钱德拉塞卡的一生

时间:2017-05-25 08:27:07
频道:科技通史
来源:《钱德拉塞卡传》
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 大约在70年前,20出头的杨振宁和李政道在芝加哥大学参加了一个天体物理学高级研讨班。

但是让人觉得奇怪的是,整个教室只有三个人。

除了杨、李两位学生外,第三人就是老师钱德拉塞卡博士。

 

李政道和杨振宁

虽然只有两位学生,但这位来自印度的钱德拉塞卡先生仍坚持备课上课。

无论刮风还是下雨,他每周都会驱车几百里赶来,给这两位求知若渴的学生授课。

 

钱德拉塞卡


倘若不是十年前台上那场无情的嘲弄,现在他台下应该也会是座无虚席的情景。

刚从印度到英国,才二十出头的他就得出了诺奖级别的推论。

现在被称“钱德拉塞卡极限”,是天文物理学中最重要的概念之一。

但是在每天都与诺奖人物擦肩而过的剑桥,他的成果却被一直被权威抨击、打压和漠视,全世界竟无一认可他的研究。

 

钱德拉塞卡


他教过的杨、李两位学生,早已捧得诺奖归,但他还是一如既往被遗忘。


到两鬓斑白的73岁,钱德拉塞卡才因二十岁时提出的概念,终获诺贝尔物理学奖。


最左为钱德拉塞卡

 

1910年苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡出生在英属印度的旁遮普地区。

他出身贵族,家境优渥,叔父拉曼更是1930年的诺贝尔物理学奖得主。


良好的教育,再加上数学和物理方面的天赋,钱德拉塞卡从小就有神童之誉。

 

6岁的钱德拉塞卡

 

1930年大学毕业后,他便考取了印度政府资金,前往英国继续深造。


那时候从印度到英国,需要18天的海上航行。


从小就是学霸的钱德拉,肯定也不会浪费这漫长的航程,于是决定进行一项关于恒星演变命运的计算。

 

 

 

当时的主流观点是,所有恒星都会在晚期塌缩成白矮星。

通俗点说白矮星就是恒星的尸体、最终的归宿。


但白矮星这种天体有一个特点就是——密度大到不可思议,黄豆那么一丁点就已经有一吨的重量。

 

所以关于白矮星的这种“致密物质”状态,也一直是科学家们难以理解的谜题。


白矮星幻想图

 

当时钱德拉塞卡手上有一篇福勒关于白矮星“致密状态”解释的论文。

根据费米-狄拉克统计,福勒解释道:

在这种致密状态下,电子会被“压”到它原来可活动空间小10000倍的“格子”中,被称为“电子简并态”。这种状态产生的“简并压力”非常大,大到可以抵抗引力的收缩。


福勒这一解释得到了当时主流科学界的认同,完美地揭开了白矮星为何拥有如此高密度的谜底。


 

钱德拉塞卡


作为后辈的钱德拉塞卡虽然对这一结论没有异议,但坏就坏在这漫长的旅途实在是百无聊赖。


他不自觉地就拿起笔来,试图将爱因斯坦的相对论引入福勒的论文中,想要求出一个更加简洁的相对论推广。

 


不算不知道,一算吓一跳。

经过多次重复推演和计算后,钱德拉发现并不是所有恒星都能演化成白矮星,这是有一定质量极限的。


当超过1.44倍的太阳质量(钱德拉塞卡极限),白矮星将不是最终归宿,反而是会因引力继续塌缩。

 

 

 

在摇晃的船舱里,钱德拉塞卡看着1.44倍这个数字,心里是既惊又喜。

因为他明白这种结果,对所有的天体学家来说,都将引发一场革命。


...


现在我们都知道,恒星除了白矮星这一最终状态外,还有中子星和黑洞


中子星比白矮星的密度还要大得多,每立方厘米的质量竟然有一亿吨,而黑洞的密度自然就不必说了。

 

 

恒星演化示意图


那时人们对中子星和黑洞可以说是一无所知。


但如果沿着钱德拉塞卡的推论计算,中子星和黑洞两个概念会比现实早20到30年进入天文物理学。

 

一到英国剑桥,钱德拉塞卡逐步完善自己的推论,心心念念地想早日将此推论公布,功成名就。


 

但让钱德拉塞卡万万没想到的是,他的推论竟遭到了难以想象的漠视和疯狂的抨击。


而且对他打压得最严重的一位,竟是当时自己的恩师爱丁顿爵士。

 

 

爱丁顿


那时候,爱丁顿是科学界的伟人,举手投足间都散发出一种“我很牛逼”的气场。


他首次提出恒星的能量来源于核聚变,还发现了自然密实物体发光强度的极限,被命名为“爱丁顿极限”。

 

 

爱因斯坦与爱丁顿


相对论刚提出时,爱丁顿更是第一位理解爱因斯坦的物理学家。


此外,他还带领观测队,通过观察日全食时太阳周围星体的位置,证实了爱因斯坦的预言,是相对论最有力的推广者。


 

他们的友谊,还被拍成了电影《爱因斯坦与爱丁顿》

 

当记者问爱丁顿全世界是否只有三个人真正懂得相对论时。

爱丁顿的回答可以说也毫不谦虚,反问道“谁是第三个人?”

就是这么强,不允许反驳。

 

爱丁顿


不过,钱德拉塞卡的推论直接被拒绝倒还好,但爱丁顿却玩起了小把戏。

爱丁顿是钱德拉塞卡的老师,关于钱德拉塞卡的研究他可以说是知根知底。

 

为了帮助他,爱丁顿还把自己的手摇计算机借给钱德拉塞卡,时不时前来探访,看他白矮星的计算进行到什么程度。

 

在爱丁顿为他争取到皇家天文学会会议发言权时,连钱德拉塞卡自己都觉得这波肯定稳了。


 

1935年在英国皇家学会上,钱德拉踌躇满志地把自己关于白矮星的发现公之于众。


他的结论很明显:“一颗大质量的恒星不会停留在白矮星阶段,我们应该考虑其他的可能性。”


当时的他几乎已说出现在黑洞的概念:“恒星会持续塌缩,这颗星体积会越变越小、密度越来越大,直到......”

 

 

 

但自信地宣读完论文的钱德拉塞卡,怎么样也想不到接下来要面对一场巨大的羞辱,“出尽了洋相”。


爱丁顿刚开始还很平和地说着白矮星的研究历史,但说到道钱德拉塞卡的推论时却把它批得一文不值。

 

“这几乎是相对论性简并公式的一个谬论,可能会有各种偶然事件介入拯救恒星,但是我认为绝不会是钱德拉塞卡博士所说的方式,应该会存在一个自然律来阻止恒星这么荒谬的行为!”


“钱德拉塞卡博士提到了简并,还认为存在着两种简并:经典的和相对论的......但我的论点是:根本不存在相对论简并


说到激动处,爱丁顿还当场把他的论文撕成了两半。


 

 

听着爱丁顿的发言和举动,钱德拉塞卡全程都是震惊的,这和说好的完全不一样啊!


他事先并不是没有和爱丁顿讨论过,为什么到了台上才开展这么猛烈的攻势,连反应时间都不留。

 

他想反驳,但是主持人不但机会都没给他,还让他感谢爱丁顿的“建议”。

 

 

 

钱德拉塞卡虽然沮丧,但他事后还是向大人物爱丁顿发起持续多年的挑战。


当时的皇家学会会员全都不假思索地支持爱丁顿,会后很多人都对钱德拉塞卡表达了一样的观点:

“尽管不知道为什么,但我知道爱丁顿是对的”

 

 

原因很简单,年过半百的爱丁顿威望名气很大,而钱德拉只不过是个24岁的无名小卒。

 

 

玻尔与泡利


钱德拉知道他们争论的是一个物理问题,天文圈子里懂的人太少太少,于是他转向求助玻尔、泡利这些量子力学大牛。

 

他们读过钱德拉和爱丁顿的论文后,都选择相信钱德拉,认为爱丁顿不懂物理。


但是遗憾的是,他们都不愿意公开声明对抗爱丁顿,避免牵扯到这场实力悬殊的战争中。

 

 

这场争论持续了好几年,钱德拉的处境也越来越不利。


被爱丁顿公开抨击多次,他几乎无法在英国觅得一职,最后只好来到美国芝加哥大学另寻出路。


到了美国,他落寞地把“钱德拉塞卡极限”写进《恒星结构研究导论》后,便放弃了这一课题的研究。


 

 

在这之后,他选择了一种与众不同的科研之路。


首先他选择的研究总是脱离热点,远离大众视线。

而且几乎每10年他都会改变方向,投入新的研究领域。


 

恒星内部结构理论、恒星动力学、大气辐射转移、磁流体力学、广义相对论应用、黑洞的数学理论等,都有他深入的研究成果。


特别是在1969年出版的《平衡椭球体》,更是解决了困扰众多数学家近一个世纪的难题。

 


不过,这只要作出了成绩,便不再停留的科学研究作风,或许还是与当年那场让人心寒的争论有关。


用钱德拉的话说是这样的:“每个10年投身于一个新的领域,可以保证你具有谦虚精神,你就没有可能与年轻人闹矛盾,因为他们在这个新领域里比你干的时间还长!”

 

 

 

1983年,钱德拉塞卡因20岁时迸发的天才理论,被授予诺贝尔物理学奖。


50多年过去,事实也证明了爱丁顿是错的,钱德拉塞卡是对的。


即使当初绝望的情景还历历在目,但在那一刻,谁对谁错已经显得不那么重要了。

 


其实早在1944年,爱丁顿去世时,钱德拉已经选择了原谅爱丁顿。

从钱德拉塞卡给爱丁顿的讣告中,就可以看出。


他对爱丁顿仍给予极高的评价,称赞他是仅次于施瓦西的最伟大天文学家。


他认为当初爱丁顿的激烈抨击并不是出于个人动机,更多的是一种高人一等、贵族气派的科学观和世界观。”


 

 

成功,总会带来傲慢的态度。

 

这些成功过的人,总会以为科学给自己开了后门,并认为这绝对正确,不可置疑。

 

但真理总会来临,并且永远会比权威科学家更强而有力。

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