐的茨维基看到天文学的广阔前景，于是适时地调整了自己的研究方向。

不过据有关茨维基的一则轶事说，他转行的直接起因是：茨维基有一次指责密立根，说他自己从来没有一个好点子，搞研究总是跟在人家屁股后面。密立根当即反问道：“那么，小伙子，你呢？”茨维基毫不示怯地说：“我每隔一年就会想出一个好点子，不信么，给我一个课题，我保证给你想出个好点子来。”密立根于是叫他到天体物理学上试试，当时加州理工正在筹建帕洛马天文台，正需要天体物理学家。

总之，不论是什么风把茨维基吹到天文学上去的，有一点可以肯定，茨维基真是太幸运了，因为那正是天文学大发展的年代，而加州理工又正好是国际天文学的学术重镇。

“中子星是我的孩子！”

在茨维基的许多同事看来，他是一个信口开河、喜欢自吹自擂的讨厌家伙，而且极端自负，说话粗鲁，经常得罪人，——这也是过去的许多天文学教科书对他不屑一提的原因——但后代的天文学家回头来看，认为他是一个极富创造力的天才。

在这个人身上，直觉的器官好像比谁都发达，能够一下子就抓住事物的本质，虽然随后的计算经常错误百出，——看来数学没学好；但事后总是一再证明，他的多数想法基本上还是正确的。

以中子星的提出为例。在19世纪和20世纪之交，天文学家观测到几十颗超级明亮的新星，它们会突然爆发，比先前亮上万倍，然后又慢慢暗淡下去。

1930年代，德国天文学家巴德经过计算惊讶地发现，这些新星的实际亮度竟然是太阳的100亿倍！巴德名之为“新星”（茨维基觉得这个名字不过瘾，后来改成了“超新星”）。是什么神奇的机制使超新星如此明亮的呢？

茨维基完全被这些新的宇宙天体迷住了。他和巴德没完没了地讨论，两人经常争得面红耳赤。有一次，暴躁的茨维基甚至口出粗话，骂巴德是“纳粹”。但这一切并没有影响他们的合作。

他们设想超新星是正常恒星爆炸产生的，但爆炸的能量从何而来？茨维基又进一步设想，正常恒星在自身引力作用下，不断坍缩，密度不断增大，当大到原子核的密度的时候，由于普通物质转化为核物质要发生质量亏损，亏损的质量化为能量，由此引起一场惊天动地的爆炸。

那么超新星爆发后，残余的核是什么？难道是一个巨大的原子核？1932年，英国物理学家查德威克刚好发现了中子。消息传来，敏锐的茨维基立刻抓住这条线索，认定残余的就是中子，所以超新星爆发之后，残余核变成了中子星。

这个设想基本上是对的，但茨维基在细节的计算上却犯了许多错误。要知道，茨维基是个爱走极端的人，在计算上也是如此，比方说，假如有个值介于“1万到1000万之间”，那么他就一口咬定是最大的那个值“1000万”，并热情地引用它。

虽然自己的理论中还存在许多漏洞和谬误，虽然当时发现中子星的希望八字还没一撇（中子星的发现是35年之后的事），但茨维基已经迫不及待地宣扬开了。1930年代，他的的每一次演讲，每一篇文章，言必中子星；这还不够，他还跑到广播节目中普及他的中子星。

关于中子星的严格证明和论述是1938年由另一位物理学家奥本海默给出的。这是一篇科学上的典范之作，严谨，优美。但我们不能不承认，这篇论文的基本思想框架却来自茨维基。这就难怪，当茨维基看到后来的天文学家谈论中子星，只引用奥本海默的文章，而不引用他的文章时，就暴跳如雷，大叫大嚷“中子星是我的孩子！”

“暗物质和暗能量之父”

茨维基并不满足于解释超新星，他还想解释宇宙中的一切事情。

1930年代，人们注意到空间经常会出现一些能量非常高的粒子，现在我们名之为“宇宙线”。密立根当时是研究宇宙线的权威。茨维基极力要密立根相信这些粒子来自遥远的银河系之外，这一点现在看来是对的；但他爱走极端，又说，它们来自宇宙最遥远的地方，那就错了。

1933年，茨维基注意到大型星系团中的星系具有极高的运动速度，除非星系团的质量是其中恒星质量总和的100倍以上，否则星系团根本无法束缚住这些星系。之后几十年的观测分析证实了这一点。那些额外的质量来自何处？现在人们普遍认为来自暗物质，虽然对暗物质是什么迄今一无所知。茨维基的这个发现是暗物质存在的第一个证据，所以他被人尊为“暗物质之父”。

1998年，正值茨维基诞辰100周年纪念，天文学家通过对宇宙深处超新星的观测，发现宇宙膨胀在加速。人们假定宇宙中有一种类似斥力的东西在作祟，并名之为“暗能量”。因为在这一发现的过程中，超新星起到关键的作用（见我刊2011年12期《给宇宙膨胀测量速度》一文），而历史上茨维基对超新星的研究做出过举足轻重的贡献，所以大家又称他是“暗能量之父”。

爱因斯坦的广义相对论预言，光线在穿越大质量天体附近时，会发生偏折。1937年，茨维基据此提出引力透镜的概念，认为光线在引力场中发生偏折，就象光线从空气进入玻璃一样，玻璃能用来做透镜使物体成像，引力场也一样。当时大家都认为他不过是在故作惊人语，没想到1979年，引力透镜现象还真的被发现了。

值得一提的是，茨维基不但是一个出色的理论家，还是一个优秀的实验家。在提出超新星理论的时候，他还亲自进行观测。他一生中独自一人就发现了120颗超新星，这个纪录至今还没有被打破。

在威尔逊天文台至今还流传着他的一件轶事：有一个夜晚，茨维基在观察星象。由于空气的扰动影响了观测，他就吩咐助手通过望远镜的缝隙朝天空放枪，来消除扰动。虽然这样做并没有产生效果，但从这个故事中我们可以领略茨维基那种不循常规的做事方式。

茨维基还参与了多项美国太空飞行计划。他引以为豪的一项是，首次发明了一种能把子弹射向太空的枪（子弹就成了微型卫星了）。他对人类改造太空充满信心，比如1960年代，他提出一个疯狂的设想：人类不妨向太阳发射炸弹，来改变太阳内部的核反应进程，从而改变太阳以及整个太阳系的轨道，这样，我们到邻近的恒星，比如说半人马座，距离就可以大大缩短了。

晚年的茨维基回到了瑞士，并死在了他年轻时爱攀登的阿尔卑斯山下。在他的家乡，至今建有纪念他的博物馆。

综观20世纪物理学史，我们发现茨维基在物理学家中可算个另类。他虽然以理论家著称，但在当时，理论素养比茨维基高的物理学家不知有多少，但为什么做出这么多重大意义发现的独独是他呢？

从茨维基的“人生传记”看，首先这要归功于他那一眼直抵事物本质的敏锐直觉。但直觉并不是凭空而来的，这与茨维基长期频繁地跟实验家打交道，甚至亲自参与实验得来的经验是分不开的。

其次，一个人的缺点有时候恰恰就是他的优点。一般人以慎重为美德，但慎重过了头就成了谨小慎微。而茨维基恰恰相反，大大咧咧，不怕说错话，不怕人家把他当傻子看。他一生引为自勉的是德国诗人席勒的一句诗“如果你不拿你的生活冒险，你就不能赢得生活。”这句话也许同样值得我们借鉴。