方玄昌:百年诺贝尔奖,天文界几多遗憾

北京时间10月8日下午,2019诺贝尔物理学奖评选结果揭晓。今年的诺贝尔物理学奖花落天文学领域——三位天体物理学家James Peebles、Michel Mayor、Didier Queloz因对系外行星的探索和发现而获奖。

在诺贝尔奖的历史上,留给了天文学家诸多的遗憾与争议。请跟随科普作家方玄昌一道,回顾诺贝尔物理学奖和天文学家的“幕后故事”。

百年诺贝尔奖制造了太多遗憾,但在天体物理学及宇宙起源与演化研究领域尤其突出。许多大科学家迟迟不能获奖,主要原因是诺贝尔不设天文学奖,而将物理学奖授予天文学家,多少有点“鹊巢鸠占”的感觉。

哈勃死后,诺奖评委会改变主意

20世纪40年代和50年代初,由于哈勃在天文学方面的巨大贡献和影响,有人倡议授予哈勃诺贝尔物理学奖。但诺贝尔奖评委会中一些保守者说,获奖学科不能随便跨越。于是,哈勃终于与诺贝尔奖无缘。

但是到了1953年哈勃去世后,瑞典的评委会却追悔莫及:哈勃不能获奖不但是他本人的遗憾,也是诺贝尔奖的遗憾。但去世的人不能得奖,这个原则又是不能改变的。

后来,越来越多的天文学家在天体物理方面的发现有重大的物理内涵,天文和物理互相渗透。或许也为了避免再次出现哈勃式的遗憾,诺贝尔评委会终于放弃自己原先的坚持,开始给天文学家颁奖。

从20世纪60年代汤斯(Townes,他以微波激射理论证明宇宙中分子的存在,导致分子天文学的出现,最终让人们意识到地球上的生命很可能就来自于宇宙本身)和贝特(Bethe,他提出恒星由核聚变提供能量的理论),因为他们的杰出成就而无可争议地获得诺贝尔奖。

伽莫夫和“B2H”为他人做嫁衣

1978年的物理学奖被两个无线电工程师获得,一个是彭齐亚斯(Penzias),一个叫威尔逊(Wilson)。他们在接收美国已经发射的行星际探测器发回的信号时意外地找到了宇宙微波背景辐射。

他们发表的论文只是声明探测到了不知道从哪来的微波,并不知道自己找到了重要的宇宙大爆炸余辉。而跟他们完全同时,普林斯顿大学有两个小组却在有明确目的地寻找宇宙大爆炸的余辉。结果这边一发表文章,他们马上意识到,这正是他们要寻找的。

微波背景辐射被发现的时候,提出大爆炸理论并预言其余辉还存在的伽莫夫还活着。根据诺贝尔奖的授奖原则,它更强调原始理论(杨振宁、李政道共同获奖,而他们理论的验证者吴健雄女士却不能获奖就是这个原因),据此,诺贝尔奖理所当然地应该授予伽莫夫。

然而,最后得奖的却是彭齐亚斯和威尔逊这两个歪打正着的理论验证者。作为大爆炸余辉的计算者、伽莫夫的两个学生和普林斯顿大学给出解释的那两个小组,却最终与诺奖无缘,统统靠边站。

这次本末倒置,是诺贝尔奖留下的又一个巨大遗憾。

与彭齐亚斯和威尔逊获奖相似的情况还出现过,那就是被文献称为“B2H”的故事。这是一个核试验物理学家小组,一道工作的有3个人,其中“B2”指的是美国籍的波比伊夫妇,“H”指的是英国理论物理学家霍伊尔。波比伊夫妇中,夫人专门搞观测,丈夫只搞理论。他们跟霍伊尔合作的课题是宇宙中重元素的起源问题,也是夫人观察,丈夫解释,数学出了问题则找霍伊尔。

他们的理论做成功后,要做一些实验室验证,为他们做实验室验证工作的是一个搞核物理加速器的科学家叫福勒(Fowler),他不懂天文,完全按照“B2H”设计的步骤做实验。

然而不可思议的是,最后他们这个成果获得1983年诺贝尔物理学奖,获奖者却是这个实验师福勒,天才组合“B2H”则只能望奖兴叹。

近水楼台先得月?

1970年的物理学奖授予了瑞典的天体物理学家阿尔文(Alfven)。在获奖之前,他在整个科学界和物理界知名度还很小。那一年,有争议的候选者有很多,但最后却选了一个大家都莫名其妙的阿尔文。后来人们猜测,这跟阿尔文是瑞典科学院的科学家有很大关系,是一次“暗箱操作”的结果。

更让后人不能接受的是,阿尔文的主要成就是把等离子物理运用在天文学上,开创了等离子物理学;但是他得诺贝尔奖的理由却是探究太阳系起源,即用等离子体物理来解释太阳系起源。这个理论现在基本上已经被学界完全否定。

当时太阳系起源学说有很多,阿尔文理论的影响绝对排在10个开外,最后被淘汰掉。他获奖时人们已经有议论,认为他因为是瑞典人而获奖,开了最坏的一个头。

老师抢走学生功劳:诺奖也有剽窃

1974年的诺贝尔物理学奖再次颁给天文学家,也再一次引起争议。
这一次物理学奖,两位获奖者来自两个不同的学科。物理学家赖尔是射电望远镜的祖师爷之一,是射电技术的奠基人。他因为技术而获奖,与诺奖强调理论的原则相左。不过这还不算什么,更大的矛盾不在他,而在另一个获奖者休伊士(Hewish)。

休伊士一直使用射电望远镜来观测行星际闪烁现象。他有一个女研究生,很能干,叫贝尔,勤勤恳恳地用射电望远镜来探测宇宙空间,在不同的地方寻找星际闪烁。后来贝尔在某一个天区接收到一个信号,这个信号是脉冲信号,而且有规律,她坚信不是附近的噪音,而来自于宇宙。

贝尔找老师休伊士,期望得到解释,结果休伊士认为这是外星人(当时把它叫做“小绿人”),鼓励她探测。贝尔继续观察,找出了这个脉冲的规律,包括它的波长,然后还找到了另外的“小绿人”。

到了这个时候,老师还是认为这是外星人。这时候其他人,特别是美国普林斯顿的科学家,说这就是上世纪30年代超新星的观测者和物理学家所预言的天体——中子星(即脉冲星)。这很快就被证明是重大发现,最后获得诺贝尔奖。

但是遗憾的是,休伊士在评奖的论文中报了自己却没有报学生贝尔。而且在诺贝尔奖颁发的时候,也一字不提他的学生。

理论不是休伊士提出的,发现是学生贝尔做的(题目也不是休伊士选的,而是作为一项任务分配下来的),对发现结果的解释也是别人做的,休伊士什么都没干,还往错误方向指导,结果诺贝尔奖还是他得到。别人都替贝尔抱不平,同时,这也成为诺贝尔奖中少见的一个剽窃案例。

其实,诺贝尔奖在其它各个领域都曾经发生过错误或者遗漏,但或许跟天文学没有单独设奖而是“依附”于物理学有关,此间造成的遗憾也就尤其多。假如诺贝尔早就设立了天文学奖,哈勃、伽莫夫之外,爱因斯坦的狭义、广义相对论作为现代宇宙和天文学的基本理论工具,显然也在获奖之列,从而不至于让诺奖授于爱因斯坦时,背上“舍本求末”(他因以量子论解释光电效应而得奖)的罪名。

(本文2004年原发于《中国新闻周刊》,根据作者对国家天文台研究员李竞先生的采访整理而成,有删改)

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