Er ist ein Meister der Astrophysik, aber auch ein Stolperstein für die Entwicklung dieser Disziplin?

Mit seinem herausragenden mathematischen Talent und seinen soliden Grundlagen in Physik leistete Arthur Eddington herausragende Beiträge in vielen Bereichen der Astronomie und wurde später ein Meister auf dem Gebiet der Astrophysik. Eddington wurde auch für seine Beobachtungen berühmt, die die allgemeine Relativitätstheorie bestätigten und Einstein damit direkt ins Grab brachten, sodass seine eigenen Leistungen ignoriert wurden. Aufgrund seiner hartnäckigen Ansichten wird er jedoch von manchen als ein plumper Intellektueller angesehen, der die Entwicklung der Sternphysik behindert hat. Nach einem Bericht des berühmten Astrophysikers Chandrasekhar griff Eddington Chandrasekhars Theorie aufgrund seiner abweichenden Meinungen direkt an. Ist er tatsächlich ein Stolperstein für die Entwicklung der Sternphysik? Was sind seine wichtigen wissenschaftlichen Beiträge?

Geschrieben von | Wang Shanqin

In der Entwicklungsgeschichte der Astronomie und Physik ist Arthur Stanley Eddington (1882–1944) eine unvermeidliche Figur. Seine größten Errungenschaften erzielte er in der Astronomie, insbesondere auf dem Gebiet der Sternphysik.

Aufgrund seiner großen Berühmtheit bei der Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein (1879–1955) haben viele Menschen jedoch seine großen Errungenschaften und seinen hohen Status auf dem Gebiet der Astronomie übersehen. Noch tragischer ist, dass er aufgrund seiner hartnäckigen Meinung zur Weißen Zwergforschung als brutale akademische Clique galt, die Andersdenkende ausschloss und die Entwicklung der Sternphysik behinderte.

Was also sind Eddingtons Beiträge zur Astronomie? Ist er tatsächlich ein Stolperstein für die Entwicklung der Sternphysik? Dieser Artikel stellt das legendäre Leben von Eddington vor, einem Meister der Astrophysik.

Eddington. Bildquelle: Library of Congress Prints and Photographs Division Washington, DC 20540 USA

Elende Kindheit

Eddington wurde am 28. Dezember 1882 in Kendal, Westmorland (heute Cumbria), England geboren. Eddingtons Vater, Arthur Henry Eddington (1850–1884), schloss 1871 sein Studium an der Universität London ab und war später Schulleiter einer Quäkerschule. seine Mutter war Sarah Ann Shout Eddington (1852–1924). Eddington hatte eine ältere Schwester, Winifred Eddington (1879–1954).

Am 14. Februar 1884 starb Eddingtons Vater im Alter von weniger als 34 Jahren an einer Typhusepidemie. Zu diesem Zeitpunkt war Eddington weniger als zwei Jahre alt und seine Schwester erst fünf Jahre alt. Eddingtons Mutter zog mit ihren beiden Kindern nach Weston-super-Mare und lebte in einem Haus namens „Varzin“ in der Walliscote Road 42. Hier zog Eddingtons Mutter ihre beiden Kinder mit großen Schwierigkeiten und einem mageren Einkommen groß. Eddington konnte diese elende Zeit nicht vergessen und sprach nach seinem Erfolg oft mit seinen Untergebenen darüber.

Nach dem Umzug lernte Eddington zu Hause und besuchte dann drei Jahre lang eine Privatschule. Zu dieser Zeit interessierte sich Eddington bereits für den Sternenhimmel und versuchte oft, die Sterne zu zählen, was den Grundstein für seinen späteren Einstieg in die Astronomie legte.

Mathematik-Ehrenstudent, Senior Wrangler

Im Jahr 1893 trat Eddington in die Brynmelyn School ein. Schon bald zeigte sich sein außergewöhnliches Talent in Mathematik und englischer Literatur.

Aufgrund seiner hervorragenden akademischen Leistungen erhielt Eddington im Alter von 15 Jahren (Oktober 1898) ein Stipendium und trat in das Owens College in Manchester (heute University of Manchester) ein. Während seines Studiums studierte er Physik und erhielt mehrere Stipendien.

Im Jahr 1902 schloss der 19-jährige Eddington sein Studium mit Auszeichnung ab und erhielt ein Stipendium der Universität Cambridge. Im Oktober desselben Jahres ging er an die Universität Cambridge, um dort einen Master-Abschluss zu machen. Sein Vorgesetzter war Robert Alfred Herman (1861–1927).

Im Jahr 1904 legte Eddington die Mathematikprüfung der Universität Cambridge ab. Dies ist eine alte akademische Tradition an der Universität Cambridge. Gerüchten zufolge wurde die Prüfung auch „Mathematischer Tripos“ genannt, weil die Studenten früher auf einem dreibeinigen Hocker sitzen mussten, um die Prüfungen zu beantworten. Es war schon immer für seine schwierigen Fragen und seine hohe Intensität bekannt (Tests über mehrere Tage, 6–8 Stunden pro Tag). Die erstplatzierten Schüler erhalten den Titel „Senior Wrangler“ und werden als die klügsten Köpfe Großbritanniens gefeiert. In einigen Heimatstädten der Gewinner werden die Dorfbewohner organisiert, um auf die Straße zu gehen und zu feiern. Viele der besten Absolventen der „Mathematik-Dreibeinhocker“-Prüfungen der letzten Jahre wurden später berühmte Wissenschaftler. Eddingtons Mentor Hermann war 1882 der „Superior Wrangler“.

Der 22-jährige Eddington belegte bei dieser Prüfung den ersten Platz und war damit die erste Person in der Geschichte dieser Prüfung, die zwei Jahre nach der Einschreibung den Titel „Senior Wrangler“ erhielt. Allerdings hatte er vor seinem Eintritt in die Universität Cambridge bereits vier Jahre lang als Student studiert und verfügte über mehr Erfahrung in verschiedenen mathematischen Fächern als die Studenten in Cambridge. Dennoch genügt die Tatsache, dass er diesen Erfolg an der mit Experten gespickten Universität Cambridge erzielen konnte, als Beweis für seine außergewöhnlichen mathematischen Fähigkeiten.

Aufgrund seines mathematischen Talents machte ihn der berühmte mathematische Logiker und Philosoph Bertrand Russell (1872–1970) zur Hauptfigur einer Kurzgeschichte, die er 1954 schrieb und die den Titel „Der Albtraum des Mathematikers: Die Vision von Professor Squarepunt“ trug.

Frühe astronomische Karriere

Im Jahr 1905 schloss Eddington sein Studium an der Graduiertenschule ab und trat sofort in das Cavendish Laboratory ein, um die thermionische Emission zu studieren. gleichzeitig unterrichtete er auch Ingenieurstudenten in Mathematik. Allerdings interessierten ihn weder physikalische Experimente noch die Lehrtätigkeit.

Glücklicherweise erhielt Eddington auf Empfehlung seines Kollegen Edmund Whittaker (1873–1956) Anfang 1906 eine Stelle am Royal Observatory Greenwich als Chefassistent des königlichen Astronomen William Christie (1845–1922).

Von 1906 bis 1917 studierte Eddington hauptsächlich Sternbewegungen und die Dynamik von Sternhaufen. Seine Forschungen zur Dynamik von Kugelsternhaufen stellten einen Durchbruch auf diesem Gebiet dar.

Während dieser Zeit beobachtete er auch die Parallaxe von Asteroiden**[Anmerkung 1]**, Kometen und totalen Sonnenfinsternissen. Durch den Vergleich von Fotoplatten des Asteroiden 433 Eros mit einer neuen von ihm entwickelten statistischen Methode maß er die Parallaxe von 433 Eros, wofür er 1907 mit dem Smith-Preis und einem Stipendium für die Universität Cambridge ausgezeichnet wurde. Im Jahr 1908 beobachtete Eddington den Kometen Morehouse (C/1908 R1) sorgfältig und veröffentlichte 1910 eine Abhandlung über diese Beobachtungen. In seiner Abhandlung schlug Eddington vor, dass die große Menge der von der Sonne ausgestoßenen Ionen Auswirkungen auf Kometen haben könnte. Diese Idee wurde später von Eugene Newman Parker (1927–2022) zum wichtigen Konzept des „Sonnenwinds“ weiterentwickelt. (Anmerkung des Herausgebers: Siehe „Sein Name ist 1,5 Milliarden Dollar wert: Das legendäre Leben eines genialen Jungen“)

Bild des Kometen Morehouse auf einer Postkarte. Bildquelle:
users.erols.com/njastro/barry/pages/postcd11.htm

Im Jahr 1910 wurde Dyson (Frank Watson Dyson, 1868–1939) Astronomer Royal und Eddington diente weiterhin als Chefassistent. Am 10. Oktober 1912 beobachteten Eddington und seine Kollegen eine totale Sonnenfinsternis in Brasilien und sammelten dadurch wertvolle Erfahrungen für seine spätere Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis von 1919.

Eddingtons zahlreiche herausragende Leistungen machten ihn zu einem aufsteigenden Stern auf dem Gebiet der Astronomie. Im Jahr 1913, im Alter von 30 Jahren, wurde Eddington Plumian Professor für Astronomie und experimentelle Philosophie am Observatorium der Universität Cambridge.

Im Jahr 1914 wurde der 31-jährige Eddington Direktor des Observatoriums der Universität Cambridge und Mitglied der Royal Society of London. In diesem Jahr veröffentlichte er „Stellar Movements and the Structure of the Universe“, eine Zusammenfassung seiner mathematischen Forschung zu Sternbewegungen und Clusterdynamik in der Milchstraße.

Eddington (um 1914). Bildquelle: Elliott & Fry. Aus Hutchinsons „Splendour of the Heavens“ (1923).

Sternphysik

Ab 1916 verlagerte sich Eddingtons Forschungsinteresse von der mathematischen Sterndynamik zur physikalischen Sternphysik.

In den zehn Jahren von 1916 bis 1926 erzielte Eddington zahlreiche bahnbrechende Ergebnisse auf dem Gebiet der Sternpulsationen, der Strahlungsübertragung und der Sternenergie, die seiner akademischen Karriere einen neuen glorreichen Höhepunkt verliehen und seinen historischen Status als großer Astronom begründeten.

Zunächst untersuchte Eddington den physikalischen Mechanismus der Cepheiden. Die Helligkeit veränderlicher Cepheiden variiert periodisch, da sie sich in Zyklen ausdehnen und zusammenziehen (pulsieren). Eddington bewies durch Berechnungen, dass die Helligkeitsänderungen der Cepheiden auf Änderungen ihrer Opazität zurückzuführen sind, die wiederum auf Temperaturänderungen zurückzuführen sind – Änderungen im Anteil des ionisierten Heliums. Dieser Mechanismus wird Eddington-Ventil genannt. Da das Symbol für Opazität der griechische Buchstabe κ (Kappa) ist, wurde dieser Mechanismus „Kappa-Mechanismus“ genannt und später zur Untersuchung anderer pulsierender veränderlicher Sterne verwendet.

Die Helligkeitsentwicklungskurve des Prototypsterns der Cepheidenvariablen – Delta Cephei. Bildnachweis: ThomasK Vbg

Im Jahr 1920 veröffentlichte Eddington seine Abhandlung „Die innere Verfassung der Sterne“. Er lehnte das bis dahin weithin akzeptierte Sternenergiemodell ab, das davon ausging, dass Sterne sich zusammenziehen und dabei einen Teil der Gravitationsenergie der Materie in Wärme umwandeln, die wiederum zur Energie des Sterns wird. Dies ist der berühmte „Kelvin-Helmholtz-Mechanismus“ (KH-Mechanismus). Eddington glaubte, dass gemäß der Masse-Energie-Beziehung (E=mc2) in Einsteins Relativitätstheorie die Masse von 4 Wasserstoffatomen etwas größer ist als die von 1 Heliumatom und dass die verlorene Masse in enorme Energie umgewandelt wird. Auch wenn der für die Fusion nutzbare Wasserstoff im Stern nur 5 % seiner Masse ausmacht, reicht die durch die Fusion erzeugte Energie aus, um den Stern am Leuchten zu halten. Er wies außerdem darauf hin, dass es auch im Inneren von Sternen zu Helium-Helium-Fusionen und zur Fusion schwererer Elemente kommen könne. Moderne Forschungen haben gezeigt, dass Eddingtons Ansichten richtig waren.

Eddington wies auch darauf hin, dass der thermische Druck nicht ausreicht, um die Schwerkraft des Sterns auszugleichen, und dass Strahlungsdruck notwendig ist, um einen Kollaps des Sterns zu verhindern. Er war der Erste, der dies erkannte, und was noch wichtiger ist: Diese Schlussfolgerung gilt auch heute noch. Im Zuge der Berechnung des Strahlungstransports von Sternen gab Eddington eine Näherung an, nämlich die „Eddington-Näherung“.

Im Jahr 1924 erhielt Eddington die berühmte „Masse-Leuchtkraft-Beziehung“ (Masse-Leuchtkraft-Beziehung): Die Leuchtkraft eines Hauptreihensterns ist proportional zur n-ten Potenz der Sternmasse. Aktuelle Beobachtungen deuten darauf hin, dass n im Bereich von etwa 2,3 bis 4 liegt.

Die Masse-Leuchtkraft-Beziehung von Sternen ist in Eddingtons Arbeit von 1924 dargelegt. Die horizontale Achse ist der Logarithmus der Sternmasse und die vertikale Achse ist der Logarithmus der Sternhelligkeit (scheinbare Helligkeit). Sterne mit unterschiedlichen Massen haben unterschiedliche Indizes und daher unterschiedliche Steigungen im Diagramm. Bildquelle: Eddington, AS MNRAS, 84, 308-332

Eddington erlangte durch seine Forschungen in der Sternphysik großen Ruhm. Im Jahr 1924, im Alter von 41 Jahren, gewann er drei bedeutende Auszeichnungen auf dem Gebiet der Astronomie: die Goldmedaille der Royal Astronomical Society, die Henry Draper Medal und die Bruce Medal. (Anmerkung des Herausgebers: Weitere Informationen zur Draper-Medaille finden Sie unter „Sie traf eine Entscheidung, die gegen die Lehren ihrer Familie verstieß, und brachte dann eine Disziplin um Jahrzehnte voran“)

Am 4. November desselben Jahres verstarb jedoch Eddingtons 72-jährige Mutter. Der Tod seiner Mutter machte ihn zutiefst traurig, und noch trauriger wurde er, als er sich an seine Kindheit erinnerte. Eddington konnte die Szenen seiner Kindheit, als er von seiner Mutter und seiner Schwester abhängig war, nie vergessen.

Im Jahr 1925 ermittelte Eddington die Strahlungsgrenze kugelsymmetrischer Himmelskörper, die sogenannte Eddington-Grenze. Wenn die Helligkeit eines kugelsymmetrischen Objekts diese Grenze überschreitet, übersteigt der Strahlungsdruck die Schwerkraft und die äußeren Partikel entweichen. Die Eddington-Grenze ist proportional zur Masse des Sterns; bei der Sonne beträgt sie das 32.000-fache ihrer Leuchtkraft.

Im Jahr 1926 veröffentlichte Eddington seine Monographie „The Interior Structure of Stars“. Dieses Buch wurde zum Standardlehrbuch für eine ganze Generation von Astrophysikern. 1928 erhielt Eddington die Royal Medal der Royal Society.

Eddingtons Arbeit wurde schnell zur Grundlage für das Studium der Sternphysik und einige seiner klassischen Schlussfolgerungen bilden noch heute den grundlegenden Inhalt von Lehrbüchern zur Sternphysik. Sein Forschungsstil hatte auch einen tiefgreifenden Einfluss auf nachfolgende Sternphysiker.

Einstein auf dem Altar

Zusätzlich zu seinen bahnbrechenden Beiträgen zur Sternphysik führte Eddington in dieser Zeit auch eingehende Studien zur allgemeinen Relativitätstheorie durch. Während seines Doktorandenstudiums unterrichtete sein Mentor Hermann einen Kurs über Differentialgeometrie, und die Differentialgeometrie ist das wichtigste mathematische Werkzeug der allgemeinen Relativitätstheorie. Dank seiner Kenntnisse in Mathematik und Physik beherrschte Eddington schnell die allgemeine Relativitätstheorie und wurde zu einem der britischen Wissenschaftler, die sich zu dieser Zeit am besten mit der Relativitätstheorie auskannten.

Die allgemeine Relativitätstheorie macht mehrere Vorhersagen, eine davon besagt, dass Licht in einem Gravitationsfeld um einen Winkel von etwa 1,75 Bogensekunden abgelenkt wird. Auf Eddingtons Betreiben organisierte Dyson zwei Expeditionen zur totalen Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919. Die erste Expedition wurde von Andrew Crommelin (1865–1939) und Charles Davidson (1875–1970) nach Sobral in Nordbrasilien geleitet; Die zweite Expedition wurde von Edwin Cottingham (1869–1940) zur Príncipe-Insel vor der Westküste Afrikas geleitet.

Die Sobral-Expedition stellte schließlich fest, dass das Licht des Sterns durch die Schwerkraft der Sonne abgelenkt wurde, mit einem Ablenkwinkel von etwa 1,98 Bogensekunden und einem Zufallsfehler von nicht mehr als 6 %. Obwohl der Beobachtungsprozess der Principe Island-Expedition etwas holprig verlief, ermittelten sie, dass der Lichtablenkwinkel zwischen 1,55 und 1,94 Bogensekunden lag, mit einem Durchschnitt von 1,61 Bogensekunden und einem Fehler von 0,3 Bogensekunden.

Eines der Fotos der totalen Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919. Dieses Foto erscheint in einem Artikel von Dyson, Eddington und Davison aus dem Jahr 1920. Bildnachweis: Frank Watson Dyson

Am 6. November 1919 verkündete Eddington bei einer Tagung der Royal Society of London, dass der während einer totalen Sonnenfinsternis beobachtete Ablenkungswinkel des Sternenlichts mit Einsteins Theorie übereinstimmte. Dies war das erste Mal, dass die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie durch Beobachtungen bestätigt wurden.

Dieses Ergebnis steigerte nicht nur Einsteins Status in der Physikergemeinschaft erheblich und machte ihn zum neuen Führer der Physikergemeinschaft, sondern sorgte auch in den Medien verschiedener Länder für Aufsehen. Einstein, der bis dahin der Öffentlichkeit unbekannt war, wurde von der Öffentlichkeit sofort als großer Physiker angesehen, der Newton übertraf. Man kann sagen, dass es Eddington war, der Einstein auf den Altar legte.

Der 2008 erschienene Film „Einstein und Eddington“ basiert auf der Geschichte von Eddington, der seine britischen Kollegen davon überzeugt, die allgemeine Relativitätstheorie durch eine totale Sonnenfinsternis zu bestätigen. Es erzählt die Geschichte der wertvollen transnationalen Freundschaft zwischen Eddington und Einstein während des Krieges zwischen Großbritannien und Deutschland.

DVD-Cover von „Einstein und Eddington“. In diesem Film spielt David Tennant (1971-) Eddington und Andy Serkis (1964-) Einstein. Bildquelle: BBC.co.uk

Eddington erlangte auch in der Öffentlichkeit Berühmtheit und wurde durch die Bestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie zu einem bekannten Wissenschaftler. Eddington verstand es außerdem, seinen Kollegen und der Öffentlichkeit die Relativitätstheorie in einfacher, aber präziser Sprache vorzustellen, was den Einfluss der Relativitätstheorie im englischsprachigen Raum rasch steigerte. Seine Beobachtungen totaler Sonnenfinsternisse wurden daher „Eddington-Experiment“ genannt. Obwohl einige Leute später die Qualität der von Eddington erhaltenen Daten in Frage stellten, stimmten die Ergebnisse nachfolgender Beobachtungen einer totalen Sonnenfinsternis mit den theoretischen Werten der allgemeinen Relativitätstheorie überein. Darüber hinaus verwendeten moderne Astronomen moderne Messgeräte und Software, um die Originalbilder erneut zu analysieren, was ebenfalls bestätigte, dass Eddingtons Ergebnisse relativ zuverlässig waren.

Einstein und Eddington unterhalten sich im Juni 1930 am Observatorium der Universität Cambridge. Bildnachweis: Winifred Eddington

Eddington leistete auch originelle Beiträge zur Erforschung der allgemeinen Relativitätstheorie, insbesondere die berühmten „Eddington-Finkelstein-Koordinaten“, die auf eine Studie von Eddington aus dem Jahr 1924 zurückgehen, zu der jedoch weder er noch Finkelstein (David Finkelstein, 1929–2016) eine Formulierung lieferten.

Eddington im Jahr 1932. Bildquelle: Encyclopædia Britannica, Inc.

Debatte um Weiße Zwerge

Eddington war nicht nur in der Relativitätstheorie, sondern auch in der Quantenmechanik bewandert. Er führte das Konzept des Entartungsdrucks aus der Quantenmechanik in die Sternphysik ein, um kompakte Sterne wie Weiße Zwerge zu beschreiben, und wurde so zu einem der Pioniere in der theoretischen Untersuchung Weißer Zwerge.

Weiße Zwerge sind die dichten Kerne einiger Sterne, die in den späten Stadien ihrer Entwicklung freigelegt werden. Aufgrund ihrer hohen Temperatur erscheinen sie „weiß“ und werden aufgrund ihrer geringen Helligkeit als Zwergsterne klassifiziert. Sirius B ist einer der berühmtesten Weißen Zwerge. Er ist der Begleitstern von Sirius und seine Helligkeit beträgt etwa ein Zehntausendstel der Helligkeit von Sirius.

Ironischerweise akzeptierte Eddington jedoch die Kombination der Relativitätstheorie mit dem Konzept des Entartungsdrucks in der Quantenmechanik nicht. Er glaubte, dass die Relativitätstheorie richtig sei und dass auch die Formel für den Entartungsdruck in der Quantenmechanik richtig sei. Die Kombination der beiden war jedoch nicht „natürlich“ und unbegründet.

Diese Ansicht war die Wurzel seines Konflikts mit Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995, genannt Chandra).

Im Jahr 1930 betrachtete Chandra die Relativitätstheorie und den Entartungsdruck gleichzeitig und gelangte mithilfe einer Näherungsmethode zu dem Schluss, dass es eine Obergrenze für die Masse eines Weißen Zwergs gibt und dass nicht alle Sterne ihre Entwicklung als Weiße Zwerge beenden. Weiße Zwerge mit einer Masse, die den Grenzwert überschreitet, schrumpfen weiter, und es gibt keine Kraft, die dieser Kontraktion Widerstand leisten könnte. Chandra bewies seine bisherigen Schlussfolgerungen anschließend durch präzise Berechnungen und legte Ende 1934 einen Bericht vor.

Eddington konnte das Konzept des „relativistischen entarteten Drucks“ nicht akzeptieren und konnte sich nicht vorstellen, dass einige Himmelskörper unendlich kollabieren würden. Anfang 1935, nachdem Chandra seinen Bericht vorgelegt hatte, widersprach Eddington Chandras Schlussfolgerungen und betrat das Podium, um Chandra zu widerlegen. Der Moderator bat Chandra außerdem, Eddington für die Korrektur seines „Fehlers“ zu danken.
Später hielten sie an einem anderen Ort ein weiteres Treffen ab, und Eddington widersetzte sich weiterhin offen den Forschungsergebnissen von Chandra. Nach dem Treffen suchte er Chandra auf und sagte, dass dies nur eine akademische Debatte gewesen sei und ihre persönliche Freundschaft nicht beeinträchtigen würde. Chandra fragte: „Stimmen Sie jetzt meiner Ansicht zu?“ Eddington antwortete: „Nein.“ Chandra sagte deprimiert: „Was gibt es dann noch zu sagen?“ Dann drehte er sich um und ging. Diese Dinge machten Chandra eine Zeit lang schwer zu schaffen, sodass er die Erforschung der Weißen Zwerge einstellte. Seine persönliche Beziehung zu Eddington blieb jedoch unbeschadet. Die beiden reisten zusammen, bis Chandra England verließ, und korrespondierten auch danach weiter.

Spätere Untersuchungen haben gezeigt, dass sich in den späteren Entwicklungsstadien einiger Sterne Neutronensterne bilden, deren maximale Masse zwei bis drei Sonnenmassen erreichen kann. Wenn die Masse des Überrests etwa drei Sonnenmassen übersteigt, wird er unweigerlich zu einem Schwarzen Loch. Bisherige Beobachtungen haben außerdem gezeigt, dass die Masse aller Weißen Zwerge weniger als 1,4 Sonnenmassen beträgt und Chandras Berechnung der Grenzmasse von Weißen Zwergen korrekt ist, obwohl er die Möglichkeit von Neutronensternen nicht in Betracht zog. [Anmerkung 2]

Chandra sagte bedauernd: „Eddington beherrschte die allgemeine Relativitätstheorie bereits in den 1930er Jahren. Er war durchaus in der Lage, daraus zu folgern, dass Sterne kollabieren, wenn ihre Masse zu groß ist. Hätte Eddington das tatsächlich getan, wäre er der größte Astrophysiker des 20. Jahrhunderts geworden.“

Ist er ein Stolperstein für die Entwicklung der Disziplin?

Chandra glaubte, dass Eddingtons Autorität dazu führte, dass seine falschen Ansichten die Forschung zur Sternphysik, insbesondere zu Weißen Zwergen, zwei Generationen lang beeinflussten. Diese Einschätzung vermittelt den Leuten den Eindruck, dass Eddington auf diesem Gebiet lediglich ein Stolperstein ist. Aber ist das wirklich der Fall?

Im Jahr 2003 veröffentlichte Hans Bethe (1906–2005) einen Artikel mit dem Titel „Mein Leben in der Astrophysik“, in dem er seine akademischen Erkundungen in der Astrophysik zusammenfasste. In dem Artikel erwähnte Bethe, dass er seinen Doktoranden Robert Marshak (1916-1992) gebeten hatte, Weiße Zwerge zu untersuchen. „Seine Dissertation (über Weiße Zwerge) war ausgezeichnet. Viele Jahre später erzählte mir ein Experte für Weiße Zwerge am California Institute of Technology, dass diese Dissertation auch damals noch die Grundlage für das Verständnis von Weißen Zwergen war.“ Marshak erhielt seinen Ph.D. an der Cornell University im Jahr 1939. Der Titel seiner Dissertation lautete „Beiträge zur Theorie der inneren Zusammensetzung von Sternen“.

Im Jahr 1940 veröffentlichte Marshak eine Abhandlung mit dem Titel „Die innere Temperatur von Weißen Zwergsternen“, in der er ausdrücklich erklärte, dass der Hauptteil des Artikels während seiner Zeit als Doktorand an der Cornell University verfasst worden sei. Mashaks 33-seitige Abhandlung befasst sich eingehend mit den Innentemperaturen von Weißen Zwergen und erwähnt ausdrücklich die „Chandrasekhar-Theorie im Zusammenhang mit entarteten Konfigurationen“.

Obwohl Marschak nur ein Einzelfall ist, können wir uns einen Überblick über das Gesamtbild verschaffen: Eddingtons heftiger Widerstand zerstörte sicherlich Chandras Begeisterung für die weitere Erforschung weißer Zwerge und dürfte auch die Begeisterung der Universität Cambridge und sogar der britischen astronomischen Gemeinschaft für die Erforschung weißer Zwerge gedämpft haben. Die Forschung zu Weißen Zwergen außerhalb Großbritanniens wurde jedoch nicht unterbrochen und es ist sogar möglich, dass sie nicht wesentlich beeinträchtigt wurde (dies lässt sich indirekt aus den Zitaten und Zitierungen von Marschaks Artikeln belegen). Daher ist Eddingtons behindernder Einfluss auf die Erforschung weißer Zwerge möglicherweise weitaus geringer als Chandra und spätere Generationen vermuteten. Wir sollten Eddingtons negative Rolle in dieser Hinsicht nicht überschätzen.

Eddington versetzte dem gesamten Gebiet der Sternphysikforschung einen kleineren Schlag. Im Jahr 1940 veröffentlichte Marshak in Zusammenarbeit mit Bethe einen Artikel über die Untersuchung von Roten Zwergen und Unterzwergen mit dem Titel „Die verallgemeinerte Thomas-Fermi-Methode in ihrer Anwendung auf Sterne“. Im selben Jahr veröffentlichte Marshak auch „Note on the Point-Convective Model for the Sun“. Die Arbeiten anderer in der Sternphysik sind zu zahlreich, um sie alle aufzulisten.

„Digitale“ Physik und Wissenschaftstheorie

Seit den 1920er Jahren hat Eddington auch einige Probleme im Zusammenhang mit der Quantenmechanik und der Raumzeit untersucht.

Im Jahr 1936 veröffentlichte Eddington „Relativity Theory of Protons and Electrons“, in dem er die Quantentheorie diskutierte und die Beziehung zwischen einigen Konstanten untersuchte. Was er jedoch tat, waren einige Zahlenspiele im Patchwork-Stil. Als beispielsweise physikalische Experimente ergaben, dass die Feinstrukturkonstante α ungefähr 1/136 beträgt, glaubte er, dass die Gesamtzahl der Protonen im Universum 136×2^256 betragen müsste – diese Zahl wird als „Eddington-Zahl“ bezeichnet, was α gleich 1/136 machen würde; Spätere Untersuchungen zeigten jedoch, dass α ungefähr 1/137 betrug, also änderte er die Gesamtzahl der Protonen, um α gleich 1/137 zu machen. (Anmerkung des Herausgebers: Siehe „Die Suche nach dem genauesten Ergebnis für die ‚magische Zahl‘ in der Physik“) Derartige Forschungen sind durch Zirkelschlüsse gekennzeichnet und haben Eddingtons Ruf in der Physikergemeinde geschädigt.

Eddington liebte das Radfahren, also erfand er eine andere „Eddington-Zahl“, die viel zuverlässiger ist: Ein Radfahrer muss mindestens E Meilen pro Tag fahren, und zwar mindestens E Tage lang. Seine eigene Eddington-Zahl betrug 84 Meilen, was bedeutet, dass er an 84 Tagen 84 Meilen oder mehr ritt. Dieses Konzept ist dem später aufgekommenen H-Faktor sehr ähnlich: Wenn die N Arbeiten eines Wissenschaftlers mehr als N Mal zitiert werden, beträgt sein H-Faktor N.

Auf dem Gebiet der Wissenschaftsphilosophie war Eddington ein Indeterminist. Er glaubte, dass das Unschärfeprinzip der Quantenmechanik die Essenz der mikroskopischen Welt darstelle und dass es dahinter keine verborgene Variable gebe. Diese Ansicht steht im Widerspruch zur deterministischen Ansicht seines engen Freundes Einstein und entspricht der Interpretation der „Kopenhagener Schule“. Einige seiner Ideen zur Wissenschaftsphilosophie spiegeln sich in seinem 1939 veröffentlichten Buch „Philosophy of Physical Science“ wider.

Tod und Erinnerung

Am 22. November 1944 starb Eddington im Alter von 61 Jahren im Evelyn Nursing Home in Cambridge an Krebs und wurde im Grab seiner Mutter in Ascension Parish in Cambridge beigesetzt. Eine Woche vor seinem Tod schrieb er Chandra einen letzten Brief.

Der berühmte Astronom Henry Norris Russell (1877–1957) sagte zu Beginn seines Trauerartikels um Eddington: „Mit Sir Eddingtons Tod ist der herausragendste Vertreter auf dem Gebiet der Astrophysik von uns gegangen.“

Chandra, der eine Hassliebe zu Eddington verband, verfasste auch einen Nachruf auf ihn, in dem er schrieb, dass künftige Generationen Eddington als den größten Astronomen seiner Zeit betrachten würden, der nur Karl Schwarzschild (1873–1916) nachstand. Nach Ansicht des Autors sind Eddingtons Leistungen und Einfluss auf dem Gebiet der Astrophysik denen von Schwarzschild nicht nachzustehen.

Eddington und seine Kollegen im Jahr 1913. Der Dritte von links ist Schwarzschild, der Vierte von links ist Dyson und ganz rechts ist Eddington. Bildnachweis: AIP Emilio Segrè Visual Archives, Schenkung von Martin Schwarzschild

Schwarzschild und Eddington wurden in jungen Jahren Freunde. Nach Schwarzschilds Tod schrieb Eddington eine traurige Grabrede. Zu dieser Zeit befanden sich Deutschland und Großbritannien noch im Krieg und diese grenzüberschreitende Freundschaft war besonders wertvoll. Im Jahr 1933 floh Schwarzschilds Tochter Agathe Thornton (1910–2006) aufgrund ihrer jüdischen Abstammung aus Nazi-Deutschland und kam nach Cambridge, England. **[Anmerkung 3]** Thornton, der mittellos war, erhielt rechtzeitig finanzielle Unterstützung von einer anonymen Person und konnte sein Studium fortsetzen. Später stellte sich heraus, dass es sich bei dem anonymen Sponsor um Eddington handelte.

Um Eddington zu gedenken, wurde der Nordwest-Campus der Universität Cambridge in „Eddington District“ umbenannt und an seinem Elternhaus wurde eine Gedenktafel angebracht, um an seine Beiträge zur Wissenschaft zu erinnern. Darüber hinaus wurden ein Krater auf dem Mond und der Asteroid 2761 Eddington beide „Eddington“ genannt.

Eine Gedenktafel an Eddingtons Elternhaus. Bildnachweis: Peter Barrington

Die Royal Astronomical Society des Vereinigten Königreichs hat die „Eddington-Medaille“ ins Leben gerufen, um Astrophysiker oder Physiker auszuzeichnen, die herausragende Beiträge auf dem Gebiet der theoretischen Astrophysik geleistet haben. Diese Medaille wurde erstmals im Jahr 1953 verliehen und wurde seitdem von vielen Meistern empfangen.

Interessanterweise erhielt Chandra zwar den Nobelpreis für Physik und viele andere wichtige Auszeichnungen, nicht jedoch den Eddington-Preis. Es scheint, dass die Royal Astronomical Society des Vereinigten Königreichs Eddingtons „ursprüngliche Absicht“ nicht vergessen hat. Selbst wenn sich Chandras Ansichten über Weiße Zwerge als richtig erweisen sollten, würde Chandra, der von Eddington abgelehnt wurde, niemals mit dem Eddington-Preis ausgezeichnet werden.

Gewinne und Verluste

Eddington verlor seinen Vater in jungen Jahren und wuchs in einem schwierigen Umfeld auf. Dank seines außergewöhnlichen Talents hatte er schon in jungen Jahren schnell Erfolge: Mit 21 Jahren gewann er das Mathematikexamen der Universität Cambridge, mit 30 Jahren wurde er Professor, mit 31 Jahren Direktor des Observatoriums der Universität Cambridge und mit 41 Jahren gewann er drei Astronomiepreise. Danach führte er ein ruhiges Leben. Am 16. April 1934 erschien der 51-jährige Eddington auf dem Cover des Time Magazine.

Eddington war am 16. April 1934 auf dem Cover des Time-Magazins zu sehen. Bildquelle: Time

Obwohl Eddington nicht lange lebte, war er glücklich. Chandra erinnerte sich, dass er Eddington während seiner Zeit an der Universität Cambridge oft Pfeife rauchend und sich amüsierend auf den Straßen von Cambridge sah. Obwohl Eddington manchmal ungeduldig sein konnte, war er auch freundlich und warmherzig, wie seine anonyme Finanzierung von Schwarzschilds Tochter beweist.

Eddington leistete in unterschiedlichem Ausmaß Beiträge zur Sterndynamik, Sternphysik, interstellaren Materie, Kometen, Beobachtung von Sonnenfinsternissen, astronomischen Spektroskopie und allgemeinen Relativitätstheorie.

Als großer Astronom legte er mit seiner bahnbrechenden Forschung in der Sternphysik den Grundstein für das menschliche Verständnis der physikalischen Eigenschaften von Sternen. Das von ihm geleitete Beobachtungsteam für Sonnenfinsternisse bestätigte Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, was Einstein nicht nur zum Altar führte, sondern auch direkt dazu beitrug, dass die allgemeine Relativitätstheorie bald weltweit akzeptiert wurde. Er blieb jedoch hartnäckig bei seiner Meinung und widersetzte sich den richtigen Schlussfolgerungen im Bereich der Weißen Zwergforschung, was objektiv zu einer gewissen Beeinträchtigung der Forschung auf diesem Gebiet führte. Allerdings waren diese Auswirkungen weitaus geringer als die meisten Leute dachten.

Wie viele große Wissenschaftler der Geschichte war auch Eddington nicht perfekt. Zukünftige Generationen werden ihn für seinen negativen Einfluss kritisieren, doch sie können seine großen Beiträge und seinen edlen Charakter nicht leugnen. Sowohl seine großen Errungenschaften als auch seine Fehler werden für immer in die Geschichte eingehen. Ersteres wird von zukünftigen Generationen bewundert werden und Letzteres wird eine Lehre für zukünftige Generationen sein.

Eines ist jedoch sicher: Seine Verdienste überwiegen seine Fehler bei weitem.

Hinweise

[Anmerkung 1] Wenn Sie Himmelskörper aus verschiedenen Positionen beobachten, werden Sie feststellen, dass sich die Himmelskörper mit unterschiedlichen Hintergrundsternen überlappen. Die Hälfte des Winkels zwischen verschiedenen Sichtlinien ist die Parallaxe. Um die Parallaxe zu messen, beobachten Astronomen Sterne normalerweise mehrmals an verschiedenen Positionen der Erdumlaufbahn, um mehrere Parallaxensätze zu erhalten, und verwenden dann statistische Methoden, um den genauen Wert der Parallaxe zu ermitteln.

[Anmerkung 2] Wenn ein Weißer Zwerg mit hoher Geschwindigkeit rotiert oder ein starkes Magnetfeld hat, erhöht sich seine maximale Masse erheblich, das heißt, er kann eine viel größere Masse haben. Doch selbst wenn die beobachtete Masse die Grenzmasse eines Weißen Zwergs überschreitet, hat dies bislang keinen Einfluss auf die Richtigkeit von Chandras Berechnungen, da seine Berechnungen die Auswirkungen von Magnetfeldern und Rotation nicht berücksichtigen.

[Anmerkung 3] Schwarzschild hatte eine Tochter und zwei Söhne. Sein ältester Sohn, Martin Schwarzschild (1912–1997), verließ Deutschland 1936 und wurde ein bedeutender Experte für Sternphysik. Sein zweiter Sohn, Alfred Schwarzschild (1914–1944), blieb in Deutschland und starb leider 1944 beim Völkermord im nationalsozialistischen Deutschland.

Produziert von: Science Popularization China

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