按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
另一种是德西特宇宙，它也是静态的，但在不断地膨胀。这两种模式在理论
上都是可能的，并且同有关均匀各向同性的假设没有矛盾。由于在德西特宇
宙中存在着某种膨胀现象，天体的距离越远，退行速度越大；而爱因斯坦宇
宙模式中不存在这种膨胀，因此爱丁顿在论文中将各符合自己观点的德西特
宇宙模式的可能性会更大一些。除去他的主观认识外，他还根据了当时他所
能得到的很少的一些观测资料而最终作出了这一选择的。
在爱因斯坦宇宙与德西特宇宙中，所有的度规系数都与时间无关，因此，
从这个角度上来说它们都是静态的。而德西特宇宙尽管表现有膨胀，但它的
静态特征是因宇宙中不存在任何质量密度而造成的。因此，在当时爱因斯坦
宇宙便是不表现有任何运动的唯一宇宙模型。正如爱丁顿对这种情况所作的
总结那样：“爱因斯坦宇宙包含有物质但没有运动，德西特宇宙则包含有运
动但没有物质。”
1927年，勒梅特在自己的一篇论文中证明了爱因斯坦方程允许均匀各向
同性的非静态宇宙模式，并且相当详细地叙述了这一理论对天文学的影响。
爱丁顿见到这篇论文后，进行了详细的分析，并在自己的著作中作了广泛的
宣传。根据勒梅特的证明，宇宙常数项Λ成了一个可以取正值，又可以取负
值还可以取零的参数，这样，研究者们就有了可供选择的各种宇宙模式。这
些模式为同天文观测事实进行比较而提供了广泛的基础。
爱丁顿虽然认识到了这一点，但他根据自己的研究方向，一开始就把精
力集中在这一系列可能模式中的一个具体成员上，在他所在意的模式中，宇
宙最初是某种德西特宇宙，它的质量（M）与半径（R）之间存在着这样的关
E
系式：
1 GM 1
… Page 17…
M C 2
中运动的一个电子来说，狄拉克方程中与电子M ε有关的项是
… Page 18…
不正确性。
根据最新的理论研究和实际观测，宇宙中充满了均匀各向同性的辐射
场，该辐射场具有温度为3K的普朗克分布。这一事实意味着：宇宙自从辐射
温度为4000K、物质与辐射互相分离以来已扩大了大约1350倍。同样，由核
合成所产生的原始氦也意味着宇宙在某个时期曾处于这样的一种状态：当时
…3 9
的密度为1000克·厘米 ，温度为10K。这两个要求又进一步意味着那个时
9
刻的宇宙半径一定要小10倍。宇宙半径有这样大小的变化，这显然是爱丁
顿所没有预料到的。
但无论如何，爱丁顿的宇宙模式理论对于人类进一步认识宇宙起到了巨
大的促进作用。
… Page 19…
六、恒星的终结理论
爱丁顿在对宇宙的最初模式理论进行研究的时候，离不开对宇宙中的质
点——恒星的研究，而恒星的最终状态如何，也是他探讨的一个重要问题。
他对于这方面的研究成果，集中地体现在他于1936年夏天，在哈佛大学文学
与科学300周年纪念大会上所做的发言：
“……在恒星内部，1千万度的高温使大多数电子脱离原子而远走高
飞，所以原子中所剩下的只是一个极其微小的结构。原子或者说离子的尺寸
大大地缩小，它们越挤越紧，直到密度增大100万倍。正因为如此，在恒星
内部密度大大增高之时仍然继续保持着理想气体状态。太阳以及其他一些密
度比较高的恒星始终服从适用于理想气体的理论，这是很自然的，因为组成
它们的物质是理想气体。
因此，没有什么因素能阻止恒星物质不断压缩，到达极高的密度；这本
身意味着对于称为白矮星的一类恒星利用观测资料所算得的密度尽管高得使
人感到不可接受，但也许完全是真实的。
在得出这一结论的过程中，我并不是没有一点疑虑的。我在担心这些超
密星最终会发生什么情况。恒星似乎自行处于一种进退维谷的难堪状态。最
后，恒星中所储存的亚原子能量总是会用完的，而这时恒星似乎必然地会冷
却下来。但是一定会这样吗？巨大的密度可能是原子粉身碎骨的高温造成
的。如果物质冷却了，它也许会回到地球的密度。但是这意味着恒星必然要
膨胀到大约现在体积的5千倍那么大。然而，膨胀需要能量——克服重力做
功；而恒星看起来已没有任何可供消耗的能量储备了。如果恒星不断地失去
热量，而又没有足够的能量来使自己冷却，那么它究竟要干什么呢？
亚当斯教授及时地证实了天狼星伴星有着很高的密度，但这个谜仍未解
开。不久，福勒教授在他的一篇论文中，应用了刚发现的波动力学的一个新
成果，对亚当斯教授的理论给予了支援。但我认为这显然是一个巧合；就在
天文学上发现了超高密度的物质之时，数学物理家们也正完全独立地将注意
力转向了同一个课题。
物理学家们不会满足于现状而止步不前的，他们现在正着手对福勒公式
加以改进。他们指出，以白矮星的条件而论，电子的速度会接近于光速，因
而应当存在着一些福勒所没有考虑到的相对论效应。结果，被称为普通简单
公式的福勒公式后来为一个新的公式所代替，后者称为相对论简并公式。一
切看来都很好，可是后来钱德拉塞卡博士所作的某些研究又表明了这样一个
事实，即相对论公式又把恒星的生命终点放回到了困境之中。在他看来，小
的恒星可以冷却下来，这是不成问题的，它们以一种合理的方式结束其一生，
最后变为暗星；但是当超过某个临界质量（太阳质量的2倍）后，恒星将不
会冷却下来，而一定是继续发出辐射，并且继续收缩，直到天知道它会变成
什么东西，然而这并没有使钱德拉塞卡感到担扰，他似乎喜欢恒星以这种方
法演变，并且相信这就是实际上所发生的情况。但是我和12年之前一样，反
对这种有关恒星的玩笑；至少这是非常奇怪，从而使我怀疑所用到的物理公
式一定在什么地方出了差错。
我对钱德拉塞卡在研究中所用的公式——所谓的相对论简并公式，作了
仔细的检查，我所得出的结论是：它是相对论和非相对论性量子论的某种混
合物。但我认为由这种结合而产生的后代是不合法的。相对论简并公式、也
… Page 20…
就是目前所应用的公式，实际上是没有根据的；而且，也许令人颇为吃惊的
是，正确应用相对论所导出的公式是普通公式，也就是已经被人所改进了的
福勒的原始公式。
我要冒昧地提到这项研究中的个人方面问题，因为它表明了不同的科学
分支是如何密切地连结在一起的。当我因钱德拉塞卡的研究成果而对相对论
简并公式产生怀疑时，要我挤出时间来把这个问题追究到底，却是一件相当
麻烦的事，因为当时我正全力以赴地从事着属于不同思想领域的一项长期研
究。这项工作用去了我6年的时间，已接近于完成，剩下的只有一个问题需
要加以解决，那就是对宇宙常数作精确的理论计算。但是在这一点上，我被
完全难住了。然而，我有4个月的轻松时间，这是我曾想在这一问题上狠下
一番苦功——进行最后的努力。可是由于开始思考简并公式时没有谨慎从
事，所以我又不可能把公式丢开不管，这就花去了我大量的时间。
几个月一晃就过去了，但在有关宇宙常数的问题上我却什么事也没有
做。后来，有一天在我试图用各种观点来检验我的简并性结果时，发现在一
种极限情况下，它成为了某个宇宙问题的一部分。这正好对被我撇在一边的
那个问题开辟了一条新的研究途径，而通过这条新途径，问题就可以得到解
决而没有太多的困难。现在我可以理解，用其他任何方法都是很难做到这一
点的；如果我把4个月的时间要是仅花在问题的最后解决上，要想取得大的
进展，可能性微乎其微，这也算是歪打正着吧。
几天前，我向数学部提交了一篇论文，其中根据简并方程计算了旋涡星
云的退行速度以及宇宙中的粒子数，这篇论文有着天文学的血统。然而，它
并非仅是因为对旋涡星云的考虑而提出来的。它是研究天狼伴星以及其他一
些白矮星的结果。”
在这段发言中，爱丁顿的恒星终结理论与钱德拉塞卡的理论表现出了两
种不同的倾向。
作为福勒关于白矮星物质状态讨论基础的简并电子状态理论，同索夫菲
的金属电子论的理论一样，受这样一种状态方程的支配：
1 3 2 h2
5
P
… Page 21…
衡结构。爱丁顿所满意的也正是这个事实。然而，如果应用高密度极端情况
的严格形式状态方程②，研究者发现一旦恒星的质量超过下面的公式极限，
则任何形式的平衡状态也不可能达到了：
hc 3 1
… Page 22…
爱丁顿是这样改进E数算法的基本元素的，首先，他用下列的表示定义
了五个E数：
i
… Page 23…
七、自信的爱丁顿
从以上的介绍中可以看出，爱丁顿在科学的许多方面都取得了相当重要
的成就，显现了他惊人的智慧。那么他的力量源泉又是来自何处，究竟是什
么样的信念促使他在科学的道路上不断前进呢？从下面这段爱丁顿在英国皇
家学会的演讲中，我们应该有所领悟。爱丁顿此时38岁，他是这样说的：
“……我不知道什么是我们可以用来检验科学理论的合理发展和抛弃无
用的推测的试金石。我们都知道有一些理论被科学思想看作为无用的猜测而
自然地遭到了抛弃，但是要做到说清楚它们的缺陷，或者提供某种规则以便
一旦我们自身确实犯了过错它就会给我们指出来，那可并不容易。通常认为
推测和作假设是同一回事；但是在更多的场合中它们是对立的。正是当我们
让自己的思想在可尊敬的，然而有时却是靠不住的那种假设的外围游荡时，
我们被说成是在进行推测。假设使推测受到限制，则对推测的怀疑往往成为
思维不严谨的庇护所——一些混乱的观念侵入我们的脑海之中，从而影响到
我们的观点；但另一方面则是推测过份，以致没有让它们去接受会对它们驱
邪除魔的科学上的彻底检查。
如果我们不满足于一味地积累实验事实，如果我们作了一些推论和概
括，如果我们寻求一种理论来指导我们，那么进行某种程度的推测是不可避
免的。有些人总是喜欢看上去非常直截了当的那种解释，并且立即把它作为
一种假设；另外一些人则宁可想方设法去寻找和事实并不完全矛盾的最广泛
的可能性，并对这些可能性进行分类。但无论挑选哪一种观点都有它的危险
性：第一种观点太狭窄，结果会走入死胡同；第二种观点则牵涉面太广，将
会同实验知识分道扬镳，越走越远。发生后一种情况时，所得到的结论必然
是：知识还没有完善到适合于作理论处理，推测也还没有成熟。当推测性理
论和观测性研究可以做到互相配合，携手前进之时，也就是能够通过实验，
使理论可以把那些遗留下来的错误途径逐条得以排除的一些检验法指点出来
的时候。
数学物理学家处在特别困难的地位上。他也许算出了具有特定性质的某
种理想物质模型的变化特征，同时又服从一些严密的数学定律，到这时为止
他的工作是无懈可击的。这并非是什么推测，就如同二项式定理不是推测出
来的一样。但是，当他感到他的模型可能像自然界中所存在的某种东西时，
他便不可避免地要开始作推测了。这个现实的天体真的同理想模型一样吗？
会不会有其它情况？对此他是无法肯定的，但是他不可能不进行比较；因为
正是不断地观察自然才引导他选择了某个课题。他必然经常会认识到一个普
遍性错误是利用经验更丰富的观测家对之摇头的那些观测资料来进行比较；
这些资料是很不可靠的，不能广泛地作为比较的依据。但即使在这点上理论
还是可以为观测出力，这就是指出哪一类观测资料特别需要加以改进。
我认为，如果研究工作在正确观点的指导之下来进行，那么比较没有根
据的推测就可以避免。一旦理想模型的性质通过严密的数学方法计算出来
了，同时对所有的基本假定又有了清楚的理解，那么就有可能说，正是由于
如此这般的性质和规律才会取得这样的效果。如果存在别的什么没有考虑到
的因素的话，那么在同自然进行比较时它们马上就应该暴露出来。当模型和
观测不完全一致时没有必要感到失望；因为目的已经达到了，已辨别出需要
新的条件来作出解释的事实现象的特征是什么。大体上同观测取得初步的一
… Page 24…
致是必要的，不然模型就没有希望了；这并不是说就目前而论它一定是错误
的，而是说它将不太重要的一些性质放到了第一位。我们一直是拉着死结错
误的一端，所以一定要通过不同的途径才解得开来。但是，在同观测取得了
大体上的一致，并且这个死结开始松动之后，我们总是又在准备解决下一个
问题。但我想，研究者不应该因为自已的理论刚刚在观测面前通过一项严峻
的考验而感到心满意足，他们应该感到失望—— ‘又没有完全成功’！这一
次我原来希望发现某种不一致的地方，以便有助于指出可以对我的研究加以
改进的一些关键之点。这样，我们才会在自己的研究范畴内取得更大的进步。
我们的自然模型不应该像一幢大楼——一座使人们赞叹不已的建筑物，
因为也许随着时光的流逝会有人从中抽掉一块基石，这时整个大厦就会垮下
来。它应该如同一台有着可动部件的发动机。我们并不需要把任何一根杠杆
的位置固定下来——也就是应该根据最新观测的知识而随时地加以调整。科
学工作者的目标就是要知道由杠杆带动的轮系——也就是作为发动机灵魂的
各个部件的联结系统。”
从上面的这段发言中，我们可以看出爱丁顿作为一位卓越的天体理论
家，并没有忽略实践对理论的巨大指导意义，十分重视将工作的实践与思想
的理论结合在一起。同时，他积极向上，永不言败；在困难面前他是一位强
者，在成功面前他又能不被荣誉所迷惑。因此，他在自己所从事的科研范畴
内取得了骄人的成就。
但是，由于时代的限制，爱丁顿的许多工作并没有得到同时代人的重视。
对此，爱丁顿有些苦恼，然而他仍然对自己所从事的研究工作充满了自信，
他在1944年给友人的一封信中说：
“我一直在想办法弄清楚为什么人们会对我的工作感到难以理解。但是
我要指出，即使是爱因斯坦也被看作是难以理解的，而且有许许多多的人认
为有必要来对它进行解释。我不可能真的相信对我所做工作的难以理解已到
达爱因斯坦的程度。但是对爱因斯坦来说，人们却认为克服困难去弄懂这种
难以理解的内容是值得的。我相信，当他们意识到他们必须这么做，因而也
就当 ‘解释爱丁顿’成为一种时髦的时候，他们是会正确理解我的。”
这就是爱丁顿，自信的爱丁顿。
从以上几部分的介绍中可以看出，爱丁顿的头脑中充满着惊人的智慧，
他是现代天文学理论与天体物理学的奠基者之一，也是爱因斯坦广义相对论
的支持者与推广者�