世界著名的天体物理学家萨布拉曼扬。昌德拉塞卡(Subramanyan Chandrasekher)不幸在1995年8月21日去世。他是以发现一颗白矮星质量的极值闻名于世,也因此而获得了1983年度的诺贝尔物理学奖。
昌德拉塞卡出生在印度南都一个受过高教育的家庭。他的父亲C. S. 埃叶(C. S. Ayyer),是一名文职人员,在印度铁道部拥有较高的地位。埃叶一家有3个儿子和5个女儿,德拉是长子。1910年10月19日,他出生在印度的拉舍儿。1915年他们全家迁移到马德拉斯,昌德拉在那儿长大。
昌德拉是一名优秀的学生。15岁,他考进了当时在马德拉斯当地享有最高声誉的大学。1927年,他开始学习物理学方面的课程,并且在1930年以全班第一名的成绩毕业。他不仅修完了学校的全部课程,而且自修了大量的课外知识。例如,他在学习费米(Fermi)统计学时,引起了当时在研究白矮星结构的拉尔夫 · H · 福勒(Ralph H. Fowler)的重视。昌德拉写出了他的第一篇科学论文(康普顿散射与新统计学),1928年被发表在(英国皇家学会记录汇编)上。由于这篇论文,一俟毕业,他就被剑桥大学的福勒选拔为研究生。
1930年7月31日,他乘船离开了孟买。在旅途中。克服由于大海颠簸的晕船,他仍在想着福勒的论文并且决定用狭义相对论的知识与其相结合。使他惊讶万分的是,他发现这种结合预示岩白矮星的形成需要一定的临界质量,而该临界质量大约是太阳质量的1.45倍。英国的两位天体物理学先驱,爱丁顿(Eddington)和米尔恩(Milne),并不相信这一结论,而都不愿推荐发表昌德拉的论文。因此,昌德拉把论文寄给了美国的(天体物理学杂志),并且在1931年3月发表了。
吕德拉做研究生时,学习相当刻苦,在获得了博士学位以后,令他惊喜的是被推选为(三一学会)的会员。在感到无拘无束而且有了较强信心与把握的同时,他又回到了白矮星的问题上了。经过了更为周密完整的计算后,他进一步确定了他的早期结论:一颗白矮星的质量有一个上限值。1935年1月他敏英国皇家天体物理学协会邀请作一个关于这个问题的报告。在演讲结束后,爱丁顿站了起来,驳斥了昌德拉的结论,但这不是用科学的论据而是用嘲弄的口吻否决了狭义相对论与量子统计学的结合。昌德拉被压倒了。
当然,爱丁顿是错误的,但是他对昌德拉质量极值的反对是可以理解的:他一生的工作已经表明每颗星,不管其质量如何,都有一个稳定的形状,人们普遍相信白矮星在它们的能量来源耗尽了以后将走向死亡。为什么这颗星的质量在它漫长的岁月里有一个极值呢?昌德拉向他认识的物理学家——罗林费德 · 博尔和保罗请求帮助。他们一致认为他的论据没有一丁点错,经过了十多年的漫长岁月,昌德拉塞卡极值理论才被天体物理学界所接受。
目前白矮星只能以太阳1.45倍的质量而存在已经被人们所承认。恒星,在它们的形成过程中,经过漫长岁月,其半径得到了比最初几百倍强的增长。在它们占据的空间里,表层原子受重力的约束并不十分强烈,但是有一股从里面发出的很强的辐射力。一些原子,特别是氢原子,被抛射出去,同时恒星也逐渐减轻了质量。理论表明质量为太阳8倍的星球是以这种方式减少的,直到在昌德拉塞卡极值以下过程停止。直到1935年为止,这一切都是未知的。
这个极值论也影响着质量重于8倍太阳的恒星。在其星核中心的物质经过了连续的核反应后逐渐变成了铁。在这个时刻,就得不到更多的核能了,就像在白矮星中发生的一样。当铁心牛长到了昌德拉赛卡极值时,在万有引力作用下它融化为一个中子星,同时恒星的其余部分被抛射出去,传给了一个类型Ⅱ的超新星。一些白矮星和从外面得到的物质连生在一起,当它们的质量发展到了昌德拉塞卡极值时,它们也变成了超新星,在这种La类型情况下,昌德拉理论是许多现代天体物理学的基础。
此时的昌德拉觉得自己应该寻找一个更为稳定的工作,他接受了芝加哥大学分部叶凯士天文台的邀请,在那儿继续了他后半生的事业——先在叶凯士,后来又在芝加哥大学总部的费米研究院工作。在1937年1月他在那儿开始工作以前,即返回印度作了一次广泛的旅行,并且和他大学时代的老朋友拉丽斯结了婚。
昌德拉是一位很热情的教师,他吸引了来自全世界的学生。到退休为止,他指导了50多位学生使他们获得了博士学位。他的研究工作几乎覆盖了整个天体物理学理论的所有分支;他一生的工作可分为七个阶段。在每一个阶段的最高潮期,昌德拉每年都出版一本有创见的书;每本书都很详尽地包容了他所研究的问题。黑洞的数学理论(1983年)是其最具代表性的著作。
昌德拉是甘地的忠实拥护者。但是在第二次世界大战中,他感觉到战胜德国纳粹是他最重要的目标。当他认识到他的职责就是为反法西斯战争尽一份力时,1943年开始在阿伯丁的试验场兼职振动波的研究。以后,他被邀请参加美国洛斯 · 阿拉莫斯国家实验室工作,因为批准时间过长,使得这次邀请没有成行。然而,他喜欢美国,并且在1953年加入了美国国籍。
一年以前,即在1952年,吕德拉感觉到有另一项使命在召唤着他。他相信必须有一份关于天体物理学的全国性杂志。到那个时期为止,几乎每个主要的天文学研究室都有自己的出版社。经过长时间的协商,他说服了美国天文学协会和芝加哥大学联合出版《天体物理学杂志》,由于杂志编辑工作的繁忙,昌德拉的研究时间减少了。在担任编辑的19年中,昌德拉把《天体物理学杂志》由一份地方性出版物扩大为世界性导报。为了继续一些必须的研究,他严格地执行办公时间:如果哪位科学家在办公时向外打电话过来,他将回答:“《天体物理学杂志》办公室现在正停止办公。”我对昌德拉理论著作和演讲的深邃且充满古典美留下了极深刻的印象。他沿袭了19世纪和20世纪早期的英国作家,以及莎士比亚的风格。倾听其中任何一篇演讲都是令人兴奋的。除了他的风格外,他的口音是我所听到过的最完美的上流社会的英国口音。
昌德拉是一位一流的天体物理学家,一位心地善良而热情的人,我很高兴认识他。
[Nature,1995年10月8日]
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本文作者现为美国康奈尔大学弗洛德R,纽曼实验室教授。