英文名稱 中文名稱 詞義解釋
baryon catastrophe重子災(zāi)難星系團(tuán)熱氣體數(shù)量研究中遇到的難題。這些研究表明，宇宙中的重子對(duì)暗物質(zhì)的比例太大，使得所有類型物質(zhì)加起來(lái)的數(shù)量，不可能正好符合暴漲理論最簡(jiǎn)單版本的預(yù)言和使時(shí)空平坦（見(jiàn)宇宙模型）。 宇宙的大部分物質(zhì)存在于某種不可見(jiàn)的形態(tài)中，這已得到可靠證明。但是，當(dāng)理論家愉快地以加進(jìn)了冷暗物質(zhì)、熱暗物質(zhì)、WIMP和混合暗物質(zhì)等稀罕之物的各種數(shù)學(xué)模型自?shī)蕰r(shí)，觀測(cè)家卻在慢慢揭示一個(gè)可厭的真理。盡管宇宙中確實(shí)有一些暗物質(zhì)，卻可能不如某些受到偏愛(ài)的模型暗示的那么多。 標(biāo)準(zhǔn)熱大爆炸模型（摻進(jìn)了暴漲理論要求宇宙存在的最初瞬間有一個(gè)極快膨脹階段的概念）認(rèn)為，宇宙中的物質(zhì)應(yīng)該很接近于既能使時(shí)空平坦、又正好防止它永遠(yuǎn)膨脹所需要的“臨界”數(shù)量。但是，早期宇宙中輕元素如何形成的理論（見(jiàn)核合成）限制普通重子物質(zhì)（質(zhì)子、中子及類似粒子）的密度只有這一數(shù)值的大約1／20，其余的宇宙絕大部分則（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖景）由某種奇異粒子如軸子組成。這些粒子的存在雖然由標(biāo)準(zhǔn)粒子物理學(xué)理論所預(yù)言，但從未被直接觀測(cè)到。在人們喜愛(ài)的冷暗物質(zhì)（CDM）宇宙模型中，暗粒子對(duì)亮物質(zhì)的引力影響導(dǎo)致了各種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，先是小尺度的，隨著宇宙的演化，尺度越來(lái)越大。 暗物質(zhì)的證據(jù)來(lái)自各種不同尺度上的觀測(cè)。在我們銀河系內(nèi)，不可見(jiàn)物質(zhì)至少同可見(jiàn)物質(zhì)一樣多。但對(duì)麥哲倫云中恒星的引力透鏡效應(yīng)觀測(cè)表明，暗物質(zhì)的這一特定成分可能是重子物質(zhì)，既可以是大行星，也可以是叫做褐矮星的黯淡小質(zhì)量恒星。根據(jù)恒星和氣體云繞旋渦星系外圍運(yùn)動(dòng)的速率，也得到了存在更廣延暗物質(zhì)暈的證據(jù)，但這些仍然可能是重子物質(zhì)。當(dāng)我們著眼于單個(gè)的星系時(shí)，確實(shí)完全沒(méi)有必要乞靈于CDM。 然而，沒(méi)有理由認(rèn)為星系的內(nèi)含物能夠代表整個(gè)宇宙。當(dāng)一個(gè)原星系開(kāi)始坍縮時(shí)，它應(yīng)該已經(jīng)含有了一般的重子物質(zhì)混合物（熱電離氣體形態(tài)）再加上暗物質(zhì)。暗物質(zhì)是“冷”的，就是說(shuō)它的個(gè)別粒子的運(yùn)動(dòng)與光速相比是慢的，但與重子物質(zhì)一樣具有足夠能量產(chǎn)生壓力，將它們擴(kuò)散到一個(gè)大空間中。重子因輻射電磁波而損失能量，所以它們很快冷卻；氣體云的重子成分失去熱的支持，便下沉到原星系暈的中央，形成了我們今天看到的星系。這就使得不能冷卻的暗物質(zhì)（因?yàn)椴惠椛潆姶挪ǎU(kuò)散到一個(gè)大得多的范圍。 因此，要找到更具代表性的混合物質(zhì)，我們必須考察更大的、更晚形成且冷卻作用較小的結(jié)構(gòu)。這就是星系團(tuán)。 一個(gè)典型的富星系團(tuán)可能包含1 000個(gè)星系，支持它們對(duì)抗引力的是它們的無(wú)規(guī)速率。利用星系運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng)，測(cè)出無(wú)規(guī)速率可超過(guò)1 000公里每秒。多普勒效應(yīng)使得星系波譜中的特征不是向藍(lán)端就是向紅端位移（這與宇宙膨脹產(chǎn)生的紅移無(wú)關(guān)，后者必須從這些測(cè)量中扣除）。令星系的動(dòng)能等于它們的引力勢(shì)能，就可以估計(jì)出星系團(tuán)的總質(zhì)量。這樣的計(jì)算最早是弗里茨·茲威基在1930年代完成的，他得出了當(dāng)時(shí)令人驚奇的結(jié)論：星系只占總質(zhì)量的很小部分。這個(gè)結(jié)論太不可思議了，致使許多天文學(xué)家將茲威基的發(fā)現(xiàn)忽略了幾十年之久。 在當(dāng)時(shí)既沒(méi)有粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)背景，又缺少今天已知的宇宙模型的情況下，天文學(xué)家如果熱心于試圖通過(guò)觀測(cè)將這種失蹤物質(zhì)證認(rèn)為熱氣體的話，應(yīng)該說(shuō)是情理之中。然而卻沒(méi)有人這么做，這也許是因?yàn)闅怏w的物理?xiàng)l件使它不能用任何當(dāng)時(shí)的手段探測(cè)到。氣體粒子的運(yùn)動(dòng)速率與星系的相近，這相當(dāng)于氣體溫度約1億度——足以從原子核剝?nèi)コ`最牢固的以外的全部電子，留下帶正電荷的離子。這種電離氣體的輻射主要在可被地球大氣吸收掉的X射線波段。直到1970年代發(fā)射了X射線衛(wèi)星天文臺(tái)，才發(fā)現(xiàn)星系團(tuán)是非常明亮的X射線源，人們終于認(rèn)識(shí)到，熱氣體，或星系團(tuán)內(nèi)物質(zhì)（ICM），是不能忽略的（見(jiàn)X射線天文學(xué)）。 現(xiàn)在已經(jīng)知道，ICM是星系團(tuán)的一個(gè)很重要的成分。它不單是含有比星系更多的物質(zhì)，它的溫度和空間分布還可用來(lái)查找引力勢(shì)，因而能夠以比單用星系高得多的精度算出星系團(tuán)的總質(zhì)量。要得到氣體的總質(zhì)量，需要考察輻射速率。這一輻射是相反電荷粒子（離子和電子）之間的碰撞產(chǎn)生的，因而依賴于氣體密度的平方。我們觀測(cè)的是投影發(fā)射，就是假設(shè)星系團(tuán)是球?qū)ΨQ的并被壓扁在天空平面上，這樣比較容易進(jìn)行換算以求出密度如何隨著離星系團(tuán)中心的距離而變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣體延伸范圍比星系寬廣得多，在有些情況下可追蹤到離星系團(tuán)中心幾百萬(wàn)光年之處。星系不過(guò)是在星系團(tuán)核心部位占支配地位，而在作為整體的星系團(tuán)內(nèi)，氣體的數(shù)量至少是星系形態(tài)物質(zhì)的3倍，而且可能還要多得多（不可靠的已經(jīng)不是氣體的質(zhì)量，而是星系的質(zhì)量了）。但是，甚至氣體和星系加在一起的質(zhì)量也比星系團(tuán)的總質(zhì)量少，說(shuō)明還應(yīng)該存在大量暗物質(zhì)。 支撐熱氣體對(duì)抗星系團(tuán)內(nèi)引力坍縮的是氣體的壓力梯度。要從觀測(cè)中惟一地推導(dǎo)它，我們需要知道溫度如何隨著到星系團(tuán)中心的距離而變?？上в矛F(xiàn)有的X射線望遠(yuǎn)鏡還做不到這點(diǎn)（雖然日本的ASCA——宇宙學(xué)和天體物理學(xué)高能衛(wèi)星——帶來(lái)了這種可能性），因而必須規(guī)定一些簡(jiǎn)化假設(shè)。通常認(rèn)為，氣體是等溫的——在整個(gè)星系團(tuán)范圍內(nèi)溫度處處相同。這與觀測(cè)結(jié)果、與證明星系團(tuán)內(nèi)星系無(wú)規(guī)速率和氣體溫度都很少變化的數(shù)字模擬結(jié)果均相符。氣體溫度當(dāng)然可能在星系團(tuán)外圍部分下降——不過(guò)這種情況傾向于減小總質(zhì)量的估計(jì)值。 劍橋天文研究所的大衛(wèi)·懷特（David White）和安迪·法比安（Andy Fabian）在1995年發(fā)表的一項(xiàng)研究中，檢驗(yàn)了愛(ài)因斯坦衛(wèi)星得到的19個(gè)亮星系團(tuán)的數(shù)據(jù)。他們將氣體質(zhì)量與星系團(tuán)總質(zhì)量進(jìn)行比較，得出氣體占10％～20％，平均值約15％。如果加上星系的質(zhì)量，這些數(shù)值還要增加（總質(zhì)量的）1％～5％。所以，星系團(tuán)的總重子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平坦宇宙標(biāo)準(zhǔn)CDM模型預(yù)言的5％。仍然需要某種暗物質(zhì)（這會(huì)使粒子物理學(xué)家高興），但現(xiàn)在只要重子物質(zhì)的5倍，而不是20倍了。由于大爆炸模型仍然認(rèn)為只有臨界密度的5％可以采取重子形態(tài)，這就意味著，如果星系團(tuán)中的物質(zhì)分布對(duì)整個(gè)宇宙具有代表性的話，那么即使將暗物質(zhì)包括進(jìn)去，總共也只能有臨界密度的30％左右。要想保持密度參數(shù)的高數(shù)值，就必須允許宇宙總質(zhì)量中有比5％多得多的物質(zhì)存在于重子之中，可是這又被原始核合成規(guī)則所禁止。 怎樣解決這個(gè)問(wèn)題呢?模型本身就有很多不確定性（比如，氣體可能結(jié)成團(tuán)塊或者不是等溫的），但這未必能使結(jié)論改變很多。然而有一個(gè)比較大的不確定性，就是星系團(tuán)的距離，而星系團(tuán)的距離又決定于自大爆炸以來(lái)宇宙膨脹到目前大小的速率，也就是所謂的哈勃常數(shù)。到現(xiàn)在為止，我們一直假定哈勃常數(shù)是50公里每秒每百萬(wàn)秒差距，這接近可接受范圍的低端，對(duì)應(yīng)一個(gè)大而年老的宇宙。這表示，一個(gè)位于1百萬(wàn)秒差距外（離我們100萬(wàn)秒差距或326萬(wàn)光年）的星系，由于宇宙膨脹，正以50公里每秒的速率離開(kāi)我們，等等。 在宇宙模型中，當(dāng)哈勃常數(shù)變小時(shí)，計(jì)算的重子份額將增加，但來(lái)自原始核合成的重子份額的預(yù)言值甚至增加得更快，從而使兩者之間的差異縮小。讓哈勃常數(shù)取足夠小的值，就能使兩者達(dá)到一致，然而遠(yuǎn)在達(dá)到一致之前，重子份額早就等于1了。既然不可能有大于100％的宇宙質(zhì)量取重子形態(tài)，這種一致就可以反過(guò)來(lái)給哈勃常數(shù)規(guī)定一個(gè)絕對(duì)下限，這個(gè)下限值約等于14，單位如常。很少天文學(xué)家會(huì)贊賞如此極端的數(shù)值。不過(guò)值得指出，有一個(gè)估計(jì)哈勃常數(shù)的新方法（根據(jù)蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)），就是測(cè)量星系團(tuán)熱氣體對(duì)通過(guò)它的背景輻射的影響，來(lái)決定宇宙膨脹有多快。這個(gè)方法剛剛起步，但首批結(jié)果業(yè)已得出小的哈勃常數(shù)值，甚至可能小于50。 因此，標(biāo)準(zhǔn)模型的某個(gè)主要基礎(chǔ)看來(lái)必須放棄。這些基礎(chǔ)中，最不重要的是暗物質(zhì)必須是“冷”的。由產(chǎn)生于大爆炸并以接近光速運(yùn)動(dòng)的粒子（如中微子）構(gòu)成的熱暗物質(zhì)，因其粒子高速無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)而不能有效聚集成團(tuán)。乍看起來(lái)，你也許會(huì)猜測(cè)有大量熱暗物質(zhì)充滿星系團(tuán)之間的空間，致使星系團(tuán)也不能代表宇宙物質(zhì)的分布。但是，熱暗物質(zhì)不能超過(guò)暗物質(zhì)總量的1／3，因?yàn)闊岚滴镔|(zhì)和普通重子物質(zhì)之間的相互作用，將減緩星系和星系團(tuán)這類結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使它們的形成推遲；而這卻又與觀測(cè)到的遙遠(yuǎn)年老射電星系和類星體的數(shù)量相矛盾。 我們肯定無(wú)法讓已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的重子物質(zhì)退出舞臺(tái)，而且它們的數(shù)量可能比我們估計(jì)的還要多。如果對(duì)星系團(tuán)周圍更大范圍進(jìn)行同樣的分析，大概會(huì)得出更大質(zhì)量份額是在氣體中，因?yàn)樾窍当旧韴F(tuán)聚在星系團(tuán)的中心。在有些情況下，熱氣體形態(tài)的物質(zhì)多達(dá)星系團(tuán)質(zhì)量的一半。一般說(shuō)來(lái)，氣體的加熱傾向于將它從星系團(tuán)趕走，這進(jìn)一步加劇了重子矛盾——如果星系團(tuán)之外還有冷重子物質(zhì)，那么普通物質(zhì)甚至比觀測(cè)到的更多。有人認(rèn)為，星系團(tuán)可以含有多余的重子，因?yàn)樗鼈兲幵谟钪嬷械拇笠?guī)模爆發(fā)產(chǎn)生的巨大空穴邊緣，由掃蕩到那里的氣體團(tuán)形成的。但遺憾的是，這樣的模型看來(lái)已經(jīng)被排除了，因?yàn)樗鼈儗⒃谟钪嫖⒉ū尘拜椛渲幸疬^(guò)度的畸變。 還有人拋出了非標(biāo)準(zhǔn)核合成觀念：比方讓重子豐度隨地點(diǎn)而變。這可以在一定程度上放寬重子份額的上限，但這些模型的人為性太明顯，而且無(wú)論怎樣努力也不如標(biāo)準(zhǔn)模型成功。 剩下的是最簡(jiǎn)單的解釋，也是大多數(shù)宇宙學(xué)家最不愿意接受的解釋，那就是宇宙的質(zhì)量密度大大小于臨界密度。如果“你看到的就是你擁有的”，那么宇宙含有的物質(zhì)總密度約為臨界密度的30％，其中多達(dá)25％是重子物質(zhì)。其余75％的宇宙物質(zhì)應(yīng)該主要是冷暗物質(zhì)，也許還有少量熱暗物質(zhì)。而哈勃常數(shù)，也可能如某些新近觀測(cè)所表明的那樣，比50高出很多。 如果宇宙學(xué)家想維護(hù)宇宙暴漲理論預(yù)言的空間上為平坦宇宙的思想，他們可能不得不重新引進(jìn)宇宙學(xué)常數(shù)的概念。 不管這個(gè)問(wèn)題的最終解決為何，它無(wú)疑將導(dǎo)致宇宙學(xué)思想的根本改造。這種情況確實(shí)正在發(fā)生，因?yàn)橛行┯钪鎸W(xué)家已經(jīng)開(kāi)始尋找重新塑造他們鐘愛(ài)的暴漲概念的途徑，希望得到一個(gè)使密度參數(shù)在整個(gè)可觀測(cè)空間可取0到1之間任意數(shù)值的宇宙（見(jiàn)本書(shū)導(dǎo)言：我們來(lái)自何方?）。
baryon fraction重子份額以重子形態(tài)存在的宇宙質(zhì)量所占的比例。如果宇宙是真正封閉的，因而時(shí)空是平坦的（見(jiàn)宇宙模型），則重子份額大約是1％（最多5％），而宇宙的絕大部分存在于暗物質(zhì)中（請(qǐng)參看重子災(zāi)難）。
Bell Burnell，（Susan）Jocelyn喬絲琳·貝爾貝爾-伯內(nèi)耳，（蘇珊）喬絲琳（1943-），1967年還是一位學(xué)生時(shí)發(fā)現(xiàn)脈沖星的觀測(cè)天文學(xué)家。 喬絲琳·貝爾1943年7月15日出生在北愛(ài)爾蘭的貝爾法斯特。她的父親是她兒時(shí)家居附近的亞爾馬天文臺(tái)的建筑設(shè)計(jì)師，從小就培育了她對(duì)天文學(xué)的興趣。在約克郡上完中學(xué)后，貝爾就讀于格拉斯哥大學(xué)，1965年畢業(yè)。然后到劍橋在安東尼·休伊什（Anthony Hewish）指導(dǎo)下開(kāi)始攻讀博士，期間參與建造一臺(tái)觀測(cè)射電源亮度快速變化的特殊類型射電望遠(yuǎn)鏡。這種與星光閃爍類似的快速變化叫做射電閃爍，是類星體這類遙遠(yuǎn)射電源的射電波通過(guò)太空帶電物質(zhì)云（等離子體）時(shí)產(chǎn)生的。等離子體是由太陽(yáng)拋出，所以閃爍在白天更為明顯。 這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡不像傳統(tǒng)的射電望遠(yuǎn)鏡，倒像一片果園。在面積達(dá)4.5英畝的場(chǎng)地上擺放著2 048個(gè)偶極子天線。每個(gè)天線（一種桿狀天線）安裝在一個(gè)直立柱上，離地面2米，很像四方索具船上的交叉帆桁端。貝爾的任務(wù)之一是將天線正確連接，這樣就能合并它們的信號(hào)，借助地球自轉(zhuǎn)掃描天空的一個(gè)帶?！ ?967年夏天，貝爾將這一系統(tǒng)投入運(yùn)行，開(kāi)始用它搜尋尚未發(fā)現(xiàn)的類星體。當(dāng)年8月6日，她發(fā)現(xiàn)一種無(wú)法用閃爍解釋的奇怪信號(hào)，多次重復(fù)的觀測(cè)表明這種信號(hào)總是在晚間的同一時(shí)刻來(lái)自天空的同一部位（因而射電波不是通過(guò)與太陽(yáng)有關(guān)的等離子體云）。它也不能解釋為人類活動(dòng)的干擾。 到11月，情況已經(jīng)明朗，她發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以正好1.3秒的準(zhǔn)確周期變化的天文射電源，連續(xù)的觀測(cè)將這一周期改進(jìn)到1.33730113秒。這一非凡的精度促使休伊什及其小組認(rèn)真考慮它也許是外星人安放的某種星際射電燈塔的可能性，劍橋的這些射電天文學(xué)家相互之間提到這個(gè)源時(shí)已經(jīng)用“LGM1”（LGM是“小綠人”的英文首字母）來(lái)稱呼它了。 就在1967年圣誕節(jié)前，貝爾發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)類似的源，其周期是1.27379秒，隨后很快又發(fā)現(xiàn)兩個(gè)，周期為1.188秒和0.253071秒。隨著類似天體數(shù)量的增加，人們也日益清楚認(rèn)識(shí)到它們是自然現(xiàn)象，并將它們稱為脈動(dòng)射電源，后來(lái)很快又簡(jiǎn)化成脈沖星。1968年2月《自然》雜志的一篇論文宣布了這類新型天體的發(fā)現(xiàn)?！ ?968年因這項(xiàng)工作獲得博士學(xué)位后，貝爾先后在南安普敦大學(xué)從事γ射線天文學(xué)研究，在馬拉德空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室從事X射線天文學(xué)研究，在愛(ài)丁堡皇家天文臺(tái)從事紅外、光學(xué)及毫米波天文學(xué)研究，1991年以來(lái)任奧本大學(xué)物理學(xué)教授?！ ?974年，休伊什因在脈沖星發(fā)現(xiàn)中做出部分貢獻(xiàn)被授予諾貝爾獎(jiǎng)。諾貝爾委員會(huì)曾經(jīng)做過(guò)很多奇怪的決定，把貝爾排除在受獎(jiǎng)人之外（大概是因?yàn)樗龀鲞@項(xiàng)發(fā)現(xiàn)時(shí)“不過(guò)”是一位學(xué)生吧）是最令人震驚的決定之一?？赡懿糠钟捎?974年事件造成了驚愕，后來(lái)給脈沖雙星的發(fā)現(xiàn)頒發(fā)的諾貝爾獎(jiǎng)，由實(shí)際做出發(fā)現(xiàn)的學(xué)生和他的導(dǎo)師所分享。
bending of light光線彎曲見(jiàn)光線偏折。
Beta Centauri半人馬座β南天半人馬星座中第二顆最亮的恒星。半人馬座β是一顆很亮的巨星，離我們130秒差距，比半人馬座α遠(yuǎn)100倍。
beta decayβ衰變獨(dú)立的或原子核內(nèi)的一個(gè)中子發(fā)射一個(gè)電子（又叫做β粒子）和一個(gè)反中微子而轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程如果發(fā)生在原子核內(nèi)，核的電荷增加一個(gè)單位，變成另一種元素的核。
Beta Lyrae variables天琴座β型變星食雙星的一類，其中一個(gè)子星已膨脹到充滿了洛希瓣，并將物質(zhì)泄漏給伴星。泄漏的物質(zhì)形成一個(gè)圍繞伴星的吸積盤。由于雙星中只有一個(gè)子星充滿洛希瓣，所以有時(shí)稱這樣的系統(tǒng)處于“半接”狀態(tài)；某些類似的半接雙星中可能藏有黑洞。
Betelgeuse參宿四獵戶座肩膀上（從北半球看，在獵戶座的左上方）的一顆明亮紅色恒星。參宿四又叫做獵戶座α，是一顆距離200秒差距的紅超巨星，它的直徑是太陽(yáng)直徑的800倍，是直接用干涉測(cè)量法得到的。
Bethe，Hans Albrecht貝特貝特，漢斯·亞布勒希特（1906-），生于德國(guó)的美國(guó)物理學(xué)家和天文學(xué)家，以解決恒星從核聚變反應(yīng)獲得能量的機(jī)理問(wèn)題而最為著名。 貝特1906年7月2日生于德國(guó)斯特拉斯堡（今法國(guó)斯特拉斯堡），其父為生理學(xué)教授。貝特本人求學(xué)于法蘭克福大學(xué)和慕尼黑大學(xué)，1928年獲博士學(xué)位。其后五年他在法蘭克福、慕尼黑和圖賓根大學(xué)工作。但納粹黨在德國(guó)興起后，他被迫放棄了他的職務(wù)（他的母親是猶太人）。他先去了英國(guó)，然后于1935年移居美國(guó)。從1935年直至1975年退休，他是康奈爾大學(xué)的物理學(xué)教授（1937年前是助教）。 貝特對(duì)物理學(xué)——包括核物理學(xué)和固體物理學(xué)——做出了很多重要貢獻(xiàn)。他從事過(guò)軍用雷達(dá)的研制，參加了新墨西哥州洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室的曼哈頓計(jì)劃（研制原子彈），后來(lái)他還被任命為與蘇聯(lián)談判限制核武器的美國(guó)代表團(tuán)成員。但使他最出名的則是天體物理學(xué)方面的兩大貢獻(xiàn)——其中一個(gè)確實(shí)是他做出的，另一個(gè)卻不是。 1938年前，天體物理學(xué)家已經(jīng)知道恒星的能量必定來(lái)源于核過(guò)程，但不知道是哪些核過(guò)程。伽莫夫在問(wèn)題剛剛獲得解決后寫的題為《太陽(yáng)的誕生和死亡》[13]一書(shū)中，描繪了1938年4月在哥倫比亞特區(qū)華盛頓舉行的一次討論這個(gè)問(wèn)題的會(huì)議中，貝特是多么富于急智。根據(jù)傳說(shuō)（和伽莫夫的描繪），貝特坐上火車剛剛動(dòng)身返回康奈爾，他決定在服務(wù)員叫乘客就餐之前解決這個(gè)問(wèn)題——他這樣做了，節(jié)省了那么點(diǎn)兒時(shí)間。 貝特在那次火車旅行中找到的核能產(chǎn)生過(guò)程，現(xiàn)在叫做碳循環(huán)或者碳氮氧（CNO）循環(huán)。它也大致同時(shí)由柏林的卡爾·馮·魏扎克（Carl von Weizs□cker，1912-）獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，但魏扎克缺少一位伽莫夫那樣熱情奔放的人宣傳他的貢獻(xiàn)。 回到康奈爾后，貝特與他的同事查爾斯·克里奇菲爾德（Charles Critchfield）合作，又發(fā)現(xiàn)恒星可以獲得能量的另一條途徑，就是叫做質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)或p-p鏈的過(guò)程。現(xiàn)在公認(rèn)，質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)是生產(chǎn)了中心溫度約開(kāi)氏1 500萬(wàn)度的類似太陽(yáng)的恒星以及更冷恒星內(nèi)部大部分能量的機(jī)理；而CNO循環(huán)則在中心溫度高于2 000萬(wàn)度的較大質(zhì)量恒星內(nèi)部起重要作用。 幾年后，1940年代中期，伽莫夫在他和阿爾菲撰寫的論文上添加了貝特的名字，使貝特?zé)o意間成了這一著名惡作劇的同謀。這篇文章論述了大爆炸中的原始?xì)洳糠洲D(zhuǎn)變?yōu)楹さ倪^(guò)程，加上貝特的名字不過(guò)是讓三名作者聽(tīng)起來(lái)像希臘字母表的頭三個(gè)字母而已（見(jiàn)αβγ理論）；貝特根本沒(méi)有參加這項(xiàng)研究，但甚至今天的一些參考書(shū)仍然讓他分享榮譽(yù)。 貝特也研究過(guò)超新星的理論模型。1967年因恒星內(nèi)部產(chǎn)能機(jī)理的研究成果獲得諾貝爾獎(jiǎng)。雖然他在1975年正式退休，但繼續(xù)積極從事研究，而且在1986年出現(xiàn)在媒體大字標(biāo)題中。當(dāng)時(shí)他注意到兩位蘇聯(lián)科學(xué)家米凱耶夫（S.P. Mikheyev）和斯米爾諾夫（A.Yu. Smirnov）根據(jù)美國(guó)物理學(xué)家林肯·沃爾芬斯坦（Lincoln Wolfenstein）的建議找到解決太陽(yáng)中微子問(wèn)題的一個(gè)可能辦法，便加以宣傳。這個(gè)所謂的MSW過(guò)程涉及太陽(yáng)內(nèi)部的產(chǎn)能方式。這位年屆八十的科學(xué)家，在幾乎50年后回到他曾經(jīng)起過(guò)先驅(qū)作用的研究領(lǐng)域時(shí)，表現(xiàn)出人類特有的好奇心，同樣發(fā)揮了科學(xué)家和普及家應(yīng)該具備的想像力，使MSW思想一下子傳播開(kāi)來(lái)。
Big Bang大爆炸勢(shì)不可擋的大量證據(jù)使多數(shù)天文學(xué)家確信，宇宙是在大約150億年前的某個(gè)確定時(shí)刻、在一種超熱超密的高能輻射火球形態(tài)中誕生的。這就是叫做大爆炸的宇宙起源模型。大爆炸這個(gè)名詞實(shí)際上是弗雷德·霍伊爾在1940年代末創(chuàng)造、用來(lái)嘲笑這個(gè)在他看來(lái)“精美得就像蛋糕中跳出來(lái)的交際花”的理論的?；粢翣柺菍?duì)立的穩(wěn)恒態(tài)假說(shuō)的創(chuàng)始人之一，現(xiàn)在仍是吵得最兇的大爆炸思想的反對(duì)者之一，不過(guò)他的名聲已經(jīng)大不如前了?！ ?920年代前，天文學(xué)家一直以為宇宙僅由我們現(xiàn)在所知的銀河系構(gòu)成，而且是永遠(yuǎn)不變。個(gè)別恒星可以度過(guò)它們的一生而死亡，但新的恒星會(huì)誕生并取代它們。 關(guān)于宇宙可能隨時(shí)間流逝而變化（演化）的第一個(gè)明確提示，是愛(ài)因斯坦發(fā)展他的廣義相對(duì)論時(shí)出現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)的時(shí)空理論對(duì)宇宙進(jìn)行了完全的數(shù)學(xué)描述（模型）。1917年愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他試圖以這種方式將他的方程式應(yīng)用于描述作為整體的時(shí)空時(shí)，它們竟然不能表示一個(gè)靜止的、不變的宇宙。這些方程式表明，宇宙必須要么膨脹，要么收縮，而不能靜止。因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有膨脹或收縮的天文證據(jù)，愛(ài)因斯坦就在他的方程式中引進(jìn)一個(gè)附加項(xiàng)，稱為宇宙學(xué)常數(shù)的虛假因子，來(lái)維持模型靜止。后來(lái)他自稱這是他整個(gè)生涯的“最大失誤”。 其他研究者，特別是荷蘭的威廉·德西特（Willem de Sitter）和蘇聯(lián)的亞歷山大·弗里德曼（Alexan- der Friedman），也求出了愛(ài)因斯坦方程式的解。這些解描述了各種不同的宇宙模型，卻全都有著內(nèi)在的演化傾向。有些模型開(kāi)始很小但永遠(yuǎn)膨脹；有些膨脹到一定大小然后坍縮。有一個(gè)模型開(kāi)始很大，收縮到一定大小然后再度膨脹。另一組解則循環(huán)重復(fù)膨脹和坍縮，在達(dá)到很小時(shí)“反彈”。 這些數(shù)學(xué)模型對(duì)真實(shí)宇宙的現(xiàn)實(shí)意義到了1920年代開(kāi)始趨于明朗。埃德溫·哈勃和其他觀測(cè)者證明，不僅我們的銀河系只是宇宙中眾多星系中的一個(gè)，而且星系因宇宙膨脹而在互相分開(kāi)（見(jiàn)紅移）。換言之，以不含宇宙學(xué)常數(shù)的愛(ài)因斯坦方程式為依據(jù)的最簡(jiǎn)單宇宙模型，實(shí)際上是整體宇宙行為的極佳描述。 到1930年代初已經(jīng)很清楚，宇宙正在膨脹，并帶著星系相互分離，因?yàn)樾窍甸g的空間在擴(kuò)大。星系并非通過(guò)空間運(yùn)動(dòng)（至少在我們僅僅考察這個(gè)宇宙學(xué)膨脹時(shí)是如此），而是被空間的膨脹帶著遨游。這可以比喻為葡萄干面包中的葡萄干。當(dāng)生面團(tuán)發(fā)起來(lái)時(shí)，葡萄干被帶著彼此遠(yuǎn)離，它們并不是在生面團(tuán)中穿行。 但這個(gè)比喻并不準(zhǔn)確，因?yàn)槠咸迅擅姘钪娌灰粯樱幸粋€(gè)中心和一個(gè)邊界。愛(ài)因斯坦方程式則表明宇宙既無(wú)中心亦無(wú)邊界，這或是由于宇宙是無(wú)窮的，或是由于時(shí)空輕微彎曲而使自身等價(jià)于一個(gè)四維的球面。 在這種情況下，就像你從紐約出發(fā)沿地球表面的直線旅行又能回到紐約一樣，你將能沿宇宙中的直線啟程，完成環(huán)宇宙航行后，（終于!）返回到你的出發(fā)點(diǎn)。宇宙沒(méi)有中心，就像地球表面和肥皂泡表面沒(méi)有中心一樣?！ ?930和1940年代，宇宙學(xué)家開(kāi)始嘗試同這些思想妥協(xié)。新發(fā)現(xiàn)的最重要暗示是，宇宙在時(shí)間上必須有一個(gè)確定的起點(diǎn)。如果想像將我們今天看到的宇宙膨脹反演，那么，隨著空間的縮小，到某個(gè)時(shí)候全部星系必定彼此擠成一團(tuán)。在那之前，恒星必定曾經(jīng)彼此接觸，融合成與恒星內(nèi)部一樣熱（開(kāi)氏1 500萬(wàn)度）的大火球。 愛(ài)因斯坦方程式實(shí)際上認(rèn)為你還可以往回走得更遠(yuǎn)，抵達(dá)宇宙全部物質(zhì)和能量從一個(gè)大小為零的奇點(diǎn)浮現(xiàn)出來(lái)的那個(gè)時(shí)刻。但大爆炸思想開(kāi)始時(shí)并未推進(jìn)到如此極端。 第一個(gè)現(xiàn)在看來(lái)仍算得上數(shù)的大爆炸模型，是比利時(shí)天文學(xué)家喬治·勒梅特（Georges Lema□tre）在1927年提出的。勒梅特沒(méi)有將相對(duì)論方程式一直回推到奇點(diǎn)；他是從宇宙全部?jī)?nèi)容物擠壓在比太陽(yáng)大30倍的球內(nèi)那個(gè)時(shí)刻開(kāi)始、從膨脹方面描述宇宙的誕生。他把這樣一個(gè)球稱為“原始原子”（也叫做“宇宙蛋”，但用得較少）。勒梅特提出，由于不明的原因，原始原子爆炸開(kāi)，破裂成碎塊，這些碎塊后來(lái)形成了我們看到的各種宇宙成分。 很多人誤解了這個(gè)思想，以為它暗示原始原子在“虛無(wú)空間”之中像炸彈爆炸那樣向外炸開(kāi)。但請(qǐng)記住，時(shí)空，還有物質(zhì)和能量，都包在宇宙蛋里面，沒(méi)有什么“外部”可以讓“炸彈”炸出去，它的膨脹是由空間本身膨脹、逐漸拉伸而造成的?！ ?940年代，喬治·伽莫夫?qū)⒋蟊ㄋ枷胂蚯巴七M(jìn)了一步。他闡明了早期宇宙火球中發(fā)生的核反應(yīng)如何能夠?qū)滢D(zhuǎn)變成氦，解釋了極年老恒星中這兩個(gè)元素的比例，并預(yù)言存在背景輻射。到1960年代前，宇宙學(xué)家已經(jīng)準(zhǔn)備好“將時(shí)鐘倒撥”到整個(gè)宇宙中的物質(zhì)密度大致與今天一個(gè)原子核的密度相同的那一刻。他們覺(jué)得，他們對(duì)核相互作用已經(jīng)懂得很多，足能計(jì)算出宇宙是如何從那個(gè)時(shí)刻演化過(guò)來(lái)的，而那些計(jì)算就成了大爆炸標(biāo)準(zhǔn)模型。 如果我們?cè)颈景凑諓?ài)因斯坦方程式的說(shuō)明（見(jiàn)霍金），將宇宙從奇點(diǎn)中顯露出來(lái)的時(shí)刻定義為時(shí)間起點(diǎn)，大爆炸標(biāo)準(zhǔn)模型就能講出從這一創(chuàng)造時(shí)刻之后0.0001（10^-4）秒以來(lái)發(fā)生的全部故事。在那一刻，宇宙的溫度是10^12K（1萬(wàn)億度），密度是核物質(zhì)的密度10^14克每立方厘米（1克每立方厘米是水的密度）。 在這些條件下，“背景”輻射的光子帶有極大的能量，得以按照愛(ài)因斯坦公式E=mc^2與粒子互換。于是光子創(chuàng)造粒子和反粒子對(duì)，比如電子-正電子對(duì)、質(zhì)子-反質(zhì)子對(duì)和中子-反中子對(duì)，而這些粒子對(duì)又能夠在不斷的能量交換中相互湮滅而生成高能光子。火球中還有很多中微子。由于基本相互作用運(yùn)轉(zhuǎn)中的細(xì)微不對(duì)稱性，粒子的產(chǎn)量比反粒子的產(chǎn)量稍微多點(diǎn)兒——每10億個(gè)反粒子有大約10億零1個(gè)粒子與之相配。 當(dāng)宇宙冷卻到光子不再具備制造質(zhì)子和中子的能量時(shí)，所有成對(duì)的粒子都將湮滅，而那十億分之一的粒子留存下來(lái)，成了穩(wěn)定的物質(zhì)。 時(shí)間起點(diǎn)之后0.01秒、溫度降至開(kāi)氏1千億度（10^11K）時(shí)，只有較輕的電子-正電子對(duì)仍在蹦蹦跳跳與輻射相互作用，質(zhì)子和中子則逃過(guò)了災(zāi)難。那時(shí)，中子和質(zhì)子的數(shù)量相等，但隨著時(shí)間的推移，與高能電子和正電子的相互作用，使天平穩(wěn)步朝有利于質(zhì)子的一邊傾斜。時(shí)間起點(diǎn)之后0.1秒時(shí)，溫度降到開(kāi)氏300億度（3×10^10K），中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的比降低到38:62。時(shí)間起點(diǎn)之后約1／3秒時(shí)，中微子除（可能的）引力影響（見(jiàn)暗物質(zhì)）外停止和普通物質(zhì)相互作用而“解耦”。 當(dāng)宇宙冷卻到10^10K（開(kāi)氏100億度），即時(shí)間起點(diǎn)之后1.1秒時(shí)，它的密度降低到僅僅水密度的38萬(wàn)倍，中微子已經(jīng)解耦，天平進(jìn)一步朝質(zhì)子傾斜，中子與質(zhì)子之比變?yōu)?4:76。宇宙冷卻到開(kāi)氏30億度、時(shí)間起點(diǎn)之后13.8秒時(shí)，開(kāi)始形成由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子組成的氘核，但它們很快被其他粒子碰撞而分裂?，F(xiàn)在，只有17％的核子是中子。 時(shí)間起點(diǎn)后3分零2秒時(shí)，宇宙冷卻到了開(kāi)氏10億度，僅比今天的太陽(yáng)中心熱70倍。中子占的比例降至14％，但它們避免了完全退出舞臺(tái)的命運(yùn)而幸存下來(lái)，因?yàn)闇囟冉K于下降到了能讓氘和氦形成、且不致被其他粒子碰撞而分裂的程度。 正是在時(shí)間起點(diǎn)后第四分鐘這個(gè)值得紀(jì)念的時(shí)期，發(fā)生了伽莫夫及其同事在1940年代概略描述、霍伊爾及其他人在1960年代細(xì)致研究過(guò)的那些過(guò)程，將幸存的中子鎖閉在氦核內(nèi)。那時(shí)，轉(zhuǎn)變成氦的核子總質(zhì)量是中子質(zhì)量的兩倍，因?yàn)槊總€(gè)氦核（He-4）含兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子。到時(shí)間起點(diǎn)之后4分鐘時(shí)，這個(gè)過(guò)程完成了，剛剛不到25％的核物質(zhì)轉(zhuǎn)變成了氦，其余的則是獨(dú)身的質(zhì)子——?dú)浜恕?時(shí)間起點(diǎn)之后略晚于半小時(shí)的時(shí)候，宇宙中的全部正電子已經(jīng)同幾乎全部電子湮滅了，產(chǎn)生了嚴(yán)格意義上的背景輻射——不過(guò)還是有與質(zhì)子數(shù)相等的十億分之一的電子保存下來(lái)。這時(shí)溫度降到了開(kāi)氏3億度，密度只有水密度的10％，但宇宙仍然太熱，不能形成穩(wěn)定的原子；每當(dāng)一個(gè)核抓到一個(gè)電子，電子就會(huì)被背景輻射的高能光子打跑。 電子和光子之間的這種相互作用持續(xù)了30萬(wàn)年，直到宇宙冷卻到6 000K（大約是太陽(yáng)表面的溫度），光子疲弱到再也無(wú)力將電子打跑。這時(shí)（實(shí)際上還包括隨后的50萬(wàn)年間），背景輻射得以解耦，與物質(zhì)不再有明顯的相互作用。大爆炸到此結(jié)束，宇宙也膨脹得比較平緩，并在膨脹時(shí)冷卻。由于引力試圖將宇宙往回拉到一起，它的膨脹也越來(lái)越慢。 所有這一切都能在廣義相對(duì)論——經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的可靠的關(guān)于引力和時(shí)空的理論——和我們關(guān)于核相互作用的知識(shí)——同樣是經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)和可靠的——框架內(nèi)得到很好的理解。大爆炸標(biāo)準(zhǔn)模型是一門堅(jiān)實(shí)可靠值得尊敬的科學(xué)，但它也留下了一些尚未得出答案的問(wèn)題。 在時(shí)間起點(diǎn)之后1百萬(wàn)年前后開(kāi)始，恒星和星系得以形成，并在恒星內(nèi)部把氫和氦加工成重元素（見(jiàn)核合成），而終于產(chǎn)生了太陽(yáng)、地球和我們?nèi)祟悺５?，天體物理學(xué)家仍然沒(méi)有一個(gè)完全令人滿意的星系形成理論。 除了宇宙起源問(wèn)題外，1970年代的大爆炸標(biāo)準(zhǔn)模型未能回答的大問(wèn)題是關(guān)于宇宙的最終命運(yùn)。它將永遠(yuǎn)膨脹（“開(kāi)放”模型）下去，抑或某一天將停止膨脹而后坍縮到大崩塌（“封閉”模型）?兩種可能性都是愛(ài)因斯坦方程式允許的。宇宙的命運(yùn)決定于它擁有的物質(zhì)數(shù)量，因此也就是決定于力圖迫使膨脹停下來(lái)的引力有多強(qiáng)。 恒星和星系形態(tài)的可見(jiàn)物質(zhì)肯定不足以使宇宙封閉。但我們知道宇宙中還有大量的暗物質(zhì)。1980年代中期之前，宇宙學(xué)家對(duì)從時(shí)間起點(diǎn)到0.0001秒這段時(shí)間（極早期宇宙）內(nèi)發(fā)生過(guò)什么事情的認(rèn)識(shí)有了發(fā)展，提出了叫做暴漲的理論。這個(gè)理論認(rèn)為，宇宙差不多準(zhǔn)確地坐在開(kāi)放和封閉之間的分界線上（也就是接近于“平坦”），不過(guò)正好在封閉一邊。
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