89年前「天文大佬手撕萌新论文」事件始末

说起白矮星，对天文学有所了解的同学一定不会陌生，它是较小质量恒星的演化终点，并且有一个特殊性质——这类致密天体存在质量上限，约为1.44倍太阳质量[1]，在学术上一般称为钱德拉塞卡极限。

钱德拉塞卡（1910-1995）是著名印度裔天体物理学家，1983年诺贝尔物理学奖得主，获奖理由是「有关恒星结构及其演化的重要物理过程的理论研究」，其中就包括计算白矮星的质量上限。

钱德拉塞卡本人推导的钱德拉塞卡极限方程。当μe取2时，钱德拉塞卡极限为1.44倍太阳质量︱参考文献[1]

这一诺奖级想法的诞生地并不是某个有着悠久学术传统的高校或研究院，而是一艘从印度孟买开往意大利威尼斯的轮船[2]。彼时钱德拉塞卡还没过自己的20岁生日，他刚从印度马德拉斯大学毕业，准备前往英国剑桥大学深造。

登船时钱德拉塞卡随身携带了三本书，分别是英国天体物理学家爱丁顿的《恒星内部结构》（The Internal Constitution of Stars），美国物理学家康普顿的《X射线和电子》（X-Rays and Electrons: An Outline of Recent X-Ray Theory）以及德国物理学家索末菲的《原子结构和谱线》（Atomic Structure and Spectral Lines）。另外钱德拉塞卡早已对英国物理学家福勒发展的白矮星理论相当熟悉。

当轮船在地中海平稳航行时，以上这些元素在钱德拉塞卡的脑海中激烈碰撞，最终引导他思考一个问题：如果白矮星中心密度如此之高，那么是否需要考虑狭义相对论的影响？钱德拉塞卡很快就注意到，如果考虑了相对论效应，白矮星应当会存在一个质量上限。

青年时期的钱德拉塞卡，摄于1934年︱AIP

一个刚刚本科毕业的准研究生在旅途中产生了如此洞见，难道钱德拉塞卡真的是天才，竟发现了当时整个学界都未曾触及的暗角？在回答这个问题以前，有必要简单回顾一下白矮星研究的相关历史。

历史上第一颗被发现的白矮星可以追溯到1783年威廉·赫歇尔发现的波江座40B；1862年，美国著名制镜大师克拉克首次观测到我们的恒星邻居天狼星拥有一颗暗淡的伴星天狼星B，这是人类发现的第二颗白矮星。在克拉克发现天狼星B之前约20年，德国天文学家贝塞尔曾通过天狼星的自行曲线推断天狼星有一位看不见的「伙伴」。

天狼星B大小与地球相当，质量与太阳相当︱Wikipedia@Tomruen

看起来天文学家很早就发现了白矮星的身影，但直到20世纪初，随着天体光谱测量技术日趋成熟，学者们才正式注意到这类天体其实有别于大多数常见的恒星。有关白矮星的严肃研究以及系统搜寻都始于20世纪20年代，所以在1930年前后，不论是身经百战的大佬们，还是像钱德拉塞卡这样的学术萌新，白矮星对他们而言都可以算是一个全新的领域。按照钱德拉塞卡自己的说法，1930年夏天时他作为一位刚毕业的本科生，所掌握的物理、天文以及数学知识都只是一些基础得不能再基础的内容了[3]。如果这不是过分自谦而是相对客观的自我评价，可以说钱德拉塞卡能做出如此非凡的发现除了必不可少的自身努力，历史的进程也是其发现之路上的重要一环，翻译成时下语言，就是成功抓住了风口。

实际上抓住风口的远不止钱德拉塞卡一位学者。钱德拉塞卡最早的一篇讨论白矮星质量上限的论文[4]于1931年7月发表在《天体物理学报》上，而至少有两位学者早于钱德拉塞卡在公开的学术刊物上发表了讨论白矮星质量上限的文章，一位是安德森（Von Wilhelm Anderson）[5]，另一位是斯托纳（Edmund Clifton Stoner）[6]。由此还引起了后世[7] [8]关于白矮星质量上限发现权的争论。对于钱德拉并非独立做出发现的观点，《钱德拉塞卡传》的作者专门撰文[9]驳斥了相关说法，另一位学者特林布尔[10]也认可钱德拉塞卡的发现独立于前人。钱德拉塞卡的处理白矮星的方式是证明他独立发现的最好证据：安德森与斯通纳对恒星建模时都将其视为密度均匀的球体[11]，钱德拉塞卡则在计算时引入了爱丁顿描述恒星内部结构的多方模型[12]，后者也更贴近真实情况。

多方指数n=3时的密度-半径关系常用于拟合较大质量白矮星内部的密度变化︱Wikipedia@Carlo Del Noce

按照正常的故事发展，年纪轻轻做出诺奖级发现的钱德拉塞卡大概不用多久就会走上人生巅峰，功成名就。但接下来登场的一位重磅人物影响了整个故事的走向。

在英国求学期间，钱德拉塞卡一直没有放弃对白矮星质量问题的追寻。1934年下半年，钱德拉塞卡投入了大量时间精力构建白矮星的精确理论，他希望自己的工作能一劳永逸地解决当时学者们诸多争论。

在1935年1月的一次皇家天文学会会议上，钱德拉塞卡作了约半小时的报告介绍自己的研究。接下来一位报告人是著名的爱丁顿，而让钱德拉塞卡颇感意外的是，爱丁顿的报告内容[13]完全是为他「度身定制」：爱丁顿明确反对钱德拉塞卡的论证，表示「我认为应当有一条自然定律阻止恒星以这种荒谬的方式演化！」[14]，并且暗示钱德拉塞卡得到如此荒谬的结论是因为他犯了一些想当然的错误。在钱德拉塞卡打算为此争辩两句时，却被会议主席制止，并表示钱德拉塞卡应当向爱丁顿致谢。

爱丁顿，摄于1932年︱Encyclopædia Britannica

关于这段学术争论，坊间有个流传甚广的说法，即「爱丁顿当众撕毁了自己学生钱德拉塞卡关于白矮星具有极限质量的论文」。这样的描述放在89年后的今天也是相当炸裂，「大佬手撕萌新论文」大概会成为各大网络社交平台的热搜。不过首先可以明确钱德拉塞卡的导师并非爱丁顿，而是另一位著名物理学家拉尔夫·福勒（Ralph H. Fowler）。钱德拉塞卡在1933年拿到博士学位，不久就成为剑桥三一学院研究员，1935年时他跟爱丁顿应该算同事关系。

福勒肖像︱Cavendish Laboratory

爱丁顿「撕毁」钱德拉塞卡论文的炸裂说法，目前已知的最早出处是美国记者、专栏作家蒂尔尼（John Tierney）于1982年发表的一篇文章[15]，里面提到「 and (Eddington) proceeded to tear apart Chandrasekhar's paper」。这句话从字面上确实可以理解成撕毁论文，但我目前所见有关钱的传记、访谈以及当时的会议记录等一手资料中，似乎未再出现类似的说法。

如果爱丁顿真的现场手撕了钱德拉塞卡的论文/报告，那接下来这句「（爱丁顿）的演讲频频被笑声打断」对于钱德拉塞卡来说无异于伤口撒盐

结合上下文以及故事背景，其实把蒂尔尼的记述看作是一种文学上的修辞更为合适，因为钱德拉塞卡整篇报告的立论基础是白矮星理论应当考虑狭义相对论效应，而爱丁顿在报告开篇就指出不存在所谓的「相对论性简并」，如果爱丁顿所言非虚，那么钱德拉塞卡的理论在学术上确实会被碾得粉碎。考虑到爱丁顿在20世纪30年代已是名满天下，在恒星结构领域更是绝对权威，他的言论在天文界有着一锤定音的份量，对新人的批驳更是如此。所以不管爱丁顿的观点是否正确，钱德拉塞卡在现场受到的打击都是实打实的。

当会议结束，与会者几乎都认为确实是钱德拉塞卡错了。甚至于钱德拉塞卡内心都发生了动摇，他陷入了严重的自我怀疑，最后只能写信求助各方学者。在与玻尔、泡利、狄拉克等一流物理学者交流后，钱德拉塞卡逐渐意识到犯了错误的并不是自己，而是大名鼎鼎的爱丁顿。同年7月的国际天文学联合会巴黎大会上，爱丁顿继续向钱德拉塞卡「开火」，公开表示所谓的极限质量是谬论。钱德拉塞卡也在现场，他回忆称当时给主持会议的美国天文学家罗素塞了张纸条，希望可以现场回应爱丁顿的言论。罗素稍后给钱德拉塞卡回了张纸条，写道：「我建议你不要回应」。

虽然拒绝钱德拉塞卡公开回应爱丁顿，但罗素私底下曾对钱德拉塞卡说：「到了外头，我们就不信爱丁顿了」。罗素的两套说辞其实代表了当时相当一部分学者的态度，他们实际上十分清楚两人孰对孰错，但碍于爱丁顿的巨大声望，不愿公开表态。

1939年巴黎新星与白矮星天体物理学会议与会者合影，前排左三是罗素，右二为爱丁顿，后排右二是钱德拉塞卡︱AIP

爱丁顿是否对钱德拉塞卡存在偏见，所以才如此针锋相对？看起来前者在仰仗自己的学术威望故意打压作为新人的后者，但如果了解过爱丁顿的一些「学术八卦」，就会发现这其实是爱丁顿一贯的学术风格。即便是面对金斯、米尔恩等段位相当的学者，只要存在分歧，爱丁顿照样会展现出咄咄逼人的姿态。在与金斯争论恒星产能机制时，爱丁顿曾写道「对于认为恒星的温度不足以产生这一反应的批评（指金斯），我不会作回应，他首先得找到一个比恒星核心更热的地方」[16][17][18]。在恒星产能机制这个问题上，爱丁顿确实笑到了最后，而白矮星的物理并没有如他所愿。

1926年5月的《自然》增刊上有爱丁顿「hotter place」的另一个版本︱参考文献[18]

尽管爱丁顿并非故意针对钱德拉塞卡，但在20世纪30年代的最后几年中，钱德拉塞卡需要频频面对一些本不该存在的学术压力，对其白矮星研究的公正评价也因此推迟了近半个世纪。1939年后，钱德拉塞卡决定不再与爱丁顿争论了，他把自己的研究方向从恒星结构转为恒星动力学，并且在往后的学术生涯中，只要在一个领域取得了满意成果，就会转变方向尝试攻克另一个领域的课题。钱德拉塞卡在自己五十余年的学术生涯中涉猎了包括恒星结构、恒星动力学、恒星辐射转移、磁流体力学、平衡椭球体、黑洞在内的诸多研究领域，他就像一位勤奋的登山家，只要成功登顶一座山峰，就把目标指向另一座高峰。

与爱丁顿的争论让钱德拉塞卡逐渐领悟到科学研究的核心并不是，也不应该是无休止的争论，而是保持活跃以及持续产出。自己的研究工作是否有价值，后世自有公论。这一想法促使是钱德拉塞卡改变自己的研究领域。他的另一个感悟则是，一位在某个领域拥有巨大声望的学者固然是可敬的，但这些声望很可能会在某些场合成为压垮新人的巨石。

2017年10月19日Google庆祝钱德拉塞卡107周年诞辰制作的涂鸦︱Google

参考

[1]https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/chandrasekhar-lecture.pdf

[2]美 瓦利 卡迈什瓦尔·C Wali, Kameshwar Chandrasckhar.孤独的科学之路:钱德拉塞卡传[M].上海科技教育出版社,2006.

[3]Chandrasekhar S. The Richtmyer Memorial Lecture—Some Historical Notes[J]. American Journal of Physics, 1969, 37(6): 577-584.

[4]Chandrasekhar S. The maximum mass of ideal white dwarfs[J]. Astrophysical Journal, vol. 74, p. 81, 1931, 74: 81.

[5]Anderson W. Über die Grenzdichte der Materie und der Energie[J]. Zeitschrift für Physik, 1929, 56(11): 851-856.

[6]Stoner E C. LXXXVII. The equilibrium of dense stars[J]. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 1930, 9(60): 944-963.

[7]Nauenberg M. Edmund C. Stoner and the discovery of the maximum mass of white dwarfs[J]. Journal for the History of Astronomy, 2008, 39(3): 297-312.

[8]Blackman E G. Placing Chandra’s work in historical context[J]. Physics Today, 2011, 64(7): 8-9.

[9]https://pubs.aip.org/physicstoday/article/64/7/9/1017313

[10]Trimble,Virginia.Chandrasekhar and the history of astronomy[J].Asia Pacific Physics Newsletter, 2012, 1(01):63-65.DOI:10.1142/S2251158X12000100.

[11]Three hundred years of gravitation[M]. Cambridge University Press, 1987.

[12]一团孤立的恒星气体物质在自引力的作用下处于平衡态时的数学模型

[13]https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1935Obs....58...33

[14]I think there should be a law of Nature to prevent a star from behaving in this absurd way!

[15]http://prints.iiap.res.in/handle/2248/1676

[16]We do not argue with the critic who urges that the stars are not hot enough for this process; we tell him to go and find a hotter place.

[17]https://en.wikiquote.org/wiki/Arthur_Eddington

[18]Eddington A S. The source of stellar energy[J]. Nature, 1926, 117(2948): 25-32.

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