四、科学著作 留名青史
19世纪60年代，肖莱马主要致力于以脂肪烃系列为对象的基本理论研 究，从而完成了一些具有重大意义的发现这些成果均发表在多篇具有创造性 的科学论文中。从70年代起，他又把研究对象扩充到烃的含氧衍生物，如醇、 醛、酮、酸以及脂环烃与芳香族染料方面，同时对脂肪烃作了总结性研究， 也对次氯酸、硫酸与亚硫酸等无机物作了深入的研究。关于以上一系列的研 究，肖莱马总共发表的论文有60多篇。这60多篇科学论文中研究的对象可 分为以下几类：（1）脂肪烃及其脂肪族其它衍生物；（2）无机物；（3）芳 香族染料； （4）脂环烃衍生物；（5）生物碱；（6）化学史。
除发表了数量如此之多的科学论文外，自从肖莱马当选为皇家学会会员 与欧文斯学院有机化学教授以后，在科研与教学的同时，他还从事着科学著 述工作，以系统总结其多年的实验与理论研究的心得。肖莱马生前总共发表 了四部专著，此外还留下了大量未正式出版的讲义与手稿。这些专著，如同 他的科学论文一样，都是用德文与英文同时发表的。
在1867年，针对德国的化学教育现状，为了给祖国的青年学生提供更加 科学的化学教材，肖莱马用德文将罗斯科的 《基本化学教程》予以改写。此 书原来主要是无机化学方面的内容，在改写过程中肖莱马重新加写了有机化 学部分，由于他的这一改写与补写，使此书的内容更为全面与充实。
这本书的全名为： 《简明化学教程·按最新观点编写。德文版由肖莱马 同作者（罗斯科）共同整理》。此时的肖莱马，通过自己的专题研究，早已 掌握了丰富的无机化学知识，因此他在改写罗斯科的著作时，删除了一些陈 旧的内容，并“按最新观点编写”。这部书所探讨的对象已经涉及到了整个 化学领域，可以说是肖莱马日后的巨著——《化学教程大全》的最初雏型。
《简明化学教程》问世后，马上受到了德国、俄国等国家读者的欢迎。第二 年 （1868）此书就被译成了俄文在圣彼得堡出版；俄文本的序言是由俄国著 名的化学家、元素周期律的发现者门捷列夫所作；不久，此书就成为俄国、 保加利亚等国的大学化学教科书。
随着对于有机化学研究的不断深入，肖莱马决定将他在《简明化学教程》 中单独所作的有机化学部分扩写成一部专著。从肖莱马的助手施皮格尔的回 忆中得知：这一时期肖莱马在授课之余，每天都从下午四点起一直连续工作 到深夜，收集整理了大量资料，结合自己的研究经验，进行书稿的写作。经 过近两年的不懈努力，1872年一部名为《碳化合物教程或有机化学教程》的 独特教科书，在德国的不伦瑞克出版。此书是世界上最早按化学结构理论编 写的有机化学教本。这部被施皮格尔称为是化学界“人手一册”的教科书， 培养了几代有机化学家。这部优秀作品的出版，马上使在此之前通行的其它 有机化学教本都相形见绌，很快就在欧洲化学界传播起来。
《有机化学教程》德文版面世后，1885年发行第二版，到1897年发行 了第三版。1873年，也就是在德文版发行后的第二年，此书被译成了俄文， 由俄国著名有机化学家布特列洛夫作序。1874年，此书的英文版在伦敦发 行。80年代，该书又被译成意大利文在米兰出版。当此书的英文版刊行后， 一家著名的英国药物学杂志评论说：“这是一部真正的好书……总之，它比 迄今用任何一种语言所写的有机化学教科书都要好。”这部书好就好在它的 创新性。在此以前的有机化学教科书，可以说是体制混乱，五花八门，各章 之间缺乏内在联系，而且也没有正确的理论将各种观点统一为一个整体。
肖莱马的《有机化学教程》，开创了有机化学著作编写的新体系。他在 这部教科书的叙述程序上作了这样的安排：（1）全书的开始是总论，介绍有 机化学的定义、发生发展的历史、有机分析及有机物的一般研究方法； （2） 接下来的各章先是叙述了烃 （脂肪烃及不饱和烃）、卤化物、醇、醛、酮、 酸等脂肪族化合物； （3）然后是芳香烃及其衍生物；（4）最后是脂环烃、 杂环化合物、生物碱、蛋白质等内容。肖莱马所开创的这种教程的编写法影 响巨大，此后的几十年内，有机化学教程体制基本上都是这样安排的。
限于篇幅，我们无法详细介绍这部书，只能指出它的几个突出特点。
首先，肖莱马对有机化学这门科学给了一个较为合理的定义。此前，李 比希曾把有机化学定义为“复杂基的化学”，可是化学界不久就发现在无机 物中也存在着复杂基，因此李比希的定义也就被放弃了。1848年，葛梅林又 将有机化学定义为“含碳化合物的化学”，后又修改为“含一个以上碳原子 化合物的化学。”这一定义后来逐渐被许多人所采纳，如凯库勒、艾伦迈以 及布特列洛夫等人都把有机化学定义为碳化合物化学。然而，这个定义始终 无法摆脱这样一种困境：除非将一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO）、二硫化
2 碳（CS）等矿物来源的物质列入有机物中，否则是无法自圆其说的；但要这
2 样做，就将违背无机化学与有机化学的最根本差别：无机化学主要是研究矿 物来源的物质，而有机化学则主要是研究生物来源的物质。
对于许多有机化学家来说，给自己所研究的这门科学下个明确的定义是 如此之难，以致在教科书中常常干脆回避这个问题。而肖莱马根据自己多年 的实验研究与理论探索，第一个把有机化学定义为“碳氢化合物（烃）及其 衍生物的化学”。他在论证这一定义时指出，只要搞清楚一种有机含碳化合 物的结构，就能最终将它变成相应的烃，或反过来从烃中取得它。肖莱马对 有机化学的这个定义是按原子结合理论的原理拟定的，所以比以前的定义均 有大的进步。
其次，肖莱马在其教程中，概括了他对有机物中的异构现象、同系现象 以及有机物性质与结构的研究，提出了对众多的有机物的科学分类。在此以 前，类型论把有机物简单地归纳为氢、水、盐酸、氨和沼气四大类型，以为 有机物就是从上述四种类型化合物中以有机基团取代其中的一个或几个氢原 子而衍生的。由于这种分类法没能考虑到有机物分子的化学结构，因此是不 科学的。按照这种分类法，有时同一种物质竟同时归入几种类型之中，这就 使此种分类法实际上失去了意义。
与此相反，肖莱马在《有机化学教程》中，第一个全面系统地对已知有 机物进行了科学的分类。他首先将有机物分为脂肪族与芳香族两大类。在脂 肪族中，他又细分为烃、卤烃、醇、醚、醛、酮、酸、酯等物质；在芳香族 中，又细分为单环的苯、双环的萘、三环的蒽等以及它们的衍生物。此外， 还有脂环烃、杂环化合物等小类。肖莱马按这种分类法建立有机化学科学体 系，是一个独到而且巨大的贡献。他的分类法符合化学结构原理，正确地反 映出了有机物结构间的相互关系及其在起源上由简到繁、从低级到高级的过 渡。这种分类法的出现，结束了以前关于有机物杂乱无章的排列，把大量有 机物纳入科学体系之中。
这部书的另一特点是始终贯穿着历史发展的观点。全书有总的历史导 言，以后的各章节各条目下对研究对象的叙述中，都不只谈及它的现状，还 回叙它的过去并展望它的未来。书中含有丰富的化学史料，从而反映出作者 渊博的学识。与此同时，此书并不以单纯的科学叙述与理论探讨为满足，还 尽量指出各种有机物在工业生产，如石油工业、染料工业、药物制造业等部 门中的应用并介绍生产现状。书中图文并茂，画出了各种实验用仪器设备， 并讲明操作方法及注意事项，使读者能够比较容易地理解要领。
由于此书具有如此突出的特点，所以，先后以德文、俄文、英文及意大 利文出版，在欧洲化学界中产生了深远而广泛的影响。
《有机化学教程》出版后，肖莱马又酝酿将他与罗斯科合写的那部《简 明化学教程》扩写成一部大型著作。所以从1877年起，在肖莱马的不懈努力 下，一部名为《化学教程大全》的巨著陆续出版，到1892年他逝世前，这部 巨著已经出了四大卷。这部书包括普通无机化学与有机化学，内容包括了当 时化学的一切领域。前三卷是无机化学和有机化学中的脂肪族与芳香族，第 四卷是多环物及含氮环物。此后，他又继续进行第五卷以下的内容，肖莱马 本想以生理化学与理论化学来结束此巨著，而且手稿也大部分完成，但由于 他的不幸逝世而未能于其生前出版。德文版从第5卷起，由青年化学家布吕 耳按肖莱马的德文遗稿继续修订，直到1901年全书才出齐，共九大卷。
《化学教程大全》德文版第一卷刚一问世，肖莱马就立即忙于准备该书 的英文版。这两种文字的版本几乎是齐头并进，他先写出德文稿，再于付印 时将它译成英文出版。1877－1892年间，英文版共出了三卷九册。第一卷一 册，是有机化学史导言及非金属元素；第二卷二册，内容为金属元素；第三 卷六册，内容均为有机化学，副题是《烃及其衍生物的化学或有机化学》。 这三卷英文版都多次再版，大受读者的欢迎，至20世纪20年代，先后发行 五版。
《化学教程大全》是一部浩瀚的百科全书式的化学巨著，它的出版是作 者多年辛勤探求的结果。这部书刚一出版，就流行于欧美各国，成为一部世 界化学的经典名著，直到今天仍具有相当高的学术价值。除去完整体系的化 学知识外，在此书中学者们第一次看到了一部如此清晰而完整的化学发展 史。
19世纪70年代末期，肖莱马在致力于《化学教程大全》一书的同时， 又开始着手写化学史的专著。他根据《有机化学教程》中的历史导言及有关 的资料，撰写成一部有机化学史的著作。1879年，这本名为《有机化学的产 生与发展》的作品用英文出版了。这是一部纲要性的作品，篇幅也不太长， 总共是一百余页，但书出版后很快就博得了读者的赞赏。1885年，此书的法 文版在巴黎发行。1889年，经肖莱马本人修改后的此书德文版，在不伦瑞克 出版。
在此基础上，不知疲倦的肖莱马又开始准备对《有机化学的产生与发展》 一书的英文版进行再版修订。他早就预见到修订的必要，因为第一版过于简 略，而且没有写到当代。这个修订版比德文版又增加了一些章节；经过一年 多的忙碌，此书已准备出版。还是由于肖莱马的逝世，而又未能见到该书的 出版。但他在生前已安排由他的学生与友人阿瑟·史密瑟斯校订，故此书在 1894年最终得以问世。
这是个最完善的版本。全书共分十二章，从古代一直叙述到成书时为止， 书中所引用的最新资料是1892年刚刚发表过的。这就充分体现了肖莱马治学 态度的严谨。在生前肖莱马还曾计划出版增订的德文第二版，但因疾病缠身， 最终未能如愿。到了20世纪的1937年，《有机化学的产生与发展》一书的 俄文版又在莫斯科问世了。
肖莱马生前的最后一部作品是《化学通史》，他原计划用德文、英文两 种文字出版。我们可以将此书看作是 《化学教程大全》中历史导言那一章的 继续引申。在他生前已完成了近千页的德文手稿，内容已经从古代写到了17 世纪末期，很快就将全部完成。但令人遗憾的是，肖莱马受疾病的折磨没能 坚持完成这一新的巨著。但我们想一想，一位失去听力、疾病缠身的科学工 作者，能够在如此条件下坚持完成工作量这么大的一项活动，就不由得从内 心产生一种敬佩的心情了。
肖莱马逝世后，恩格斯看到了这些手稿并进行了阅读。1892年7月他在 给友人的一封信中说：“肖莱马的遗稿中最有意思的就是关于7世纪以前的 化学史手稿，我读后认为它们可以分为三部分：（1）古代的化学；（2）化 学的各派分支；（3）化学的发展。第三部分没有最终完成。但仅对化学略知 皮毛的我也认为这批手稿中有许多的新发现、新观点。”施皮格尔在悼文中 也提到了这些化学史遗稿，他写道：“这部分作品包括许多新东西，并应由 他的朋友兼遗嘱执行人济博尔德博士以两种语言出版。”肖莱马的这些珍贵 的化学通史手稿，按遗愿最后由英国化学家济博尔德整理，并将德文译成为 英文。
在所有的工作准备就绪，肖莱马的遗著《化学通史》即将出版时，又遇 到了不可逆转的困难，济博尔德、恩格斯、施皮格尔等人相继因病去世。肖 莱马的遗著出版也就耽搁下来。所有的手稿都保存在曼彻斯特大学的资料室 中。直至1956年才得以重新发表，这时肖莱马已去世60多年了。
在肖莱马所喜欢的化学史研究方面，除了以上谈到的著作外，还有一些 单独的科学论文。例如在1882年，他发表了一篇题为《论“化学”一词的起 源》的论文。在这篇论文中，他考察了古希腊、埃及以及阿拉伯作品中有关 化学的文献，最后得出“化学”一词是由金银制造的相关词汇转化后形成的 这一结论。此结论得到许多化学家与语言学家的认同。此外，他还写有关于 咖啡、茶等作物的历史考证性文章。所有这些都反映了肖莱马渊博的学识与 广泛的兴趣。
总之，肖莱马的诸多科学论著中，既包含高深的化学理论，又有易懂的 实验操作，还有丰富多彩的普及性论文。他的著作，内容详实、材料确凿、 论证有力、系统性很强，成为留给化学界、留给整个人类的一笔丰厚财富。
附一：肖莱马科学专著目录
1．《简明化学教程·按最新科学观点编写·德文版由肖莱马同作者（罗 斯科）共同整理》1867年不伦瑞克德文版。
2．《碳化合物教程或有机化学教程》1872年伦敦英文版。
3．《碳化合物化学教程或有机化学教程》1874年伦敦英文版。
4．《化学教程大全》卷1－4，1877－1889年不伦瑞克德文版。该书卷 5－9在肖莱马逝世后，由布吕耳修订，至1901年出齐。
5．《化学教程大全》卷1－3，1877－1892年伦敦英文版。
6．《有机化学的产生与发展》1879年伦敦-曼彻斯特英文版。
7．《有机化学的产生与发展》1889年不伦瑞克德文版。
8．《有机化学的产生与发展》1894年伦敦-纽约英文版修订版。
肖莱马专著的外文译本
1．《无机化学及有机化学教程》古斯塔夫卡普斯金译。1868年圣彼得 堡俄文本。译自本书德文版。
2．《碳化合物化学简明教程》米哈伊尔·里沃夫译注。1873年圣彼得 堡俄文本。译自本书德文版。
3．《有机化学的产生与发展》亚历山大·柯拉伯雷译。1885年巴黎法 文本。译自本书英文第一版。
4．《碳化合物教程或有机化学教程》路易·加伯译。1886年米兰意大 利文本。译自本书英文第一版。
5．《有机化学的产生与发展》巴因斯基译注。1937年莫斯科俄文本。 译自本书英文第二版。
附二：肖莱马生平事迹年表
1834 9月30日诞生在德国西南部的达姆斯塔德城。
1846－1850入本城四年制实科中学。
1850－1853入本城高级职业学校学习三年。
1853－1856去乌姆施塔德城的林登堡药房当学徒工。
1856－1859在海德堡市施万药房当配药助手，业余时旁听海德堡大学化 学系教授本生的讲座。
1859 5月考入基森大学化学系，在威尔教授的指导下学分析化学，但只 学习了一个学期。
8月来到英国曼彻斯特，任欧文斯学院化学教授罗斯科的私人助手，从 此定居英国。
1861任欧文斯学院化学实验室正式助手，辅导学生实验，开始独立的科 学研究工作。
1862首次发表科学论文，题目是《论烛煤干馏产物中所含的醇基氢化 物》。
1863在曼彻斯特与恩格斯相识，又通过恩格斯与在伦敦的马克思相识， 并很快成为亲密的朋友。在这前后，加入德国民主社会党。
1864发表《论二甲基及氢化乙基的同一性》这一重要论文。
1867用德文改写罗斯科的化学教程，增写有机化学部分，取名《简明化 学教程》。
1868 5月，向英国皇家学会作关于脂肪烃沸点研究的报告。
1869 4月，发表论丙烷衍生物的论文，第一个合成制得正丙醇。
1870 12月当选为德国化学学会会员。
年底恩格斯迁居伦敦。从此与马克思、恩格斯频繁通信。
1871当选为英国皇家学会会员。
1872用德文发表《有机化学教程》，此后连续发行三版，有外文译文。
1874任欧文斯学院有机化学教授，讲授有机化学、化学史。
1877开始发表巨著《化学教程大全》。
1878当选为美国科学学会会员。
1882发表论“化学”一词起源的论文。
1888 8－9月与恩格斯等动身去美国与加拿大旅行。
1891 3－4月，因感冒而患耳聋，去恩格斯家休假。 1892 5月，病情恶化，卧床不起。恩格斯多次探望。
6月27日，因肺癌医治无效，逝世于曼彻斯特寓所，享年58岁。 1894“肖莱马化学实验室”在欧文斯学院正式落成。
中外科学家发明家丛书：徐光启
一、爱丁顿的生平
人类文明史的开始，距今大约有6000年。虽然这6000年同人类活动已 有的几百万年历史相比，只是很短的一段时间；而与地球的46亿年的高龄比 较起来，更是微乎其微的一刹那。但是，人类正是在这6000年之中，经过自 己的不断努力，与恶劣的自然条件抗争，最终获得了飞跃式的巨大发展，这 与人类最初茹毛饮血的生活是根本不可同日而语的。
在这6000年的历史过程中，人类涌现出过无数杰出的代表，正是他们汇 集了人类的智慧与结晶，并将源源不断的驱动力注入到人类不断前进的文明 列车中。他们之中，有政治家、思想家、科学家、文学家、军事家……他们 如同一颗颗明亮的星星，缀于文明的苍穹之上。英国杰出的科学家阿斯德·斯 坦利·爱丁顿，就是其中一颗耀眼的明星。
爱丁顿于1882年12月28日诞生在英国威斯特摩兰郡的肯特尔。他的父 亲享利·爱丁顿是肯特尔城内一所名叫斯特拉蒙加特的学校的校长兼董事 长。在100年前，化学原子论的创始人——道尔顿曾在这所学校担任过校长。 所以，整个肯特尔小城里的学术风气极为令人陶醉，家风良好的小斯坦利从 小就在这良好的风气中成长。后来，爱丁顿在自己的回忆录中叙述到：“作 为我与双亲生活的所在，肯特尔的传统习惯已编织成为我最早的记忆。令我 无法忘记的是，肯特尔已经把科学工作看作是一项极为重要的公众服务事 业，这并不是指它有着任何物质上的意义，而是科学已经为整个社会做出了 某种巨大的贡献。肯特尔与科学有着较早的联系，这就是那位伟大的化学家 ——也许是所有化学家中最伟大的一个，他曾经是斯特拉蒙加特学校的校 长。一个世纪之后该校校长便是我的父亲，而我正是从这里出生的。在我不 大的时候，从约翰·道尔顿那儿我知道了原子的理论；在今天，我本人也已 成为一名原子论的坚决支持者。约翰·道尔顿一定在他身后留下了某些科学 的种子，它们在斯特拉蒙加特的校园里蓬勃地生长，经久不息。我喜欢这种 科学的连续性，尤为令我感到自豪的是：在科学的某一点上我已有能力沿着 肯特尔的这位伟大科家所开创的道路前进。”
但在3岁时，小斯坦利的父亲不幸死于疾病，母亲带着斯坦利和他的姐 姐，7岁的威尼弗雷特搬到了离肯特尔城不远的滨流韦斯顿城。6岁时，他在 自己家附近的一所小学校里上了学；从这时开始，他就对巨大的数字产生了 浓厚的兴趣：他记住了24×24乘法表；他还试图计算整部《圣经》上全部的 语汇数目。爱丁顿的这一爱好一直贯穿了他的整个科学研究并延续到了他的 晚年。
1893年，11岁的爱丁顿开始到布里米林学校读中学。这一时期，他别具 一格，惊人的记忆力开始展现出来，对于老师课上所讲的内容，他在课下大 都能复述出来；许多对别人来说绝对头疼的专用术语语汇，他也能不费力地 记住。
1898年，16岁的爱丁顿以优异的考试成绩考入了曼彻斯特城的欧文斯学 院，这个学院在化学、物理学等学术研究上有着很高的声誉。在欧文斯学院 求学的四年中，爱丁顿勤学好问，他自身的优越条件也更加促使他成为一位 优秀的大学生。在这里，他的老师们都很喜欢这个天赋高、有潜力而又不自 满的学生；尤其是拉姆先生，经常给这个永求上进的学生开小灶，辅导他的 课程并在生活上关心照顾爱丁顿。所以，爱丁顿一生始终对拉姆先生保持着 深深的敬佩，他成名后回忆到拉姆先生时说道：“当我知道有什么事情要我 像勇士那样来处理时，我就会希望自己能够成为如同拉姆先生那样的一个勇 敢、正直的人。”
由于在欧文斯学院的刻苦学习并获得出类拔萃的成绩，1903年，爱丁顿 进入了英国著名的剑桥大学的三一学院深造，这曾经是伟大的科学家牛顿学 习、工作过的地方。来到三一学院后，爱丁顿继续发扬了他的优点——孜孜 不倦地学习研究，所以陆续获得了多方面的奖学金及各种荣誉。1904年，他 成为他的同学中为数不多的高级数学学位的获得者；1907年，他被授予史密 斯奖学金。也正是从这时开始，爱丁顿将自己的研究方向确定在了天文学与 天体物理学方面。不久，他的研究初见成效，随即被选为三一学院评议员； 同年，应英国皇家天文台台长克里斯蒂邀请，爱丁顿加入了格林尼治天文台 工作人员的行列，当了台长助理。这样，他就有更加便利的条件进行天文学 研究。1912年，他被剑桥大学选为普卢米安讲座的教授。1914年，剑桥大学 的天文台台长拜尔去世，爱丁顿接任了此职。
在以后的30年里，爱丁顿一直担任这一职务，为天文学、天体物理学的 发展作出了巨大贡献。1944年11月17日，爱丁顿在剑桥逝世，享年62岁。 他的去世，给整个科学界带来了不可弥补的巨大损失。爱丁顿的同龄人、著 名的科学家罗素在大西洋彼岸写唁文时说：“爱丁顿先生的逝世，使天体物 理学失去了它最卓越的代表人物。这一巨大的损失，在相当长的一段时间里 是无法挽回的，因为科学界只有一个伟大的爱丁顿。”
二、天文学和天体物理学的巨擎
从1906年开始，爱丁顿把自己毕生的精力投入到了天文学之中。就在这 一年，荷兰格罗宁根大学的天文学教授卡普坦有了一项革命性的发现。卡普 坦是研究恒星运动的伟大先驱者，他的发现如下：
在卡普坦之前，天文学界一直认为在本地静止标准中恒星运动是完全没 有规则的，不存在任何偏优的运动方向。所谓本地标准就是说，在这个标准 中，太阳附近恒星的平均速度为零。恒星自行与视向速度反映了恒星的运动， 而要研究这种运动，其中的一个基本问题就是要确定“太阳运动”，即确定 太阳在附近恒星平均运动速度为零这一标准中的“本动速度”。
当时的天文学界认为，如果假定恒星的运动速度是随机的，看不出有任 何的偏优方向，那么投影在天区上恒星自行的分布必定将表现一个拉长的椭 圆（如图1）。但经过仔细研究测量后，卡普坦发现并非如天文界以往认识 的那种情况，而是一种双叶曲线（如图2）。
爱丁顿对卡普坦的发现进行了这样的评述：
“我手中有厚厚的一叠《格罗宁根大学校刊》谈到了恒星的运动，但其 中最令人感兴趣的则是第6期。在这一期上记载了卡普坦关于两个星流的伟 大发现，这种理论的应用，首次揭示了恒星系统中的某种结构，从而为研究 这些分布得相当分散的单颗恒星间的关系开辟了一个崭新的纪元。”
爱丁顿随即深入研究了卡普坦的发现，他提出了一种假设：太阳附近的 恒星从运动形式上可以看作是属于作相对运动的两个星群或两个星流，而且 每个星群的内部都各自作着随机运动。爱丁顿以此来解释了上述有关恒星自 行分布的观测特征。这一假说就被称为卡普坦—爱丁顿的二星流假说。这样， 爱丁顿就提出了恒星运动分布的参照公式：
j 3 2 2 j 3 2 2
1 是他从事天文学研究近10年的系统总结。这部书的大部分是对当时有关恒星 运动知识的系统论述。但该书的最后一章“论恒星系统的动力学”则完全是 爱丁顿自己的创见，这一章中，在说明了双星相遇不可能有效地改变单个恒 星的运动方向之后，爱丁顿得出的结论认为：决定恒星在六维相空间中分布 的函数f（x、y、z、u、v、w、t），必定是由恒星在整个系统扁平状引力势 作用下运行时的动力学轨道来决定的，也就是由六维方程 （现在被称为无碰 撞的玻耳兹曼方程）的解所决定。
在1915—1916年发表的论文中，爱丁顿试图得到一个适用于球对称恒星 系统的自洽解，经过深入研究他取得了成功。在这个带有普遍性的问题上， 爱丁顿第一次指出了怎样用维里定理来建立星团中恒星的平均动能与它的平 均势能之间的关系。爱丁顿的这一理论，至今仍然适用。
由于以上种种的出色研究，我们可以认为爱丁顿是恒星动力学这门学科 的奠基人，而到今天，这门学科已经是一门有自己特点的分支学科了。
在对恒星动力学进行深入地研究并取得了重大的成就后，爱丁顿又把自 己的主要研究方向转入有关恒星结构与演化的学说。他对恒星结构的兴趣， 最初是在1916年由于努力探索造父变星的变化结构而激发出来的，经过10 年的不懈努力，他在1926年出版了《恒星内部结构》一书。
在恒星内部结构这一领域中，爱丁顿认识并确立了我们目前可理解的以 下几个基本原理：
1、辐射压对维持恒星的平衡必定起着重要的作用，而且恒星的质量越 大，这一作用也就越明显。
2、在恒星内部取得辐射平衡的那些地方，温度梯度是由能源的分布与物 质对辐射场不透明度的分布这两个方面共同确定的，这一点与对流平衡的情 况不同。
3、影响不透明度“K”的主要物理过程是由软X射线区中的光电吸收系 数所决定的：即决定于高度电离原子最内部的K层以及L层的电离情况。
4、当电子散射是恒星不透明度的主要原因时，对于能够维持给定质量为 M的恒星来说，光度有一个上限，最大光度是由下列不等式所决定的：
4
“在一颗被云层包围的行星上从来就很少有人听说过关于恒星的事，有 人就一系列大小不同的气体球计算了它们的辐射压与气体压力之比。球的质 量比方说从10克开始，以后依次为100克、1000克、10000克……于是第n
n 个球就包含有10克的物质。”下面的表给出了他的结果中比较有趣的部分：
球序号 辐射压 气体压力
30 0.000000160.99999984
31 0.0000160.999984
32 0.0016 0.9984
33 0.106 0.894
34 0.570 0.430
35 0.850 0.150
36 0.951 0.049
37 0.984 0.016
38 0.9951 0.0049
39 0.9984 0.0016
40 0.999510.00049
“表中小数点后的部分总是主要包含了一长串的‘9’与’ ‘0’，只有 在33—35号球这一特定质量范围内表的内容才变得令人感兴趣，但紧接着又 是大串的 ‘9’与 ‘0’。如果认为物质与气体压力及辐射压之间存在互相较 量，那么这种争斗将完全是一边倒的，只有编号为33—35的球是例外的，我 们可以预料到那儿会有什么事情发生了。
所 ‘发生’的事情与恒星有关。
我们的物理学家与天文学家一直是在浓浓的云层下面工作，现在假设将 这层云的帷幕拉开，以使他们得以直视天空。他将会在那里发现有10亿个气 体球，而且质量几乎都处于第33—35号球之间，这也就是说它们的质量介于
32 1/2的太阳质量与50倍的太阳质量之间。已知最轻的恒星质量约3×10克，
35 33 34 而最重的约2×10克，但大多数则在10—10克之间，辐射压向气体压力 抗争的严峻挑战正是在这个范围内展开。”
在这段叙述中，爱丁顿所说的“有人”即是他自己。他的结论具有奠基 的重要意义，但在推论过程中爱丁顿有个重要的问题没有提到。这个问题是， 尽管在这些计算中明显地包含了与质量及星等大小有关的某种自然常数组合
（包括所有的零），但爱丁顿忽略了它，没有将其分离出来。实际上，在自 然研究的范围内，决定球体质量的自然常数组合为：
k 3 1 1
[( )4 ]2 3/ 2 ……①
H a G 在式子中，H表示质子质量，G是引力常数，k与a分别为玻耳兹曼常数与斯 忒藩常数。斯忒藩常数的值为：
8
hC 3 1
( ) 2 2 到的造父变星周光关系作出说明。于是，有关恒星可变特性脉动理论就这样 建立起来。
爱丁顿对造父变星可变特性的最初研究，并没有提供诸如恒星的亮度、 有效温度及视向速度这些变量之间的正确位相关系。这主要是受到当时研究 水平所限，因为这些位相关系只有通过对恒星外层能量传输机制的仔细研究 才能搞清楚。在以后的几年中，爱丁顿与克里斯蒂以及其他的一些科学家经 过不懈的探索，最终得到了所需要的全部解答。
虽然爱丁顿对天体物理学的主要贡献是在恒星结构方面，但这并非意味 着他在天体物理学其他领域内没有大的贡献。他发现了一种可用于解决辐射 转移中一些问题的近似方法，即“爱丁顿近似法”。他对恒星大气中谱线形 成问题的解决方法，在有关恒星大气理论研究的开创性年代中得到了广泛的 应用。此外，爱丁顿还研究过密近双星的反射效应，这是为测定成员星质量 而对食双星光变曲线进行分析时所必须考虑到的一种效应。
在上面所述的这些天体学的研究领域中，爱丁顿引入了“稀化因子”这 一概念，有了这个概念，就可以在确定星际空间电离状态时用它来对主辐射 场的约化强度加以修正。另外，爱丁顿还是将“生长曲线”方法应用于星际 吸收线问题的第一位学者。
在《恒星内部结构》一书中，爱丁顿对星系动力学与天体学理论进行了 如下预言：“从星际吸收线所确定的视向速度在同银纬的关系上，必然会表 现出有某种变化幅度，而这个幅度是恒星吸收线所表现的变化幅度的一半。” 这个预言后来由天文学家斯特鲁维及普拉斯坎特通过实际观测结予了完整的 证实。
三、广义相对论的倡导者
众所周知，相对论的创立者是爱因斯坦。对于相对论的推广与倡导，则 离不开爱丁顿的贡献。
自从1905年创立了狭义相对论原理，在接下来的10年中，爱因斯坦将 主要精力集中在把牛顿的引力理论同自己的原理一致起来，特别是要满足这 样的要求，即任何信号的传播速度都不能超越光速。在探索的过程中，他经 过了多次的失败，最终在1915年夏季达到了自己的研究目标，创立了广义相 对论。
这一年已是第一次世界大战的第二年，英国与德国又是敌对国，但在科 学界朋友们的协助下，对科学成就最新进展状况极为关注的爱丁顿还是很快 地搞到了爱因斯坦的论文。经过他仔细地阅读并研究，爱丁顿不禁为爱因斯 坦的卓越见解而喝彩。正如爱因斯坦在系统阐述自己理论的最后一段写道“任 何一个人，只要对这一理论有着充分的理解，那么要从不可思议的魔法中逃 脱出来几乎是不可能的”。毫无疑问，爱丁顿此时一定是陷入了这个理论的 魔法之中了；因为在随后的两年时间中，他花了相当大的精力去品味爱因斯 坦的理论，并写下了一篇题为《关于相对论引力理论的报告》的科学论文。 爱丁顿的这篇论文条理清楚、简明扼要。因此直到今天，对于相对论的初学 者来说，仍然是一篇优秀的入门读物。
正是由于爱丁顿对广义相对论的积极投入与热情，使得他的好友与同 事，天文学家戴逊也被广义相对论所牢牢吸引住了。广义相对论的理论精彩 而深奥，它的许多内容只有在一些特定的条件下才能得到验证。例如：在日 食特别是日全食的条件下，通过实地观测就可以解释相对论的部分理论。然 而日全食是一种非常罕见的天文现象，有的人终其一生也未必能亲眼见到一 次日全食。
但令人感到幸运的是，1919年5月29日就有一次日全食发生，它的范 围是在南半球的中纬度地区。所以爱丁顿以及戴逊等科学家不顾潜在的危 险，决定利用这次好机会进行多项科学考察活动；当然，最重要的一项就是 验证广义相对论的理论。在爱丁顿的科学日志中，对于这次考察做了如下的 一段论述：
“光线的弯曲影响到出现在太阳附近的恒星，因而，只有当月亮把太阳 耀眼的光辉完全遮去之时，也就是日全食期间才能进行这种观测。即使在那 时候，还是有大量的太阳日冕光线伸展到离日面很远的地方。因此，在观测 时还是需要在太阳附近有一些足够亮的星，它们不会被日冕的光芒所淹没， 这样就可以以它们为参考点进行观测了。
在迷信时代，希望完成一项重要实验的自然科学家往往会去请教占星家 为他的实验确定一个黄道吉日。今天，向星星请教的天文学家则有更充分的 理由宣布：一年中考察光线的最佳日期是5月29日。其原因是太阳沿着黄道 作周年运动，在它所经过的地方恒星的密集程度是不同的，但是在 5月29 日这一天，太阳正好位于非常少有的一片亮星——毕宿星团之中，这是它最 好的星场，比其他的任何地方都要好得多。那么如果是在历史上另外某个时 期提出这一问题的话，也许要等上几千年才能在这个幸运的日子里发生一次 日全食。但我们的运气真是好极了，就在1919年5月29日将发生一次日全 食……
1917年3月，皇家天文学家戴逊爵士就已意识到这个大好的时机，在他 的建议下，由皇家协会与皇家天文学会组成的一个委员会开始为进行观测做 准备工作……
……计划始于一战时的1918年，而人们直到最后时刻还在怀疑是否存在 着能使考察队出发的任何可能性，但事实否定了这种怀疑。戴逊爵士在格林 尼治组织了两支考察队，一支奔赴巴西的索布拉尔，另一支则开到西非的普 要西比岛。索布拉尔考察队由克洛梅林博士与戴维逊先生带领；普林西比考 察队则由科丁汉先生和我带领。
在停战之前要仪器制造商完成全部工作是不可能的，而且因为考察队必 须在2月份启航，大量的准备工作急待完成。巴西组日食时的天气是理想的， 最终是由他们提供了最有决定性意义的证明。而普林西比的情况则相当糟， 日食那天层云密布，天上还下着雨，几乎是没有任何希望了。直到接近全食 阶段时，太阳才开始隐隐约约地露面；我们的工作按计划进行，希望情况也 许不会像看上去那么坏。全食终了之前云层一定是变薄了，因为在多次失败 中我们还是得到了两张有我们所需要星像的底片，将它们与太阳处于其他位 置上时对同一星场所拍摄的底片进行比较，这样它们的差异就表示了因光线 在太阳附近经过时的弯曲现象所造成的恒星的表观位移。
以当时我们面前的问题来看，存在着三种可能性。也许光线没有发生任 何偏折，这就是说光线可能不受引力的影响。也许光线出现“半偏折”，这 表示如牛顿所以为的那样光线要受到引力的影响，它服从于简单的牛顿定 律。也可能是“全偏折”，从而证实了爱因斯坦定律而并非牛顿定律。
