弗里茨·茲威基 - 人物經(jīng)歷

茲威基1898年出生于保加利亞的瓦爾納，父母是瑞士人。1920年茲威基畢業(yè)于瑞士的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，1922年在該校獲得博士學(xué)位。1925年前往美國(guó)加州理工學(xué)院，1942年成為天體物理學(xué)教授。同時(shí)他也在威爾遜山天文臺(tái)和帕洛馬天文臺(tái)工作。

茲威基不同意勒梅特和哈勃關(guān)于星系的紅移起源于宇宙膨脹的解釋，于1929年提出紅移是由于光子在穿越宇宙到達(dá)地球時(shí)，由于引力場(chǎng)的存在，逐漸損失了能量而形成的，但是這種觀點(diǎn)并不為大多數(shù)天文學(xué)家所接受。

1933年，茲威基在研究后發(fā)座星系團(tuán)時(shí)，首先應(yīng)用維里定理得出結(jié)論認(rèn)為存在不可見(jiàn)的物質(zhì)，即現(xiàn)在所說(shuō)的暗物質(zhì)，而這在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起重視。1934年，他和同事沃爾特·巴德在《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上發(fā)表文章，提出了“超新星”一詞，用于描述正常恒星向中子星的轉(zhuǎn)化過(guò)程，同時(shí)解釋宇宙線的起源。這在當(dāng)時(shí)是非常驚人的觀點(diǎn)。1935年，在他和巴德的共同倡議和推動(dòng)下，第一臺(tái)施密特望遠(yuǎn)鏡在帕洛馬天文臺(tái)建成，口徑為45/65厘米。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡具有的非常大的視場(chǎng)，特別適合巡天觀測(cè)。茲威基用它在河外星系中尋找超新星。1935年到1940年期間，茲威基用它發(fā)現(xiàn)了14顆超新星，占1930年代人們發(fā)現(xiàn)的超新星總數(shù)的一多半。他還與當(dāng)時(shí)同在威爾遜山天文臺(tái)的哈勃、巴德、魯?shù)婪颉らh可夫斯基等人合作，記錄了大量超新星的觀測(cè)資料。茲威基一生總共發(fā)現(xiàn)了122顆超新星，這一紀(jì)錄直到2006年才被打破。

茲威基是中子發(fā)現(xiàn)初期少數(shù)認(rèn)同存在中子星這一觀點(diǎn)的科學(xué)家之一。1934年，他與巴德共同發(fā)表文章稱，中子簡(jiǎn)并壓能夠支持質(zhì)量超過(guò)錢德拉塞卡極限的恒星[2]。后來(lái)，茲威基將研究重心轉(zhuǎn)移到了星系團(tuán)方面，并于1961年到1968年編纂了包含9314個(gè)星系團(tuán)的星系和星系團(tuán)總表（CGCG）。此外，他還于1937年提出了星系團(tuán)可以作為引力透鏡的設(shè)想。

茲威基還倡導(dǎo)形態(tài)學(xué)的研究方法，著有《形態(tài)天文學(xué)》（Morphological astronomy）等著作。

雖然茲威基一生大部分的時(shí)間在美國(guó)工作，但他一直保留了瑞士國(guó)籍。1974年2月8日，茲威基在美國(guó)加利福尼亞州的帕薩迪納去世。為紀(jì)念他，第1803號(hào)小行星和月球上的一座環(huán)形山以他的名字命名。

弗里茨·茲威基 - 發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)

“暗物質(zhì)”研究的最新進(jìn)展和中國(guó)有關(guān)。紫金山天文臺(tái)與國(guó)外同行合作，發(fā)現(xiàn)了一種物質(zhì)，可能是“暗物質(zhì)”粒子湮滅的產(chǎn)物。當(dāng)2009國(guó)際天文年到來(lái)，從天文學(xué)研究到科幻故事，“暗物質(zhì)”話題將更為科學(xué)家、普通天文愛(ài)好者所津津樂(lè)道，但在1933年，卻幾乎沒(méi)有人愿意像弗里茨·茲威基一樣，相信宇宙的大部分質(zhì)量是人們看不到的。

如果要列出“20世紀(jì)最受冷落科學(xué)家”的名單，弗里茨·茲威基（FritzZwicky）肯定會(huì)排得靠前。盡管在宇宙學(xué)領(lǐng)域，他的位次可能緊跟阿爾伯特·愛(ài)因斯坦。在科學(xué)史上尋找這個(gè)瑞士天文學(xué)家，倒有點(diǎn)像在宇宙中間尋找他提出的“暗物質(zhì)”——由于“暗物質(zhì)”既不發(fā)散光，又不吸收光，也不反射光，人們根本看不見(jiàn)它�；蛟S茲威基的想法超越了他的時(shí)代。但假如這個(gè)科學(xué)家的個(gè)性不那么古怪的話，不知道他的名字是否還會(huì)在70多年中被同僚無(wú)視。

“下落不明的質(zhì)量”
20世紀(jì)，天文學(xué)的許多重大發(fā)現(xiàn)同位于加州的威爾遜山有關(guān)。在1917~1947年間，當(dāng)時(shí)世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡就在威爾遜山上，口徑有100英寸，著名的愛(ài)德溫?哈勃(EdwinP.Hubble)通過(guò)它觀測(cè)到星系正離我們遠(yuǎn)去，提供出一幅宇宙膨脹的圖像，暗示存在著一個(gè)“大爆炸”的時(shí)刻。茲威基覺(jué)得，那時(shí)的威爾遜山就是“宇宙的中心”。威爾遜山距離茲威基任職的加州理工大學(xué)（Caltech）不遠(yuǎn)，從學(xué)校操場(chǎng)就可以遙望這座山清晰的輪廓，這讓他時(shí)常想起多山的瑞士老家。1925年，獲得1922年諾貝爾物理獎(jiǎng)的密立根教授引薦他來(lái)到這里。換成別人一定會(huì)為教授的器重而感激和榮幸，然而茲威基對(duì)于這位推薦者的態(tài)度卻很不屑，甚至當(dāng)面指責(zé)密立根“從未提出過(guò)好的想法”。當(dāng)密立根善意地提醒這個(gè)年輕人要先自我反省時(shí)，茲威基卻宣稱自己不必?fù)?dān)心，因?yàn)椤懊扛魞赡昃湍鼙某龊命c(diǎn)子”。他這么說(shuō)或許不完全是吹牛，在1933年，茲威基腦子里就冒出了“暗物質(zhì)”的點(diǎn)子。

“遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)里有一些物質(zhì)很獨(dú)特，它們既不發(fā)光，也不吸收光、反射光……”茲威基的意思是，宇宙中存在你我看不到的物質(zhì)，但它們有質(zhì)量。事實(shí)上，暗物質(zhì)不僅擁有質(zhì)量，它的質(zhì)量甚至是可見(jiàn)物質(zhì)的6倍，占到宇宙物質(zhì)成分的24%；另外72%是暗能量，一種充溢宇宙空間的能量形式，同樣不可見(jiàn)。在進(jìn)入21世紀(jì)前，人們竟然被告知，可見(jiàn)的一切在茫茫宇宙的質(zhì)量劃分中都不能占到多數(shù)。“要承認(rèn)我們宇宙超過(guò)90%都看不到多少有些尷尬”，華盛頓大學(xué)的教授布魯斯·珈諾（BruceMargon）在《紐約時(shí)報(bào)》上說(shuō)，“大自然在嘲笑人類，它把宇宙的絕大部分藏了起來(lái)�！�

但茲威基還是找到了它。1933年的美國(guó)經(jīng)濟(jì)大蕭條似乎同這個(gè)對(duì)星星著迷的35歲男人毫無(wú)關(guān)系，當(dāng)時(shí)他把注意力完全放在了后發(fā)座星系團(tuán)（ComaCluster）上。這個(gè)星系團(tuán)就在我們熟悉的獅子座附近，由1000個(gè)大星系、30000多個(gè)小星系組成。據(jù)說(shuō)，得名自一個(gè)與埃及法老托勒密三世王后的頭發(fā)有關(guān)的傳說(shuō)。對(duì)神話故事，茲威基當(dāng)然不關(guān)心，他的憂慮在一堆寫著密密麻麻數(shù)字、符號(hào)的算草紙上。

要測(cè)量星系團(tuán)的質(zhì)量，一般有兩種方法。“動(dòng)力學(xué)質(zhì)量”計(jì)算，需要的數(shù)據(jù)是各星系之間的相對(duì)速度和平均速度，而“光度學(xué)質(zhì)量”要求測(cè)量各星系的光度。茲威基分別利用這兩種算法計(jì)算后發(fā)座星系團(tuán)的質(zhì)量，結(jié)果不可思議：“動(dòng)力學(xué)質(zhì)量”是“光度學(xué)質(zhì)量”的400倍！為什么后發(fā)座星系團(tuán)有99%的質(zhì)量“下落不明”？難道“動(dòng)力學(xué)質(zhì)量”中用到的牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用？或者，星系團(tuán)的主要質(zhì)量并不是由可視的星系貢獻(xiàn)的？茲威基用他那最具幻想力的頭腦做出了以下推測(cè)：宇宙大部分質(zhì)量不可見(jiàn)，因此光度方法測(cè)算不出。于是，有了“暗物質(zhì)”一詞。

似乎大多數(shù)人還是信奉“眼見(jiàn)為實(shí)”。在當(dāng)時(shí)，“暗物質(zhì)”這個(gè)概念被徹底忽略了。相反，茲威基本人的惡名倒比“暗物質(zhì)”的名稱傳播得快。

“暗物質(zhì)”帶給茲威基的無(wú)奈在于它無(wú)法觀測(cè)，但“超新星”不一樣，一億顆太陽(yáng)的亮度不會(huì)被無(wú)視。1936年，茲威基說(shuō)服加州理工大學(xué)，在威爾遜山東南方的帕洛馬天文臺(tái)上建起了口徑48英寸的施密特望遠(yuǎn)鏡。人們可以大概猜出茲威基的目的：施密特望遠(yuǎn)鏡比其他望遠(yuǎn)鏡有更大的清晰視場(chǎng)，特別適合巡天觀測(cè)。比如，尋找超新星。施密特望遠(yuǎn)鏡架在帕洛馬天文臺(tái)屋頂開(kāi)口的下面，就像一門對(duì)準(zhǔn)星空的白色大炮。茲威基已經(jīng)習(xí)慣跟這個(gè)龐然大物在一起，當(dāng)他一次次將眼睛對(duì)準(zhǔn)目鏡，他所發(fā)現(xiàn)的“超新星”的數(shù)量也在增加。1935年到1940年之間，這個(gè)數(shù)字是14顆，占人們發(fā)現(xiàn)超新星總數(shù)的一多半。他一生中總共發(fā)現(xiàn)了122顆“超新星”，這一紀(jì)錄直到2006年才有人打破。人們不禁疑惑，他在數(shù)星星這件事上表現(xiàn)出的執(zhí)著會(huì)不會(huì)是“暗物質(zhì)”那件事上壓抑的一種釋放。

弗里茨·茲威基 - 主要貢獻(xiàn)

茲威基的主要貢獻(xiàn)是對(duì)超新星現(xiàn)象的研究。他曾在1934年和巴德一起確認(rèn)宇宙中有比新星更激烈﹑釋放能量更多﹑光變幅更大的災(zāi)變天體。例如﹐銀河系內(nèi)1054年﹑1572年和1604年觀測(cè)到的客星﹐仙女星系中1885年出現(xiàn)的比典型新星亮一萬(wàn)倍的“新星”﹐他把它們定名為超新星。室女星系團(tuán)照相巡天搜索河外星系超新星。1936年在他的倡議下﹐美國(guó)帕洛馬山天文臺(tái)建成45/65厘米施密特望遠(yuǎn)鏡﹐這在當(dāng)時(shí)是世界上威力最大的廣角天體照相儀﹐立即將它投入河外星系巡視。到1941年為止﹐在茲威基主持下﹐用它發(fā)現(xiàn)18個(gè)超新星(同時(shí)還用100英寸望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)超新星)﹐而前人總共只是偶然觀測(cè)到12個(gè)。根據(jù)巡天觀測(cè)﹐推算出平均每一個(gè)河外星系﹐每三百年產(chǎn)生一次超新星爆發(fā)。這個(gè)爆發(fā)頻率值在以后的四十年一直與觀測(cè)資料相符。從三十年代起﹐茲威基每當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)河外星系超新星﹐即和威爾遜山天文臺(tái)的哈勃﹑巴德﹑R.閔可夫斯基周密觀測(cè)爆發(fā)過(guò)程中的光度和光譜﹐積累了大量資料。后來(lái)﹐他提出根據(jù)光變曲線﹑譜線特徵﹑膨脹速度等因素﹐將超新星分類。從1958年起他主持 120/180厘米施密特望遠(yuǎn)鏡的遙遠(yuǎn)星系團(tuán)超新星巡天﹐作為該臺(tái)的常規(guī)科研項(xiàng)目﹐一直持續(xù)到逝世之后的1975年﹐共達(dá)18年。1959年他倡議并組織國(guó)際超新星聯(lián)合觀測(cè)o全世界先后有十多個(gè)天文臺(tái)參加。他一生共發(fā)現(xiàn)超新星122個(gè)﹐占當(dāng)時(shí)超新星總數(shù)的30％。

茲威基在星系方面也做了很多工作。他和沙普利曾分別發(fā)現(xiàn)星系成團(tuán)傾向﹔他還認(rèn)為星系之間有彌漫星群以及由氣體和塵埃組成的云。

他認(rèn)為宇宙物質(zhì)的演化是沿著從稀到密和從密到稀兩個(gè)方向進(jìn)行的﹐超新星爆發(fā)是雙向演化的典型﹕一方面外部物質(zhì)拋散到空間﹐另一方面內(nèi)部物質(zhì)收縮為致密天體。根據(jù)這思想﹐他預(yù)言應(yīng)有中子星存在﹐還預(yù)言可能有整個(gè)星系核的大規(guī)模爆發(fā)。他一生倡導(dǎo)形態(tài)學(xué)研究方法﹐著有《形態(tài)學(xué)天文》以及大量關(guān)于超新星的論述。他主編《星系和星系團(tuán)總表》六卷﹐《致密星系﹑星系的致密部分﹑爆發(fā)星系和爆后星系表》。

弗里茨·茲威基 - 大事記

1933 發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。領(lǐng)先時(shí)代40年。

1934 與Walter Baade發(fā)明"supernovae"這個(gè)詞，并猜測(cè)其產(chǎn)物是中子星。后獨(dú)立
發(fā)現(xiàn)了120顆超新星。這個(gè)記錄也許永遠(yuǎn)也破不了，因?yàn)殡m說(shuō)發(fā)現(xiàn)速度指數(shù)增長(zhǎng)，但
基本不是一個(gè)人的事了。

1937 提出星系團(tuán)可用作引力透鏡。

1938 與Walter Baade 提出把超新星當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)燭光來(lái)估計(jì)宇宙尺度的距離。

1943－1961 為Aerojet 顧問(wèn)，有50多專利包括 JATO。人稱現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之父。

1942－1968 Caltech 教授。

1961－1968 與人合編六大卷星系目錄，其中的星系人稱 Zwicky galaxies。

1969 著書倡導(dǎo)天文中的形態(tài)分析。