[科普中國(guó)]-亞瑟·斯坦利·愛(ài)丁頓

人物生平

亞瑟·斯坦利·愛(ài)丁頓出生于英格蘭肯達(dá)爾一個(gè)貴格會(huì)家庭，父親是一個(gè)中學(xué)校長(zhǎng)，死于1884年席卷英格蘭的傷寒大流行，他的母親獨(dú)立承擔(dān)撫養(yǎng)他們姐弟倆的責(zé)任。愛(ài)丁頓幼年是在家中隨母親學(xué)習(xí)。1893年他進(jìn)入布里麥倫學(xué)校，他顯示出在數(shù)學(xué)和英國(guó)文學(xué)方面的天賦。1898年他獲得60英鎊的獎(jiǎng)學(xué)金，因此得以進(jìn)入曼徹斯特的歐文斯學(xué)院（后改組成如今的曼徹斯特大學(xué)）學(xué)習(xí)物理學(xué)，1902年以?xún)?yōu)異成績(jī)獲得科學(xué)學(xué)士學(xué)位。

因?yàn)橥怀龅某煽?jī)，獲得劍橋大學(xué)三一學(xué)院75英鎊的獎(jiǎng)學(xué)金，1905年獲三一學(xué)院碩士學(xué)位，進(jìn)入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室研究熱輻射。

1905年他到格林威治天文臺(tái)工作，分析小行星愛(ài)神星的視差，他發(fā)現(xiàn)了一種基于背景兩顆星星的位移進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方法，因此于1907年獲得史密斯獎(jiǎng)。這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)使他獲得劍橋大學(xué)的研究員資格。1912年達(dá)爾文的兒子，劍橋大學(xué)的終身教授去世，愛(ài)丁頓被推薦接替他的職位。1913年初，愛(ài)丁頓被任命為劍橋大學(xué)天文學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)終身教授。1914年被任命為劍橋大學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)，不久就被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。

第一次世界大戰(zhàn)期間，他被要求服兵役，但由于他信仰貴格會(huì)，同時(shí)又是一個(gè)和平主義者，他拒絕服兵役，他的同事以他在科學(xué)研究方面的重要作用為由，成功地要求政府免除了他的兵役。

一戰(zhàn)過(guò)后，愛(ài)丁頓率領(lǐng)一個(gè)觀測(cè)隊(duì)到西非普林西比島觀測(cè)1919年5月29日的日全食，拍攝日全食時(shí)太陽(yáng)附近的星星位置，根據(jù)廣義相對(duì)論理論，太陽(yáng)的重力會(huì)使光線(xiàn)彎曲，太陽(yáng)附近的星星視位置會(huì)變化。愛(ài)丁頓的觀測(cè)證實(shí)了愛(ài)因斯坦的理論，立即被全世界的媒體報(bào)道。當(dāng)時(shí)有一個(gè)傳說(shuō)：有記者問(wèn)愛(ài)丁頓說(shuō)是否全世界只有三個(gè)人真正懂得相對(duì)論，愛(ài)丁頓回答“誰(shuí)是第三個(gè)人？”

但現(xiàn)在的歷史學(xué)家研究認(rèn)為，當(dāng)時(shí)愛(ài)丁頓的數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，可是歪打正著地宣布了相對(duì)論理論的正確。

貢獻(xiàn)恒星內(nèi)部研究愛(ài)丁頓還從理論上研究恒星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，提出恒星由向內(nèi)的重力和向外的光輻射壓力維持平衡，內(nèi)部是高溫的離子化狀態(tài)的氣體，相當(dāng)于理想氣體。經(jīng)過(guò)他的數(shù)學(xué)模型計(jì)算，他解釋了造父變星的變化周期理論。

愛(ài)丁頓拍照的1919年日食1920年，愛(ài)丁頓第一個(gè)提出恒星的能量來(lái)源于核聚變，為此他和詹姆士·金斯爵士進(jìn)行了一場(chǎng)曠日持久的辯論，直到1939年美國(guó)天文學(xué)家漢斯·貝特計(jì)算出太陽(yáng)的能源是氫原子經(jīng)過(guò)四步核聚變反應(yīng)形成氦才算結(jié)束。

1923年他出版了《相對(duì)論的數(shù)學(xué)理論》，愛(ài)因斯坦認(rèn)為這本書(shū)是：“在所有語(yǔ)言中是表達(dá)這個(gè)主題最好的版本”。

基本理論從1920年開(kāi)始，直到他去世，他一直致力于將量子理論、相對(duì)論和重力理論統(tǒng)一起來(lái)，形成一個(gè)“基本理論”，到晚年幾乎達(dá)到癡迷的程度。他確信質(zhì)子的質(zhì)量和電子電荷的數(shù)值不是偶然形成的，是“為了形成宇宙的自然和完美的特性”。

由于他過(guò)于相信自然的完整，當(dāng)時(shí)對(duì)微細(xì)構(gòu)造常數(shù)α的數(shù)值測(cè)量接近1/136，他堅(jiān)持必須應(yīng)該是1/136整，后來(lái)更精確的測(cè)量證明是接近1/137，他又宣稱(chēng)必須是1/137整，但實(shí)際目前最精確的測(cè)量證明是1/137.035 999 76(50)。學(xué)生給他取了一個(gè)昵稱(chēng)"Adding'One"。

他沒(méi)有能完成自己的研究，愛(ài)丁頓于1944年在劍橋逝世，他的著作《基本理論》直到1946年才出版。

他在逝世前，1938年，他擔(dān)任了國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)主席。直到去世。

他在晚年激烈地反對(duì)印度科學(xué)家蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢(qián)德拉塞卡提出的關(guān)于白矮星的最大質(zhì)量限界理論，蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢(qián)德拉塞卡認(rèn)為超過(guò)這個(gè)界限，恒星的坍塌會(huì)形成中子星、夸克星，直到黑洞。事實(shí)證實(shí)蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢(qián)德拉塞卡是正確的，他為此獲得了1983年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

愛(ài)丁頓最早的工作是關(guān)于恒星運(yùn)動(dòng)的研究，在這以后，他又從1916年開(kāi)始研究星體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果發(fā)表于他的第一部重委著作《星體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)》之中。他介紹了一種以往被忽視的現(xiàn)象，即可能通過(guò)輻射壓力對(duì)星體的平衡產(chǎn)生的巨大影響，熱能由星球內(nèi)部到外部的傳播，并不像原先人們所設(shè)想的那樣通過(guò)對(duì)流實(shí)現(xiàn)，而是由輻射實(shí)現(xiàn)。

正是在這項(xiàng)研究工作中，愛(ài)丁頓全面地總結(jié)出了質(zhì)量。發(fā)光度之間的關(guān)系。這一關(guān)系發(fā)現(xiàn)于1924年。它指出，一星體所擁有的質(zhì)量越大，就能發(fā)出越多的光。這一結(jié)論的價(jià)值在于，如果一顆恒星的固有亮度已知，就可根據(jù)此亮度確定它的質(zhì)量。愛(ài)丁頓還認(rèn)識(shí)到，恒星的體積有一個(gè)極限：質(zhì)量能超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量10倍的星體，其數(shù)量相對(duì)而言就較少了，而任何質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)50倍的星體，由于過(guò)度的輻射壓力，就不可能是穩(wěn)定的。

主要著作愛(ài)丁頓寫(xiě)了大量科學(xué)專(zhuān)著及通俗讀物。他的一些著作相當(dāng)流行，其中《膨脹中的宇宙》一版再版。正是由于愛(ài)丁頓的介紹，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論才傳播到了講英語(yǔ)的國(guó)家之中。愛(ài)丁頓受相對(duì)論影響極深，并為此理論提出了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。他觀察了1919年的全日燭并提交了一份報(bào)告，報(bào)告說(shuō)，愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中所作的一項(xiàng)極為精確的出人意料的預(yù)言被成功地觀察到了，這就是光線(xiàn)在通過(guò)恒星（即太陽(yáng)）的引力場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的輕微彎曲。1924年，愛(ài)因斯坦的理論得到了進(jìn)一步支持：應(yīng)愛(ài)丁頓的請(qǐng)求，沃爾特·亞當(dāng)斯探測(cè)并量度了天狼星的高密度白矮伴星天狼星日的譜線(xiàn)波長(zhǎng)的偏移，從而證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言——恒星光線(xiàn)由于引力場(chǎng)的作用會(huì)變紅。這樣，愛(ài)丁頓做了許多工作把愛(ài)因斯坦的理論建筑在嚴(yán)格堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)之上。在他的《相對(duì)論的數(shù)學(xué)原理》中，愛(ài)丁頓還極為精辟地闡述了這一理論。

多年之間，愛(ài)丁頓埋頭鉆研一種深?yuàn)W晦澀但又極富挑戰(zhàn)性的理論，該理論在他身后才發(fā)表在遺著《基礎(chǔ)理論》之中。大致說(shuō)來(lái)，愛(ài)丁頓的思想是：科學(xué)中的基本常量，諸如質(zhì)子的質(zhì)量，電子的質(zhì)量和電荷負(fù)載等，是“宇宙結(jié)構(gòu)的自然與完全的規(guī)定”，它們的值也并非偶然的。愛(ài)丁頓曾致力于發(fā)展一個(gè)能把上述值推出來(lái)的理論，但未能成功。

著作

愛(ài)丁頓也寫(xiě)過(guò)許多科普著作，最著名的是他在1929年闡述過(guò)一個(gè)“無(wú)限猴子理論”，就是說(shuō)“如果許多猴子任意敲打打字機(jī)鍵，最終可能會(huì)寫(xiě)出大英博物館所有的書(shū)”2。

《恒星和原子》 1926年

《恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)》 1926年

《基本理論》 1946年

《科學(xué)和未知世界》 1929年

《膨脹著的宇宙：天文學(xué)的重要數(shù)據(jù)》 1900年-1931年

《質(zhì)子和電子的相對(duì)論》 1936年

《物理世界的性質(zhì)》 1928年

《科學(xué)的新道路》 1935年

《空間、時(shí)間和引力：廣義相對(duì)論進(jìn)階》 1920年

《物理學(xué)的哲學(xué)》

《物理學(xué)的領(lǐng)域》

名言有記者問(wèn)愛(ài)丁頓說(shuō)是否全世界只有三個(gè)人真正懂得相對(duì)論，愛(ài)丁頓思考了一下，回答“我正在想第三個(gè)人是誰(shuí)？”

愛(ài)丁頓曾說(shuō)，“我認(rèn)為，熵增原則——即熱力學(xué)第二定律——是自然界所有定律中至高無(wú)上的。如果有人指出你的宇宙理論與麥克斯韋方程不符——那么麥克斯韋方程可能有不對(duì)；如果你的宇宙理論與觀測(cè)相矛盾——嗯，觀測(cè)的人有時(shí)也會(huì)把事情搞錯(cuò)；但是如果你的理論違背了熱力學(xué)第二定律，我就敢說(shuō)你沒(méi)有指望了，你的理論只有丟盡臉、垮臺(tái)。”2