恒星层次的研究—天体物理学的建立(2)

他认为，太阳的辐射能源主要来自4个氢核聚变为氦核的过程，称为p-p反应。此外，他还研究了关于宇宙学及恒星演化的若干问题，认为宇宙起源于由氢元素组成的超巨质量恒星，其上其它元素皆由氢演变而成。随着这个巨大的“氢球”爆炸，带有其它元素的碎片四散开来，逐渐演化成现今的宇宙。魏茨泽克的“大爆炸”思想给以后的研究以重要的影响。与魏茨泽克同时，美国物理学家贝特（Bethe，Hans Albert1906～）也独立地提出了恒星机制的理论。贝特曾在法兰克福大学学习物理，毕业后在慕尼黑大学研究理论物理学，并于1928年在该校获得博士学位。1933年，希特勒执政期间，他离开德国到英国任教，后又受聘到美国康奈尔大学工作。1936～1938年，贝特与他的合作者发表专著《原子核物理学》，这部巨著澄清并系统地整理了关于核力、核结构以及核反应的理论，成为后人长期参考并引用的经典之作。
     1938年，贝特提出了关于恒星能源机制的碳循环设想。他认为一个碳-12核相继与3 个氢核（质子）反应，形成氮-15，再通过与第四个氢核聚变，生成一个氦核（α粒子）和一个碳-12，并释放能量。由于这一理论的提出，贝特获得了1967年诺贝尔物理学奖。在同一时期，对恒星能源机制研究做出重要贡献的还有美籍苏联物理学家伽莫夫（Gamov，George 1904～1968）。伽莫夫早年从事原子核物理研究，1928年曾提出核α衰变理论。1936年建立了β衰变的伽莫夫-特勒选择定财。1938年以后，伽莫夫转向天体物理学研究，专门研究恒星的核能源机制与恒星的演化。他曾对魏茨泽克所设想的早期宇宙的氢球核燃烧阶段提出质疑。他认为超巨球体的自身是极其不稳定的，进而伽莫夫与他的合作者提出了热大爆炸学说的宇宙早期模型。大爆炸学说不仅成功地解释了许多天体物理的观测结果，而且促进了以研究恒星演化过程及能源机制为核心的核天体物理学的进展。
     在贝特与魏茨泽克分别提出太阳能量来源于其内部的p-p核反应以后，很自然地使人们面临一个新问题，重于4He的原子核是如何产生的？伽莫夫的理论也面临同样的问题，因为不存在质量为5和8的稳定元素，这表明，大爆炸的最初，核的合成应终止到4He，因为氦核不能俘获一个质子或另外的一个氦核形成新的稳定的原子核。似乎重元素需要在极高温、极高压、极高密的环境下才能生成，然而根据伽莫夫最初的理论，大爆炸宇宙是急剧膨胀的，它的整体温度与密度将持续不断地降低，如何在宇宙进展的环境下有新的重核形成，显然是一个问题。