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船舱里的论文
年7月最后的一个星期，广阔的印度洋上风平浪静。远洋客轮“劳埃德：特里埃斯蒂诺”号正在自己的航线上开足驴航行，它几天前刚从印度的马德拉斯出发，目的地是英国的南安普敦港。这其中，有一群被集中安排在三等舱的年轻学生。他们刚从大学毕业，拿到了奖学金，前往英国留学，希望能够进一步深造。
船上的生活是枯燥的。三等舱的房间狭小逼仄，年轻人一有机会就跑到甲板上去透透气。可即便是在甲板上看到的景色，也只不过是日复一日的蓝天、白云、海鸥和茫茫无际的大海。船上的人们只能尽用闲聊来打发时间，甲板上挤满了快活地交谈着的人们，只有一个年轻人是例外：他拿着一本书坐在角落里，静静地望着大海，就好像这单调的景色多么有趣似的一不，这个年轻人并不是喜欢单调，他从来不单调，他的思想从年方19岁的现在开始，一直到85岁高龄辞世，一直都丰富精彩，令人望尘莫及。
这位日后的诺贝尔物理学奖获得者，在一生的研究中几乎涉及了天体物理学的每一个领域，而他的天文学家之路，正是从茫茫大海中这一艘客轮上开始的。这个年轻人的名字叫苏布拉马尼扬钱德拉塞卡。钱德拉塞卡那个时候刚从印度的马德拉斯大学毕业，得到了前往剑桥大学攻读博士学位的机会。
他在毕业之前已经在印度物理学界小有名气，虽然是第一次远离家乡，可已经有幸与好几位物理学名家打过交道：17岁那年，大物理学家索未菲来到印度，当时钱德拉塞卡刚读完索末菲的一本书，兴奋地上门求教，索末菲在询问了钱德拉塞卡的学习情况之后，向他介绍了当时物理学的革命性发展量子力学的出现，并留给他一篇自己刚完成的论文。
钱德拉塞卡很快开始如饥似渴地学习他能找到的一切关于量子力学的资料，然后把自己的一些想法写成论文，寄给了素未谋面的英国天文学家福勒(也就是他如今攻读博士的导师)，福勒后来想办法把这篇文章发表在英国皇家学会会刊上。没过多久，子力学的创立者之一、物理学家海森堡访问马德拉斯，钱德拉塞卡获得了为他”导游”一天的机会。
更不用说他的亲叔叔拉曼，两年前刚发现了”拉曼效应”，马上就要在两个月后获得亚洲的第一个诺贝尔物理学奖。可能正是由于这些难得的与大师相处的机会，年轻的钱德拉对物理学有着自己的思考和理解，从不迷信权威。他现在就正在考虑着手中的这本大师的著作，打算把书中未能解决的一个问题当作有趣的挑战，来对付这段沉闷无聊的旅程。
他随身带着的这本书是大学时参加一次论文比赛获得的奖品，阿瑟爱丁顿爵士的《恒星的内部结构》。在这里，爱丁顿提出了一个关于简并矮星的困惑。当时人们只发现了三颗，其中之一就是天狼B”。它的质大约是太阳质量的98%，可是直径却差不多只是地球的94%，密度非常大，达到了每立方厘米2.25吨。
爱丁顿不明白的是，密度这么大的物质要怎么样才能抵抗住自身内部的巨大引力，没有继续收缩，天文学上的术语叫”坍缩”，原子们以飞快的速度在恒星内部飞动，相互碰撞，形成一个向外的压力，抵销了由于质量而产生的向内的引力。
按照当时的天文学家对恒星结构的认识，它会继续坍缩下去，让势能转换为热能，温度继续升高，直到能够产生足够大的压力，不幸的是，计算的结果表明，不管恒星坍缩到多么小，光凭热运动的理论来计算，都不可能得到足够的压力。爱丁顿不认为这代表恒星应该无限制地坍缩下去，必然有另外一种力支撑着它。
可是他想不通这是一种什么力。是像岩石那样的固体内部的压力吗？可要是那样的话，简并矮星先得膨胀到自己直径几十倍，因为岩石的密度可只有它的几十万分之一。问题就在这里：按照简并矮星现在的状态，它连抵抗坍缩都办不到，又怎么可能膨胀呢？
爱丁顿在书中写到这里，就没有再追问下去。钱德拉塞卡对这个问题非常感兴趣，因为他发现，爱丁顿使用的物理定律是不对的，必须用量子力学来解释简并矮星的行为。这是种什么现象呢？因为电子被压缩得太厉害了，再也不可能自由地飞来飞去互相碰撞，只能待在一个非常有限的活动空间里，就像犯人被关在小牢房里一样。
密度越大，”牢房”越小。它在这个牢房”里速度非常快地飞来飞去，不停地和相邻的电子碰撞，但活动空间越小，碰撞的频率就越高，由此产生的压力比热运动产性的压力高上许多倍。这样，它就能得到足够的支撑，不至于一直坍缩成一个点了。光是能解释压力产生的原因，对钱德拉塞卡来说并不满意。他从帆布躺椅上站了起来，一声不响地走回房间，脑子里全是它的密度、励和引力，连同伴向他打招呼都没有听见。
他很清楚接下来的几天自己将面对繁重的计算，但这个19岁的青年并没有觉得烦恼，而是愉快得几乎哼起了歌儿一终于有问题可以研究，不至于浪费掉旅程中的时间了！要知道，这趟旅程得在船上花掉整整18天呢！在7月底8月初的天气，三等舱的舱室是异常闷热的。钱德拉塞卡没顾得上注意这些，整天猫在房间里挥汗如雨地计算着，他需要算出一颗简并矮星每坍缩1%(也就是密度每增加1%)，将增加多少抵抗坍缩的压力。
那是在年，手边没有任何能帮助计算的工具，他得一步步地慢慢算过来：先增加1%，再增加1%，继续增加1%……结果是其密度每增加1%，压力增加5/3个百分点。可是当密度继续增加就变得不妙了：因为内部的压力越来越大，意味着电子的速度也越来越高，直到接近光速。
这时，相对论效应使得压力的增加变慢了：密度每增加1%，励只增加4/3个百分点。当密度增加到一定程度的时候，电子简并压力就会在和弓力的比赛中败下阵来，恒星将会继续坍缩。钱德拉塞卡在旅程的最后两天把自己的工作写成了论文，在论文中算出了它的质量上限：1.4倍太阳质量。超过这个质量，引力就会击溃电子简并压力的“防线”，让坍缩继续下去。
简并矮星的极限，也就以这个大学刚毕业的年轻人命名，被称为”钱德拉塞卡极限”。钱德拉塞卡极限，是简并矮星和恒星其他归宿的分界线。当然，这是恒星在衰老和死亡的过程中，不断丢失质量，到最后剩下来的核心部分。简并矮星们在“主序星”阶段，质量最多能达到太阳的8倍(天狼B是太阳的5倍)，它们抛出的外壳，形成了多彩多姿的行星状星云，简并矮星就位于这些行星状星云的中央。
好了，今天的分享就到这里了，我们下期见