科学领域的重大发现,往往起因于自然界不同寻常的种种迹象。一般而言,科学理论总是试图简化自然,可自然界却时刻向人类展示着其复杂的一面。因而当人们从某个全新角度窥视自然时,往往便会产生别有洞天之感。1967年,在新墨西哥州的洛斯 · 阿拉莫斯实验室,美国人悄无声息地打开了又一扇观察自然的窗口,并由此做出了本世纪人类的又一项重大发现。
1963年,美国签署了关于在大气、水下和外层空间部分地限制核武器试验的条约。国会批准了这一条约,并建议成立一个监督条约执行情况的机构,以便对继续偷偷进行核试验的国家提出警告。洛斯 · 阿拉莫斯实验室承担了监测外层空间核试验的任务。为此,在埃 · 斯特朗(Ian Strong)领导下,组织一批科学家建造了名为“维拉卫星”(Vela Hotel)的探测器,并将其送人了地球-月球之间与地球、月球等距离的轨道之上。这一探测器灵敏度极高,可以测出近百万平方公里范围内任何感兴趣地区的核爆炸辐射情况。斯特朗带领他的观测小组年复一年不间断地观察和分析从维拉卫星上发回的信号。不过,他们却从未监测到有核武器所产生的核爆炸。可令他们感到困惑的是:他们一次次地观察到持续时间仅有数秒的核爆炸发生,但这种核爆炸既不像核武器所引起的爆炸,也不像当时已知天体核爆炸所释放的辐射。因为,它们既比核武器爆炸慢,却又比一般天体的核爆发快得多。斯特朗和他的同事们将这种核爆炸称为γ-射线爆炸。
我在1972年访问了洛斯 · 阿拉莫斯实验室,并与斯特朗及其同事们进行了交流。当时,他们已连续观察了4年的γ-射线爆炸,但却仍然没有公布他们的发现。之所以如此,倒不是为了对观测数据保密,而是因为这种奇特的现象实在太令人难以置信了。他们准备在获得有说服力的解释后,再将观测结果公诸于世。我竭力鼓动他们尽早公开他们的发现,以便让更多的人研究这一难解之谜。斯特朗小组接受了我的建议,于1973年正式公开了他们反复观察到的这种核爆炸。在随后的25年中,这一现象为许多研究、观察者所证实。加起来,人们至少观测到了近2000次γ-射线爆炸。但研究者长期以来对γ-射线爆炸发生的原因、位置及过程依然了解很少,一些人认为爆炸发生在遥远的宇宙,另一些人则认为爆炸发生在我们自己的星系里。
尽管人们对γ-射线爆炸知之甚少,但还是可以根据其爆炸的结果进行一些推测。科学家相信:爆发一定是由发生在宇宙空间中一些巨大的爆炸所引起的;爆炸发生后一定会留下一些温度极高的火球。因而,研究7-射线爆炸的最好方法,应该是借助X射线和光学望远镜,观察爆炸后逐渐冷却的火球。问题在于,爆炸后的火球转瞬即逝,异常微弱。如果不能准确地把握火球的方向,人们根本就没有用望远镜观测它的机会。所以,近30年来,天文学家们一直不得不在无法确定γ-射线爆炸火球的情况下进行研究。
机会终于来了!1996年,由意大利和荷兰共同发射了一颗名为BeppoSAX的卫星。核卫星同时携带γ-射线探测器和一架能够聚焦X射线,并能准确测定其方向的新型探测装置。1997年5月28日,从BeppoSAX卫星传回了伴随有X射线余光的γ-射线爆炸。这样,科学家第一次知道了γ-射线爆炸的精确方位。几个小时内,夏威夷冒纳开亚山(Mauna Kea)顶峰的1016 cm的巨型望远镜拍摄到了γ-射线爆炸渐渐暗淡的光谱。在此光谱图上,人们可以看出镁、铁的吸收线。根据其波长逐渐移向光谱红端的事实推断,爆炸发生在含有镁、铁原子气体的“云团”空间之后。镁、铁吸收线波长向红端的移动过程,也正是从γ-射线爆炸到人们拍摄到此光谱照片的时间历程。此结果无可辩驳地证明,γ-射线爆炸来自于遥远宇宙的深处。
现在,人们可以断定γ-射线爆炸来自于遥远的地方,且每一次爆炸所产生的能量远比我们的太阳一生所能发出的能量多得多。这同时也使其属性和起源更显得深不可测。迄今为止,人类还没有找到可以解释如此巨大的能量何以能在数秒钟内传遍宇宙的理论。看来,要想解释γ-射线爆炸似乎需要超越我们今天关于物质和能量的知识,引入新的科学理论。就科学研究方法而言,γ-射线爆炸的发现来自于新的观察手段而不是新的思想,它的出现完全在研究者的意料之外,以至于其发现者要用整整4年光阴来确认它的存在。我们从γ-射线爆炸的发现不难看出:面对博大浩渺的宇宙,人类应当时刻睁大好奇的眼睛!
[Time,1998年1月]