仅用纸和笔就解开了行星起源之谜的天才数学家

发布时间：2023-09-20 10:31:18 所属栏目：外闻来源：未知

导读： 　　想想看吧，早在四十八亿年前的时候，我们体内包含的元素还只是些闲着没事的分子和小颗粒而已，漂浮在整个宇宙之中毫无目的。那时候，还没有我们熟悉的太阳系，没有金木水火土这些行星，

　　想想看吧，早在四十八亿年前的时候，我们体内包含的元素还只是些闲着没事的分子和小颗粒而已，漂浮在整个宇宙之中毫无目的。那时候，还没有我们熟悉的太阳系，没有金木水火土这些行星，也没有我们赖以生存的地球。事实上，在很长一段时间里，科学家们都对我们这个坚实而美丽的行星感到困惑不解，不知道它是如何从一片混沌中诞生出来，并且如此适合生命存在的。我们现在居住的岩石般的行星是如何从一团空灵的气体和尘埃云中像魔术一样变出来的？地球是如何变得如此欢迎生命的？我们的分子在生命能够进化之前，又经历了什么样的磨难？

　　科学家们发现，我们的原子只有在经历了撕裂性的碰撞、熔毁和轰炸之后，才能最终创造出生命——这些灾难比人类所见过的任何毁灭都要惊人。但是用这个理论来解释我们的行星是如何形成的似乎很困难，以至于到了20世纪50年代，大多数天文学家都放弃了。他们觉得自己提出来的立论似乎没有任何结果。

　　两个世纪前，德国哲学家伊曼纽尔·康德和法国学者皮埃尔-西蒙·拉普拉斯开始了一个有希望的理论，他们正确地推测出重力将一团巨大的旋转着的气体和尘埃云拉得如此紧密，以至于高温和高压将它点燃成一颗恒星——我们的太阳。但是行星是如何形成的呢？他们假设太阳周围还有一片漂浮着尘埃和气体的盘状物，而这些盘状物又分裂成更小的云团，形成了行星。然而，没有人能令人信服地解释盘状物是如何分裂的，或者行星是如何从这些较小的云团中形成的。

　　1917年，英国人詹姆斯·吉恩斯采取了一种富有创造性的新方法，正如我们所看到的，塞西莉亚·佩恩的同时代人也赞同了这种方法。吉恩斯推测，一颗经过的恒星的引力是如此强大，以至于它从太阳表面扯下了巨大的气体块——而这些就成了行星。其他人认为我们的行星是恒星碰撞后留下来的碎片。但是九颗遥远的行星是如何从这样一次碰撞中形成的，谁也不知道。这就像你把湿衣服放进烘干机里，然后打开它发现你的衣服不仅干了，而且还整齐地叠好了一样。只有少数天文学家继续认真对待这个问题。这只是一件“无辜娱乐”的事情，或者“荒谬的推测”，天文学家乔治·韦瑟里尔观察到。我们是否能够看到那么遥远的过去并不清楚。

　　然而，在苏联，在冷战高峰期的20世纪50年代末，一位年轻的物理学家决定用数学来直接解决这个问题。他的名字叫维克托·萨夫罗诺夫。萨夫罗诺夫身材瘦小，但谦虚、谦逊，而且非常聪明。数学家、地球物理学家和极地探险家奥托·施密特看到了他的才华，将他招募到苏联科学院。

　　施密特本人，就像康德和拉普拉斯之前一样，确信我们的行星是由绕着太阳旋转的气体和尘埃盘形成的。他想要一个有技术能力的人来帮助他解开这个谜，而温和的萨夫罗诺夫就是一位杰出的数学家。

　　在科学院的一个办公室里，萨夫罗诺夫从头开始。他承担了一个艰巨的任务，试图用数学来解释万亿万亿的气体和尘埃粒子是如何构建一个太阳系的。他尝试用数学来做到这一点——主要是统计学和流体动力学方程，使用它们描述了气体和液体的流动。而最最让人惊叹的是，这些所有的工作，需要经过无比复杂的数学计算，萨夫罗诺夫居然全程都没有用计算机，虽然那时候的电子计算机还很落后，但是也能大大降低人工的劳动强度。而萨夫罗诺夫，一个人就靠纸和笔完成了全部的演算。

　　于是乎萨夫罗诺夫先生开始假设，我们的太阳系远古时代是在外太平洋的原始的不规则的巨大的火山喷发的尘埃和气体云，在上一章中我们把它留在空间中，被无情的重力转化为一颗恒星时首先形成的。几乎所有的（我们现在知道是99%）都成了我们的太阳。但是滞留的残余物离太阳太远，无法被拖入太阳，但又不够远，无法完全摆脱它的控制。相反，重力和旋转的向心力将这团云压缩成一片绕着太阳旋转的尘埃和气体盘。萨夫罗诺夫，以他快速进行数学估算的天赋而让同事们惊叹，开始计算当盘内的微小粒子撞击彼此，然后撞击它们的邻居时会发生什么。用铅笔、纸和计算尺，也许在图书馆的安静中，苏联科学家们经常从大型公共办公室的喧嚣中退缩，他顽强地试图估计万亿万亿次碰撞的影响。这是一项令人难以置信的艰巨任务，无论有没有电脑。相比之下，人们会认为从云中形成的水滴开始计算飓风的路径会是小菜一碟。

　　萨夫罗诺夫意识到，绕着太阳旋转的宇宙尘埃和气体群会以大致相同的速度和方向行进。有时候，当粒子撞到它们的邻居时，它们会像雪花一样粘在一起。更多的碰撞产生了越来越大的团块，直到它们像巨石、海轮、山脉一样大，最终成为迷你行星。

　　在他的敏锐的洞察力上建立起来的理论，使萨夫罗诺夫独自解释我们行星的起源而需要解决的大部分主要问题。而且在今后的很多年里，他几乎独占了他创造出来的行星形成领域的成果。但是他大多数同事对此持怀疑和不感兴趣的态度，因为他的研究看起来如此推测性，如此远离任何证据。

　　在1969年，萨夫罗诺夫出版了一本薄薄的平装书《原行星云的演化和地球及行星的形成》，回顾了他十年孤独工作的成果。在一次偶然的聚会中，他向一位来访的美国研究生赠送了一本书，后者回国后将它转交给了NASA，并建议他们出版。

　　三年后，一本英文版的书震惊了整个西方天体物理学界和数学界，它彻底改变人们对地球和所有行星是如何形成的理解。

　　这是一个不为人知的天才如何用数学揭开了我们行星起源最大的秘密之一的故事。这是也是一个关于一个勇敢而坚持不懈的科学家如何在冷战时期跨越政治和文化障碍，与西方同行分享他的发现和见解的故事。这更是是一个关于一个谦逊而低调的人如何改变了我们对自己所居住的世界和宇宙的认识和想象的故事。它展示了一个伟大的科学家的思想，他在这个领域的贡献是无与伦比的。

（编辑：上海站长网）

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