Артур Эддингтон

Артур Эддингтон — британский астрофизик, физик-теоретик и популяризатор науки, один из основоположников современной астрофизики. Родился 28 декабря 1882 года в Кендале (Великобритания), умер 22 ноября 1944 года в Кембридже. Наиболее известен своими работами по теории звёздного строения, общей теории относительности и космологии. Эддингтон внёс решающий вклад в понимание внутреннего строения звёзд, открыл зависимость «масса — светимость» и первым предложил механизм ядерного синтеза как источника звёздной энергии. Он также организовал и возглавил экспедицию по проверке общей теории относительности во время солнечного затмения 1919 года, что принесло ему мировую известность.

Биография

Ранние годы и образование

Артур Стэнли Эддингтон родился в семье квакеров. Его отец, Джеймс Эддингтон, был директором школы, но умер, когда мальчику было два года. Мать, Сара Энн Шоут, воспитывала сына в строгих религиозных традициях. С ранних лет Артур проявлял выдающиеся математические способности. В 1898 году он поступил в Манчестерский университет Оуэнса (ныне Манчестерский университет), где изучал физику и математику. В 1902 году он с отличием окончил университет и получил стипендию для продолжения обучения в Тринити-колледже Кембриджского университета. В 1905 году он получил степень магистра, а затем — доктора наук.

Научная карьера

С 1906 по 1913 год Эддингтон работал ассистентом в Королевской Гринвичской обсерватории. Там он занимался изучением собственных движений звёзд и статистической астрономией. В 1913 году он был назначен профессором астрономии Пламмера в Кембриджском университете, а в 1914 году стал директором Кембриджской обсерватории. На этих постах он оставался до конца жизни.

В 1919 году Эддингтон возглавил экспедицию на остров Принсипи (у побережья Западной Африки) для наблюдения полного солнечного затмения. Целью экспедиции была проверка предсказания общей теории относительности Альберта Эйнштейна об отклонении света звёзд гравитационным полем Солнца. Полученные данные подтвердили теорию, что сделало Эддингтона и Эйнштейна всемирно известными.

В 1920-е и 1930-е годы Эддингтон активно занимался теорией звёздного строения, космологией и квантовой теорией. Он был президентом Королевского астрономического общества (1921–1923), президентом Британской ассоциации содействия развитию науки (1930) и президентом Международного астрономического союза (1938–1944). В 1938 году он был посвящён в рыцари.

Научные достижения

Теория звёздного строения

Эддингтон заложил основы современной теории внутреннего строения звёзд. В 1920-х годах он разработал модель звезды как газового шара, находящегося в гидростатическом равновесии. Он ввёл понятие лучистого равновесия, при котором энергия переносится из недр звезды к поверхности путём излучения, а не конвекции. Эддингтон показал, что для поддержания равновесия необходимо, чтобы давление излучения в недрах звезды было значительным.

На основе этой модели он вывел зависимость «масса — светимость» (1924), которая связывает массу звезды с её светимостью. Согласно этой зависимости, светимость звезды пропорциональна массе в степени около 3,5. Это соотношение хорошо подтверждается наблюдениями для большинства звёзд главной последовательности.

Источник звёздной энергии

До работ Эддингтона природа источника энергии звёзд оставалась неясной. В 1920 году он выдвинул гипотезу, что энергия звёзд выделяется в результате ядерных реакций, в частности, превращения водорода в гелий. Он предположил, что при этом масса превращается в энергию в соответствии с формулой Эйнштейна \(E=mc^2\). Эта идея была революционной для своего времени, хотя детальный механизм (протон-протонный цикл и CNO-цикл) был разработан позже, в 1930-х годах.

Общая теория относительности и космология

Эддингтон был одним из первых британских учёных, оценивших значение общей теории относительности. Он не только организовал её экспериментальную проверку, но и написал несколько фундаментальных книг и статей, популяризирующих теорию. Его книга «Математическая теория относительности» (1923) долгое время считалась одним из лучших введений в эту область.

В космологии Эддингтон развивал модель статической Вселенной, основанную на решениях уравнений Эйнштейна с космологической постоянной. Он также ввёл понятие «космологическая постоянная» как антигравитационную силу, которая удерживает Вселенную от сжатия. Позже, после открытия расширения Вселенной, Эддингтон признал эту модель неверной, но продолжал активно обсуждать космологические проблемы.

Фундаментальная теория и «числа Эддингтона»

В последние годы жизни Эддингтон увлёкся построением единой теории, которая бы объединила гравитацию, электромагнетизм и квантовую механику. Он разработал так называемую «фундаментальную теорию», основанную на алгебре чисел. В рамках этой теории он пытался вывести значения фундаментальных физических констант (постоянная тонкой структуры, масса протона, постоянная Хаббла) из чисто математических соображений. Эти попытки, хотя и были гениальными, не получили признания научного сообщества и впоследствии были признаны ошибочными.

Эддингтон также ввёл понятие «числа Эддингтона» — безразмерных комбинаций фундаментальных констант, которые, по его мнению, должны быть целыми числами. Наиболее известное из них — число частиц в наблюдаемой Вселенной, которое он оценил как \(10^{80}\).

Книги и популяризация науки

Эддингтон был блестящим популяризатором науки. Его книги, написанные живым и образным языком, пользовались огромной популярностью. Среди наиболее известных:

• «Математическая теория относительности» (1923) — техническое введение в ОТО.
• «Звёзды и атомы» (1927) — популярное изложение астрофизики.
• «Природа физического мира» (1928) — философский анализ современной физики.
• «Новые пути в науке» (1935) — размышления о квантовой механике.
• «Философия физической науки» (1939) — лекции о методологии науки.

Награды и признание

• Медаль Копли (1930) — высшая награда Королевского общества.
• Королевская медаль (1928).
• Медаль Брюса (1924).
• Премия Жюля Жансена (1928).
• Рыцарство (1938).
• Член Королевского общества (1914).
• Иностранный член Академии наук СССР (1928).

Критика и наследие

Несмотря на огромный вклад в науку, некоторые идеи Эддингтона, особенно его «фундаментальная теория» и попытки вывести константы из чистого разума, подвергались критике. Многие физики считали эти построения спекулятивными и не имеющими эмпирической основы. Тем не менее, его работы по звёздной астрофизике, теории относительности и космологии остаются классическими.

Эддингтон оказал глубокое влияние на развитие астрофизики. Его модель звёздного строения, зависимость «масса — светимость» и идея ядерного синтеза как источника энергии стали основой для последующих исследований. Он также воспитал целое поколение астрофизиков, включая Субраманьяна Чандрасекара.

Интересные факты

• Эддингтон был квакером и отказывался от военной службы по религиозным убеждениям. Во время Первой мировой войны он был освобождён от призыва как «необходимый для национальной безопасности» учёный.
• Он был известен своим эксцентричным стилем лекций и остроумием. Однажды на вопрос, правда ли, что он один из трёх человек в мире, понимающих общую теорию относительности, он ответил: «Кто же третий?».
• Эддингтон ввёл в научный обиход термин «красное смещение» для обозначения эффекта Доплера в спектрах галактик.
• В его честь названы кратер на Луне, кратер на Марсе, астероид (2761) Эддингтон и медаль Эддингтона, присуждаемая Королевским астрономическим обществом.

Источники

• А. С. Эддингтон. «Звёзды и атомы». — М.: Наука, 1985.
• А. С. Эддингтон. «Теория относительности». — М.: Наука, 1970.
• С. И. Вавилов. «Артур Эддингтон» // Успехи физических наук, 1945.
• W. H. McCrea. «Arthur Stanley Eddington» // Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 1945.
• A. V. Douglas. «The Life of Arthur Stanley Eddington». — London: Nelson, 1956.