谈天体演化学中的若干问题 [复制链接]

第7版()
专栏：

谈天体演化学中的若干问题
戴文赛
自然科学中有一些较基本的问题，如人类的起源、生命的起源、地球的起源和天体的起源等等，是大家都感到兴趣的。前两个问题属于生物学、古生物学和考古学的研究对象，后两个问题则属于天体演化学的研究对象。
天体的起源作为一个科学问题提出来讨论，可以说是从康德（1755年）和拉普拉斯（1796年）对太阳系起源问题所提出的学说开始。十六世纪中哥白尼提出的地动说，肯定了地球只是太阳系的一个行星。十七世纪望远镜的发明为天文观测技术的发展打下基础。万有引力定律的发现和数学分析方法的发明则为力学的发展打下基础。康德和拉普拉斯的学说便是在当时观测资料基础上运用已掌握到的力学原理建立起来的。地球既然是太阳系的一个行星，太阳系起源问题如果解决，地球起源问题当然也就解决了。研究天体（包括地球在内）的起源和演化的科学，称为“天体演化学”。
关于太阳系起源的不同学说
在整个十九世纪里，天体演化学没有多大发展。二十世纪开始以来，天体演化学以愈来愈快的速度发展着，主要原因是生产水平的迅速提高，提供了越来越有力的天文观测工具。
不能否认，天体起源和演化问题是很困难和复杂的问题。地球自从形成到现在，已有几十亿年的历史（最近估计为四十五亿年左右）。天体离我们是那末遥远，能观测到的天体的数目又是那么庞大，并且还在不断增加。要写出各类天体发生发展的历史，这无疑是十分艰巨的任务。这方面的研究还密切联系到哲学上的一些根本问题。几千年来，人类在认识宇宙的过程中，一直存在着唯物主义同唯心主义的斗争，辩证法同形而上学的剧烈斗争。几十年来，天体演化学中每一个研究成果，都证明了辩证唯物主义的正确性。
地球是太阳系的一个行星，太阳是太阳系的中心天体。太阳是千千万万个恒星中的一个。研究地球起源必须研究太阳的起源，而对太阳起源的研究也不能孤立进行，必须同时研究一般恒星的起源和发展。只有这样才符合辩证法和从事物的联系中看问题的要求。
本世纪内提出的十几种太阳系起源学说中，有一部分被统称为“灾变说”。主要论点是：太阳和其他恒星的运动方向是多种多样的，因此有时会发生两个星相碰或者走到彼此很接近的位置然后又离开。在某一个时候，有一个恒星走到太阳附近，使太阳上面生起极大的潮，一股气体被拉出来。后来那个恒星离开了，从太阳上被拉出的那团气体则环绕太阳转动起来，逐渐凝结成太阳系的各个行星、卫星。
两个星互相接近或者相碰，可能性是存在的。但根据恒星在空间里的密度（这种密度很小）和运动情况，可以计算出两个恒星互相接近到能产生很大的潮，概率是很小的。十几年来，天文学上的一个重要发现，使得大家更不赞同灾变说，那就是在十来个恒星的周围发现了看不见的“伴星”。这个重要的发现说明了太阳系绝不是宇宙间唯一的行星系统，地球以外，具有生命存在条件的天体一定是很多的。灾变说也就愈来愈站不住脚。
目前多认为太阳系的行星、卫星是从弥漫物质形成的。当然，这并不是简单地回到康德和拉普拉斯的星云学说，而是沿着相同的方向发展。这个问题目前正处在百家争鸣时期。争鸣的主要内容可以归结为这样两点：形成行星、卫星的弥漫物质是怎么来的，以及这团弥漫物质是通过什么样的物理过程形成行星和卫星的。一些人认为，先有太阳，太阳在空间里运动时遇到了一大团的弥漫物质，俘获了其中的一部分，主要是固体质点，也有一些气体。这些质点环绕太阳转动的轨道起初是多种多样的。相碰的机会很多，便逐渐结合成行星和卫星。苏联施密特及其学派的主要论点就是这样。另一些人认为形成行星、卫星的弥漫物质仍然可能是从太阳抛射出来的，但不是按照灾变说所提出的那种方式。他们认为过去太阳的质量和光度比今天大得多，自转速度也比今天大得多。有一段时期，太阳抛射出很多气体物质，再加上原来存在于太阳周围空间的一些弥漫物质（包含着固体质点），便逐渐形成了行星、卫星。更多的人则认为太阳和行星、卫星都是从同一团弥漫物质形成的。但对具体形成过程的看法还有很大分歧。目前多认为这团弥漫物质已经包含着气体质点和固体质点（尘粒），是一个“气体尘埃云”。多认为太阳是首先形成的天体。
到目前为止，还没有一种学说能够令人信服地说明太阳系的各种特性。也就是说，太阳系起源问题还没有解决。正因为如此，一些唯心主义学者就走到不可知论的泥坑中去。太阳系起源灾变说的主要提出者英国科学家金斯，研究天体演化问题数十年，最后这样说：“研究天体起源的天文学家永远不会相信自己的研究结果。他们能够做出的唯一可靠的结论就是天体演化学没有一点确实可靠的地方。”这种看法是不正确的。认识是一个过程，每一时代对宇宙的认识都被那一时代的生产水平、观测技术和科学理论水平所局限，因此常常不是全面的、完整的、绝对正确的。任何时代对某一问题所得出的结论可能是完全错误的，以后需要抛弃；但也可能包含正确的部分。这种正确的部分就是相对真理，即绝对真理的一部分。世界是物质的，宇宙万物都是不倚赖人们的意志的客观存在，并按照客观规律发展。世界上没有任何不可认识的东西，只有尚未认识的东西。近年来出现了两种研究天体的新武器，一是射电天文学，一是宇宙航行。这将大大加速我们对其他行星以及卫星、流星的结构的了解。
每个恒星都有它发生、发展和衰亡的阶段
晚上在天空出现的光点，除了极少数以外，绝大部分都是自己发光的恒星。以前的人以为恒星是不动的，永恒不变的。这个看法一直到十九世纪还占上风。天体演化学的进展完全粉碎了这种形而上学的自然观。今天每个天文工作者都不能不在事实面前承认，没有任何一个恒星是永恒不变的。每个恒星都有它的发生、发展和衰亡的阶段。研究成果完全证实了恩格斯的话：“不论是太阳或星云，个别的动物或动物种属，化学的化合或分解，都同样是暂时的，……除永恒变化着的、永恒运动着的物质及其运动和变化所依据的规律外，再没有什么永久的东西。”（《自然辩证法》第20页）
二十年来一个重要的发现是确定了太阳和其他恒星的能量来源于这类天体内部进行的原子核反应。这样就把宇宙过程的研究和微观世界物理过程的研究密切联系起来。原子能这一概念，正是首先在研究太阳和恒星的能量来源时建立起来的。太阳和绝大部分观测到的恒星的能源就是氢核聚变成氦核的热核反应。热核反应的速率同恒星内部的物理条件有密切关系，一般说来，质量愈大的恒星，内部温度愈高，核反应愈快，演化速度也愈大。通过对各类恒星在空间的分布情况和运动情况等等的研究，确定了恒星在年龄上有很大差别。年轻的只有几十万岁，年老的有几十亿岁。太阳的年龄估计在五十亿岁左右，算是比较老的，但比它更老的恒星还非常多。太阳内部的氢消耗还不到一半，还可以维持几十亿年。氢快消耗完的时候，内部就将收缩，而外部则膨胀，光度随体积增加，但到一定时候，光度和体积都将减小。目前太阳内心的温度约一千五百万度。内部氢全变成氦以后，由于内部收缩，内心温度将升高，到达一亿五千万度时，氦核可能聚变为碳核。温度和压力继续升高，可能形成更重的化学元素，一直到铁。条件适合时还可以形成比铁更重的元素。这就是近几年科学研究成果所描绘出来的太阳的图貌。在短短时间内，就获得这样辉煌的研究成果，是对不可知论的一个重大打击。
关于“宇宙膨胀”问题
星系的研究，在观测和理论方面都比恒星更困难，牵涉到哲学观点上的问题也更多。太阳和绝大多数目前能观测到的恒星所属的星系叫做“银河系”。它包含一千亿个左右的恒星。从银河系的一端到另一端有一百亿亿公里，光线或无线电波需要走十万年。穿过星际空间，可以看到其他的星系，叫做“河外星系”。河外星系数以百万计。和恒星一样，星系也结合成大大小小的集团，有三五成群的，有上百上千个聚成集团的。
三十多年前发现了一种奇怪现象：银河系以外的星云光谱，多少有些向波长较长的方向移动（所谓的红移）。例如，当光源和仪器彼此以某种速度分离的时候，光谱就会发生这种移动。而且光源和仪器相互分离的速度越快，光谱的移动就越大。河外星系离我们愈远，它的光谱线的波长比正常波长大得愈多，即谱线向光谱红端位移得愈多。这种河外星系谱线红移现象引起了很多的争论。由于对星云光谱的红移找不到其他任何解释，所以科学家们一般倾向于把光谱的这种移动说成是由于星云离开了我们银河系的中心，星云的位置愈远，它离开的速度也就愈快。资本主义国家的一些学者便提出了“宇宙膨胀”说等唯心论点。这是企图推翻空间无限性、世界无限性的观念的一个尝试。近年来又有人进一步把宇宙膨胀同天体的起源演化联系起来。他们的主要论点归纳如下：
一派认为整个宇宙的物质最初聚于一个很小体积里。在某一时刻发生了极其剧烈的爆炸，物质向四面八方扩散，方向和速度相同的凝聚成恒星和星系。一直到今天，星系还在向外奔跑，跑得愈快的走得愈远，也就是位于膨胀宇宙的靠近边缘的地方。按照这个观点，宇宙是无限的，但物质是有限的，在时间上也有一个开始。属于这一派的比利时神甫勒玛特认为，宇宙的开始是一个质量很大的“原始原子”（或“原子祖宗”）由于放射性蜕变而形成了整个宇宙。与此同时，原来非常小的空间也开始“空间膨胀”。他们还声称，好像这个“原始原子”是由上帝创造的，并且是根据上帝的意志开始膨胀的。他和这一派的一些其他学者都或明或暗地宣扬宗教唯心论，把原始超密物质爆炸称为“创造的行动”，把那一时刻称为“创造的时刻”。梵蒂冈教皇在1951年11月22日的讲话里，对宇宙膨胀说赞扬备至，公然声言这直接引到了神的存在。
另一派虽然也同意宇宙在膨胀着，但不同意宇宙物质只有最初集聚于一个小体积内的那些。如果物质只有当初那一些，由于膨胀，物质的空间密度应当愈来愈小，但观测结果证明，一直到观测范围的边界，星系的空间密度还是大致一样的，这表示星系是均匀分布的。他们据此作出了一个基本假设：宇宙在空间上是均匀的，大型结构到处一样，而且不随时间改变。宇宙既然在膨胀着，星系平均空间密度怎么能保持均匀不变呢？为了要回答这个问题，他们提出物质不断从虚无中被创造出来的论点，并强调物质不是从其他形态转化过来，而是不折不扣地从虚无中产生出来。他们还认为被创造出来的物质就是氢原子。这个学说的创始人之一的英国天文学家霍伊耳说：“物质不从任何地方来。它自己出现——被创造出来。在某一个时候组成这些物质的原子不存在，在另一个时候它们存在。这似乎是一种很奇怪的想法，但在科学中不管想法如何奇怪，只要它能起作用就行了。”这是实证主义、唯心主义的观点。客观存在的物质只能由一种形态转变成另一种形态，绝不能无中生有，绝不能从非物质产生出物质来。如果在星系际空间有新的氢原子或某种基本粒子在不断地产生，它们也只能由物质的某种形态——可能就是光量子，也可能是场粒子或引力波，或其他尚未发现的物质形态——转变过来。遥远星系的平均空间密度是否各个方面都一样，是否和我们周围的密度也一样，由于观测困难，误差很大，资料缺乏，目前还未作出肯定解答。就在这一不可靠的事实基础上，这个“稳恒态学说”肯定了物质可以被创造，而初产生的物质正好是氢原子，都是荒谬的。
目前苏联和其他国家的许多天文工作者认为，在今天能观测到的空间范围（其半径约四十亿光年）内所有的天体可能属于一个庞大的天体集团，称为“总星系”。宇宙是无限的，我们这个总星系以外一定还有无穷多的总星系。我们的总星系到底有多大，这一点目前尚未确定，其边界可能超出今日的观测范围，也可能超出不多。现正期望宇宙航行的科学研究工作来解决这个问题。宇宙膨胀说和稳恒态学说的一个重要错误，是混淆了总星系和宇宙。星系谱线红移很可能表示我们的总星系在其发展过程中目前正处于膨胀阶段，以后也有可能收缩，形成“脉动”。总星系的全部物质过去一度集聚于很小体积内，处于超密状态，后因爆炸而分散，这也是完全可能的，也是符合唯物主义观点的。
天体演化学和生产实践的关系
天体演化学的某些研究工作，可能同今天的生产实践不发生直接联系，但是这种研究是必需的。正如陈伯达同志所说的：
“关于天文和数学的某些研究，可能是与今天的生产实践不一定有直接的联系，但在天文和数学上研究了许多东西，那就能够帮助各方面的科学研究上的进步和发展，扩大科学的眼界，从而也就能对农业工业的发展起作用。关于其他自然科学部门的某些研究工作，也是这样。所以，有些理论工作，今天就可以和生产实践发生直接的联系，但也有一些科学的理论工作今天与生产实践没有直接的联系，只有间接的联系，或者今天没有联系，可是明天会有联系。”（《在中国科学院研究人员学习会上的讲话》）天体演化学同其他自然科学部门一样，应当以改造客观世界为目的。初看起来，远在千万亿光年外的天体的发展史似乎同地球上的实际问题风马牛不相及，事实也不完全是这样，它们之间也还是有一定的联系的。天体演化学可以很好地为地球科学和原子核物理学服务，并通过它们对一系列实际问题的解决作出贡献。宇宙过程的研究对物质结构的研究提供了许多线索，开辟了一些新的道路。上面说过，原子能的概念首先是研究恒星的能量来源时建立起来的。电磁流体力学是为了解决天体演化和天体物理问题而创立和发展起来的，它很快就被用到动力工业和其他科学技术部门去。宇宙线的研究是物理工作者的任务，但宇宙线的来源却是天体演化学的一个重要研究对象。地球科学上有许多尚未解决的问题最后都归结为地球起源问题。大地构造、行星地貌、地球内部的化学组成、地磁的成因、火山的成因、空气和水的来源等等，都同地球的起源及早期演化情况密切相关。这些问题的解决，对于地质勘探、地震预报、火山爆发预报、电讯交通及水土保持都有很大帮助。
由于天体演化学关系到哲学上许多根本问题，天体演化学研究工作者更应当以马克思列宁主义哲学为指导，用自己的研究成果来证实和丰富辩证唯物主义的自然观，批判唯心主义和形而上学的各种天体演化学说。