苏布拉海扬 · 钱德拉塞卡①(Subrahayam Chandrasekhar)不能肯定下一步将做什么。他最近从事的一项科研工作是长达八年之久的对黑洞的研究。其间他的心脏病发了,作了体外循环心脏手术,总算活了下来。当他今年(82年)春天完成这项工作时,已届71岁高龄,几乎是其它同行的年龄的两倍。在生命的这种时刻,大多数科学家或退休,或享受名誉头衔——在委员会里担任一个职务、在颁奖晚宴上回忆往事、指导研究生、琢磨几个剩下的问题以自娱。这类学术活动对钱德拉塞卡来说是不可想象的。这在精神上无异于要他上班时不穿一套普通的黑色西服、黑领带、白衬衫,在他将近半个世纪在芝加哥大学的每一个工作日里,他总是穿着这种衣服的。
不,当他决定工作时,他就坐在一张极端整洁的写字台前,一天至少工作十二个小时,通常一周工作七天,寻找着数学的秩序,直到大约十年之后他得到了他所谓的“某种面面观”才罢休——那就是说,直到宇宙的某一方面已经转化为一组方程时才罢休。然后,在写出有关该课题的权威性著作之后,他就把所有文件夹束之高阁,又寻找另一个全然不同的天体物理学领域,钻研下去。仅仅谈到“钱德拉风格”就会使其他天文学家头晕眼花。他们不能理解他是怎样经常地迫使他自己放弃一个课题并重新开始的——在一个四十岁的理论家都被视为远远超过了他的顶峰期的学科里,一个六十三岁的人怎能有利地开始分析当东西消失在一个黑洞里时会发生什么。
“他真是披荆斩棘,从问题堆里开出一条路来,这是别人做不到的。”他最亲密的朋友,普林斯顿大学的天体物理学家史瓦西(Schwarzschild)说,“钱德拉的专心致志是难以置信的——是一种真正的数学才能和惊人毅力的混合物,没有一个他工作过的领域,我们现在不是在天天利用一些他的结果的。”
钱德拉塞卡,平时喜欢从哲理方面谈论创造力和科学头脑的老化问题,而且谈起来头头是道,可是当我请他解释一下他的专业生涯何以如此长久时,他却不自在起来。但他承认,这可能和1935年1月11日的皇家天文协会会议有点关系。
那天是星期五,他怀着巨大的期望,同时又对A · 爱丁顿爵士稍微感到有些怀疑,来到了伦敦。一连好几个月,他和爱丁顿大约每周两次在晚饭后碰头,讨论钱德拉塞卡最近对衰亡星行为的分析。他们是奇怪的一对:有声望的爱丁顿,文质彬彬,和蔼可亲,五十二岁,被普遍认为是世界上最优秀的天文学家,热切地倾听着一个羞怯的来自印度的自己觉得有点像是剑桥大学的流浪儿的24岁青年的话。钱德拉塞卡研究星体结构刚只几年,那是从他在印度马德拉斯大学的一次物理竞赛中得到了作为奖品的爱丁顿有关星体结构的那本经典著作后开始的。现在,他自信他已作出了一项重要而惊人的发现,那个星期五卞午他就要将它当众宣布。
但是在这前一天,当会议程序单送到剑桥时,钱德拉塞卡吃惊地发现,爱丁顿也将在会议上发言,讲同一个题目。在他们所有的讨论过程中,钱德拉塞卡总是滔滔不绝地倾吐着他的数字,而爱丁顿则从不提及他自己在此领域里的任何工作。这似乎是一种难以置信的不忠诚行为。但当二人星期四晚上在餐厅里相见时,爱丁顿却没有提出道歉或解释。他唯一的话是,他已利用了他的影响,使钱德拉塞卡得到了会议上的额外时间——“这样你就可以把你的研究成果彻底讲清楚。”钱德拉塞卡记得他关心地说。钱德拉塞卡对爱丁顿非常尊敬,不敢问及爱丁顿自己的论文。但是第二天在伦敦,在会议前吃茶点时,另一位天文学家问爱丁顿准备讲些什么,爱丁顿不予问答,只是转向钱德拉塞卡,微笑道,“那要使你大吃一惊呢。”
钱德拉塞卡的论文讨论了一个基本问题:一个星体在烧尽了它所有燃料之后将发生什么?按照当时流行的理论,冷却的星星将在其自身的引力下坍缩成一个致密的球,叫白矮星。比如,一颗具有太阳那样质量的星体,将收缩成地球那样大小,到那一点上它就能达到平衡。钱德拉塞卡研究了这种坍缩,他考虑了当一颗星的气体被压缩得电子以近乎光速运动时(一种叫做相对论性简并的状态)会发生什么?他得出结论,在一颗大星球——任何一个质量大于太阳1.4倍的星球——中起着作用的巨大的引力,将促使这颗星越过白矮星阶段继续坍缩。这颗星将径直地越变越小,越变越密,直到……唔,那可是个有趣的问题。钱德拉塞卡巧妙地避开了它。
“一颗大质量的星不能停留在白矮星阶段”他得出结论,“人们应推测其它的可能性。”
然后轮到爱丁顿发言了。
“我不知道我是否会活着从这个会议上逃出去,不过我的论文的要点是,没有相对论性简并这类东西,”爱丁顿说,并把钱德拉塞卡的论文撕成两半。讲话不断被大笑声打断。爱丁顿无法驳倒钱德拉塞卡的逻辑和计算,但是他声称,那整个理论必定是错误的,因为它导致了一个不可避免的和稀奇古怪的结论:“那颗星必继续地辐射又辐射,收缩又收缩,直到,我想,它缩小到几公里的半径,那时,引力大得足以拢住辐射,于是那颗星终于平静下来。”
今天,当然,这样一个客体被称为一个黑爱丁顿在那天下午却说它不可能存在。
“一种归谬法,”他如此称呼它。“我认为一定有一条自然律阻止星星按这种荒谬的,方式行为。”
事情就这样被搁置起来,至少在接下来的几十年里是如此。那个理论最终是要得到拥护的,黑洞是要被接受的,而那论文中提到的分界线(—个为太阳质量的1.4倍的星体的质量)是要以钱德拉塞卡极限②这个名称载入教科书的。但这一切在爱丁顿讲话后过了很长时间才发生。
“在会议结束时,”钱德拉塞卡回忆道,“每个人走到我面前说‘太糟了,钱德拉,太糟了。’我来参加会议时原以为会宣布我发现了一件十分重要的事,结果却是,爱丁顿有效地使我出了洋相。我心烦意乱。我不知道是否还要继续我的行当。那天深夜大约一点钟左右我回到了剑桥。我记得走进了教员休息室,那个人们碰头的地方。当然没有人在那里。炉火仍在燃烧,我记得我站在炉火前,一直重复地自言自语,‘世界就是这样结束的,不是随荇砰的一声巨响,而是随着一声呜咽。’”
今天他对那个下午有了不同的看法。
与爱丁顿的争论拖了几年,毁掉了他在英国取得一个有任期的职位的切机会,并最终使他相信应完全放弃这个课题(虽然这两个都十分出众的人始终保持着友谊)。他相信他的理论,但是别人不相信。所以,在他1937年抵达芝加哥大学后不久,他把这理论写进一本书里,就不再为它伤脑筋了。改弦更张,他开始研究起星体在星系中的几率分布来,并发现了一种被称作动力摩擦的奇怪性质——即任何穿越一星系飞行的星体,由于其周围星体的引力,速度会逐渐慢下来。然后他又转而考虑起天空为什么是蓝的来。这个问题的简单回答是:大气的分子允许其它颜色通过,而将短波长的蓝色光散射开来,这是早在上世纪由英国的瑞利爵士发现的。但瑞利和后来的物理学家都未能解决光如何被散射的精确的数学问题。在本世纪四十年代中期,钱德拉塞卡把它全部解了出来。他对此十分满意,以致他决定要一辈子不断地转换领域。他继续研究更多的课题:磁场中热流体的行为,旋转物体的稳定性,广义相对论,而最后又转回到黑洞上来(但是从一种全然不同的角度)。他现在感到,他当时被迫放弃原来的专业是幸运的。
“假如爱丁顿那时肯定自然界中有黑洞存在的话,”他说着停顿了一下,以考虑把这命题表达得尽可能精确些。他循规蹈矩,无懈可击,不失他那婆罗门本色。他决心使他的谈话像他生活中任何别的事情一样有条有理,他实际上是用完全句和逻辑段来讲话的。讲话中带音一种柔和的语调,优雅的风采,偶尔用玩笑话和暗喻岔开话题,谈到从毕加索到“鹅妈妈”③到济慈的任何事物,但总是严肃地把话题收回到原来的问题上。
“推测是很难的。假如当时爱丁顿肯定了自然界中有黑洞存在,他就会使这整个领域变成一个引人注目的研究领域,黑洞的许多性质可能会提前二十年至三十年被发现出来,我能够容易地想象,理论天文学将大为不同。不该由我来判断这种不同是否——喔,这种不同对天文学会是有益的,我想我可以这样说。”
“但我并不认为它对我会是有益的。我那时在科学中的地位会有根本的变化。爱丁顿的赞词能使人在天文学中十分出名。但我确实不知道我在那种诱惑、那种魅力面前会怎么样。”
“有多少年轻人在功成名就之后能长期保持不变呢?不太多,即使是二十年代创建量子力学的那些十分伟大的人物——我指狄拉克、海森堡、福勒——他们也未能始终如一。看看麦克斯韦,看看爱因斯坦吧。”
钱德拉塞卡匆忙打断他自己的话,说他不是要把自己和这些科学家相比,也不是想批评他们。“你可不要弄错,我算老几来批评爱因斯坦?”他坚持说,只是在一般的抽象意义上这个问题使他感兴趣罢了。有一件事给他留下了很深的印象:贝多芬在47岁时告诉一位朋友“现在我懂得怎样作曲了。”钱德拉塞卡认为从来没有哪一位四,十七岁的科学家宣称“现在我懂得怎样搞研究了。”
“当你讨论一位伟大艺术家或作家的作品时,总是这么认为有一个从早期、中期到成熟期和晚期的成长过程。艺术家的技能是越来越精的,显然他能处理难题了。要写出一部像《李尔王》这样的戏,显然需要巨大的努力,巨大的感情控制力。看看这出戏和一部较早期的《罗米欧与朱丽叶》间的差别吧。”
“现在来看科学家为什么不能使他的思想越来越精呢?爱因斯坦是伟大的科学家之一,他在1905年发现了狭义相对论和许多事。他以骇人的刻苦工作着,并在1916年发现了广义相对论。然后他又作了一些十分重要的工作,直到二十年代初。从此他就裹足不前,孤立于科学进步的潮流之外,成为一位量子论的批评者,并实际上没有给科学和他自己再增添什么东西。在爱因斯坦四十岁以后的工作中没有任何东西表明他的洞察力比以前更高了。为什么?”
“由于没有更好的词,我只能说这似乎是人们对大自然产生的某种傲慢态度。这些人曾有过伟大的洞见并作出了了不起的发现。后来他们想象,他们在一个领域内取得了如此辉煌的成就,意味着他们有一种看待科学的特殊方法,这方法必是正确的。但是科学不承认这一点。大自然又一次地表明,构成大自然基础的各种真理超越了最强有力的科学家。”
“以爱丁顿为例。他是位伟人。他说过,必有一条自然律阻止一个星体变为一个黑洞。他为什么会这么说呢?只因为他认为那是不好的?为什么他认定他有办法确定自然律应该是怎样的呢?同样,人们常常引用爱因斯坦不赞成量子论的那句话‘上帝不玩掷骰子游戏’他怎么知道呢?”
钱德拉塞卡乐于谈到的一个例外是瑞利爵士,这位十九世纪的物理学家,他作了关于天空颜色的开创性研究。他在五十年的时间里,在各种不同的领域内,始终硕果累累,并在他生涯的后期作出了一些最著名的贡献(诸如氩气的发现)。
“你知道,在瑞利六十七岁时,他儿子问他,对T · 赫胥黎的那句‘科学界中一个六十岁的人的作为弊多利少’的著名评论作何想法,雷利想了很长时间说,‘我看不出为什么一定会这样,假如你做你理解的事并且不和年轻人闹矛盾的话’。我不认为爱因斯坦或狄拉克或海森堡能说出这种话来。爱丁顿不会说出这种话来。在那个评论中有某种谦虚精神。另一方面现在你也可以这么说,就像丘吉尔在有人告诉他C · 艾德礼是一个十分谦逊的人时说的‘他有许多需要谦虚的地方’。真正伟大的发现是由这样一些人作出的,他们有傲慢自大的精神敢于对大自然作出评判。瑞利当然没有像爱因斯坦或麦克斯韦那样有过任何真正伟大的根本性的洞见。但是他对科学的影响是巨大的,因为他为伟大的知识宝库增添了砖瓦,不断地发明许多重要的东西。我认为人们可以说,对理解大自然有某种谦虚精神,是持续地进行科学探索的先决条件。”
他再次坚持说他是从一般的抽象意义上讲的,并不是说他自己。但是这样便于他说到自己的学术生涯。每隔十年投身于一个新的领域就保证可以产生谦虚精神:你怎么能和年轻人闹矛盾呢,他们在这领域里的时间比你还长呢?跟瑞利一样,他使他自己关心那些重要的但并不惊人的工作,以严格的研究来为知识宝库增砖添瓦,而不是去推翻它。他不去寻求轰动一时的成功、独一无二的光耀夺目的洞见或可以赢得诺贝尔奖金的革命性发现。他总是坚持对一整个领域作长期的全面的分析,不管在别人看来可能是多么没有用处。
比如,在六十年代,他写过一本关于柑橘状的几何图形(叫做椭球)的书。这工作在当时是保证不会给任何人赢来名和利的。他在该书引言中说,他写这本书的理由是,以前的全部研究工作都给这个课题留下“许多空白和漏洞,一些明显的错误和谬见。听任其保持在这种贫乏的状态是令人遗憾的。”所以他将它理出一个头绪来,他系统地分析了作用在一旋转椭球上的诸力——使它凝聚的引力、拉它分裂的离心力,并分析了使它开始变得不稳定的点。其他科学家认为他研究这些理想物体是浪费时间,为什么要研究一个在宇宙中不存在的抽象物呢?然而,在二十年以后的今天,这本书却得到广泛的应用,这是始料所不及的。比如,情况表明,这些想象中物体的一些性质是许多真实的星系所共有的,科学家们正利用这本书来弄明白是什么东西使银河系在自转时仍保持不散的。
“我想我的动机和许多科学家的不一样,”他说,“J. 沃森④写过,当他年轻时,他想要解决一个能使他赢得诺贝尔奖的问题。所以他照此目标连续工作,并发现了DNA。显然这种方法对他的情况是合适的。但是我的动机不是解决一个单个的问题,而是要获得对一整个领域的面面观。”
“八年前我开始研究黑洞,尤其是关于一个旋转黑洞对诸如引力波和电磁波等外部摄动如何反应的理论。如果你弄清了这些,你就能确定当诸如一颗星之类的物体落入黑洞时,会发生什么情况。唔,关于这项工作,已有个别论点引起了人们的注意。但对我来说,重要的是我对这个课题所具有的最终的观点。这就是我写这本书的原因。我把它看作一个可以展望未来的整体。显然,这个领域里有许多问题,我还可以继续工作,但我不倾向于再搞下去。假如你做一个雕塑品,你完成了它——你就不想继续在这儿那儿地削它。”
所以下一步做什么呢?这对一个七十一岁的人来说是一个难题。他的研究风格的主要缺点是需要极大量的时间和精力。这意味着每天从早晨六点钟开始工作,一直持续到半夜。他的合作者之一,一位研究生,曾倒霉地住在一幢从钱德拉塞卡的办公室可以看到的公寓里,他常在家里被深夜的电话声惊动,因为钱德拉塞卡要他帮忙解决问题。这种情况一直持续到有一次钱德拉塞卡偶然对这位研究生的妻子谈到,他看见他们两口子的窗户亮着光,就感到可以心安理得地打电话来找。从这以后,那窗户就用窗帘严密地屏蔽了起来。
“他实在没有时间去做别的事情,去旅行啦,去访友啦。他对他的工作总有严格的纪律,坚持每件事都要做得利利索索、完完美美,”钱德拉塞卡的太太拉莉莎说,她是在他们都是马德拉斯大学物理系学生时认识的。她毫无怨言地讲到他的学术生涯,和要求她做出的牺牲——她一个人度过漫长的时间,放弃她的职业跟着他到美国来,每次访问他们在印度的老家要相隔许多年。但是她也认为,现在他已有轻松的权利了,他的同事们也这么想。
“钱德拉曾不得不付出巨大的代价,而且随着他的变老,这种代价在稳步上升,”史瓦西说,“最近的这本书是一部力作——意志力战胜年衰力竭的例证。我真的不知道他此后能做什么。他的贡献都是来自他能够坚持不懈解决了那些没有别人能解决的问题。对钱德拉来说,泡在一件他知道我们大伙谁都能做的事情上,是完全不合他的性格的。”
钱德拉塞卡倾向于同意这一点。“如果我不能热切地钻研某个课题,”他说,“我宁可完全不去花力气。”假如仅仅为了美学的理由,那么以这个在他学术生涯开端时显得如此荒诞不经的黑洞研究作结束,在这本书以后停止工作,对他来说是诱人的。这将是一个精美的结局,尤其因为他认为这或许是他曾担负过的最困难的工作。然而他还谈到仍想进入另一个新领域,这次可能是宇宙学。“那是我的生活习惯,而改变生活习惯可不是一件简单的事,我还没有拿定主意。”
虽然他不再认为自己是一个印度教的信徒——他把自己归入无神论者——但他有时也犹豫,他是否还要遵循印度教的退休传统:抛弃一切世俗的联系。进入森林去孤单单地沉思默想。当然,这对他来说干脆就意味着放弃科学,最终地改换领域。
“我做科学研究的方式所带来的一件不幸是,它扭曲了我的性格。我不得不牺牲掉生活中的其它乐趣——文艺、音乐、旅行。我把我所有的时间,都奉献给了我的工作。我想要非常仔细地阅读莎士比亚的全部戏剧,我永远没能找出时间来做到这一点。人总得跟自己妥协。人需要一定的时间来把事物弄得有条有理。”
[Science,1982年9月]
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① 美籍印度学者,1983年诺贝尔物理奖获得者。——译注
② 即白矮星的最大质量不超过太阳质量的1.4倍。更大的恒星将演化为中子星,再大的则将演化为黑洞。——译注
③ 英国古代《鹅妈妈童谣》的作者,姓名不详,以“鹅妈妈”留名后世。——译者
④ 1962年诺贝尔生理及医学奖获得者。——译注