|
▲卞毓麟：1965年南京大学天文学系毕业。中国科学院国家天文台客座研究员，中国科普作家协会副理事长，上海科技教育出版社顾问、编审。著译图书30余种，《追星——关于天文、历史、艺术和宗教的传奇》一书获国家科技进步奖二等奖。曾获全国先进科普工作者、全国优秀科技工作者等多种表彰。
导读 这是一位性情与埃德温·哈勃大不相同，风格与乔治·伽莫夫更有天壤之别的天文巨擘。世人感到欣慰的是，他在73岁时实至名归地荣获了诺贝尔物理学奖（1983年）。他，就是著名美国印度裔科学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡。 ◆ ◆ ◆ ◆ ◆
▲苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡,1910年10月19日生于印度的拉合尔（今属巴基斯坦）,1995年8月21日卒于美国伊利诺伊州的芝加哥 1995年8月21日，深受国际天文界尊敬的钱德拉塞卡因心力衰竭在芝加哥大学校医院与世长辞，终年85岁。人们常亲切地称呼他为“钱德拉”。他生前曾说过：“凡是智慧的，也都是美的”。他的一生是智慧的一生，也是体现科学之美的一生。钱德拉塞卡去世后，89岁高龄的旅美德国物理学家、因“对核反应理论的贡献，特别是建立恒星能源的理论”而荣获1967年诺贝尔物理学奖的汉斯·贝特，在英国的权威性科学杂志《自然》上刊登了一篇讣文，它的结束语是：“钱德拉是一位第一流的天体物理学家，一个既美又热情的人。我为认识他而感到高兴。” 从出生到出国 钱德拉塞卡出生于印度的拉合尔（今属巴基斯坦）。其出生年份（1910）的后两位数字（10）正好是他的出生月份，前两位数字（19）正好是他的出生日期。他父亲艾亚尔年轻时学业优异，后来在印度铁路部门任高级职务。母亲叫巴拉克里希南，是一位文化素养颇高的家庭主妇。艾亚尔夫妇子女众多，钱德拉是长子。他5岁就开始跟父亲学算术和英语，跟母亲学泰米尔语。不久，双亲就发现他特别聪明，尤其对数学的悟性更令人惊奇。
▲钱德拉塞卡6岁时的照片（1916年） 1916年，艾亚尔举家迁居马德拉斯。钱德拉在那里长大，并在马德拉斯大学主修物理，兼习数学。他阅读的内容远远超越了规定的课程。例如，1927年暑假期间，17岁的钱德拉就阅读了物理学前沿的许多文献和书籍，包括海森堡、狄拉克、泡利这些最著名的物理学家的论文，以及德国理论物理学家阿诺尔德····约翰内斯·威廉·索末菲的名著《原子结构和光谱线》。他对恩里科·费米的量子统计理论以及拉尔夫·福勒将这种理论用于研究白矮星的结构特别感兴趣。由此，他完成了自己的第一篇科研论文“康普顿散射和新统计学”，于1928年发表在英国《皇家学会论文集》上，当时他才18岁。正是这篇论文奠定了他被剑桥大学录取为研究生的基础。 钱德拉塞卡20岁时以全班第一的成绩大学毕业。1930年7月31日，他从孟买上船前往英国继续深造。在3个月的航程中，他克服晕船之苦，专心思考福勒关于白矮星的论文…… 钱德拉塞卡极限 那时，人们研究白矮星的时间还不长。起初，美国天文学家沃尔特···西德尼·亚当斯于1914年至1915年间发现，天狼星的伴星和波江座中的一颗暗星的光度都很低，表面温度却相当高。1924年，英国著名天文学家阿瑟··斯坦利·爱丁顿从理论上推算出，天狼伴星的直径比天王星这个行星还要小得多，其密度却高达53 000克/厘米3。后来知道，它的密度其实比这更大，天狼伴星上像火柴盒那么大小的一块物质，差不多有地球上的一辆卡车那么重！正因为它的表面积太小，所以往外辐射的总能量就比普通恒星少得多。他称这样的恒星为“白矮星”。“白”是指温度高，呈白色; “矮”是指“个儿小”，光度低。当时许多人认为爱丁顿的见解过于离奇，但后来的研究却无可辩驳地证实了爱丁顿是正确的。
▲英国天文学家、物理学家爱丁顿（1882-1944） 随着时间的推移，科学家们渐渐揭开了白矮星的物质密度为什么那么高的奥秘。原来，白矮星内部的原子都被“挤碎”了，电子和原子核互相“分了家”。在白矮星中，原子核和原子核彼此挨得很近，以至于可以把整个白矮星看作由一大团原子核构成，所有的电子则为全体原子核所共有。此时，这些电子都处在一种特殊的状态下，称为“简并态”，这些电子本身则构成了所谓的“简并电子气体”。简并电子气体具有一种特殊的力量，称为“简并电子压”，它足以抵挡由于物质密度巨大而产生的强大重力——即星体自身的引力，从而使白矮星维持稳定的平衡。 钱德拉塞卡在船上想到，根据意大利物理学家恩里科·费米和英国物理学家保罗··· 阿德里安·莫里斯·狄拉克建立的量子统计理论，可以推断白矮星的简并电子气体中，必有大批电子的运动速度是极快的，这样就必须运用爱因斯坦的狭义相对论，才能准确地研究它。也就是说，原先福勒的研究结果还需要进一步发展和推广。 钱德拉塞卡进行了大量的计算。他随身携带的三本学术名著——爱丁顿的《恒星内部结构》、康普顿的《X射线和电子》，以及索末菲的《原子结构和光谱线》，为他进行这项研究提供了很大的帮助。最后，他得出一个始料未及的重要结果：白矮星的质量有一个上限，约等于太阳质量的1.44倍。也就是说，不可能存在质量超过1.44倍太阳质量的白矮星！后来，天文学家都称它为“钱德拉塞卡极限”。 爱丁顿和英国另一位声望卓著的天体物理学家爱德华····约瑟····米尔恩都觉得钱德拉塞卡得出的结果令人难以置信，并且都不愿意向英国皇家学会推荐他的文章。于是，钱德拉将文章寄给美国的《天体物理学杂志》，并于1931年3月正式发表。 钱德拉于1930年至1934年在剑桥大学三一学院当研究生，钻研理论物理。在此期间，他进一步完善了有关白矮星的理论。1935年1月，他应邀在英国皇家天文学会就此作一报告。他讲完后，爱丁顿当即在会上再次强烈反对。 当然，爱丁顿的反对也是可以理解的。他本人业已证明：一颗恒星，无论其质量是多大，都可以达到某种稳定的状态。而且，人们已逐渐认识到，在恒星一生当中，白矮星乃是星体内部核燃料用尽后所处的最后阶段。为什么普通恒星的质量可大可小，而白矮星这种老年恒星的质量就不能超过钱德拉塞卡极限呢？ 钱德拉请他认识的几位著名的理论物理学家——莱昂·罗森菲尔德、尼尔斯·玻尔和 沃尔夫冈·泡利发表意见，他们都认为他并没有错。 问题究竟出在哪儿？直到几年后人们才找到了答案：钱德拉塞卡极限确实是白矮星的质量上限，质量超过这一极限的老年恒星是不会演变成白矮星的，它们最终将演化为密度比白矮星更大的天体——中子星，或者黑洞。可是在1935年，无论是钱德拉塞卡本人还是其他科学家，都还不知道这一点。 硕果累累 钱德拉于1933年到1937年在剑桥大学任教。1937年移居美国，在芝加哥大学任助教，然后任副教授，并于1943年升任教授。1937年1月，他在正式就职前回印度周游了一番，并与学生时代的老朋友拉丽莎成婚。
▲1938年7月，钱德拉塞卡夫妇参加美国麦克唐纳天文台的落成典礼，该台位于德克萨斯州的洛基山上 钱德拉是圣雄甘地的热烈支持者。不过，在第二次世界大战期间，他感觉到了最重要的事情乃是战胜纳粹德国。出于这种责任感，他用部分时间参与了美国的军事科研项目。在美国，钱德拉夫妇曾因肤色黝黑而屡招不悦。但考虑到将要在美国长期生活下去，他们仍于1953年加入了美国籍。钱德拉的父亲对此非常恼火，因为他一直在印度尽力为钱德拉找一份好的工作。 1952年，他成功地说服了美国天文学会与芝加哥大学合作，将原为该校校刊的《天体物理学杂志》扩展为一份全国性的学术刊物。他本人从1952年起担任主编，直到1971年。这项“服务性”的工作占据了他的大量时间。作为一种牺牲，他本人发表的论文数量明显地减少了; 作为一种报偿，《天体物理学杂志》则成了国际上少数最具权威性的天文刊物之一。 钱德拉将自己的科学活动划分成7个阶段，各阶段的研究成果大多以一部详尽的专著作为总结。第一阶段从1929年到1939年，主要研究恒星结构，包括白矮星理论，以《恒星结构研究导论》（1939年）为总结；第二阶段从1939年到1943年，研究恒星动力学和布朗运动理论，著有《恒星动力学原理》（1943年）；第三阶段从1943年到1950年，主要研究辐射转移和行星大气理论，著有《辐射转移》（1950年）一书；第四阶段从1952年到1961年，研究成果总结在《流体动力学和磁流体的稳定性》（1961年）中；第五阶段从1961年到1968年，著有《椭球体的平衡形状》（1968年）；第六阶段是研究相对论和相对论天体物理的一般理论；第七阶段从1974年到1983年，主要研究黑洞的数学理论，其名著《黑洞的数学理论》（1983年）因论述至为透彻而被贝特誉为“令人生畏”。从1989年到1991年，芝加哥大学出版社还陆续出版了6卷本的《钱德拉塞卡论文选》。 钱德拉的学识和风范吸引了来自世界各地的学生。由他指导而获得博士学位的研究生达50人以上。40年代中期有一段时间，他曾每周驱车数百公里为两名旅美中国学生授课。后来，这两位年轻人因“对宇称（守恒）定律的深入研究，从而导致基本粒子方面的一些重大发现”而荣获1957年的诺贝尔物理学奖，他们就是李政道和杨振宁。
▲2011年在印度加尔各答科学城举办的钱德拉塞卡展览会现场 73岁的“生日礼物” 钱德拉塞卡的卓越成就，理所当然地使他获得了众多的荣誉、奖章和奖励，其中包括：
▲1967年，钱德拉塞卡从林登·约翰逊总统手中接过美国国家科学奖章
当然，其中最令世人注目的还是诺贝尔奖。当初，瑞典发明家阿尔弗雷德·诺贝尔在法律上生效的第二份遗嘱中写道：他的整个遗产不动产部分，可“由指定的遗嘱执行人进行安全可靠的投资，并作为一笔基金，每年以其利息用奖金形式分配给那些……对人类作出较大贡献的人。奖金分为五份，其处理是：一部分给在物理学领域内有重要发现或发明的人; 一部分给在化学上有重要发现或改进的人; 一部分给在生理学或医学上有重要发现或改进的人; 一部分给在文学领域内有理想倾向的杰出著作的人; 以及一部分给在促进民族友爱,取消或减少军队,支持和平事业上做出很多或很好的工作的人。” 诺贝尔的遗嘱中没有提到天文学。然而，随着天文学和物理学的交融渗透不断深化，在20世纪60年代，天文学终于在诺贝尔奖的竞争中实现了“零的突破”，获奖者就是本文开始提到的贝特。7年后，英国的赖尔因发展射电天文学中的孔径综合技术、休伊什因发现脉冲星而分享了1974年的诺贝尔物理学奖。1978年，美国的彭齐亚斯和威尔逊又因发现宇宙微波背景辐射而荣获该年度的同一奖项。 1983年10月19日，73岁的钱德拉塞卡收到了一份至为珍贵的“生日礼物”：瑞典皇家科学院宣布，因“对恒星结构及其演化理论作出的重大贡献”而授予他1983年度的诺贝尔物理学奖。这确实是对他半个多世纪科研生涯的公正评判。与他分享同年度同一奖项的是威廉·福勒（请注意，别与前文提及的那位拉尔夫·福勒相混淆），获奖原因是“对宇宙中形成化学元素的核反应的理论与实验研究”。
▲1983年12月10日，钱德拉塞卡从瑞典国王古斯塔夫十六世手中接过诺贝尔物理学奖 应该顺便一提的是，天文学家在1970年9月24日发现了一颗新的小行星。它同太阳的距离略大于日地距离的3倍。国际天文学联合会将它正式编号为“小行星1958”，并为纪念钱德拉塞卡而将其命名为“钱德拉”星。 1999年，美国国家航空航天局发射了一颗X射线天文卫星，专门用于观测来自天体的X射线。它兼具极高的空间分辨率和能谱分辨率，是X射线天文学史上一座新的里程碑。这项设备起初称为“先进X射线天文设备”（AXAF），后于1998年更名为“钱德拉X射线天文台”（Chandra X-ray Observatory，缩写为CXO）。 “美是真理的光辉” 钱德拉对科学之美有着深远的思索和研究。1979年7月，他在著名的《今日物理》杂志上发表“自然科学中的美以及对美的追求”一文。文中说道： “我现在要分析的问题是，如何用类似于文学艺术批评中评价艺术作品的方式来评价科学理论。”“为此，对美必须采用某种准则。我采用的准则有二：第一个是F·培根的准则，没有一种极端的美在它的和谐之中不具有某种奇妙之处！”“第二个准则是海森堡的一句话，是对培根准则的补充：‘美是各部分之间、以及部分与整体之间的内在的一致’。” 钱德拉认为爱因斯坦的广义相对论就是这种美的“一个很好的例子”。他不赞成玻尔的说法：广义相对论“对我似乎是一件要从远处欣赏和赞美的伟大艺术品”。20世纪60年代末，著名英国雕刻家亨利·穆尔访问芝加哥大学时，钱德拉曾问他，应该怎样看雕像，应该从远处看还是从近处看。穆尔答道，伟大的雕塑能够而且应该从各种距离来看，因为从每一种尺度上都会揭示出美的新特点，并举了米开朗琪罗的雕塑为例子。钱德拉认为：“同样，广义相对论在任何水平上都显示出奇妙的和谐。” 钱德拉塞卡一生的科学之路很精彩，却又颇为孤独。1991年，印度裔美国物理学家卡迈什瓦尔·C·瓦利推出了他的力作《钱德拉：S·钱德拉塞卡传》。国际科学界诸多“大腕”给予这部传记特殊的好评。 例如，杰出的理论物理学家和科普作家、美国普林斯顿高等研究院教授弗里曼······· 戴森在著名英文期刊《今日物理学》上写道：“瓦利向我们提供了一幅钱德拉的极其生动的画像。他拥有多姿多彩的人生，并对自己相继沉浸于其中的印度、英国和美国的三种文化有着深切的了解……如果此书仅被物理学家阅读，那么瓦利的这份执著努力未免显得有些徒劳。” 再如，奥地利出生的英国著名数学家和宇宙学家赫尔曼·邦迪爵士在《物理世界》上说道，这是“一本使人迷恋的好书……作为一名评论者，把这本书推荐给所有的人，是一项愉快的任务。精妙的表述、使所有人都能理解、充满迷人的见地，这一切使阅读非常舒畅。” 美国天文学家、杰出的科普作家卡尔·萨根曾在芝加哥大学跟从钱德拉塞卡学习数学。萨根晚年在其名著《魔鬼出没的世界》一书中则说：“我从苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡那里发现了什么才是真正的数学美。” 钱德拉塞卡的传记作者瓦利教授本人，是美国物理学会物理学史论坛创始人，纽约州锡拉丘兹大学物理系“斯蒂尔退休教授”，曾长期从事粒子物理学相关领域的研究，对基本粒子相互作用的对称性和动力学作出过重要贡献。瓦利是钱德拉塞卡的后辈和崇拜者，曾怀着钦佩的心情多次访问钱德拉，同他进行广博而发人深思的对话，并依据这些对话和钱德拉的论文、信件，追踪钱德拉一生的足迹和轶事，堪称精彩迭出。 在《钱德拉：S·钱德拉塞卡传》面世之后15年，中国科学院上海天文台的两位资深天文学家何妙福和傅承启将这部传记译成中文，书名易为《孤独的科学之路：钱德拉塞卡传》，由上海科技教育出版社出版。
▲中文版《孤独的科学之路》 原作者瓦利在他亲自撰写的“中文版序”中写道： “当钱德拉1937年到美国时，美国的科学正处于上升时期，欧洲的状况和迫近的战争造就了一大批杰出科学家的难民流。钱德拉立即承担起制定天文学和天体物理学研究生教育计划的任务。他的教师声誉、对研究的蓬勃朝气和积极热情，吸引了来自世界各地的学生，著名华裔诺贝尔物理学奖得主李政道和杨振宁在职业生涯的早期也曾是钱德拉的学生。 “本书不是一部科学传记。对于专业文献，读者可以参考由芝加哥大学出版社出版的钱德拉塞卡《论文选集》7卷本，或参考由世界科学出版公司出版的《追逐真知：钱德拉塞卡论文选》。本书讲述的是一位杰出人物的故事，他将几乎无与伦比的科学成功与同样卓越的人格融为一体，这种人格体现在追求科学研究的完整、高雅及超乎一切的个人审美观的巨大付出和热情之中。” 如同所有的诺贝尔奖得主一样，钱德拉也在为他颁奖的仪式上发表了演说。他的结束语是： “简单是真理的标记，而美是真理的光辉。” 简单、真实和美，就是这位献身于探索宇宙奥秘的南亚人的基本信念。 美哉，苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡！
|
|
|
