亚瑟·埃丁顿

亚瑟·斯坦利·爱丁顿爵士，男，外文名Arthur Stanley Eddington，1882年12月28日出生，英国天文学家、物理学家、数学家，是第一个用英语宣讲相对论的科学家，自然界密实（非中空）物体的发光强度极限被命名为“爱丁顿极限”。他还是一位科学哲学家和科学普及者。在第一次世界大战期间，英国人并不太清楚德国的科学进展，爱丁顿在1919年写了“重力的相对理论报导”，第一次向英语世界介绍了爱因斯坦的广义相对论理论。^[1]亚瑟·埃丁顿的主要著作有《恒星和原子》《恒星内部结构》《科学和未知世界》《膨胀着的宇宙：天文学的重要数据》等。^[2]

1882年12月28日，亚瑟·埃丁顿出生于英格兰肯达尔一个贵格会家庭，父亲是一个中学校长，死于1884年席卷英格兰的伤寒大流行，他的母亲独立承担抚养他们姐弟俩的责任。他在萨默塞特的韦斯顿－苏佩－马雷度过他的童年并接受早期教育。爱丁顿幼年是在家中随母亲学习。1893年他进入布里麦伦学校，他显示出在数学和英国文学方面的天才。1898年他获得60英镑的奖学金，因此得以进入曼彻斯特维多利亚大学的欧文斯学院学习物理学，1902年以优异成绩获得科学学士学位。

因为突出的成绩，获得剑桥大学三一学院75英镑的奖学金，1905年获三一学院硕士学位，进入卡文迪许实验室研究热辐射。1905年他到格林威治天文台工作，分析小行星爱神星的视差，他发现了一种基于背景两颗星星的位移进行统计的方法，因此于1907年获得史密斯奖。这个奖项使他获得剑桥大学的研究员资格。1912年达尔文的儿子，剑桥大学的终身教授去世，爱丁顿被推荐接替他的职位。1913年初，爱丁顿被任命为剑桥大学天文学和实验物理学终身教授。1914年被任命为剑桥大学天文台台长，不久就被选为英国皇家学会会员。

爱丁顿率领一个观测队到西非普林西比岛观测1919年5月29日的日全食，拍摄日全食时太阳附近的星星位置，根据广义相对论理论，太阳的重力会使光线弯曲，太阳附近的星星视位置会变化。爱丁顿的观测证实了爱因斯坦的理论，立即被全世界的媒体报道。当时有一个传说：有记者问爱丁顿说是否全世界只有三个人真正懂得相对论，但现在的历史学家研究认为，当时爱丁顿的数据并不准确，可是歪打正着地宣布了相对论理论的正确。

爱丁顿还从理论上研究恒星内部的结构，提出恒星由向内的重力和向外的光辐射压力维持平衡，内部是高温的离子化状态的气体，相当于理想气体。经过他的数学模型计算，他解释了造父变星的变化周期理论。1920年，爱丁顿第一个提出恒星的能量来源于核聚变，为此他和詹姆士·金斯爵士进行了一场旷日持久的辩论，直到1939年美国天文学家汉斯·贝特计算出太阳的能源是氢原子经过四步核聚变反应形成氦才算结束。

1923年他出版了《相对论的数学理论》，爱因斯坦认为这本书是：“在所有语言中是表达这个主题最好的版本”。从1920年开始，直到他去世，他一直致力于将量子理论、相对论和重力理论统一起来，形成一个“基本理论”，到晚年几乎达到痴迷的程度。他确信质子的质量和电子电荷的数值不是偶然形成的，是“为了形成宇宙的自然和完美的特性”。

由于他过于相信自然的完整，当时对微细构造常数α的数值测量接近1/136，他坚持必须应该是1/136整，后来更精确的测量证明是接近1/137，他又宣称必须是1/137整，但实际目前最精确的测量证明是1/137.03599976(50)。

他没有能完成自己的研究，爱丁顿于1944年在剑桥逝世，他的著作《基本理论》直到1946年才出版。他在逝世前，1938年，他担任了国际天文学联合会主席。直到去世。

爱丁顿是英国理论天文学家，也是最早的天体物理学家之一。爱丁顿于1882年12月28日出生在康布里亚的肯德尔，但在其父1884年死后迁往索美塞得郡的滨流韦斯顿。他被培养成一名贵格会教徒，终生未改，而这后来竟然影响到他参加验证爱因斯坦预言光线偏折的远征观察队。他曾就读曼彻斯特的欧文斯学院(后来成为曼彻斯特大学)，后进剑桥大学并于1905年毕业。经短期教学后，他成了剑桥的三一学院研究员，并在格林尼治皇家天文台(当时仍在格林尼治)任职。1912年，30岁的爱丁顿成为剑桥大学天文及实验哲学普鲁明教授；1914年被聘为剑桥天文台台长。除这些职务外，1909年他曾被派往马耳他去测定那里一座观测站的准确经度，1912年领导过一支派赴巴西的日食观测队。

当爱因斯坦在1915年向柏林科学院宣布他的广义相对论时，英国和德国正处于战争状态。爱因斯坦将论文副本寄给中立国荷兰的威廉·德西特，德西特把它们转交时任皇家天文学会秘书的爱丁顿。爱丁顿当时的职务，使他成为将爱因斯坦新理论介绍给英国科学界的理想人选，而他自己也很快成为新理论在德国境外的主要支持者。

皇家天文官弗兰克·戴森打算组织两支观测队，在1919年日食期间验证爱因斯坦预言，爱丁顿显然是领导其中一支观测队的合适人选。但出现了麻烦，因为英国已经开始征兵，而爱丁顿公开宣称作为一名贵格会教徒，他是严正反战者，并拒绝服兵役。经科学研究所和内务部的多方交涉，戴森找到了一个解决办法。爱丁顿充分证明了爱因斯坦理论的正确，并且继续为推广这一理论做出了主要贡献。

爱丁顿早年研究过恒星的自行。之后，他开始将物理学定律应用于恒星内部条件，用恒星内部温度、压力和密度之间关系的已知定律解释它们的总体行为。这是在理解恒星如何通过核聚变获得能量的道路上迈出的关键一步。他撰写的一书在1926年出版，而且成为了经典著作。

1930年代，爱丁顿徒劳地走进了试图把相对论和量子理论统一起来的死胡同，在天体物理学方面再也没有新的重要贡献。他强烈反对我们现在称之为黑洞的概念，当众嘲笑萨布拉曼扬·昌德拉塞卡关于一颗恒星质量超过一定限度时必将在临死时无限坍tān缩的见解。但是，瑕不掩瑜，正是昌德拉塞卡自己对爱丁顿突出的科学生涯做出了最高评价：他是‘他那个时代最卓越的天体物理学家’。爱丁顿逝世于1944年11月22日。

爱丁顿的研究不仅限于广义相对论的验证和普及，他还通过理论研究了恒星的内部，并对恒星过程有了第一个真正的理解。他在1916年开始研究关于Cepheid变星可能的物理解释，并首先扩展了卡尔·施瓦西尔德早期关于恩登多项模型中辐射压力的工作。这些模型将恒星视为一个由内部热压力支撑的气体球体，埃丁顿的主要补充之一是表明辐射压力是防止球体坍缩的必要条件。尽管他明知在理解恒星内部的不透明度和能量生成方面缺乏坚实的基础，但他的结果允许计算恒星内部的温度、密度和压力（热力学各向异性），埃丁顿认为他的理论对进一步的天体物理研究非常有用，因此应该保留，尽管并非基于完全被接受的物理学。

大约在1920年，他在他的论文《恒星的内部构造》中预示了恒星中的核聚变过程的发现和机制。当时，恒星能量的来源是一个完全的谜; 埃丁顿是第一个正确推测出能源是氢聚变成氦的人。这是一个特别引人注目的发展，因为当时核聚变和热核能量，甚至恒星主要由氢（见金属丰度）组成的事实尚未被发现。埃丁顿的论文，基于当时的知识，推断出恒星能量的主导理论，即收缩假说（参见开尔文-赫尔姆霍兹机制），应该导致恒星的旋转明显加快，因为角动量守恒。但是Cepheid变星的观测表明这并没有发生。他还推测了弗朗西斯·阿斯顿最近还表明，氦原子的质量约为四个氢原子的质量的0.8％，这表明如果这种组合发生，它将释放大量能量作为副产品。如果一颗恒星只含有5％的可聚变氢，就足以解释恒星如何获得它们的能量。所有这些推测在随后的几十年中都被证明是正确的。

基于这些假设，他证明了恒星内部的温度必须是数百万度。1924年，他发现了恒星的质量-光度关系。尽管存在一些分歧，埃丁顿的模型最终被接受为进一步研究的有力工具，特别是在恒星演化的问题上。米歇尔森在1920年对他估计的恒星直径的确认对于说服那些不习惯埃丁顿直观、探索式风格的天文学家来说至关重要。埃丁顿的理论在1926年成熟形成，成为培养整整一代天体物理学家的重要文本。

埃丁顿在20世纪20年代末和30年代继续他在恒星结构方面的工作，并引发了与琼斯和爱德华·阿瑟·米尔恩的进一步冲突。一个重要的话题是他的模型的扩展，以利用量子物理学的发展，包括在描述矮星时使用退化物理学。与钱德拉塞卡尔关于恒星质量极限的争论是他晚年的一个重要事件。钱德拉塞卡尔的工作预示了黑洞的发现，当时这似乎是如此荒谬和非物理的，以至于埃丁顿拒绝相信钱德拉塞卡尔的纯数学推导对现实世界有影响。埃丁顿是错误的，他的动机是有争议的。钱德拉塞卡尔对这一事件的叙述中，他的工作受到了严厉的拒绝，描绘了埃丁顿相当残酷和教条的形象。钱德拉塞卡尔从与埃丁顿的友谊中受益。正是埃丁顿和米尔恩提名了钱德拉塞卡尔获得皇家学会的奖学金。埃丁顿的批评似乎部分基于对纯数学推导的怀疑，认为这并不足以解释退化恒星固有的看似令人生畏的物理悖论，但也“提出了无关的异议”，如Thanu Padmanabhan所说。

参考资料：^[3][4]

参考资料：^[3][5][6]

爱丁顿最早的工作是关于恒星运动的研究，在这以后，他又从1916年开始研究星体的内部结构，研究结果发表于他的第一部重委著作之中。他介绍了一种以往被忽视的现象，即可能通过辐射压力对星体的平衡产生的巨大影响，热能由星球内部到外部的传播，并不象原先人们所设想的那样通过对流实现，而是由辐射实现。

正是在这项研究工作中，爱丁顿全面地总结出了质量。发光度之间的关系。这一关系发现于1924年。它指出，一星体所拥有的质量越大，就能发出越多的光。这一结论的价值在于，如果一颗恒星的固有亮度已知，就可根据此亮度确定它的质量。爱丁顿还认识到，恒星的体积有一个极限：质量能超过太阳质量10倍的星体，其数量相对而言就较少了，而任何质量超过太阳50倍的星体，由于过度的辐射压力，就不可能是稳定的。

爱丁顿写了大量科学专著及通俗读物。他的一些著作相当流行，其中一版再版。正是由于爱丁顿的介绍，爱国斯坦的广义相对论才传播到了讲英语的国家之中。爱丁顿受相对论影响极深，并为此理论提出了实验证据。他观察了1919年的全日烛并提交了一份报告，报告说，爱因斯坦在广义相对论中所作的一项极为精确的出人意料的预言被成功地观察到了，这就是光线在通过恒星(即太阳)的引力场时产生的轻微弯曲。1924年，爱因斯坦的理论得到了进一步支持：应爱丁顿的请求，沃尔特·亚当斯探测并量度了天狼星的高密度白矮伴星天狼星日的谱线波长的偏移，从而证实了爱因斯坦的预言——恒星光线由于引力场的作用会变红。这样，爱丁顿作了许多工作把爱因斯坦的理论建筑在严格坚实的基础之上。

多年之间，爱丁顿埋头钻研一种深奥晦涩但又极富挑战性的理论，该理论在他身后才发表在遗著之中。大致说来，爱丁顿的思想是：科学中的基本常量，诸如质子的质量，电子的质量和电荷负载等，是“宇宙结构的自然与完全的规定”，它们的值也并非偶然的。爱丁顿曾致力于发展一个能把上述值推出来的理论。但未能成功。

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