萨拉马尼安·钱德拉塞卡

2013-05-10 05:55英杰
初中生世界·八年级物理版 2013年4期
关键词:白矮星拉曼物理学家

英杰

萨拉马尼安·钱德拉塞卡(1910-1995),印度裔美国籍物理学家和天体物理学家,因为对恒星结构及其演化过程的理论研究,特别是对白矮星结构和变化的精确预言,而获得1983年的诺贝尔物理学奖.

才华出众

1910年10月19日,钱德拉塞卡生于巴基斯坦的拉合尔市,当时该市是英国统治下的印度的领地.他的父亲是一位著名的会计师,收入丰厚.钱德拉塞卡在学校里有着神童的美誉,学习成绩非常好,尤其是数学.虽然钱德拉塞卡非常聪明,但他学习却非常努力,因为知识本身对他产生了巨大的吸引力.由于他学习的时间太长,他的父亲经常劝他出去走走,以免累坏了身体.有时候他实在躲不了,就走出家门,到邻居家学上几个小时再回来.他早年的兴趣在数学方面,但父亲希望他去学习物理学,后来他听从了父亲的建议.

钱德拉塞卡和另一个获得1930年度诺贝尔奖的物理学家拉曼有亲戚关系,但拉曼对他们家不太友好.钱德拉塞卡的母亲受到了拉曼的歧视,因此她希望儿子将来不要依靠拉曼,而是自己去发展,最好能争一口气,超过拉曼.因此钱德拉塞卡虽然也把拉曼当成自己的榜样,但他却尽量远离拉曼,不愿靠近他.

钱德拉塞卡在18岁的时候就写了两篇有关物理学的论文,获得剑桥大学福勒教授的赞赏,第二篇被推荐发表在《哲学杂志》上.他的才华是如此出众,因此获得了政府的专门奖学金,资助他去英国深造.1930年,刚刚19岁就已经大学毕业的钱德拉塞卡,独自踏上了去英国的航程.

重大发现

钱德拉塞卡早年的兴趣在天体物理学方面.在去英国的航程中,他待在船舱里独自思考白矮星的问题.当时,天体物理学家们认为,白矮星是一切恒星演化过程的最终阶段,但是钱德拉塞卡利用计算表明,当恒星质量超过某一上限时,它的最终归宿不会是白矮星.在那10多天漫长的航程中,他初步计算出这个上限为太阳质量的1.4倍.后来这一成果被命名为钱德拉塞卡极限,他就是凭着这方面的成就而获得了诺贝尔物理学奖.这种理论也为以后黑洞理论的出现打开了大门.

来到英国后,钱德拉塞卡进入剑桥大学三一学院学习理论物理,成为了福勒的研究生,1933年获得博士学位.在剑桥的三年中,钱德拉塞卡取得了一系列的研究成果,发表了很多学术论文.因为在很短的时间内就取得了如此大的成就,1933年10月他被聘为剑桥大学三一学院的研究员,这个职位一般人是得不到的.

钱德拉塞卡曾经把白矮星质量上限的问题告诉过福勒,但福勒并不赞同.钱德拉塞卡在应邀到苏联访问时,又拿这个问题请教苏联同行,苏联人鼓励他继续研究下去.在剑桥,爱丁顿也鼓励他再对这个问题进行更严密的思考和论证.经过一段长期的思考和计算以后,钱德拉塞卡逐步完善了关于白矮星的理论.1935年在皇家天文学会的会议上,他把自己的发现公之于众.

成绩被否定

本来,钱德拉塞卡在有了这么重大的发现后应该是功成名就了,但他却太不幸了,他的理论遭到了无情的否定.

爱丁顿把他的理论狠狠地批了一通,他指责钱德拉塞卡犯了严重的常识错误.因为按照钱德拉塞卡的理论,超过太阳质量1.4倍的恒星如果继续坍缩下去的话,那么最终将会形成一个点,密度无限大,这是违背自然规律的;他认为应该有一条自然定律阻止恒星形成这种结果.这完全是从感情上出发作出的否定,而没有任何科学的依据,但爱丁顿是当时的权威,威望很高,他的观点没有人敢反对.

事情的发展真的太突然了,当钱德拉塞卡满怀信心地准备接受大家的赞赏时,迎来的却是狂风骤雨.爱丁顿是他非常敬重的前辈,但他现在却如此严厉地批评了他,大会主持人甚至没有再给他一个申辩的机会.他感觉就像世界末日到来了一样,怎么也无法接受这种结局.

虽然很多著名的科学家都认为钱德拉塞卡的研究结果是有道理的,但却没有人站出来替他说句话.当时钱德拉塞卡的观念确实是太超前了,后来爱因斯坦也认为恒星的体积不能收缩为零.

钱德拉塞卡与爱丁顿的争论持续了好多年,双方始终无法达成一致.爱丁顿十分顽固,他再也没有去仔细审视这种观点的合理性,而是一直坚决反对.因为这种争论,钱德拉塞卡已无法在剑桥再待下去,只好去了美国.

逆流前行

1936年来到美国芝加哥大学后,钱德拉塞卡把自己的这种理论写进《恒星结构研究导论》中,然后就不再管它了.几年后他在给父亲的信中这样写道:“我发觉自己同天文学的领袖人物处于一场争论之中,我的研究工作完全受到天文学界的怀疑……我真的认为反复讲已做过的某些事是无效果的……如果我是对的话,那么它终究会被人知道是对的.”

这件事对钱德拉塞卡的影响是如此巨大,刚刚出道就遭到了无情的否定,科学声誉一落千丈,他确实很难接受.但他默默地接受了这一切,不再去抗争,而是继续从事自己的研究.后来这也成了他的一种风格,他在某一领域作出成果后,就转向另一个新领域.在以后的研究生涯中,他先后参与的领域包括:恒星动力学、恒星大气、广义相对论的应用以及黑洞的数学理论.他在每一个领域都作出了成绩,但都不作停留,又转向下一个课题.研究对他来说成为了爱好,他把荣誉和成就全抛到脑后了.

钱德拉塞卡在美国芝加哥大学,除教学工作之外还负责编辑芝加哥天文物理杂志.凭着他的努力,他把这份刊物从校刊办成了重量级的刊物,众多天文物理学家都把能在这份刊物上发表文章作为证明自己价值的标志.而他为这份刊物花费了19年的心血,才有了今天的局面.同时他在教学上也勤勤恳恳,培养出了50多名博士生,李政道和杨振宁也曾是他的学生.

不计前嫌

大约30年后,他在白矮星方面的成果在长期的观察中得到了验证,这种理论终于得到了天体物理学家们的公认.但他似乎也没有感到过多的欣喜,他知道自己是对的,不需要别人来承认.又过了20年后,他凭这项成果获得了诺贝尔物理学奖.1983年,当他接过诺贝尔奖杯时,已经70多岁了,已经是两鬓斑白的垂暮老者.如果没有爱丁顿的坚决反对,也许他早就应该获得今天的荣耀了.

白矮星是一种亮度低、密度高、温度高的恒星.因为它呈现出白色.而且体积较小,所以被命名为白矮星.白矮星是恒星演化到末期的产物.晚期的恒星由于能量耗尽无法再对抗中心强大的引力,因此所有物质都向内收缩.星体的密度就会变得非常大,直到达到一种平衡,从而形成白矮星.

钱德拉塞卡极限指白矮星的最高质量,是太阳质量的1.44倍.因为这个极限是由钱德拉塞卡计算出来的,所以称为钱德拉塞卡极限.恒星在演化的晚期,质量低于这个极限时就可以形成稳定存在的白矮星;如果大于这个极限就会一直坍缩成密度更高的天体:中子星或黑洞.

从前他对爱丁顿肯定是心存不满的,但现在他却不这样认为了.他认为,如果爱丁顿没有反对,那么他确实是功成名就了,但自己当时是如此年轻,也许就会在成绩面前止步不前了,至少不会再像以前那么努力了.爱丁顿的反对是对他的考验,他经受住了考验,继续前行,才有了以后的发现.他也同样认为,那些获得巨大成功的人产生了一种傲慢的态度,认为自己看问题的态度肯定是正确的,因此才会犯那么严重的错误,而他永远都不会这样.

1944年爱丁顿逝世的时候,钱德拉塞卡在发表的讣告演说中,依然给予他很高的评价,把爱丁顿誉为那个时代仅次于施瓦西的最伟大的天文学家.在那个时候,钱德拉塞卡已经不再怨恨爱丁顿了.

钱德拉塞卡来到美国后就长期在美国定居,随着研究成果的出现获得了一系列荣誉.1995年8月21日,钱德拉塞卡在美国芝加哥去世,全世界的天文物理学家们都对他的逝世表示哀悼.

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