苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡 :印度裔美国籍物理学家

更新时间:2023-11-09 13:44

苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910年10月19日——1995年8月21日),男,印度裔美国籍物理学家和天体物理学家。1933年至1937年,苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡任剑桥大学三一学院院士。钱德拉塞卡在1983年因在星体结构和进化的研究而与另一位美国天体物理学家威廉·福勒共同获诺贝尔物理学奖。他也是另一个获诺贝尔奖的物理学家拉曼的亲戚。钱德拉塞卡从1937年开始在芝加哥大学任职,直到1995年去世为止。钱德拉塞卡在1944年被选为伦敦皇家自然知识促进学会院士;1946年当选美国艺术与科学院。他在1953年成为美国的公民。1966年他获得国家科学奖章。钱德拉塞卡兴趣广泛,年轻时曾学习过德语,并读遍自莎士比亚托马斯·哈代时代的各种文学作品。

人物生平

钱德拉塞卡于1910年出生在英属印度旁遮普地区拉合尔(现在的巴基斯坦),在家中排名第3,父亲为印度会计暨审计部门的高阶官员。

钱德拉塞卡的父亲也是一位技术娴熟的卡纳蒂克音乐(Carnatic 音乐)演奏者与一些音乐学著作的作者。他的母亲则是一位知识份子,并曾将亨利克·易卜生的剧作《玩偶之家》翻译成泰米尔语

钱德拉塞卡起初在家中学习,后来则进入金奈高中就读(1922年至1925年间)。他在1925年至1930年进入了清奈的院长学院(Presidency College),并获得学士。钱德拉塞卡在1930年7月获得印度政府的奖学金,于是前往英国剑桥大学深造。他后来进入剑桥大学三一学院就读,并成为劳夫·哈沃德·福勒(Ralph Howard Fowler)的学生。在保罗·狄拉克的建议下,钱德拉塞卡花费一年的时间在哥本哈根进行研究,并且认识了尼尔斯·玻尔

钱德拉塞卡在1933年夏天获得剑桥大学的博士学位,并且在当年十月成为三一学院的研究员(1933年-1937年),他在这段时期认识了天文学家亚瑟·埃丁顿爱德华·米尔恩(Edward Arthur Milne)。

钱德拉塞卡在1936年与Lalitha Doraiswamy结婚。

苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡,1930年毕业于印度马德拉斯大学,1933年获得英国剑桥大学三一学院博士学位。

1930~1934年在英国剑桥大学三一学院学习理论物理。

1933~1937年在该校任教。

1937年1月返回芝加哥大学,成为天文学家鄂图·斯特鲁维(Otto Struve)博士与罗伯特·哈钦斯的助理教授。他后来都没有离开过芝加哥大学,并在1952年成为天体物理学教授,并且在1985年退休。

他曾经在威斯康辛洲威斯康辛湾的叶凯士天文台进行过一些研究,它隶属于芝加哥大学。

第二次世界大战期间,钱德拉塞卡在马里兰州亚伯丁试验场(Aberdeen Proving Ground)的弹道学研究实验室工作,进行弹道学的研究,并完成一些报告,例如《On the decay of plane shock waves》与《The normal reflection of a blast wave》。

在1929年-1939年,钱德拉塞卡将研究目标集中在恒星结构,其中也包括伴星的理论。后来在1939年-1943年间,他则继续研究恒星动力学(Stellar dynamics)。1943年-1950年间,钱德拉塞卡集中研究辐射传输。他后来在1950年开始研究磁流体稳定性与流体动力学,直到1961年才告一段落。从1971年开始,他对于黑洞的数学理论进行研究。在1980年代后期,他则以引力波碰撞为研究题材。

钱德拉塞卡在1952~1971年任美国《天体物理学杂志》主编。他在恒星内部结构理论、恒星和行星大气的辐射转移理论、星系动力学、等离子体天体物理学、宇宙磁流体力学和相对论天体物理学等方面都有重要贡献。从1990年至1995年之间,他曾研读艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》,并在1995年出版了Newton's Principia for the Common Reader。

钱德拉塞卡也是国际科学学会(International Academy of Sciences)的荣誉会员。钱德拉塞卡在1995年因心力衰竭去世于芝加哥,他一生中写了约四百篇论文。

1983年因在星体结构和进化的研究而获诺贝尔物理学奖。他是另一个获诺贝尔奖的物理学家拉曼的亲戚。

他兴趣广泛,年青时曾学习德语,读遍自莎士比亚托马斯·哈代的文学作品。

1937年起钱德拉塞卡在芝加哥大学工作,1953年取得美国国籍。晚年他曾研读艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》,并写了《Newton's Principia for the Common Reader》。此书出版后不久他便逝世了。

个人生活

苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡的的父亲(Chandrasekhara Subrahmanya Ayyar)是印度会计暨审计部门的官员,曾任拉合尔芝加哥和西北运输公司的副审计长。母亲(Sita Balakrishnan)一位知识分子,并曾将亨利克·易卜生的剧作《玩偶之家》翻译成泰米尔语。钱德拉塞卡在家中七个孩子排行第三,是四个儿子中的长子。钱德拉塞卡的叔叔是钱德拉塞卡拉·拉曼诺贝尔物理学奖得奖者 。

苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡于1936年9月在印度与比他小一岁拉丽莎(Lalitha Doraiswamy)结婚。他们在马德拉斯大学院长学院时就建立了联系。

苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡是一个素食主义者。他总是无瑕地穿着做工考究的西装,其颜色在秋冬季变化于深黑和深灰之间,而在春夏季则变化于浅灰和棕黄色之间。他爱好文学和音乐,是世界上唯一在方程式中使用哥特体字符的科学家。

研究成果

钱德拉塞卡早期从事恒星内部结构理论的研究。他利用完全简并的电子气体的物态方程建立伴星模型,导出白矮星的质量上限是太阳质量的1.44倍。这就是著名的钱德拉塞卡极限。1939年,他出版《恒星结构研究引论》一书,系统论述恒星内部结构理论。1950年出版《辐射转移》一书,总结了他在恒星和行星大气辐射转移方面的主要工作。他处理了有偏振的辐射转移问题,并用量子力学方法计算了作为中介光谱型恒星大气不透明度源泉的负氢离子吸收系数(见负氢离子吸收)。1943年,他出版《恒星动力学原理》一书,运用经典力学讨论星团星系天体系统的动力学问题。六十年代,他出版《等离子体物理》和《流体动力学和磁流体力学的稳定性》等专著,并从事相对论天体物理的研究。

主要成就

科研成就

1930年,钱德拉塞卡在前往英国的途中重复了拉尔夫·福勒对于伴星相关性质的计算,不同的是在计算中他考虑电子遵循的是阿尔伯特·爱因斯坦狭义相对论而不是牛顿定律。当时,恒星的白矮星阶段被认为是一切恒星演化过程的最终阶段,但是钱德拉寒卡的计算表明,当质量大于太阳质量的1.44倍,它的最终归宿将不会是白矮星。这个恒星质量极限,就是钱德拉塞卡极限(Chandrasekhar 极限)。1931年,他将相关文章发表在了美国天体物理学报》杂志上。

经过在剑桥大学的学习,钱德拉逐步完善了自己的发现,他认为亚瑟·埃丁顿为主的科学家支持的恒星理论存在明显的缺陷,因为它完全忽略了一个事实,即缩恒星内部的电子是以光速运动的;需要将阿尔伯特·爱因斯坦狭义相对论的纳入其中,这个理论才能完整解释恒星的诞生和死亡。他在1935年的英国皇家天体物理学会(Royal Astrophysical Society)会议上提出这个理论,却被亚瑟·斯坦利·爱丁顿说它是一个谬论,对钱德拉塞卡提到的两种简并,认为根本不存在相对论简并,当场把钱德拉塞卡的论文撕成两半。与亚瑟·埃丁顿的争论持续了几年后,没有一个权威科学家愿意站出来支持钱德拉·谢卡尔。钱德拉塞卡从争论中抽身,将在英国伴星研究和钱德拉塞卡极限总结成《恒星结构研究导论》,1939年出版,之后就转向了其他研究。

钱德拉塞卡在每个领域都会花上5年至10年时间进行深入研究。他会用一年时间来掌握一个课题,再花费几年发表一些解决相关问题的文章,再过几年他将写一本该领域的书籍留给后人。一旦该书出版后,他便离开了这一领域去探索其他领域的难题。

钱德拉塞卡撰写的8本书籍记录了他所研究的领域:《恒星结构研究导论》(1939年)总结了他对于伴星以及其他类型恒星内部结构的研究工作;《恒星动力学原理》(1942年)描述了他对于星系以及星系团中恒星运动统计理论的高度原创性工作;《辐射转移》(1950年)给出了恒星大气中辐射转移的第一个准确理论;《流体力学和磁流体力学稳定性》(1961年)提供了包括恒星、吸积盘以及星系在内的各种天体随着不同辐射而变得不稳定的理论基础;《平衡椭球体》(1969年)解决了一个老问题,即在不可压缩、旋转的有质量液体中找到了引力场的平衡体。

此后,他详细研究了黑洞的准确数学描述以及它们同周围物质的相互作用,于1983年出版了《黑洞的数学理论》。该书也是他告别科学研究之作。该书出版后,钱德拉塞卡演讲并撰写了一本非技术主体的书籍,内容是关于莎士比亚路德维希·范·贝多芬以及珀西·雪莱作品的,同时还包含了艺术同科学之间的关系。这些针对公众的演讲被收集了起来,并以《真与美》为题于1987年出版。

钱德拉塞卡退休后,他花了大量时间研读艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》,并在重复牛顿的每一个命题以及证明后,将牛顿的几何语言翻译成更为现代科学家所接受的代数语言。这也是钱德拉塞卡辞世前出版的最后一部书籍――《为普通读者所著的牛顿“原理”》。

人才培养

钱德拉塞卡讲授的课程包括量子力学、电动力学和光学、相对论、稳定性问题和等离子体物理学 。

1947年,钱德拉塞卡着眼于后继人才的培养和储备,计划招收一批具有物理学天赋的青年学子,组建一个天体物理学高级研讨班,由他自己亲自授课、指导。招生工作结束后,前来登记的学生人数远远低于预期,只有两名20来岁的年轻人报名参加这个研讨班。他们就是杨振宁李政道。钱德拉塞卡每天都会开车数百公里到芝加哥大学他们授课。

钱德拉塞卡在其教学生涯中指导了至少46名博士生。数学谱系项目网站2023年12月数据提供了钱德拉塞卡培养的17名学生的信息,具体信息如下:

相关事件

钱德拉塞卡是个有点羞涩的印度青年。19岁那年,他因成绩优异获得政府奖学金,只身乘船前往英国剑桥求学。在长达十几天的漫长航行中,他奇迹般地初步计算出一个结果———在当时,恒星伴星阶段被认为是一切恒星演化过程的最终阶段。但是钱德拉塞卡的计算表明,当恒星质量超过某一上限时,它的最终归宿将不会是白矮星。

经过在剑桥大学的学习,钱德拉塞卡逐步完善了自己的发现。在1935年皇家天文学会的会议上,这个24岁的青年终于得到宣读自己论文的机会。

当钱德拉塞卡在会上宣读完自己的论文后,当时天体物理学界的权威亚瑟·埃丁顿走上讲台。他当众把钱德拉塞卡的讲稿撕成两半,宣称其理论全盘皆错,原因是它得出了一个“非常古怪的结论”。听众顿时爆发出笑声。会议主席甚至没有给这位年轻人答辩的机会。

会议结束后,几乎所有人都走到钱德拉塞卡跟前,说:“这太糟糕了,太糟糕了……”

与爱丁顿的争论持续了几年,没有一个权威科学家愿意站出来支持钱德拉塞卡。最后,他终于明白应该完全放弃这个研究课题。在1937年到了芝加哥大学以后不久,他把自己的理论写进了一本书里,然后不再去理会它。

后来钱德拉塞卡移居芝加哥成为艾默瑞特斯教授。有一次他往返200英里去为他的学生上课,可是由于暴风雪,当他赶到教室的时候发现只有2名学生在等待他的出现。这两人正是于1957年获得诺贝尔物理学奖李政道杨振宁

差不多30年后,这个后来被称为“钱德拉塞卡极限”的发现得到了天体物理学界的公认。然后又过了20年,钱德拉塞卡获得了诺贝尔物理学奖。1983年,当他从瑞典国王手中接过诺贝尔奖章时,已是两鬓斑白的垂垂老者。

此时,回顾年轻时的挫折,钱德拉塞卡却已有了不同的看法。“假定当时亚瑟·埃丁顿同意自然界有黑洞……这种结局对天文学是有益处的。”他说,“但我不认为对我个人有益。爱丁顿的赞美之词将使我那时在科学界的地位有根本的改变……但我的确不知道,在那种诱惑的魔力面前我会怎么样。”

的确,有多少年轻人在功成名就之后,还能长久保持青春活力呢?为何即使是詹姆斯·麦克斯韦阿尔伯特·爱因斯坦,也同样未能始终如一。

钱德拉塞卡的结论是,这些成功的人“对大自然逐渐产生了一种傲慢的态度”。这些人以为自己有一种看待科学的特殊方法,并且这种方法一定是正确的。但实际上,“作为大自然基础的各种真理,比最聪明的科学家更加强大和有力”。

代表作品

获得荣誉

后世纪念

钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory,缩写为婴儿黑洞)是美国航空航天局于1999年发射的一颗X射线天文卫星。原名为先进X射线天文设备(AXAF),1998年为纪念苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡而更名。1999年7月23日,钱德拉X射线天文台由哥伦比亚号航天飞机搭载升空 。

2014年,亚太物理学会为纪念苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡而设立了钱德拉塞卡奖,该奖项是该组织在等离子体物理领域的最高奖,颁发给在等离子体物理领域做出开创性的重大成果的科学家 。

人物评价

苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡是20世纪最重要的天体物理学家之一。他是最早将物理学研究与天文学研究结合起来的科学家之一。(Subrahmanyan Chandrasekhar was one of the foremost astrophysicists of the twentieth century. He was one of the first scientists to couple the study of physics with the study of astronomy.) (美国航空航天局评)

钱德拉是一流的天体物理学家,也是一个美丽而温暖的人。(Chandra was a first-rate astrophysicist and a beautiful and warm human being.)(诺贝尔物理学奖得奖者贝特评)

阿尔伯特·爱因斯坦以来,钱德拉对宇宙的思考可能比我们任何人都更深远。(Chandra probably thought longer and deeper about our universe than anyone since Einstein) (前伦敦皇家自然知识促进学会主席马丁·里斯评)

外部链接

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