Спор Чандрасекара-Эддингтона

Артур Эддингтон (1882–1944)

Субраманьян Чандрасекхар (1910–1995)

В споре Чандрасекар-Эддингтон в начале 20-го века английский астроном Артур Эддингтон и индийский астроном Субрахманьян Чандрасекар разошлись во мнениях по поводу правильной теории, описывающей заключительные этапы жизненного цикла звезды . Во время спора Чандрасекар находился в начале своей карьеры, а Эддингтон был известным физиком того времени. Чандрасекхар предложил предел, ныне известный как предел Чандрасекара , указывающий максимальный предел массы звезды- белого карлика . В серии конференций и встреч Эддингтон выступал за альтернативную теорию, открыто критикуя и высмеивая модели Чандрасекара.

Теории Чандрасекара оказались успешными в астрономии; в 1983 году он получил Нобелевскую премию по физике за свои звездные модели. Предел Чандрасекара стал подтверждающим теоретическим доказательством существования черных дыр .

Фон

Смотрите также: Субраманьян Чандрасекхар и Артур Эддингтон

Артур Эддингтон стал очень известным и признанным ученым благодаря эксперименту Эддингтона 1919 года , в котором он продемонстрировал Альберта Эйнштейна , общую теорию относительности измеряя отклонение света Солнца во время затмения на острове Принсипи в Африке.

В начале 1920-х годов были известны три кандидата в белые карлики . Было высказано предположение, что эти звезды появляются в конце жизненного цикла звезды, когда звезды разрушаются под собственным весом. Оставшийся материал образует звезду в очень плотном состоянии. Один из трех белых карликов, Сириус B, спутник Сириуса , был открыт Уолтером Сиднеем Адамсом после предложения Артура Эддингтона использовать релятивистский эффект Доплера , как предсказывает специальная теория относительности . В 1926 году Эддингтон указал на проблему с моделями того времени, которые считали такую ​​плотную материю состоянием с самой низкой энергией. Эддингтон предположил, что этого не может быть, поскольку звезды излучают и остывают. Ральф Х. Фаулер решил эту проблему, посчитав, что белый карлик удерживается от дальнейшего коллапса из-за давления электронного вырождения .

В 1929 году, по предложению Джеймса Джинса звездных моделей , Эдмунд Клифтон Стоунер, работавший в сотрудничестве с Вильгельмом Андерсоном , исследовал пределы массы белых карликов , моделируя их как однородные сферические звезды, управляемые квантовой статистикой Ферми – Дирака .

Субрахманьян Чандрасекхар недавно окончил Президентский колледж в Мадрасе , Индия, и был принят на стипендию в Кембриджский университет . Во время своего путешествия на лодке в Англию, не зная о работах Стоунера и Андерсона, он разработал более сложную звездную модель, основанную на работе Ральфа Х. Фаулера , в которой он также заметил, что из-за релятивистских ограничений белый карлик не может превзойти определенную массу. Он опубликовал свою модель в 1930 году.

Во время исследования Субраманьяна Чандрасекара в Кембридже Фаулер, Эддингтон и Эдвард Артур Милн оставались скептически настроенными по отношению к пределу Чандрасекара, поскольку теория не объясняла, что происходит после того, как звезда выходит за пределы предела. Однако Милн и Эддингтон, которые стали экспертами докторской диссертации Чандрасекара в 1933 году, высоко оценили работу Чандрасекара о белых карликах, поскольку она могла помочь разрешить некоторые расхождения между ними. Модель Чандрасекара поддержала идею Эддингтона о том, что звезда с критической массой будет действовать как идеальный газ, однако, по мнению Чандрасекара, не все звезды стали белыми карликами, что прямо противоречит теориям Эддингтона. Вскоре после этого, в том же году, Чандрасекар был избран членом Королевского астрономического общества .

Покинув Кембридж, Чандрасекхар возобновил работу над пределом массы звезд в 1934 году в России, работая с Виктором Амбарцумяном и Львом Ландау .

Споры

Чандрасекхар находился в тесном контакте с Эддингтоном, который был осведомлен о его недавних работах. Готовясь к собранию Королевского астрономического общества в 1935 году, Чандрасекхар заметил, что Эддингтон заказал выступление сразу после него, но не знал о его содержании, и Эддингтон не раскрыл его во время их разговоров. Во время встречи 11 января Чандрасекар представил полное решение своего звездного уравнения. Эддингтон выступил с презентацией на аналогичную тему под названием «Релятивистское вырождение » , в которой он напрямую раскритиковал теорию Чандрасекара за то, что, по его мнению, лишено физического смысла. Критика Эддингтона была сосредоточена на верхнем пределе массы белого карлика, и он не одобрял использование Чандрасекаром теории относительности наряду с нерелятивистской квантовой теорией. Милн поддержал аргументы Эддингтона. Чандрасекар покинул конференцию подавленным.

Позже в том же году, во время Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза в Париже, Эддингтон продолжил критиковать теорию Чандрасекара. Позже Чандрасекхар прокомментировал в интервью, что Эддингтон высмеивал его теорию во время конференции. Чандрасекхар обратился к Генри Норрису Расселу , президенту ассамблеи, но тот убедил Чандрасекара не отвечать на замечания Эддингтона. В конце встречи Эддингтон подошел и сказал Чандрасекару: «Мне очень жаль, если я причинил тебе боль».

Чандрасекхар решил написать о споре Леону Розенфельду , который работал с Нильсом Бором . Бор и Розенфельд ответили, что они «совершенно не видят никакого смысла в заявлениях Эддингтона». Бор, Розенфельд и Вольфганг Паули (по предложению двух других) получили статью Чандрасекара, но сказали, что они слишком заняты, чтобы разбираться с противоречиями, однако одобрили методологию Чандрасекара.

Чандрасекхар написал пару статей в сотрудничестве с Кристианом Мёллером , чтобы опровергнуть и указать на противоречия в теории Эддингтона.

В 1936 году Рудольф Пайерлс опубликовал статью, в которой доказала связь между давлением и объемом релятивистского газа, что противоречило теории Эддингтона. В том же году во время встречи в Гарвардском университете Эддингтон уточнил теорию Чандрасекара о «звездном шутовстве».

В 1937 году Чандрасекар снова встретился с Эддингтоном в Англии по пути на Международный астрофизический коллоквиум в Париже. Эддингтон, Чандрасекар, Поль Дирак и Морис Прайс встретились. Их дискуссия закончилась, когда Эддингтон ушел после ссоры. Чандрасекхар записал в своей версии события:

Прайс выразил удивление, увидев меня, и спросил, присоединюсь ли я к ним в дискуссии с Эддингтоном после Холла по вопросу релятивистского вырождения. После Холла мы отправились в комнату Прайса в Невиллс-Корт. Дискуссия началась с того, что Прайс попытался рассказать Эддингтону свою версию аргументов Эддингтона против релятивистского вырождения, чтобы Эддингтон мог убедиться, что он, Прайс, понимает аргументы Эддингтона. После того, как Прайс закончил свое повествование, Эддингтон заметил, что рассказ Прайса был полностью справедливым и точным, и спросил: «О чем шел спор?» Прайс повернулся к Дираку и спросил его: «Вы согласны с чем-либо из того, что я сказал?» Дирак ответил: «Нет». Прайс добавил: «Я тоже». Эддингтон очень рассердился — более того, это был единственный раз, когда я видел его по-настоящему злым. Он встал со стула, походил туда-сюда и сказал: «Это дело не для шуток!» Он продолжал придираться к аргументам Прайса, хотя минуту назад был с ними согласен, и в течение следующего часа это был монолог Эддингтона. На следующий день, после Холла, ко мне подошел Эддингтон и сказал, что он очень разочарован тем, что Дирак, похоже, не понимает смысла своей собственной теории относительности электрона. Я не согласился и не возражал с замечанием Эддингтона, а вместо этого спросил: «Насколько из вас фундаментальная теория зависит от ваших идей о релятивистском вырождении?» Он ответил: «Да ведь все это!». Поскольку я не отреагировал на это замечание, он спросил меня, почему я задал этот вопрос. Моим ответом было: «Мне только жаль» — это не было вежливым замечанием, но к тому времени я был по-настоящему разгневан невероятной уверенностью Эддингтона в себе и своих собственных идеях.

В 1939 году Чандрасекхар завершил свою теорию белых карликов, которую быстро похвалили Бенгт Стрёмгрен и Пол Леду . Последний сказал в своей вводной книге по астрономии, что теория Чандрасекара заслуживает сравнения с работами Эддингтона, Джинса и Свейна Россланда . На конференции в Париже в том же году Чандрасекар впервые открыто заявил, что теория Эддингтона ошибочна.

Пайерлс, Дирак и Прайс в статье 1941 года указали на неправильное понимание Эддингтоном теории относительности в сочетании с квантовой теорией.

Последствия

Эддингтон умер в 1944 году и так и не отказался от своих нападок на Чандрасекара. Тем не менее, Чандрасекхар до конца своей жизни поддерживал переписку с Эддингтоном и восхищался им. В некрологе в честь Эддингтона Чандрасекхар поставил Эддингтона рядом с Карлом Шварцшильдом как величайших астрономов всех времен.

Открытие Лебедя X-1 в 1972 году, первое обнаружение черной дыры, продемонстрировало, что звезда за пределами Чандрасекара коллапсировала в нечто иное, чем белый карлик.

В 1983 году Чандрасекхар получил Нобелевскую премию по физике вместе с Уильямом Альфредом Фаулером за «теоретические исследования физических процессов, важных для структуры и эволюции звезд». В биографии Нобеля Чандрасекхар указал Эддингтона как своего друга.