天体物理学作为一门理论学科,为人们提供了对已观测到的宇宙的认识,天体物理学早已问世,并随时代而发展,在20世纪达到了全盛时期。虽然天体物理学可能是最古老的定量科学,但是在1900年以前,它几乎是唯一涉及行星和恒星方位和运动的科学,就动力学目的而言,行星和恒星可以被看作“点物体”而进行处理。只是在20世纪。我们才开始认真地去探索这些“点星体"的内部结构、起源和演化。
马丁 · 施瓦兹柴尔德(Martin Schwarzschild)于1997年4月10日去世。生前他处于这个科学变革的中心,出生在战前的德国并在那里求学。1937年取道挪威到达美国,他先在部队服役,然后在哈佛和哥伦比亚大学谋取高级职务。10年以后,他作为一名教授移居到普林斯顿,在那儿他遇到了小莱曼 · 斯皮策。他们两人创建的普林斯顿大学观测站成为理论天体物理学的一个卓有成效的中心。他们常在一起工作,直至他们两人在相继几周内去世为止,此时离他们两人在1947年春天初始任职差不多恰好是半个世纪。
自然条件和家庭教养巧合地为施瓦兹柴尔德提供了一个理想的外部环境。他的叔叔,罗伯特 · 埃姆登(一位物理学和气象学教授)在1907年发表了著名的论著《气球》,在该书中,他建立了把恒星作为气态物体的处理方式。在这些气态物体中,牛顿万有引力和气体压力相平衡。他的父亲,卡尔 · 施瓦兹柴尔德是爱因斯坦场方程的著名施瓦兹球形解的提出者,马丁可能就成了恒星演化理论的主要开发者。
主要因为他对这个领域的贡献,我们今天才有可能在一个典型的恒星不受星际介质约束并开始通过一系列发展阶段燃烧它的核燃料以后去追踪该行星的进展。虽然现在已经存在着对恒星演化理论的数不清的检验方式,但是马丁的方法依然被有效地运用!人们必须把它看作是本世纪天体物理学理论的最伟大的成就,尽管仍有少数遗留的疑问(例如超新星I的特性,来自太阳的低密度中微子发射),然而,在行星单个的、成对的或成集团的理论模型和大尺寸天文学证据之间却有着异乎寻常的极好的相符。
作为一个科学家,施瓦兹柴尔德型的复合的品质在单一的一个人身上是很难被找到的;以对物理学原理的透彻理解为基础的宽广的和富于想象力的创造才能;擅长细致的精确的数值研究以确定物理模型结果的满腔热忱以及对观测——作为最终真理裁决者的自然界的事实——的极大的关注。
下面是这些方面的生动例子。关于恒星结构的大多数早期工作是把恒星作为均匀的化合物来处理的。施瓦兹柴尔德认为,经过预期的核燃烧过程,恒星会在化学的组分上产生不连续性,而这种不连续性只能由相对低效率的扩散使之平滑化。在始于40年代后期并一直延续到70年代早期的一系列与许多人合作的论文中,他证实了这些不连续性对恒星结构有着强大的效应,产生出例如在不稳定壳层内燃烧的惊人的内部效应或例如扩展的红巨星外层的外部可观测的效应。
近似的解析理论或应用于存在精确解析解的微扰论都不可能甚至定性上开始提出这个问题。因为恒星结构的方程是高度非线性的,而且有着两个边界条件,一个在中心,另一个在表面。因此,有必要发展新的数值算法以及甚至是新的计算方法。结果,施瓦兹柴尔德于40年代在普林斯顿大学与冯 · 诺伊曼通力合作制成了可用于科学研究的第一台数字式电子计算机。
第二个例子来自星系的动力学,施瓦兹柴尔德是在1979年正式退休以后转到这个领域上来的。他早已提出,关于星系对称性的通常的假设——星系基本上是围绕一个转动轴呈现对称分布的——只不过是一个未经证实的假设。以后,他就开始进行一系列的研究,既从观测上去仔细考察结果,又去探索能不能构造出不同于这个假设的自治模型。研究工作再一次包含了大量的数值计算,它更新了人们以前对“椭圆形"星系的认识,现在,星系通常被认为是三维的系统,对这样的系统,转动不是主要的动力起因。
施瓦兹柴尔德擅长于把所有的问题分解为它们的基本的构成部分,再加上他那明快活泼的个性,从而使他成为他这个领域内最杰出的一名教师和一名讲解者。他在大规模讲演和密切联系并指导学生方面都是为世人所熟知的。作为一个高度谦虚又颇具魅力的人,他受到同样社会地位的人和同事们的爱戴,也受到学生们和他在日常生活中所遇到的所有其他劳动者的爱戴。
他获得了理论天体物理学家可达到的每项主要的荣誉,他被授予美国的国家科学勋章。然而不幸的是,这是在他去世以后的1997年4月30日。在荣誉状上这样写道:“兹奖励他对恒星演化理论的有创见的贡献和他对星系动力学的创造性见解,正是这个见解奠定了当代天体物理学的坚实基础;奖励他对学生的献身精神。他在本世纪后半期对美国天文学的影响是无与伦比的”。他是一个完全属于全世界的科学家,他在英国以及在美国都受到尊敬。他在1969年授予皇家天文学会的金色奖章,并在1996年当选为皇家学会的外籍会员。
历史似乎不大可能再提供另外一个这样的机遇,那时单个科学家可以对我们关于宇宙的基本组成的观点产生如此大的影响。
[Nature,1997年7月31日]