阿瑟·爱丁顿

**亞瑟・斯坦利・愛丁頓**爵士，OM，FRS（英語：Sir Arthur Stanley Eddington，英語發音[ˈɑːθə ˈstænli ˈedɪŋtən]，1882 年 12 月 28 日 —1944 年 11 月 22 日），英國天體物理學家、數學家，是第一個用英語宣講相對論的科學家，自然界密實（非中空）物體的發光強度極限被命名為「愛丁頓極限」。

在第一次世界大戰期間，英國人並不太清楚德國的科學進展，愛丁頓在 1919 年寫了「重力的相對理論報導」，第一次向英語世界介紹了愛因斯坦的廣義相對論理論。

## 生平

愛丁頓出生於英格蘭肯達爾一個貴格會家庭，父親是一個中學校長，死於 1884 年席捲英格蘭的傷寒大流行，他的母親獨立承擔撫養他們姐弟倆的責任。愛丁頓幼年是在家中隨母親學習。1893 年他進入布里麥倫學校，他顯示出在數學和英國文學方面的天才。1898 年他獲得 60 英鎊的獎學金，年僅 16 歲得以進入曼徹斯特歐文斯學院（後改組為今日的曼徹斯特大學）學習物理學，1902 年以優異成績獲得科學學士學位。

因為突出的成績，獲得劍橋大學三一學院 75 英鎊的獎學金，1905 年獲三一學院碩士學位，進入卡文迪許實驗室研究熱輻射。

1905 年他到格林威治天文台工作，分析小行星愛神星的視差，他發現了一種基於背景兩顆星星的位移進行統計的方法，因此於 1907 年獲得史密斯獎。這個獎項使他獲得劍橋大學的研究員資格。1912 年達爾文的兒子，劍橋大學的終身教授去世，愛丁頓被推薦接替他的職位。1913 年初，愛丁頓被任命為劍橋大學天文學和實驗物理學終身教授。1914 年被任命為劍橋大學天文台台長，不久就被選為英國皇家學會會員。

第一次世界大戰期間，他被要求服兵役，但由於他信仰貴格會，同時又是一個和平主義者，他拒絕服兵役，他的同事以他在科學研究方面的重要作用為由，成功地要求政府免除了他的兵役。

一戰過後，愛丁頓率領觀測隊在西非普林西比島觀測 1919 年 5 月 29 日的日全食，拍攝日全食時太陽附近的星星位置，根據廣義相對論理論，太陽的重力會使光線彎曲，太陽附近的星星視位置會變化。愛丁頓的觀測證實了愛因斯坦的理論，是當然科學界的重大事件。但後來的分析顯示，愛丁頓的數據的誤差和他們想測量的相對論效應差不多大，可以說是歪打正著。

愛丁頓還從理論上研究恆星內部的結構，提出恆星由向內的重力和向外的光輻射壓力維持平衡，內部是高溫的離子化狀態的氣體，相當於理想氣體。經過他的數學模型計算，他解釋了造父變星的變化週期理論。

1920 年，愛丁頓第一個提出恆星的能量來源於核融合，為此他和詹姆士・金斯爵士進行了一場曠日持久的辯論，直到 1939 年美國天文學家漢斯・貝特計算出太陽的能源是氫原子經過四步核融合反應形成氦才算結束。

1923 年他出版了《相對論的數學理論》，愛因斯坦認為這本書是：「在所有語言中是表達這個主題最好的版本」。

從 1920 年開始，直到他去世，他一直致力於將量子理論、相對論和重力理論統一起來，形成一個「基本理論」，到晚年幾乎達到痴迷的程度。他確信質子的質量和電子電荷的數值不是偶然形成的，是「為了形成宇宙的自然和完美的特性」。

由於他過於相信自然的完整，當時對微細構造常數 α 的數值測量接近 1/136，他堅持必須應該是 1/136 整，後來更精確的測量證明是接近 1/137，他又宣稱必須是 1/137 整，但實際目前最精確的測量證明是 1/137.035 999 76 (50)。學生給他取了一個暱稱 "Adding'One"。

他沒有能完成自己的研究，愛丁頓於 1944 年在劍橋逝世，他的著作《基本理論》直到 1946 年才出版。

他在逝世前，1938 年，他擔任了國際天文學聯合會主席。直到去世。

他在晚年激烈地反對印度科學家蘇布拉馬尼揚・錢德拉塞卡提出的關於白矮星的最大質量限界理論，蘇布拉馬尼揚・錢德拉塞卡認為超過這個界限，恆星的坍塌會形成中子星、夸克星，直到黑洞。事實證實蘇布拉馬尼揚・錢德拉塞卡是正確的，他為此獲得了 1983 年諾貝爾物理學獎。

## 天文學

愛丁頓在 1906 年 1 月在英國格林威治天文臺被任命為英國天文學家主任助理的職位，在接下來的幾個月他離開位於格林威治的劍橋。自 1900 年他開始投入於詳細分析在底片上 433 愛神星的視差之工作，他發展了一種新的統計方法，基於兩個明顯漂移的背景恆星，使他在 1907 年贏得了史密斯獎，該獎項為他贏得了劍橋大學三一學院的獎學金。在 1912 年 12 月，查爾斯・達爾文的兒子喬治・達爾文突然死亡，並在 1913 年初，愛丁頓被提拔接任他的職位，當 Plumian 天文學和實驗哲學的教授。在那年之後，精於理論的 Lowndean 主席的持有人羅伯特・伯爾也死了，隔年，愛丁頓被提名為整個劍橋天文台的台長。在 1914 年 5 月，他當選為英國皇家學會的院士，並在 1918 年獲得英國皇家學會的勳章，以及在 1926 年發表他們的 Bakerian 演講。

愛丁頓還研究了恆星內部的通過理論，並開發了第一個真正了解恆星的過程。他在 1916 年開始做這項關於造父變星可能的物理研究做解釋，他開始藉由擴大卡爾・史瓦西早期作用在埃姆登多方模型中的輻射壓。這些模型把恆星當作一個球體的氣體藉由內部的熱壓阻止違反地心引力，而愛丁頓主要附加說明之一的是輻射壓是必要的，以防止球體萎陷。儘管他明知他的模型在恆星內部對於理解不透明度和能源的產生缺乏堅實的基座，然而他的結果提供了溫度的計算，密度和壓力都是恆星內部的論點，而愛丁頓主張他的理論對於深一層的天體物理學研究是非常有用的，儘管沒有完全地被公認為物理，都應予以基本上的保留。詹姆士・金斯提供了重要的建議，恆星物質一定會被電離，但這結束了兩者之間的任何合作。詹姆士・金斯因為他們熱烈的辯論而變得有名。

愛丁頓藉由指著他實驗結果的效用，為他的方法辯護，特別是他重要的質量光度關係。這有意想不到的結果顯示，幾乎所有的恆星，包括巨大的和矮小的，都表現為理想氣體。在開發他的恆星模型的過程中，他企圖推翻現今有關恆星能量來源的想法。金斯和其他人辯論凱爾赫姆霍茲結構基本上算是正統的力學，而愛丁頓大致上推測關於定性和定量的結果可能會使質子和電子毀滅和核融合的過程。

## 名言

有記者問愛丁頓說是否全世界只有三個人真正懂得相對論，愛丁頓思考了一下，回答「我正在想第三個人是誰？」

愛丁頓曾說，「我認為，熵增原則 —— 即熱力學第二定律 —— 是自然界所有定律中至高無上的。如果有人指出你的宇宙理論與馬克士威方程式不符 —— 那麼馬克士威方程式可能有不對；如果你的宇宙理論與觀測相矛盾 —— 嗯，觀測的人有時也會把事情搞錯；但是如果你的理論違背了熱力學第二定律，我就敢說你沒有指望了，你的理論只有丟盡臉、垮台。」

## 著作

愛丁頓也寫過許多科普著作，最著名的是他在 1929 年闡述過一個「無限猴子理論」，就是說「如果許多猴子任意敲打打字機鍵，最終可能會寫出大英博物館所有的書」。

* 《恆星和原子》 1926 年
* 《恆星內部結構》 1926 年
* 《基本理論》 1946 年
* 《科學和未知世界》 1929 年
* 《膨脹著的宇宙：天文學的重要數據》 1900 年 - 1931 年
* 《質子和電子的相對論》 1936 年
* 《物理世界的性質》 1928 年
* 《科學的新道路》 1935 年
* 《空間、時間和引力：廣義相對論進階》 1920 年
* 《物理學的哲學》
* 《物理學的領域》

## 外部連結

* 稱對的對稱 —— 遊走於科學與藝術間 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 含愛丁頓的軼事和寓言。
* 愛丁頓介紹（英文）（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 愛丁頓語錄（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Experiments of Sobral and Príncipe repeated in the space project in proceeding in fórum astronomical.
* Claus Bernet: Eddington, Arthur Stanley, in: BBKL, 32, 2011, 278-288: http://www.kirchenlexikon.de/e/eddington\_a\_s.shtml