Артур Стэнли Эддингтон

Согласившись на предложение Королевского астронома сэра Уильяма Кристи занять должность главного ассистента в Гринвичской обсерватории, Эддингтон писал матери: «Моя работа будет главным образом в дневное время, но особенно в течение первого года моей работы я буду наблюдать по ночам — хорошее занятие для того, чтобы в совершенстве понять инструменты».
Большая наблюдательная практика, приобретённая Эддингтоном, позволила ему прекрасно ориентироваться в достоверности наблюдательного материала, развила у него сильную интуицию при отборе и интерпретации полученных данных. Астроном Божьей милостью, Эддингтон был и выдающимся физиком-теоретиком. Нобелевский лауреат С. Чандрасекар поведал об анекдотическом случае: «Как-то после заседания Королевского астрономического общества Людвиг Зильберштейн подошёл к Эддинг-тону и сказал: «Профессор Эддингтон, Вы, должно быть, один из трёх человек в мире, которые понимают общую теорию относительности». Заметив замешательство Эддингтона, Зильберштейн заметил: «Не скромничайте, Эддингтон». На что тот ответил: «Напротив, я стараюсь понять, кто этот третий человек»». И действительно, Эддингтон был одним из очень немногих, кто сразу понял значение общей теории относительности, принял участие в её развитии, наблюдательном подтверждении и тем самым способствовал её всемирному признанию. Такое сочетание в одном лице талантливого наблюдателя и гениального теоретика — исключительно редкое явление в истории астрономии.
Артур Стэнли Эддингтон родился 28 декабря 1882 г. в Англии, в городке Кендал. Его семья отличалась высокой культурой и искренней религиозностью. Квакеры, к которым принадлежали мать и отец Артура, отвергали развлечения, одобряя только полезные занятия. Воспитание в этой традиции наложило особый отпечаток на всю жизнь Эддингтона.
Отец Эддингтона был директором школы; он скончался в возрасте всего 34 лет. У Стэнли, как звали его мать и сестра, рано проявились необыкновенные способности. У него были удивительная память и интерес к большим числам. Таблицу умножения до 24 х 24 он выучил ещё до того, как начал читать.
По собственному признанию Эддингтона, он начал интересоваться астрономией, которая привлекала его постоянно встречавшимися в ней громадными числами, когда ему было всего шесть лет. В десятилетнем возрасте Стэнли с увлечением наблюдал небо в трёхдюймовый телескоп, который ему выдали в школе. В 1893-98 гг. он учился в частной школе. За это время он написал 13 рефератов по астрономии, помещённых в школьном журнале. Страсть к науке не сделала Стэнли замкнутым. Он был любимцем всей школы, увлекался спортом и хорошо играл в крикет и футбол.
Успехи Эддингтона были высоко оценены. В 1898 г. он получил от Совета по школам графства стипендию сроком на три года по 60 фунтов стерлингов в год, которая в те времена была вполне достаточной для продолжения образования. Это позволило ему в неполные 16 лет поступить в Манчестере в Оуэновский колледж. Эддингтон сосредоточился на изучении математики и физики. По завершении образования он получил степень бакалавра наук по физике.
Осенью 1902 г. Эддингтон поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета, где два столетия назад учился и затем преподавал Исаак Ньютон. Это было учебное заведение, дававшее в то время наилучшее образование в области физико-математических наук.
В студенческие годы Эддингтон участвовал в деятельности различных клубов и обществ: Кембриджского математического клуба, Кавендишского (физического) общества, Шахматного клуба (вице-президент), Союза нон-конформистов и неформального литературного клуба, где в основном читали Шекспира.
В университете Эддингтон сдал сложнейший экзамен, так называемый математический трайпос, уже через два года после начала обучения, как это делали и другие наиболее одарённые студенты, например за несколько лет до него Джеймс Джине. Стэнли занял первое место и получил звание «сеньор вранглер» (выдающийся студент-математик), которое никогда ещё не получал второкурсник. В 1905 г. ему была присвоена учёная степень бакалавра искусств Кембриджского университета.
В 1905 г. Эддингтон стал читать в Кембридже лекции по сферической тригонометрии и ряду разделов физики, однако эта деятельность его не вполне удовлетворяла. Он был рад, когда ему предложили занять место главного ассистента в Гринвичской королевской обсерватории. 18 февраля 1906 г. Эддингтон приступил к работе на обсерватории. Ему сначала пришлось изучить основы практической астрономии: работу с каталогами, статистические методы обработки наблюдений, теорию инструментальных ошибок и многое другое. Для того чтобы быть в курсе последних событий в астрономической науке, Эддингтон должен был посещать ежемесячные собрания Королевского астрономического общества. В 1907 г. он стал членом клуба Общества. Последнее событие ввело Эддинггона в круг научной элиты Соединённого Королевства.
Королевское астрономическое общество — старейшее в мире. За выдающийся вклад в развитие астрономической науки Обществом регулярно присуждаются Золотая и именные медали. В настоящее время выдающиеся астрофизики награждаются медалью имени Эддинггона.
Работу в Гринвиче учёный начал с исследования собственных движений звёзд. Его первая научная статья «Систематические движения звёзд» была опубликована в 1906 г. В 1912 г. Эддингтон отплыл в Бразилию, чтобы наблюдать полное солнечное затмение 10 октября. Но здесь ему не повезло: в день затмения шёл ливень.
В 1913 г. Эддингтон был избран профессором астрономии Кембриджского университета, а год спустя — членом Лондонского королевского общества и директором университетской обсерватории. Во время Первой мировой войны Эддингтона пытались привлечь к военной службе. Он, однако, заявил: «Я отказываюсь идти на военную службу по религиозно-этическим мотивам», дав тем самым ясно понять, что, как и все квакеры, он является непреклонным пацифистом. Дело приобрело драматический оборот. Но спасло вмешательство Королевского астронома сэра Фрэнка Дайсона, который указал на большое значение научных исследований Эддинггона. Дайсон особенно подчеркнул необходимость его участия в экспедиции для наблюдения солнечного затмения в мае следующего года, во время которого можно было провести наблюдательный тест общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна.
Эддингтон решил проверить одно из предсказаний ОТО — искривление пространства над поверхностью Солнца в сильном поле его тяготения. 29 мая 1919 г. он наблюдал полное солнечное затмение на Принсипи, небольшом острове у Западного побережья Африки в Гвинейском заливе. Измерение смещения звёзд, сфотографированных вблизи Солнца в момент полной фазы затмения, показало точное совпадение с предсказанным ОТО. Эддингтон считал это великим моментом в своей жизни.
Эддингтон участвовал также в развитии математического аппарата ОТО и написал о ней популярную книгу «Пространство, Время, Тяготение» (1920 г.).
Но главным делом жизни Эддингтона было исследование звёздного мира. Одним из первых он выступил в пользу теории островных вселенных, подчёркивая, что спиральные туманности являются другими галактиками.
Особенно интересовала Эддингтона физическая природа звёзд, и именно в её познании состоит его основной вклад в науку. Важнейшее открытие его заключается в том, что звезда — это газовый шар от поверхности до центра, а не жидкое тело, как считалось раньше.
Эддингтону принадлежит основополагающая идея о переносе энергии наружу из внутренних горячих областей звезды (где и происходит, как правило, её выделение) передачей квантов от атома к атому — излучением и поглощением — лучеиспусканием, а не конвекцией, не кипением газовой массы звезды, как предполагалось ранее. Теперь на давление излучения стали смотреть как на важнейший фактор равновесного состояния нормальных звёзд.
Разработав теоретические модели звёзд, Эддингтон установил зависимость «масса — светимость», которая вскоре была подтверждена наблюдениями. Стало ясным, что вещество недр звёзд, как и он предполагал, находится в состоянии идеального газа. «Я представил звезду с такой точки зрения, что недра звезды должны рассматриваться как тепловая машина и, следовательно, объектом знакомого закона тепловых машин…» — писал учёный.
Эддингтон теоретически доказал, что существует верхний предел светимости звезды, которую может поддерживать данная масса. Он так и называется — эддингтоновский предел светимости. Это введённое им понятие играет важнейшую роль в изучении квазаров, рентгеновских источников и чёрных дыр. Так, принимая, что светимость этих объектов близка к эддингтоновскому пределу, можно оценить их массу. С другой стороны, ещё в 1917 г. Эддингтон первым понял, что значительный разброс в светимостях звёзд не означает такой же сильной вариации в их массах.
Эддингтону принадлежит теория белых карликов — нового типа звёзд, плотность которых выше обычной плотности звёзд в сотни тысяч раз. Вот как о ней в популярной брошюре «Звёзды и атомы» (1927 г.) рассказывал сам автор: «Сообщение спутника Сириуса после его расшифровки гласило: «Я состою из вещества, плотность которого в 3000 раз выше, чем всё, с чем вам когда-либо приходилось иметь дело; тонна моего вещества — это маленький кусочек, который умещается в спичечной коробке». Что можно сказать в ответ на такое послание? В 1914 г. большинство из нас ответило бы так: «Полно! Не болтайте глупостей!». Но в 1924 г. была развита теория, открывавшая возможность чрезвычайного сжатия материи в звёздах до плотности, намного превосходящей всё, что нам известно из земных опытов».
Эддингтон также первым понял, что независимым подтверждением высокой плотности белого карлика было бы обнаружение в его спектре значительного гравитационного красного смещения. В 1924 г. он рассчитал это смещение для спутника Сириуса и получил значение 20 км/с. В 1925 г. по просьбе Эддингтона Уолтер Сидни Адаме выполнил его измерение и получил среднее значение 21 км/с.
Ещё в 1920 г., задолго до создания ядерной физики, Эддингтон указал на реакцию превращения водорода в гелий как на возможный источник энергии звёзд- Обсуждая проблему источников энергии звёзд, он понял, что энергия в звезде генерируется со скоростью, зависящей от температуры и плотности, и процесс должен саморегулироваться, иначе невозможно устойчивое состояние, т. е. звезды просто не будет. А возможно это лишь в случае реакций термоядерного синтеза. И хотя их теория была создана гораздо позднее, в основном Эддингтон оказался прав. А критикам, которые указывали на недостаточную температуру в недрах звёзд для реакций синтеза, он советовал пойти «поискать место погорячее», что на английском языке означает просто «послать к чёрту».
Эддингтона можно смело считать основоположником теоретических исследований и по физике межзвёздной среды. Он указал на то, что вращение Галактики можно определить с помощью кальциевых облаков, а в одной из своих последних работ в 1943 г. — и на то, что неоднородное распределение межзвёздного вещества должно производить возмущения в орбитах звёзд.
Свои исследования природы звёзд Эддингтон подытожил в монографии «Внутреннее строение звёзд» (1926 г.), получившей, как и вышедшие ранее «Математическая теория относительности» (1924 г.) и позднее «Фундаментальная теория» (1946 г.), широчайшую мировую известность.
Эддингтон был не только крупнейшим физиком и астрофизиком, но и выдающимся представителем философии науки. Он считал, что мир открывается не только через наблюдения и логическое мышление, но и через религиозное постижение «невидимого мира», в который можно проникнуть только путём мистического опыта. Эддингтон придерживался принципа дополнительности рационально-научного и мистико-религиозного познания. То, что он был естествоиспытателем, не мешало ему быть религиозным мистиком.
Эддингтоном были написаны работы по философии науки и многочисленные книги и брошюры, популяризирующие достижения физики и астрономии.
Научные достижения Эддингтона принесли ему заслуженное признание как в своей стране, так и за рубежом. В 1930 г. он был посвящён в рыцари. Эддингтона избирали президентом Королевского астрономического общества, президентом Международного астрономического союза (1938 г.), почётным или иностранным членом академий и научных обществ Америки, России и почти всех европейских стран.
Сэр Артур Стэнли Эддингтон скончался 22 ноября 1944 г.
Символом жизни сэра Артура, наверное, может служить его любимое четверостишие, которое он поместил на обложке своего дневника:
Движеньем Руки создавалось Писание,
И вечен сей труд всеблагой.
Все мерзкие козни не встанут преградой.
И Он не пожертвует светлой строкой.