阿瑟·爱丁顿与恒星的能源
1926 年剑桥大学著名的“普卢姆(Plume)”天文学教授，阿瑟·爱丁顿(ArthurEddington)爵士出版了他的《恒星内部结构》一书。这在当时是一部关于恒星内部物理科学的卓越著作。爱丁顿本人曾对此领域有过重大的贡献。那时已经发展了一个关于恒星内部的理论，不过这个理论还缺少了一部分关键内容，即能量是如何产生的。
那时人们已经知道，氢含量很丰富的恒星物质必定是理想的产能原料。人们也知道，当氢转变为氦时将会有能量释放出来，而且释放出的能量可以维持太阳和恒星的向外辐射达数十亿年以上。因此很清楚，假如能够知道氢在什么情况下可以发生聚变，人们就等于找到了一个巨大的能源。然而在当时，人们距离通过实验将氢聚变为氦还相当远。
当时的天体物理学家除了相信恒星是巨大的核电站以外，别无其他选
择。因为他们想象不出还有其他的过程可以释放出这么多能量，以补偿太阳的辐射达数十亿年。爱丁顿最彻底地阐明了这一点。当他提到观测天文学家所进行的大量的和重复的恒星亮度观测时，写道：“测量核能的释放是大量天文观测内容之一。如果在我的书中不是所有都错误的话，那么我们已经相当清楚地知道，恒星物质必须在多大密度和多高温度下，才能发生这样的过程。”遗憾的是，当时的物理学家却认为，在恒星内部原子核是不可能发生反应的。
当时爱丁顿已经能估计出太阳内部的温度。太阳通过重力把它的物质聚集在一起，重力将物质拉向中心。然而太阳物质并没有简单地落到太阳中心去，这是因为太阳的气体具有一定的压强。气体压力的作用和重力相反，它将物质向外推出。这两个力互相平衡。同样的现象也存在于地球大气中。假定没有重力，空气就会被本身的压力吹到空间中去。相反，如果没有空气压力，大气层就会落到地球表面上来。人们可以计算出吸引太阳物质的重力的大小，而和重力处于平衡的气体压力必须和它相等。气体压力和它的密度、温度有关。人们知道太阳物质的密度，因为太阳的质量和它的体积是已知的，太阳物质的压力有多大？这将取决于它的温度。气体的温度越高，压力就越大。在太阳内部气体的温度到底达到多高才能使重力和压力维持平衡？
爱丁顿估计恒星中心区域的温度达到 4000 万度。这个值对于我们来说好像很高，然而核物理学家却认为，要想发生核反应，这个值是太低了。在这样的温度下太阳内部的原子以每秒 1000 公里的速度运动。氢原子早已失去了电子，它们的质子可以在空中自由飞行。偶尔会发生两个质子相遇，但它们带的都是正电，又互相排斥。当质子以每秒 1000 公里的速度运动时，两个质子虽然可以运动到很靠近，但是在达到能使它们发生聚变的距离之前，就会被电荷排斥力推开。为了使氢原子变成氦核，还必须使 4 个质子和两个电子，即 6 个粒子同时在一个地方相遇——这个可能性很小！即使 6 个粒子都同时飞到一起，但电荷力会使它们的运动轨道偏转而阻止聚变的发生。只有当温度达到几百亿度，使粒子以极快的速度飞行，这时虽然有电荷力的作用，但也能发生聚变。当时，物理学家们认为，太阳内部的温度只有 4000 万度，要想使氢聚变为氦这个温度是太低了。但是爱丁顿却坚信，恒星的能源只能是核能。他依然写道：“我们不和那个认为恒星内部的温度过低，从而不能发生这种过程的批评者进行争论。我们只是告诉他，走吧，去找个温度高的地方吧。”实际上，他认为物理学家所预言的氢变为氦的先决条件是不准确的。他更相信恒星已具备条件并认为，物理学家应该去认识，在 4000 万度这样相对比较低的温度下，氢怎样才能变成氦。他的意见是正确的。
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