杰出的天体物理学家、对理论物理产生巨大影响的埃德温·萨尔皮特(Edwin Salpeter,右图)于去年11月26日在其纽约的家中逝世,享年83岁。萨尔皮特是美国康乃尔大学物理系的J·G·怀特杰出教授,研究兴趣广泛。在超过半个世纪的研究生涯里,他一直钻研着物理学中最具挑战性的问题。
直觉:看到问题本质
“与其他任何人都不同,萨尔皮特把物理学引入了天文学,”康乃尔大学天文学系主任艾拉·沃瑟曼(Ira Wasserman)说,“他因此改变了这个领域的面貌。”
萨尔皮特对于天体物理学最重要的贡献之一是“萨尔皮特”过程――即表述了年老恒星内部氦聚变成碳的过程。在萨尔皮特发现这一过程之前,元素周期表在氦元素之后的元素起源一直是一个谜。
在以敏锐的眼光综合了观测数据和相关理论之后,萨尔皮特确定了银河系中不同质量恒星的数量;而这一“萨尔皮特初始质量函数”也因此成为了目前研究恒星形成和死亡率的基础。
作为一个谦逊的人,萨尔皮特总是保持着具有感染力的笑容。与此同时,他还有着过人的直觉和将抽象的理论概念形像地表达出来的能力。除此之外,他还自嘲自己的想法是“快而草率”的,因此他更喜欢挑战备受争议的新问题。
“萨尔皮特在研究我们宇宙的不同领域中做出了许多关键性的贡献,”1987年太平洋天文学会(ASP)在授予萨尔皮特享有崇高声望的天文学奖――凯瑟琳·沃尔夫·布鲁斯奖时,其执行主席安德鲁·弗兰克诺伊(Andrew Franknoi)说,“他的物理直觉尤其受到同事们的钦佩,这使他在开始详细地计算之前就能看到问题的本质。”
畅销小说《爱因斯坦的梦想》作者、从理论物理学家改行为作家的艾伦·莱特曼(Alan Lightman)针对萨尔皮特的直觉说:“当我在康乃尔被一个棘手的天体物理学问题困扰时,正躺在他家起居室的地板上;而伟大的理论天体物理学家埃德温·萨尔皮特立刻指出了具有质量损失的恒星轨道与在桌子中央有一个洞的情况下其桌上小球随机运动之间的相似性。”
和他的导师、生于德国的诺贝尔物理学奖得主汉斯·贝特(Hans Bethe)一样,萨尔皮特也在纳粹势力崛起时离开了他的祖国奥地利。1949年萨尔皮特来到了康乃尔,成为了贝特手下的一个年轻博士后,由此他在康乃尔度过了他的整个职业生涯。尽管他总是说他一生只从事了“一项工作”,但是他却活跃在许多不同的领域,有的甚至还在物理学之外――他和他的妻子和女儿曾经合作进行了医学研究。
1964年,萨尔皮特和前苏联应用数学研究所的雅可夫·泽尔多维奇(Yakov Zeldovich)各自独立提出了掉向黑洞的气体会被加热到极高的温度。30年之后,来自“哈勃”空间望远镜的观测数据最终证实了萨尔皮特的论断。“看来打赌最后还是我赢了,”1994年当萨尔皮特得知“哈勃”的观测结果之后说。
一生:获得众多奖项
在萨尔皮特的一生中,他也参与到了为公众服务当中。20世纪60年代他是总统科学顾问委员会的空间科学评估组成员,70年代末、80年代初他是国家科学委员会的成员。
上世纪60年代,萨尔皮特还参与了美国国防部反弹道导弹防御系统的秘密研究工作。
1985年和其他16位杰出的物理学家一起,萨尔皮特被美国物理学会任命为一评估小组成员,该小组成立的目的是研究当时里根总统提出的“星球大战”计划的可行性。经过了2年的深思熟虑,评估小组得出一致结论:“星球大战”计划的很多表述并不精确,而且实现其计划所需的技术尚不存在。
“最壮观的是17个持不同政见的人竟然达成了一致的共识,”萨尔皮特说。
1997年萨尔皮特从康乃尔大学退休,但他依然从事科学研究并且发表论文。
在他研究生涯的后期,萨尔皮特开始对神经生物学和流行病学产生了浓厚的兴趣,并且和她的妻子、康乃尔大学神经生物学和行为学教授米丽安一起合作研究神经和肌肉纤维之间的相互作用。萨尔皮特夫妇使用超级计算机模拟了这些相互作用,以此来研究诸如重症肌无力等肌肉疾病所造成的患者肌肉功能退化。在2000年米丽安去世以后,萨尔皮特接手了她的实验室。
萨尔皮特还和他的女儿雪莉一起从事了肺结核的流行病学研究。
在这些医学研究中,萨尔皮特充分发挥了他在看似无关的现象和理论之间建立起联系的能力。“我转而研究流行病学并不是所想的那样,”他说,“不同年龄的人通过咳嗽将结核菌传播到空气中,这就和不同寿命的恒星将重元素播撒到星际介质中是一样的。”
1924年12月3日萨尔皮特出生于维也纳,1939年他和父母一起移居澳大利亚。之后他进入悉尼大学学习,于1944年获得学士学位,并且在1945年获得硕士学位。同年他获得了海外奖学金进入英国伯明翰大学学习,1948年获得博士学位。
在萨尔皮特的一生中因其突破性的工作而获得众多奖项,其中包括1973年的英国皇家天文学会金质奖章、1997年和英国天文学家弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)分享了瑞典皇家科学院50万美元的“科拉福德奖”以及美国物理学会1999年的“汉斯·贝特奖”。他还获得了芝加哥大学、华盛顿天主教大学、悉尼大学和新南威尔士大学的荣誉博士学位。
“埃德温对于天体物理的贡献引发了整个领域的革命,”萨尔皮特的同事、康乃尔大学物理学系主任索尔·图科尔斯基(Saul Teukolsky)教授说,“而且无论他多么杰出,埃德温始终保持着他的幽默。来康乃尔访问的学者都乐意和他交谈,不仅仅因为他是一位伟大的科学家,更因为他是一个真正让人愿意花时间和他一起共事的人。”
“我从来没有看到埃德温在平庸的问题上花过时间,”萨尔皮特的同事、康乃尔大学物理系的叶万特·特尔奇安(Yervant Terzian)教授在1997年为萨尔皮特退休举办的研讨会上说,“他是这个世界上最受人尊敬的科学家之一,而他谦逊的态度更使他成为了一个伟大的人。”
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三α过程
三个氦原子核(也叫做α粒子)结合成为一个碳核的核合成过程,这是恒星内部制造重元素的紧要一步,因为两个α粒子结合而成的铍-8很不稳定,瞬间就会分裂。形成碳-12的惟一途径是在铍-8存在的极短一瞬间有第三个α粒子到场并与铍-8结合。
这种三α过程是埃德温·萨尔皮特在1950年代初提出来的,但开始时觉得第三个α粒子与短命铍-8的碰撞会促使后者分裂,而不会形成稳定的碳-12。
这个难题由弗雷德·霍伊尔预言存在所谓碳-12的‘共振’而得到解决,这种共振使新来的第三个α粒子的能量被吸收;共振果然在加利福尼亚的凯洛格辐射实验室的实验中被发现,而且与霍伊尔的预言符合。三α过程发生在已经离开主序且内部温度升到大约开氏1亿度的恒星中:它是红巨星占统治地位的能源。