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恒星结构的解谜者与相对论的验证者:亚瑟·爱丁顿的传奇一生

时间: 2025-03-17 11:07:26 阅读:153


1882年12月28日,英国肯德尔的一个贵格会家庭迎来了一名男婴。这个孩子后来成为20世纪天体物理学领域的奠基人之一,也是广义相对论的首位英语世界传播者——亚瑟·斯坦利·爱丁顿。

从丧父孤儿到剑桥学者

爱丁顿的父亲是当地中学校长,但在1884年因伤寒去世,留下母亲独自抚养他和姐姐。尽管家境艰难,母亲坚持让他在家接受教育。少年时期的爱丁顿展现出数学与文学天赋,15岁获得奖学金进入曼彻斯特欧文斯学院(现曼彻斯特大学),主修物理学。1902年,他以优异成绩毕业,并进入剑桥大学三一学院深造。

在剑桥,爱丁顿以两年时间完成数学荣誉学位考试,成为历史上最快获得“高级牧马人”(SeniorWrangler)称号的学生之一。1905年,他进入卡文迪许实验室研究热辐射,但很快转向天文学领域。

破解恒星奥秘的科学先锋

1913年,31岁的爱丁顿被任命为剑桥大学天文学与实验物理学终身教授,次年成为剑桥天文台台长。他开创性地提出:恒星内部由向内的重力与向外的辐射压力维持平衡,这一理论颠覆了传统认知。

1924年,他推导出“质量-光度关系”,指出恒星质量越大,发光能力越强。这一发现为测量遥远恒星质量提供了关键工具。他提出的“爱丁顿极限”则揭示了恒星稳定性的边界:质量超过太阳50倍的恒星会因辐射压力过强而无法稳定存在。

主要贡献领域核心理论或发现
恒星内部结构辐射平衡模型、质量-光度关系
相对论验证1919年日全食光线弯曲观测
天体物理极限理论爱丁顿极限(恒星最大质量限制)

一锤定音:让爱因斯坦闻名世界

1919年5月29日,爱丁顿率领团队在西非普林西比岛观测日全食。他拍摄的底片显示,太阳引力使星光偏转1.61角秒,与广义相对论预言的1.75角秒高度吻合。尽管后世发现数据存在误差,但这一结果仍使爱因斯坦一夜成名。《泰晤士报》以“科学革命”为题报道此事,爱丁顿也被戏称为“第三个懂相对论的人”。

执着与争议:晚年科学探索

1920年代起,爱丁顿痴迷于统一量子理论、相对论与引力理论,试图证明质子质量与电子电荷是宇宙“完美特性”的必然结果。他坚持精细结构常数α应为1/137整数,但最终测量值1/137.036打破了他的设想。

1935年,他公开反对钱德拉塞卡提出的白矮星质量极限理论(即钱德拉塞卡极限),认为恒星坍缩存在其他机制。然而1983年诺贝尔物理学奖授予钱德拉塞卡,证实了后者的正确性。

战争中的和平主义者

第一次世界大战期间,爱丁顿因贵格会信仰拒绝参军。他在1918年写道:“杀戮行为永远无法被合理化。”最终英国政府因其科研重要性特批免役。

著作遗产与永恒影响

爱丁顿一生出版十余部著作,其中《相对论的数学理论》(1923)被爱因斯坦誉为“该主题的最佳阐释”。科普作品《膨胀中的宇宙》通过生动的语言向公众描绘宇宙图景,而《基本理论》在他逝世两年后才问世,留下未竟的统一理论梦想。

1944年11月22日,爱丁顿病逝于剑桥。他墓碑上的方程“E=√(N/R)”象征其对宇宙基本常数的毕生求索,而西非海岸的日食观测点至今立有纪念碑,纪念那个验证时空弯曲的历史瞬间。