恒星發光機制揭秘：從古希臘到現代天文學的探索歷程
星星為什么會發光？太陽為什么會發光？
而今，在面向小朋友的天文科普書里也可以看到對恒星發光機制的解釋。但在100年前，這個研究領域是片空白。
圖丨wiki
對于“恒星發光”的問題，人類一直充滿好奇和探究。比如，關于“太陽發光的原因”，古希臘哲學家阿那克薩戈拉認為太陽是一塊熾熱的石頭，后來英國天文學家威廉·赫歇爾在1800年發現了太陽的紅外輻射，還提出太陽發光是因為它有熾熱而發光的大氣層。
但類似的理論都存在一個問題，就是無法解釋發光的能量從何而來。1925年，英國天文學家塞西莉·佩恩-加波施金在她的博士論文中指出：恒星的主要成分是氫，其次是氦，這就是恒星發光的燃料。
下一步，物理學家需要弄明白的是：燃料是如何燃燒的。
1929年，有位年輕人決定破解這個秘密。
他叫弗里茨·豪特曼斯（Fritz Houtermans），當時26歲，在柏林工業大學工作。兩年前，他剛剛在哥廷根大學獲得博士學位，導師是發現“原子和電子碰撞規律”的諾獎得主詹姆斯·弗蘭克。
1927年的豪特曼斯丨wikimedia
“怎樣用勢鍋來煮氮核”
在柏林，豪特曼斯遇見了年輕的英國天文學家羅伯特·阿特金森，兩人一起投入對恒星發光機制的探索。
他們經過研究認為，在恒星內部的高溫作用下，恒星的原子核會失去外圍的電子而被摧毀，這是一種熱核反應，熱核反應釋放的能量使恒星能夠燃燒數十億年甚至更久——這與我們今天在書上看到的解釋非常接近。
1929年5月，二人合寫論文《怎樣用勢鍋來煮氮核？》投到了《物理雜志》。不過，文章發表的時候題目被改成了平淡無奇的《恒星中元素合成的可能性問題》。這篇論文奠定了研究恒星發光機制的基礎，為此后漢斯·貝特等人以“碳循環理論”正確解釋恒星內部的熱核反應鋪平了道路，幫助天文學家最終揭開了恒星發光的秘密。
寫完論文的那天晚上，豪特曼斯約上同為哥廷根大學物理學博士的女朋友夏洛特一起散步。
兩人邊走邊聊，夏洛特突然感慨道：“看，繁星照耀，多美麗啊！”
繁星？這不正是豪特曼斯的研究對象嘛！
于是他對女友說：“是啊，現在我是世界上唯一知道星星為什么會發光的人。”
（OS：雖然他和阿特金森一起完成了研究工作，但在當時的情境下，忽略阿特金森是完全可以理解的。）
前排右二是夏洛特，后排中間是豪特曼斯，這個聚會是哥廷根大學的同事們一起慶祝夏洛特獲得博士學位。丨參考資料[3]
夏洛特后來成了豪特曼斯的夫人。1930年，兩人一起參加了在黑海之濱的敖德薩舉行的物理學會議。會議期間，兩人在一次短途旅行中舉行了婚禮。證婚人是同樣參加了這次會議的著名物理學家沃爾夫岡·泡利和魯道夫·佩爾斯。
1932年，豪特曼斯、夏洛特和女兒攝于柏林丨參考資料[3]
刻意拖延原子彈研究
研究恒星發光機制時，豪特曼斯已經意識到：核裂變能夠釋放巨大的力量。
豪特曼斯有四分之一的猶太血統，又是德國共產黨黨員。因此，當德國納粹于1933年上臺后，他面臨著直接的危險。當年夏天，他和家人移居英國。出于對社會主義的向往，1934年底，他又攜家帶口前往蘇聯。
在蘇聯期間，他和同事一起對核裂變進行了更深入的研究。但在蘇聯的“肅反運動”中，他因為被懷疑是德國間諜而被關進監獄。1940年，豪特曼斯回到德國，在納粹威脅下，他不得不進行有關原子彈的研究。
蘇聯秘密警察（NKVD）檔案中的豪特曼斯照片，攝于1937年丨Wikimedia
在這個研究崗位上，豪特曼斯結合此前對核裂變的研究，很快獨立得出了制造原子彈所需的全部基本概念。1941年8月，他在一篇題為《關于鏈式反應的研究》的報告中，討論了快中子鏈式反應、中子減速、鈾235和臨界質量的大小，還指出94號元素（钚）可以用來制造原子彈。
但是，豪特曼斯深知這種武器一旦投入使用會造成多么嚴重的后果。因此，他在表面上配合納粹，實則盡量拖延，比如他把那份重要的報告偷偷鎖在了保險箱里，只有極少人才知道這份報告的存在。他的刻意隱瞞使納粹當局在很長時間里對他的研究進展一無所知，也就沒有找到研制原子彈的正確道路。
直到1944年，豪特曼斯見納粹德國敗局已定，已不可能制造出原子彈，才部分公開了自己的研究。根據后來解密的資料，如果不是豪特曼斯從中阻撓，德國有可能首先造出原子彈。一旦納粹獲得這種可怕的殺人武器，后果將不堪設想。
物理學界的段子手
美籍德裔物理學家、提出地球發電機理論的瓦爾特·埃爾薩瑟曾在自己的回憶錄里這樣評價豪特曼斯：“豪特曼斯是我見過的人當中最幽默的人，他儲存著幾乎取之不竭的故事和笑話。”
用現在的話說……豪特曼斯大概相當于物理學界的段子手吧。
反猶主義甚囂塵上的時代，別人嘲諷他的猶太血統，豪特曼斯這樣反擊：
“當你們的祖先還生活在森林里的時候，我的祖先已經在制造假支票了！”
豪特曼斯 | University of Bern
德國物理學家哈羅·馮·巴特拉曾把豪特曼斯講過的幽默故事收集起來，編成一本叫《物理學家豪特曼斯博士軼事》的小冊子，并于1982年出版。
其中一則是這樣的：
在20世紀的杰出科學家中，有7位來自匈牙利，分別是：力學家馮·卡門、1943年諾貝爾化學獎得主喬治·赫維希、物理化學家邁克爾·波蘭尼、物理學家西拉德、1963年諾貝爾物理學獎得主維格納、“計算機之父”馮·諾依曼以及“氫彈之父”愛德華·泰勒。
一個當時并不發達的小國匈牙利，誕生了這么多杰出科學家——豪特曼斯版本的解釋是：
他們其實都是火星人！他們之所以要冒充匈牙利人，是因為擔心自己的火星口音被識破，而匈牙利人除了說匈牙利語時沒有口音外，說任何其他語言時都帶著口音。這樣，他們偽裝成匈牙利人潛伏在地球就會非常安全。
被關在蘇聯監獄時，豪特曼斯曾遭到秘密警察的刑訊逼供，要求他承認自己是德國派來的間諜。豪特曼斯就編了個故事，說自己間諜活動的主要內容是發明了一臺可以測定蘇聯飛機飛行速度的儀器，還胡亂畫了一張儀器圖。為了讓這個故事聽起來更加真實，他還交待了德國駐蘇聯大使館和他接頭的兩個軍官的名字（其實這兩個名字來自與拿破侖作戰的兩位德國將軍）。
豪特曼斯這種毫無忌憚的娛樂精神有時也會將自己置于險境。
他嗜煙如命，在德國研究核反應時，曾欺騙納粹頭目說，從一種馬其頓煙葉里可以提煉出生產原子彈所需的重水……結果真的弄到了煙葉。不過當他打算再次這么做時，蓋世太保發現了其中的蹊蹺。為此，豪特曼斯險些丟掉了性命。
大約60歲時的豪特曼斯，此時他在瑞士伯爾尼大學工作丨參考資料[3]
二戰結束后，豪特曼斯返回哥廷根大學。1952年，他前往瑞士伯爾尼大學工作。1966年，他在伯爾尼去世，享年63歲。
在物理學界的浩瀚星空中，他并非很醒目的一顆，可是，至少在某個面對愛人的夜晚，他是世界上第一個知道星星為什么會發光的人。
參考文獻
[1]楊建鄴,劉明.豪特曼斯和他傳奇的一生[J].自然辯證法通訊,1995(02):71-79.
[2]
[3]Iosif B. Khriplovich. "The Eventful Life of Fritz Houtermans", Physics Today, Volume 45, Issue 7, 29 – 37 (1992)
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