早在伽利略那個時代，伽利略通過望遠鏡就看到了大量的恆星，比肉眼看到的要多得多。後來哈雷又發現，這些恆星也不是不動的，其實它們也在運行，恆星也是天體。既然如此，那麼恆星也有遠近，也有組織結構。後來有人提出，看來這些恆星並不是孤立存在的，它們之間應該存在著某種聯繫。
1750年，英國天文學家賴特提出：天上所有的恆星和銀河共同組成一個巨大的天體系統，它的形狀像是一個車輪或薄餅，太陽系就在其中。站在這個天體系統向外看去，就可以看到銀河的形象，他甚至猜測到銀河輪廓的不整齊，很可能是由於太陽不在銀河中心的緣故。
1755年，德國哲學家康德在他的著作《自然通史和天體論》一書中，發展了斯維登堡和賴特的思想。他認為貌似「雲霧狀的星體」實際上是比恆星大幾千倍的恆星世界，其中每一個恆星都聯繫在一個共同平面上，從而組成一個協調的整體。他還認為整個宇宙是無限個這樣有限大小的天體系統所組成的總體，就像群島一樣，因此也叫做宇宙島。
1761年，德國學者朗伯提出了一種無限階梯式的宇宙模型，他認為太陽系是第一級體系；太陽及其周圍的許多恆星構成的恆星集團是第二級體系；銀河系這種龐大的恆星集團的總和，構成了第三級體系；第四級、第五級以此類推直至無窮。
當然很多東西在當時是看不清楚的，比如說「星雲」。康德說星雲也是恆星組成的星系，有人則不同意這種說法，他們認為，既然叫「星雲」，那就是一片雲。
這時候一個音樂家站出來了，他叫赫歇爾，是個半路出家的天文學家。他最大的本事是磨製望遠鏡，家裡都變成望遠鏡作坊了。他磨製的望遠鏡，讓英國格林尼治天文台都羨慕不已。他一共出售了幾十個望遠鏡來補貼家用，還把他弟弟妹妹和兒子都拉下了水，全家老少一起研究天文學。赫歇爾最有名的貢獻是發現了天王星，不過，他還對恆星和星雲也做了大量的研究，堅持不懈地對天上的星星做了統計。他通過一千八十三次觀測，一共數了六百八十三個取樣天區中的十一萬七千六百顆恆星，獲得了豐富的觀測資料。他發現銀河附近的星星比其他地方的星星多得多，天空中的星星並不是均勻分佈的。1785年，赫歇爾給出了一幅扁平、輪廓參差不齊、太陽居中（這是錯誤的）的銀河結構圖，首次用觀測證明了銀河與眾多恆星確實構成了一個天體系統，這就是銀河系。
圖12-1 赫歇爾的「大炮」——反射望遠鏡
赫歇爾還做了一項在當時非常有影響的工作，那就是對星雲的觀測。他使用當時首屈一指的反射望遠鏡（圖12-1）觀測那些「雲霧狀天體」（當時也有人稱之為「無星的星雲」），一共選擇了二十九個觀測對象，結果，它們中的絕大多數都分解為一個個闇弱恆星的集合體。赫歇爾認定「星雲」就是星系，他認為，一些在現在的望遠鏡中無法分辨出恆星的「星雲」，是因為現在的望遠鏡還不夠大，分辨率還不夠高，將來更大的望遠鏡中也許會分辨出其中的一顆顆恆星。由於赫歇爾的聲望，他的結論一發表就產生了很大的影響。
然而，畢竟還是有大量的星雲無法分解成一顆顆恆星，因此這事沒有定論，到底星雲是個什麼東西？赫歇爾就發現一個星雲，中間一顆恆星，周圍有雲氣狀的結構。赫歇爾麻爪了，看來的確無法分解成一顆顆恆星，於是他把它們叫做「行星狀星雲」。後來我們知道，這些行星狀星雲是年老的恆星爆發的產物，說白了就是老年恆星「死給你看」，恆星臨死之前爆發了一把，氣體被爆炸噴成了一個雲團。美國宇航局網站上常常會放出行星狀星雲（圖12-2）的照片，都很漂亮！（不漂亮的人家根本不拿出來好吧Θ.Θ！）
圖12-2 行星狀星雲
後來，愛爾蘭的羅斯伯爵下決心超過赫歇爾，他磨出來的大望遠鏡口徑遠遠把赫歇爾的望遠鏡甩在了後面，但是很多星雲依然沒法分解成一個個恆星。大家折騰了好久，對星雲這東西還是說法不一。這時候物理學大發展，給天文學提供了不少技術手段，天文學家們發現，天體是可以測量光譜的。有的是光譜裡面某些部分明顯比較亮，有一系列的明線，有的是光譜裡面明顯有暗線。兩種情況恰好相反，是不是可以拿這個特徵作為區別的依據呢？大家都覺得可以。可是沒多久大家又都洩氣了，因為陸陸續續發現了不少星雲的光譜既沒有亮線，也沒有暗線。這事吵了近二百年，到現在也沒得出個明確的結論，星雲的本質仍然是個謎。
就在科學家們為天上的星雲不斷爭論的這些年間，世界格局出現了大的變化，那就是美國崛起了。赫歇爾正在研究恆星結構的時候，美國爆發了獨立戰爭，科學家們開始研究恆星光譜的時候，美國恰好打了南北戰爭。在打完南北戰爭以後，美國進入了突飛猛進的階段。發明重機槍的馬克沁是1840年出生，發明大王愛迪生是1847年出生，發明電話的亞歷山大貝爾也是1847年出生。邁克爾遜生於1852年，莫雷生於1838年，他們大多在這個時代成長起來。當然了，同時代還冒出了很多富可敵國的大企業家，比如大財閥摩根1837年出生，報業大王普利策1847年出生，洛克菲勒1839年出生。南北戰爭一結束，這批人剛好是風華正茂的年輕人，整個美國顯得富有野性也富有生機，就像一個進入了青春期的棒小伙子，幾年不見就長成了一個人高馬大的壯漢。
美國人有錢了，在工業技術方面突飛猛進，可是在理論科學方面就顯得薄弱了。他們羨慕人家歐洲人底蘊深厚，理論科學的中心一開始在英國（牛頓、胡克那一批），慢慢地轉到了法國（拉普拉斯，拉格朗日，拉瓦錫等），再之後又轉到了德國（普朗克、能斯特、愛因斯坦等）。美國差得好遠，不過美國人有錢啊！咱們可以農村包圍城市，先從實驗性的觀測性的東西下手，然後再往理論方向突破。美國人就是這麼幹的，他們有錢任性。特別是美國人出了一個天文學家叫海耳，這個海耳在研究太陽方面有非常大的貢獻，發明了單色光照相機。有了這東西，就可以看到過去難以觀測的太陽色球層，俗稱叫「日珥鏡」。日珥的爆發就是在色球層才能看到。
圖12-3 威爾遜山胡克望遠鏡，口徑2.5米
不過呢，他對天文學最大的貢獻還不是這個，而是學會了拉贊助。他遊說金融家C·T·葉凱士出資建造了葉凱士天文台，並安裝了世界上最大的1米折射望遠鏡（1897年落成）。還遊說商人胡克和卡內基基金會共同出資在威爾遜山天文台建成100英吋（2.54米）的反射望遠鏡（圖12-3），1917年建成之後的三十一年中它一直是世界上最大的望遠鏡。1928年他籌款建造200英吋（5米）望遠鏡和帕洛馬山天文台，該望遠鏡直到1948年才建成，背後出錢的是洛克菲勒基金會，為了紀念海耳，望遠鏡被命名為海耳望遠鏡（圖12-4）。天眼巨鏡，成為窺探宇宙奧秘的獨門利器。當然，我們可以解讀出洛克菲勒與卡內基比賽花錢的味道，建大望遠鏡的事兒，兩家沒少掰腕子。
海耳最大的貢獻，就是忽悠一幫子富豪掏錢建立天文台，建造大望遠鏡。這些大望遠鏡獲得的成果，遠遠超過了他自己單打獨鬥。天文學畢竟是一門觀測的科學，沒有趁手的傢伙是玩不轉的，誰的望遠鏡大，誰就容易出成果。美國人的思路也很清晰，理論水平不如歐洲不要緊啊，咱們先搞實踐。天才的腦袋瓜子千金難買，儀器設備是可以砸錢堆出來的。
圖12-4 帕洛馬山海耳望遠鏡口徑5米
海耳在芝加哥大學當過教授，學生裡面有不少人很仰慕海耳的貢獻，有一個年輕人就是因此喜歡上了天文學。海耳幾年後去了葉凱士天文台當台長，這個年輕人二十八歲的時候也去了這個天文台當研究生，不巧的是海耳去了威爾遜山天文台繼續搞更大的望遠鏡。後來美國參加一戰，這個年輕人當了兩年的兵。到了1919年，這個小伙子來到了加州威爾遜山天文台工作。他倒是追隨著海爾的腳步，海耳到哪兒，他就奔著哪兒去，這個小伙子，就是後來大名鼎鼎的「哈勃」（圖12-5）。
圖12-5 哈勃在觀測
哈勃來到威爾遜山的時候，100英吋望遠鏡剛剛建成兩年，正是大傢伙新鮮出爐的時候。哈勃非常興奮，今日長纓在手，何時縛住蒼龍，此時正是大顯身手的機會，他便把眼光投向了星雲問題。在哈勃看來，這個問題的關鍵，並不在於星雲能不能分解成一顆顆恆星。對於那些異常遙遠的天體，再大的望遠鏡都沒有辦法看清細節，天體的距離才是最關鍵的。怎麼測量遠近呢？那就缺不了一大摞量天尺。
圖12-6 三角法測量距離
天文學領域，一把尺子是不夠的，而是各種辦法各管一段，每一段都有重合部分。遙想當年，地球上繪製地圖，都是用三角法（圖12-6）來測量遠處的目標。一個三角形，底邊的長度已知，兩個底角也知道，那麼目標的遠近就能計算出來。底邊越長，計算精度越高。要想測量月球的距離，那就必須用地球的直徑來做底邊，才能獲得夠用的精度。一個望遠鏡在地球這邊，另外一個在另一邊，同時測量月亮的角度，匯總起來，就能計算出月地距離。假如要測量恆星距離，地球的直徑都不夠用了，那麼就利用地球的公轉軌道直徑作為基線。夏天測量一次角度，冬天再測量一次角度，就可以算出某些比較近的恆星距離。當然，天文測量，不可能像地面實驗室那樣，測量出那麼高的精度，能搞對數量級，也就差不多了。超過五百光年的天體，用三角法就無能為力了，需要用別的辦法來測量。
第二個用到的辦法是標準燭光，一個一百瓦的電燈泡，離得近肯定看上去比較亮，離得遠看上去就比較暗，這是生活常識。我們只要知道了這個大燈泡的真實功率，就能利用這個燈泡的亮度來計算遠近，關鍵是你要知道這個燈泡是幾瓦的。假設把一顆恆星放到32.6光年以外，然後測量它的亮度，天文上稱「絕對星等」。天文學家們可以利用恆星的光譜來簡單的估算絕對星等，但是這個辦法也僅僅對銀河系內的星星有效，萬一人家不在銀河系內呢？
圖12-7 勒維特和同事們
十九世紀九十年代，哈佛大學天文台招募了一些聾啞女性對天文台拍攝的照相底片進行測量和分類工作（照顧殘障人士就業），1893年勒維特（圖12-7）作為殘障人士之一參加了這項工作。勒維特在工作中注意到，小麥哲倫雲中的一些變星光變週期越長，亮度變化越大，這些變星被稱為造父變星，他們的光度會發生週期性的變化。1908年，她把初步觀測結果發在哈佛大學天文台年報上。要知道小麥哲倫雲的範圍並不大，是銀河系的一個衛星星系，我們在地球上，基本可以認為小麥哲倫雲裡面的星星遠近都差不太多，一個天體看起來亮，那就是真的亮。經過進一步研究，最終於1912年確認了造父變星的周光關係。到了1915年，天文學家們就用造父變星作為標準燭光，計算出了銀河系的大概範圍。
哈勃手裡有世界上最大的望遠鏡，大望遠鏡果然厲害，哈勃在拍攝的仙女座大星雲（m31）和附近的m33星雲照片中發現了造父變星。這可是大發現！哈勃觀察了好久，收集了大量仙女座大星雲裡的變星變光週期，經過計算就可以知道仙女座大星雲大致的距離。當時的計算結果是80萬光年，我們今天知道靠譜的數值應該是220萬光年。他當時的計算誤差稍大，即便是80萬光年，天文學界也很震驚，因為銀河系大多數星星都在10萬光年的範圍左右，仙女座星雲看來根本就不在銀河系之內。如此說來，仙女座大星雲（圖12-8），應該是與銀河系平起平坐的大星系，甚至比銀河系還要大不少。
圖12-8 仙女座大星系和衛星星系
現代的天文愛好者，很喜歡在秋天拍攝仙女座大星雲的照片，從目鏡裡觀察，只能看到模模糊糊的一個亮斑。如果真的用冷凍CCD經過長時間曝光和疊加計算，呈現在我們面前的仙女座大星雲會是個非常美麗的大漩渦，面積比月球的視面積還要大好幾倍（圖12-9）。肉眼即使通過望遠鏡，也只能看到星系的核球部分，旋臂是看不到的。
圖12-9 仙女座大星系和月亮視覺大小對比
天文學界兩百年也搞不清楚的事，終於水落石出。那些望遠鏡裡沒法分解成一顆顆恆星的星雲，的確是瀰漫的氣體雲，是我們銀河系裡面的天體。那些螺旋形狀的模糊天體，是與銀河系不相上下的星系。
哈勃一時名聲大噪，到了1929年，哈勃又拿下了一個重要成果：他分析了二十幾個星系的光譜，發現越遠的星系，紅移越厲害（圖12-10），越近的紅移反倒不明顯。
圖12-10 紅移
所謂「紅移」，就是觀察天體的光譜，會看到不少的譜線。這些譜線就像天體的指紋一樣，是有特徵的。因為每個天體上面有氫、氦等一系列元素，就會在光譜中形成對應的「指紋」，可以通過光譜來分析天體的化學成分。但是哈勃發現，每個星系的「指紋」都不一樣，大部分都略略往紅端偏移，這就是所謂的「紅移」。哈勃認為，這些偏移是星系運動造成的，遠離我們的那些星系，光譜線就會偏紅，哈勃說這就是多普勒效應。就好比汽車按著喇叭離開我們飛馳而去的時候，音調會變低是一個道理。不過後文我們會講到，這其實不是多普勒效應，哈勃是「歪打正著」（見圖12-11）。
圖12-11 哈勃的原始圖表
既然紅移跟退行速度有關係，他就提出了一條著名的哈勃定律：退行速度和距離成正比，比值被稱為哈勃常數，所有的遙遠星系都在遠離我們，離得越遠跑得越快。天文學界都震動啦！原來宇宙從整體上不是靜態的，是在膨脹中。物理學界也震動啦，特別是那個神父勒梅特。
勒梅特神父聽到這個消息以後樂壞了，他還特地跑到美國去見了哈勃一面。雙方談話，估計對方都不是太懂。勒梅特是理論物理學家，他與哈勃這種搞觀測的天文學家干的不是一個學科，關注的問題也不一樣。但勒梅特還是很興奮，這畢竟印證了他兩年以來的猜想：宇宙膨脹真實存在，宇宙不出所料是從一個蛋裡面蹦出來的。勒梅特當時就指出了，這個膨脹過程，並沒有中心點，最形象的比喻就是一個氣球，上面隨便塗上幾個黑點兒，當氣球被吹大。每個點彼此都在遠離。無論你從哪一個點去觀察別的點，你都會發現離你近的黑點跑得慢，離你遠的跑得快，和哈勃看到的天體紅移現象是一致的。
我們現在可以知道，哈勃看到的那些星系的紅移現象，並非是多普勒效應。而是因為宇宙的膨脹，光波被逐漸拉長。還記得上一章我們討論的那個尺度因子a嗎？光波的紅移，與尺度因子有關。尺度因子隨著時間在不斷地變化，因此光波的波長也隨著時間在逐漸變化，並不是一蹴而就的，但是多普勒效應則不是這樣，從飛馳的汽車上發出的聲波，可以說是一步降到位，聲音離開了汽車以後，波長就一直保持穩定，並沒有發生變化。這與宇宙膨脹導致的漸漸被拉大是有區別的。
勒梅特當然希望宇宙最開始是一個體積極小，密度極高的點，也就是「宇宙蛋」。當然，這還要看那個空間曲率因子k的大小，假如k＝0，宇宙基本平直，那麼初始時刻，宇宙的體積是0。宇宙真的是從一個點上演化出來的，我們今天看到的萬事萬物，都是從這個點之內演化出來的。假如k≠0，那麼宇宙從一開始就是無窮大，從無窮大膨脹到更大的無窮大。可能大家對更大的無窮大感到不太好想像，說起來道理也很簡單，整數的數量比偶數數量多。但是整數的數量是無窮大，偶數的數量也是無窮大，顯然整數的數量遠比偶數要多得多，這有助於我們來理解比無窮大更大的無窮大。好在我們今天觀測計算出來的宇宙的曲率大約是0，是個基本平直的宇宙，萬事萬物的確是一個蛋裡面產生的。不過這反倒成了一件奇怪的事，為什麼我們所在宇宙的居然是平直的？那個時代的科學家們，還沒考慮到這一步，這個問題容我賣個關子，後文再解答。本書基本上是沿著時間的脈絡往下梳理，畢竟科學史就是人類的認知史，人類的科學發現往往是「按下葫蘆起了瓢」，剛搞定這一頭，那邊又翹起來了。就像破案解謎一樣充滿著懸念，宇宙絕不會那麼淺顯直白，一層窗戶紙一捅就破。
愛因斯坦一開始不太同意弗裡德曼的觀點，勒梅特是在弗裡德曼的基礎之上推演的，愛因斯坦也不是很認可。後來哈勃觀測到了哈勃紅移，這證明宇宙中的天體的確不是靜態的，並且計算出了哈勃常數。事實擺在面前了，愛因斯坦也為之震動，看來宇宙真的不是靜態的，而是在不斷地演化中。愛因斯坦也很後悔，認為宇宙常數是他一生中最大的一個錯誤，但這句話來源是別人轉述的愛因斯坦的話，並沒有明確的證據和出處，因此也不能確定到底愛因斯坦是不是做了這樣的表述。但是愛因斯坦錯了，這是毫無疑問的，也就說明了一個問題：愛因斯坦小看了場方程，他對宇宙還有某種傳統上的執念。
對公式的理解不一致，這種情況在物理學史上並不罕見，與此類似的還有薛定諤不懂「薛定諤方程」。再者呢？那時候加一個常數進去，也並不是啥天大的事情，發現不對頭，撤掉就是了。但是，這也預示著愛因斯坦已經過了他創造力最鼎盛的階段，這一年愛因斯坦五十歲了，物理學也好，數學也罷，都是年輕人打開局面。
大概1927年左右，量子物理學蓬勃發展，領軍人物就是哥廷根大學跑出來的一批娃娃博士：泡利是1900年生人，海森堡是1901年出生，狄拉克1902年出生。這一批「00」後年輕有為，大有後來居上的意味。1927年以後，就是這幫物理學男孩的天下。後來玻爾跟愛因斯坦在索爾維會議上還有幾次著名的大辯論，那是有關量子力學領域「上帝扔不扔骰子」的問題，玻爾雖然不善言辭，但是與老愛辯論從來沒有輸過，愛因斯坦鎩羽而歸，終究年歲不饒人，他老了。
德國上下都搞了不少活動來慶祝愛因斯坦五十歲的生日，社會上搞得熱熱鬧鬧的，但是研究愛因斯坦生平的專家派斯曾說：「愛因斯坦在1925年之後就應該去釣魚，而不是繼續做研究。」的確，愛因斯坦的重要貢獻，大概都是在1925年前搞出來的。後來愛因斯坦越來越成為一個社會活動家，一個名人，他不知不覺之間開始扮演另一個角色，那就是一塊優秀的「磨刀石」。任何一個新銳思想，你都可以拿到老愛這裡來磨一磨，多半會得到反對的意見，但是你把他提出的那些尖銳的問題都解決了，你的理論就能來個昇華。你要是一塊好鋼，那麼你與磨刀石絕不是敵對關係，愛因斯坦可以把你磨得更加鋒利。
愛因斯坦後悔加入這個宇宙常數之餘，也發現了一個現象：某人拿著不帶宇宙常數的方程計算一遍，立馬就會有人拿帶著宇宙常數的人再算一遍。裡外裡論文數量多了一倍，他不留神放進去的宇宙常數就成了刷論文數量的利器。不過，老愛就是老愛，犯錯誤都犯得非常瀟灑帥氣。日後這個宇宙常數會成為暗能量的一個重要的候選者，這恐怕真有點塞翁失馬的辯證法味道了。科學家也是人，也會犯錯誤，也會有情緒，他們也並非生活在真空之中，社會的發展與變遷都會對他們造成影響。
1929年是歷史上注定值得大書特書的一年：美國華爾街股票崩盤，出現了大災難。當時的人們告訴胡佛總統，出現經濟危機啦！胡佛總統安撫大家說，哪有經濟危機這麼嚴重啊，只是市面上稍微有點「蕭條」而已。哪料到，胡佛總統一不留神創造出了一個比經濟危機更加恐怖的名詞叫「大蕭條」。大批工人失業，銀行擠兌，大家生活在淒風苦雨之中。抬眼望去，滿街愁雲慘霧，娛樂業倒是逆勢繁榮，人們都蜂擁進了電影院去尋找短暫的愉悅與滿足，畢竟現實世界「英雄難抱美人歸」，從來也不會有「大團圓」的結局。就在這一年，美國頒發了第一屆「奧斯卡獎」，迪斯尼的米老鼠開始風靡世界，大家在虛擬世界裡獲取虛幻的滿足之餘，也都在盼望著現實世界有實實在在的好消息傳來。
1929年哈勃發現了哈勃紅移，這讓美國科學界在歐洲人面前揚眉吐氣了一把。第二年，1930年，湯博發現了冥王星，這也成了農村小子的勵志傳奇。湯博是個熱愛天文的農村高中生，沒機會上大學深造，偏巧家裡莊稼遭了災，被冰雹打得顆粒無收。於是他決定外出打工，僅僅投寄了一份簡歷，就被羅威爾天文台錄用。天文台最近錢緊，希望用農民工代替那幫價格昂貴的人。湯博坐了三十個小時的火車去了遠方，那裡有的只是一望無盡的曠野與滿天繁星。羅威爾天文台就在旗桿鎮上，是世界上第一個遠離大城市光污染的天文台。羅威爾老爺子選址的時候恐怕想不到，六十里地之外的那個大坑就是隕石撞擊造成的，那就是舉世聞名的亞利桑那大隕石坑。天意？也許吧！
天文台領導把那種枯燥且技術含量低的工作分派給了湯博，湯博就靠著他的耐心努力與認真細緻，年復一年地玩著「大家來找茬」的遊戲（比對照片），最終發現有一個小黑點（底片是黑白顛倒的）發生了移動，於是一顆新的行星——冥王星被發現了。這妥妥的是美國夢的典型，勵志的光輝榜樣啊。1931年，迪斯尼就把米老鼠家的寵物狗起名字叫「Pluto」，就是冥王星的意思，可見此事在社會上的影響之大。冥王星這名字是報紙上徵集來的，來自一個英國小女孩的奇思妙想，用冥界之主來描述冷暗遙遠的深空行星，那是再合適不過了。
歐洲經濟當時也好不到哪裡去，德國也亂糟糟的。愛因斯坦到美國加州理工講學，覺得美國學術環境也還不錯，他考慮半年在美國，半年在德國，但是當時排斥猶太人的情緒已經開始在德國抬頭了。世道不好，人們總喜歡找替罪羊，猶太人那還不就是替罪羊的最佳人選嗎！後來愛因斯坦察覺到苗頭不對，就留在了美國沒回去。這是後話了，按下不表。
當然並不是每個年輕人都像湯博那樣幸運，工作幾年就能成為勵志傳奇，比如另一個年輕人就相對坎坷多了。那時候的印度還在英國的統治之下，大概包括現在的印度、巴基斯坦、孟加拉的版圖範圍。有一個年輕的印度學生來到英國求學，這個小伙子叫錢德拉塞卡。他的出生地拉合爾按照現在的國界劃分，應該是在巴基斯坦境內，不過大家還是稱他為印度裔學生。那時候英屬印度能上大學的人不多，他家全是知識分子，有條件受到良好的教育。錢德拉塞卡考入英國劍橋大學三一學院，到那裡讀博士。
旅途漫漫，錢德拉塞卡在船上一直在思考一個問題，那就是有關恆星末日的問題。一個年老體衰的恆星，將會有怎樣的結局呢？當時的天文學界一致認為，像太陽這樣的恆星進入晚年以後，會變成一顆白矮星。恆星越大，那麼燃燒就越猛烈，因為恆星越大，自身引力也就越大，如果燃燒不夠猛烈，根本就扛不住自身的引力。猛烈燃燒產生高溫，物質運動劇烈，產生的壓力可以對抗住自身引力，一個天體就可以平衡穩定地存在下去。我們觀察到宇宙中大部分恆星都符合這個規律，只有少數例外。體積小重量輕的，多半溫度也很低，顏色上偏紅色。體積大溫度高，顏色多半偏藍色。正因為大恆星燃燒劇烈，因此壽命普遍不長，有個幾千萬年就燒光了。反倒是像太陽這樣的天體，可以溫和地慢慢燒上一百億年。這也充分說明了宇宙的一個基本法則——「出來混，總要還的」，想要光鮮亮麗，那麼必定要付出慘痛的代價。
當時量子物理學已經有了很大的發展，特別是泡利（圖12-12）提出了著名的「泡利不相容原理」。簡而言之就是說，一個房間不能住進兩個特徵完全相同的人。每個人用四個量子數來描述，高矮、胖瘦、男女、老幼，反正你排列組合，這四個量完全一致的人是不能住在一個房間的。你非要硬塞進去，對不起，一定有人被轟出來。
圖12-12 玻爾和物理學男孩們，第一排正中間的那個就是泡利。猜猜兩邊都是誰？
那麼也就可以想像了，來了一大群人，高矮胖瘦，男女老幼全都有，你就必須準備足夠多的房間才能把人全安排進去，如果遵守四個量完全一致的人不能安排在一間房間這個規則，無論你怎麼精心安排，總有個最小房間數，房間少了是不能滿足要求的。你要強行把大家趕到一間屋子裡，大家會強烈反抗，這就好似一股斥力，稱為「簡併力」。
電子是符合泡利不相容原理的，符合泡利不相容原理的這一類的粒子統稱「費米子」。因此，對於白矮星來講，壓縮到最後，電子運動越來越快，互相離得越來越近，排斥效應開始明顯，可以描述成一種「力」，叫做「電子簡並」。電子簡並足可以對抗自身的引力，白矮星就可以穩定地存在下去，等上千年萬代，逐漸冷卻，變成黑矮星。不過這個過程極其緩慢，宇宙最初形成的那批白矮星，到現在還沒完全涼透。
錢德拉塞卡在船上悶了十幾天就在計算這個簡併力的上限。任何力都不是無限大，都會有個上限。錢德拉塞卡發現，只要達到足夠大的質量，自身引力連電子簡並都扛不住，電子運動速度會接近光速，相對論效應不能不考慮。那樣一算，天體會突然坍塌，至於坍塌成什麼樣，錢德拉塞卡不敢想像，恐怕再也沒有什麼力量能扛住自身的引力，難不成一直塌縮成一個點？密度無窮大？媽呀！又是該死的無窮大。
錢德拉塞卡來到了英國，跟隨劍橋大學三一學院的拉爾夫·福勒學習。拉爾夫·福勒是狄拉克的老師，錢德拉塞卡就成了狄拉克的師弟。拉爾夫·福勒和狄拉克在1926年就研究過白矮星，有關白矮星的理論計算就是這個福勒搞出來的。狄拉克師兄指點錢德拉塞卡：不妨去哥本哈根理論物理研究所走上一遭，那裡可是量子力學的重鎮。錢德拉塞卡就去哥本哈根，在玻爾的研究所工作學習了一年，對量子力學有了深刻的認識。
錢德拉塞卡博士生畢業以後，就留在了劍橋大學三一學院當研究員，跟著當時著名的天文學家、物理學家愛丁頓。愛丁頓因為觀測日全食的星光偏移，從而驗證了愛因斯坦的廣義相對論，名聲大噪，在這方面，他非常自負。錢德拉塞卡後來回憶，他問愛丁頓：「據說世界上只有三個人懂廣義相對論，是這樣嗎？」愛丁頓一皺眉，他回答，他在想那第三個人是誰。言下之意，想不起來第三個人是誰。這就意味著，並不存在第三個懂得廣義相對論的人，弦外之音就是天下懂得廣義相對論的人也就愛因斯坦與他二人而已。是不是有點像三國演義裡面的孟德公那一句「唯使君與操耳」？日後一個讓錢德拉塞卡終生難忘的奇恥大辱皆因這個自負的愛丁頓老師而起。
錢德拉塞卡一直念念不忘自己對於白矮星極限的計算，也一直在完善著自己的想法。他發現，只要白矮星質量大於1.44個太陽質量就已經撐不住了，必定會繼續塌縮。在1935年皇家天文學會的會議上，這個二十四歲的青年終於得到宣讀自己論文的機會。稿子他事先打了很多份，那年頭沒有複印機，更別說電腦打印機了，全靠打字機手敲。開會的時候，他給每位到會的學者都發了一份，也給愛丁頓老師發了一份。這麼高規格的會議，錢德拉塞卡自然是誠惶誠恐，念完了自己的論文，等著諸位大牛提問。
愛丁頓老師昂首闊步走上講台，在眾目睽睽之下，把手中錢德拉塞卡的論文撕成了碎片。他直接宣稱錢德拉塞卡的東西是一派胡言，理論非常古怪，堅決不能接受。下邊哄堂大笑，大會的主持人甚至沒給錢德拉塞卡申辯的機會。愛丁頓事先跟愛因斯坦通了氣，大概得到了愛因斯坦的支持，因此對錢德拉塞卡一點兒都不客氣。散會以後，好多人去安慰錢德拉塞卡，大傢伙兒留點神吧，千萬別讓錢德拉塞卡去河邊啦，樓頂啦……總之，千萬要阻止他想不開。
其實呢，人家錢德拉塞卡並沒有那麼脆弱，但是他得不到英國主流科學界的認可倒是真的。泡利後來安慰他說，你的計算是符合「泡利不相容原理」的，估計不符合「愛丁頓不相容原理」。這當然是玩笑話，泡利天資聰穎，年紀輕輕就誰都不服氣，敢於當著愛因斯坦的面就讓人家下不來台，號稱「上帝之鞭」、「物理學界的良心」。他唯獨見到授業的恩師索末菲時大氣兒都不敢出，畢恭畢敬，垂手侍立，可謂「一物降一物，滷水點豆腐」。
能得到泡利的好評實屬不易，泡利那張嘴，基本沒說過別人好話，但是錢德拉塞卡在英國還是混得不如意。1937年乾脆再次漂洋過海去了美國，在芝加哥大學干了後半輩子，當了葉凱士天文台（圖12-13）的領導。葉凱士天文台是附屬於芝加哥大學的，他時常要奔波兩地，十分辛苦。他一生發了幾百篇論文，是個非常努力的科學家，也教授了無數的弟子，很多學生的成就都超過了他這個老師。錢德拉塞卡有一段時間常常獨自開車從葉凱士天文台頂風冒雪回到芝大校園，一進教室就看到兩張年輕的臉龐，一個叫楊振寧，一個叫李政道……
圖12-13 葉凱士天文台有世界上最大的折射望遠鏡，看看下方合影的裡面有沒有熟人