第八章 银心说与太阳系演化

　　第一节 回顾与展望

　　自20世纪初以来，由于大型光学望远镜的发展，特别是使用射电望远镜和多种空间天文探测手段，天文学的视野已从可见光波段扩展到包括射电、红外、紫外、X射线和伽玛射线在内的全部电磁波段，而且中微子的天文探测也方兴未艾。日益急剧增多的重大发现，已使人们在恒星、星系以至宇宙的起源与演化问题上的许多观念发生了深刻的变化，现代天文学已经成为真正演化的科学。

在人类的文明史上，人们对于宇宙的观念能在一代人的生命期内发生根本转变的时期只有两个。第一个出现在17世纪，由于伽利略首创的光学天文望远镜投入使用，人们的眼界忽然大大开阔，发现了木星有多颗卫星等意外天象，进而证实了哥白尼的日心说，从科学上否定了地球处于宇宙中心的传统观念。第二个则是出现在20世纪的上述天体演化观念的真正确立后。以现代天文学的水平来衡量，地心说与日心说之争，是在宇宙的结构状态不变的假设前提下回答天体的运动是以地球为中心或是以太阳为中心的问题。可见即使是日心说取代了地心说，也得不出各类天体都必然经历生死演化过程的结论。这也说明第二次宇宙观念的飞跃具有更加深刻和丰富的意义。

迄今为止的天体演化研究，在宇宙层次和恒星层次上所取得的成就最大，甚至达到令人吃惊的地步。例如，20世纪初当爱因斯坦应用他的广义相对论已经得出宇宙不可能静止的结论时，他还不敢相信宇宙会真是如此，并人为地在场方程中加上代表斥力的常数项以便得到静态解。不久，在哈勃发现宇宙的基本单元——星系在彼此退行从而证明宇宙的确在膨胀以后，他才遗憾地收回了上述做法。沿着膨胀的反方向往回追溯甚至可以得出宇宙起源于“大爆炸”的推论。更令人惊奇的是，诸如宇宙早期轻元素的合成遗迹、原始火球应留下暗淡余光等推论竟然得到了观测的证实。又如，18世纪康德最先提出的关于太阳系起源的星云说，称得上是一种摆脱机械论和决定论的大胆设想。但星云在哪里？它由什么成分组成？由它所形成的恒星为什么会有那么强大的发光能源？当这种能源枯竭时又会有什么结局？这些都不是他那个时代所能回答的问题，直到20世纪，才在大量观测事实的基础上，由恒星的内部结构和演化理论相继地找到了合理的答案。其中从科学理论与观测实验相结合的途径所发现的恒星核能源，则为人类原子能时代的到来做出了重要贡献。

现代天体演化研究虽然已经取得了许多重大成就，但也不是尽善尽美的，还有不少重要问题——如宇宙的最初起源、类星体能源和暗物质等，均需要进一步研究解决。从目前情况看来，进一步把天体演化研究与基本粒子起源研究结合起来，是解决这些问题的有效途径。因为根据广义相对论，宇宙起源于大爆炸奇点、恒星终结于黑洞奇点，既同量子力学关于时空不确定范围的原理①相矛盾，又同基本粒子的更深结构层次有关。这就需要进行更广泛深入的天文观测（特别是天体激烈活动的多波段观测）和更高能量的粒子物理实验，以便建立协调统一的理论。而这种新理论一旦建立，也会对类星体的巨型黑洞-吸积盘模型有所改进和完善。对于宇宙中占很大比重的暗物质，它们到底是以团块形式存在的星体残骸或是以粒子形式存在的弥漫介质或者兼而有之，则也同物质的更深层次的结构性能有关，都需要把大天体与小粒子结合起来的研究。

此外值得重视的科学发展方向是，把天体演化与生物进化联系起来，进行天地生综合研究，为人类的生存和发展服务。天体演化情况表明，地球既是银河系中一颗微不足道的靠近太阳的行星，也是迄今为止唯一已知的生命诞生繁衍地。作为万物之灵的人，更是宇宙演化上百亿年、生物进化几十亿年后的极珍贵产物。因此，保护地球，使其尽可能长久地适合人类的生存和发展，应作为天体演化研究的最高目标。设想地球上没有人类这样的高级智慧生物，那么有谁还能为各类天体的生死存亡去操心和出力呢？

现在知道人体是既受生物基因控制，又与周围环境保持动态平衡的复杂有机分子体系。该体系的多层结构主要由有正有负的电磁力维系着。虽然人体各个器官组织及其相关细胞的工作自动化程度很高，但其动力储备却很不足。这就要时刻不断地同外界进行物质和能量的交换（如呼吸作用和饮食消化等），以满足生存和活动之所需。显然，这里的外界环境应当具备生命所需的物质和能量，包括含氧的空气、适宜的温度和足够的水等，否则，死亡就会来临。例如，人体一旦缺氧，大脑神经细胞的活动就会很快停止；而在很高或很低的温度下，体内物质的分子结构形式也会立刻瓦解或冻结。