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诺奖电话打来的时刻,那些物理学家在做什么?

从某种意义上说,获得诺奖的一刻,就是改变他们人生的一刻。那么,在那个瞬间,他们在做什么呢?

 

撰文 | 下雪

又到一年诺奖季。至少从自然科学方面,如今的诺贝尔奖很像一个关底BOSS。在从瑞典打来的电话之前,多个奖项接踵而至,其中有一些还有动听的名字——“诺贝尔奖风向标”。而只有在诺奖真正揭晓的时刻,本年度的科学盛宴才算结束。无疑,最幸福的人是获奖者,他们其实知道,如果自己做出了真正有突破性的工作,是可以偷偷想想这个奖的。最终,出现了一些幸运儿,突如其来的电话,打破了他们往日平静的生活。那一刻他们在做什么呢?感谢那些记录者,我们得以了解载入史册的科学家的生活一面。本文讲述几个著名物理学家的诺奖时刻,谨以此作为一道自娱自乐的开胃小菜吧。(跟我有啥关系呢。)

要不,拒了吧?

1965年诺贝尔物理学奖授予朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga,1906-1979)、施温格(1918-1994)和费曼(Richard Feynman,1918-1988),表彰“他们在量子电动力学方面的基础工作,对基本粒子的物理学产生了深远的影响。”60年代,随着各项粒子实验的进展,验证了量子电动力学(QED)的预测。因此到了时节物理学界会有一些得奖的呼声,结果诺奖顺理成章地带着遗憾发了下来[注1]。

作为科学顽童,人们当然想知道费曼那天在做什么。他自己也清晰地记录在不承认是自传的那书里。10月21日的凌晨4点(或许3点半),费曼被电话吵醒,他清晰地记得那个时候,直接怼了电话那边的人,“为啥一大早就来烦我?”当得知自己获得诺奖后,费曼回道:“可是我在睡觉!上午再打来就好了。”费曼的妻子格温妮丝(Gweneth Howarth)也醒来问他怎么回事,费曼告诉她自己得了诺奖。格温妮丝并没反应过来,因为费曼常跟妻子开玩笑,这回是真的了!

随后,与如今获奖者遭遇的情况一样,电话被打爆了,费曼想睡个回笼觉是不可能了。不堪其扰的他干脆把话筒放在一边,想着如何让这一切停下来,“或许我可以拒绝接受。”但他自己也知道这样好像不行,又挂好电话,随即铃声响起——来自《时代》周刊的记者。费曼问他有没有办法不接受这个奖?记者告诉费曼如果不领奖恐怕会引起更大的轰动。或许是这位记者的坦诚,让他们聊了二十分钟,这段让费曼觉得精彩的对话也并未公开。记者的问题总是相似的,他们要有史以来第一次给公众介绍什么是量子电动力学,它有什么用,跟计算机有什么关系,等等。即便是费曼,也招架不来,最后听从了一个记者的私下建议:“如果我能在一分钟里讲清楚我的工作,那就不值这个奖了。”那天他还把同样的问题抛给了朝永振一郎,两人通话中互相道贺,费曼问:

“你能不能用通俗的字眼告诉我你到底做了什么赢得这个奖?”“我很困。”

虽然有过这么一瞬拒绝的想法,但真正受邀去斯德哥尔摩领奖,费曼玩得可开心了。他最喜欢的是当地学生组织的一个聚会,给每个诺奖得主一枚“蛙式勋章”,要求获奖者模仿蛙叫。因为费曼小时候看过父亲的书《蛙》(The Frogs, Βάτραχοι,古希腊喜剧作家阿里斯托芬(Aristophanes)作品)——练过!跟我一起学蛙叫,“brek,kek,kek”——他成为在场最会蛙叫的人。

费曼与妻子在诺奖典礼舞会上丨图片来源:见水印

以费曼的性格,可以想象他拒绝诺奖的理由不过是怕一时麻烦,以他出众的“演技”,不会错过那些欢乐时刻。但有一个人,因为担心被媒体过度关注,认真考虑拒绝这一大奖,他正是费曼的偶像狄拉克(Paul Dirac,1902-1984),1933年“因发现原子理论很有用的新形式”与薛定谔(Erwin Schrödinger, 1887-1961)一起获奖。狄拉克没有拒绝成功,给他否定意见的是诺贝尔化学奖得主卢瑟福(Ernest Rutherford,1871-1937),“拒绝的话,会有更多公众关注你。”而不善言谈的狄拉克也并未透露出什么有趣内容。第二天英国各大报纸在时政新闻中挤出了一小块地方,“他只有31岁,有史以来获得物理奖最年轻的理论家。”[注2]在斯德哥尔摩接受采访时,狄拉克却一反常态地乐于回答问题,被问到量子力学对现实生活的意义,

“我的工作目前没有实际意义。”“但可能会有吗?”“那我不知道。但我觉得不会。无论如何,我已经研究这个理论8年了,现在我开始发展一个关于正电子的理论。我对文学不感兴趣,我不去剧院,也不听音乐。我只专注于原子理论。”

显然,狄拉克经受了许多采访,并且他在愿意说话时,会说很多。

那一年,狄拉克与薛定谔,以及海森堡(Werner Heisenberg,1901-1976)同时出现在诺奖颁奖典礼上,是诺奖史上辉煌的一幕。那次典礼,狄拉克和海森堡各自带了自己的妈妈,薛定谔带了妻子而非情人。丨图片来源:Physics World

在病床上接受荣誉

20世纪中伟大的物理学家中,朗道(Lev Landau,1908-1968)不会缺席。但对比费曼,苏联的朗道的获奖显得有些悲情,也很温馨。朗道于1962年1月7日遭遇严重车祸,头骨骨折。为了抢救朗道,除了医生护士,87名物理学家组成了一个“物理学指挥部”日夜守护。万幸的是,6周后朗道恢复了意识,3个月后才开口说了第一个词,而他的物理传奇之旅也因此断送了。或许诺奖委员会感到了紧迫,他们把该年度的诺贝尔奖单独颁给了朗道,以表彰“他对凝聚态物质特别是液氦的先驱性理论”。朗道提出两种玻色型元激发(准粒子)的微观理论,构建了氦II的能谱,成功解释了液氦(4He)在2.17K所展现的宏观上的超流性质;之后4He被认为是一种玻色型量子液体。朗道的这项工作使元激发(准粒子)成为凝聚态低温物理的重要范式。而这只是“朗道十诫”之一。

11月1日,朗道收到了瑞典皇家科学院的电报,被告知授予诺贝尔奖。第二天瑞典驻苏联大使前往医院,朗道躺在病床上接受了祝贺。随后记者蜂拥而至,朗道很乐于回答记者的问题。他特别对国外记者说,“这意味着苏联人民对世界进步所做出的伟大贡献又一次获得了普遍的认可。”接着,他要求记者们转达他对老师玻尔(Niels Bohr,1885-1962)的感谢——恃才傲物的朗道非常敬重玻尔。“请你们在刊物上转达我对我的老师尼尔斯·玻尔的感谢。在很多方面我都要感谢他的帮助。此时此刻我想其他,心中充满感激。“

1961年朗道与玻尔在莫斯科大学物理系“阿基米德日”活动上丨图片来源:letopis.msu.ru

12月10日,诺贝尔奖颁奖典礼在医院举行,这也是诺奖破例为朗道在医院颁奖。朗道自己走进大厅,接受了瑞典大使送上的奖章和证书,还有一张价值5万美元的支票。数学家斯季斯拉夫·克尔德什(Mstislav Vsevolodovich Keldysh,1911-1978)[注3]上前代表苏联科学院表示祝贺,朗道说,“我也祝贺你,但坦率地说,我不羡慕你。” 在场人笑了,因为克尔德什在前一年当选苏联科学院院士。人们知道,他还是那个喜欢开玩笑的朗道。

朗道在医院接受诺贝尔奖丨图片来源:nobelru.narod.ru(左);Valery Albertovich Gende-Rote(右)

两次获得诺奖什么感觉?

约翰·巴丁(John Bardeen,1908-1991):谢邀,比一杆进洞略好。巴丁是唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的科学家。1956年巴丁与威廉·肖克利(William B. Shockley,1910-1989)、沃尔特·布拉顿(Walter H. Brattain,1902-1987)一同因“对半导体的研究和晶体管效应的发现”获奖。1972年,他与两位学生利昂·库珀(Leon N. Cooper,1930-)和约翰·施里弗(John R. Schrieffer,1931-2019)因“共同发展超导理论,即通常所说的BCS理论”再次获奖。第一个奖项来的有些突然。1956年11月1日早晨,巴丁从儿女的欢呼声中得知自己获得了诺贝尔奖,而他此时正在给家人煎鸡蛋,兴奋地把平底锅摔倒了地上。等他回过神来,对全家说,“我想我最好刮一下胡子。”一个有趣的报道来自巴丁妻子的家乡华盛顿的报纸《华盛顿观察》(Washington Observer)[注4]:“本地一女子的丈夫获得诺贝尔奖。”

左图Electronics封面是肖克利在操作实验,巴丁在记录数据而布拉顿(右)在一旁观看。布拉顿本人认为这并没有反应真实情况。而应该是右图,他在操作,巴丁在记录,肖克利在看着实验。丨图片来源:Computer History Museum(左);AT&T Archives(右)

尽管沉浸在欢乐的庆祝活动中,巴丁内心深处却对获奖感到怀疑,他认为诺奖委员会的很多人都不确定这项技术是否值得得奖,甚至自己不应该因晶体管而获奖。但这次,诺奖没犯错误,晶体管的重要意义在今天无需多言。另一方面,巴丁的荣誉更多来自于他在理论方面的探索,他与布拉顿的精诚合作最终促成了点接触晶体管的诞生;而他们的组长肖克利在了解巴丁提出的表面理论以及布拉顿偶然发现的电解液[注5]的作用时,他继续研究硅半导体,最终独立发明了结型晶体管,而这也是如今真正实用晶体管的开端。

第一个点触式晶体管丨图片来源:britannica.com

在巴丁心中也有其他目标与诺奖媲美——一杆进洞。巴丁热衷于高尔夫,在获得诺奖后不久,他实现了一杆进洞的梦想。那次恰好是在伊利诺伊州的一个大学高尔夫球场完成的。后来巴丁被问及诺贝尔奖和一杆进洞哪个成就更大时,他回答说:

“或许两个诺贝奖的价值大于一杆进洞。”

至于高尔夫球和科学研究有什么关系,很可能是因为过程中偶尔会有惊喜,但常常失败(数杆不进),这样长期以往的锻炼,能让选手保持乐观的情绪和信心以应对更高难度的挑战。第二次获奖的工作正是今天热门。上世纪40-50年代,超导研究的理论探索实现突破,前文提到的费曼和朗道各也有贡献。巴丁三人在前人的基础上建立了低温超导理论,可以完美解释1911年昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes,1853-1926)发现的超导现象;在BCS理论基础上,物理学家发现了超导隧穿现象以及约瑟夫森效应,因此巴丁第二次获奖的呼声高了起来。而为了能让自己的两位学生获奖,巴丁在1967年给诺奖委员会写信,把延续BCS理论的人,江崎玲于奈(Leo Esaki,1925-)、伊瓦尔·贾埃弗(Ivar Giaever,1929)以及约瑟夫森(Brian Josephson,1940-)推荐了上去。这三人也在1973年获奖。

库珀(左)、巴丁和施里弗丨图片来源:nytimes.com

1972年10月19日,巴丁从一个瑞典记者口中得知自己再次获奖,但他并不相信,因为总有流言。可是第二天,他被诺奖官方电话吵醒,宁静的生活再次被打破。巴丁离开家时,车库的电动门突然故障,兴奋地记者们记下了晶体管发明者因为晶体管的失灵而被困住,他急忙解释,“出问题的不是晶体管,而是门外的开关。”有传言说本来那天他也要讲授超导相关的内容,一个记者跟他进了教室,听到巴丁说:

“我想现在讨论超导问题是合适的。”

在打高尔夫球的巴丁丨图片来源:materials.typepad.com

截至目前为止,巴丁是唯一一个两获物理奖的科学家,可他并没有像费曼、朗道那样传奇的轶事,也不善言辞。但他在正确的时间做了正确的事情,没有那么戏剧性,是一位真实的天才[注6]。
 

错失的双赢时刻

1999年诺贝尔物理学奖得主、荷兰物理学家特·胡夫特(Gerardus 't Hooft,1946-)是在作报告时得知自己获奖的。而这个特殊时刻本来应该双喜临门,他的朋友、意大利物理学家Antonino Zichichi(1929-)坚信他1998年能获得诺奖,便邀请他到博洛尼亚大学授予荣誉博士学位,并且安排在诺奖颁布的那一天。可事与愿违,当年的诺奖给了发现分数量子霍尔效应的三位物理学家。在失败预测方面,诺奖从不令人失望。

特·胡夫特和韦尔特曼在诺奖典礼上丨图片来源:Nobel Prize

第二年,特·胡夫特又被Zichichi邀请,颁奖的那天他正在做报告。演讲结束后,掌声特别热烈。他自己还纳闷,讲的内容还不至于好到这种程度。事实上,有学生离开了会场,在网上得知了最新消息,并把新闻打印了下来,然后悄悄投影到了屏幕上。只有特·胡夫特本人不知道,因为他背对着屏幕。

“他们说,‘看看你的屏幕’,然后我才意识到这将是我生命中的一个特殊时刻。”

从另一方面来说,诺奖公布时找不到人也是常见情况。当时没有人能找到特·胡夫特,最后工作人员找到了他的一位会说意大利语的妹妹,她才打电话到博洛尼亚大学,找到了得主本人。特·胡夫特和他的导师马丁纽斯·韦尔特曼(Martinus J. G. Veltman,1931-2021)一同“因阐明物理学中电弱相互作用的量子结构”得奖。1965年的诺奖是费曼等人揭示了电磁相互作用的量子结构,现在迎来了电弱相互作用的量子结构。对于后者,物理学家用非阿贝尔规范场描述,并预测会像阿贝尔规范场一样可重整化。这项艰巨的任务由特·胡夫特和韦尔特曼真正完成了证明,将粒子物理理论建立在更坚实的数学基上。参与到这项研究时,特胡夫特才22岁刚开始读博,2年后他们就解决了这个问题。他还发现了强相互作用渐近自由,但并未发表论文,这项2004年的诺贝尔奖工作授予他人。不过,如果想成为一个糟糕的物理学家,或许可以找他聊聊[注7]。

要做准备吗?

由于诺奖很多时候会授予经历长时间检验的工作,也有获奖者“遗忘”自己工作的情况。2016年诺贝尔奖得主科斯特利茨(J. Michael Kosterlitz,1943-)就是一位。他与戴维·索利斯(David J. Thouless,1934-2019)和邓肯·霍尔丹(Frederick D. M. Haldane,1951-),“因在物质拓扑相变和拓扑相领域的理论性发现“而获奖。科斯特利茨的获奖工作是二维超流体的相变,是拓扑缺陷导致量子相变的典型例子。正如诺奖官方所言,他们打开了通往未知世界的大门。推开门的时间在上世纪70年代,索利斯在当时就知道他们的工作值得一个诺奖,而到他们最终获奖过去了40年。他在访谈中回忆道,“但直到我在芬兰休年假时,这一切都没有发生。到那时,我已经完全放弃了获得诺贝尔奖的想法。”

 

科思特利茨从瑞典国王手中接过勋章。丨图片来源:Nobel Prize

电话总是那么突如其来,科斯特利茨正在一个购物中心的地下停车场,正要去吃啤酒寿司。他从口袋拿出手机,听到了瑞典口音的恭喜获奖。但他一时没有反应过来,甚至想努力说些什么都没有说出来,30秒的沉默后,

“最后我能想到的唯一一句话就是,‘Jesus’。”

有这样准备不足的,也有“准备”充裕的。维尔切克(Frank Wilczek,1951-)知道自己会获得诺奖——在理解夸克方面他的理论得到了实验证实,并且他认为会和特·胡夫特的得奖时间相似。有几年,他甚至在诺奖颁奖前都睡不着。最终,2004年惊喜降临,他与大卫·格罗斯(David J. Gross,1941-)、波利策(Hugh D. Politzer,1949-)“因发现强相互作用理论中的渐近自由”获奖。

维尔切克的诺奖证书丨图片来源:Nobel Prize

2004年10月5日,美国时间早晨5点时(6点公布结果),他觉得反正也睡不着了,就洗个澡吧,做好准备,万一真得奖了呢?还没走出浴室,维尔切克的妻子拿着电话来找他了——是的,他是全身湿着接听电话,而且与瑞典的同事聊了20分钟。“我的妻子试图把我擦干。所以这是一次很好的体验。”随后,他给自己的父母打了电话,他父亲误以为是骚扰电话直接狂暴:“你知道现在几点吗!你要干什么?你要卖什么?不管什么,我都不要!”诚然,诺奖通知时间对美国人不太友好。对于获奖者来说,无论他那一天那一刻在做什么,都会留下一段记忆。这个记忆对于普通人来说,也许只是八卦段子,但也可能是拉近与科学家距离的机会,毕竟如今科学难以理解的程度就是诺奖与普通人的距离——很可能这就是接下来新闻稿中公众唯一能看懂的部分了。对于有潜力的科学家,你们可以多多少少做点准备,否则上面那句话就成真了。

 

注释

[1] 诺奖总有很多遗憾。戴森(Freeman Dyson,1923-2020)无缘诺奖,最初许多物理学认为戴森只做了数学上的整合工作,但有真正理解相关问题的人知道,戴森才是对量子场论理解最深的,他完成了重整化纲领。

[2] 诺贝尔物理奖史上最年轻的获得者是劳伦斯·布拉格(William Lawrence Bragg,1890-1971),25岁时他与自己的父亲威廉·布拉格(William Henry Bragg)共同获得1915年诺奖,表彰“他们在X射线分析晶体结构方面的工作”。在理论家方面,李政道(1926.11.24-)打破了狄拉克的纪录。1933年11月9日狄拉克接到诺奖电话,31岁93天;1957年10月31日诺奖公布,李政道差23天满31岁,是物理奖历史上第二年轻的。

[3] 克尔德什是一位出生于拉脱维亚的苏联应用数学家和力学专家,他在空气流体动力学方面做了重要的工作。他的名字与苏联的国防工程、空间科学紧密联系在一起,后对苏联计算机产业发展有重大影响。

[4] 该报纸现在是Observer–Reporter 

[5] 因为实验设备上总有液滴导致实验误差,布拉顿干脆将整套设备泡在水里,结果发现了电解液导致光伏效应放大。此后他们希望通过加入电解液将电势引出,而最终电解液也被锗半导体替代,实现了点触式晶体管。

[6] 巴丁传记Ture Genius被翻译为旷世奇才,显然有向市场妥协之意。书中最后一章作者从巴丁身上探讨了一位天才的培养,真正的天才与文化传统中下那种天才不同,是在多方条件下促成的,更具有实际意义。

[7] 他的一篇博文,https://webspace.science.uu.nl/~hooft101/theoristbad.html 

参考文献

1. Richard. P. Feynman, Ralph Leighton, "Surely you're joking, Mr. Feynman." (2018). 

2. 格雷克(J. Gleick)著, 黄晓玲,译, 费曼传, 高等教育出版社, 2014.7. 

3. 格雷厄姆·法梅洛(Graham Farmelo)著, 邱涛涛译, 量子怪才: 保罗·狄拉克传, 中信出版社, 2022.5

4. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1962/ceremony-speech/ 

5. 朗道的超流理论赏析, https://mp.weixin.qq.com/s/afhvSmJCn6db8zsfNS5X_w 

6. 迈娅·比萨拉比著, 李雪莹译, 朗道传, 高等教育出版社, 2018.11 

7. http://www.prometeus.nsc.ru/archives/exhibits/landau/pagelif6.ssi#ch08 

8. Lilian Hodnson Vicki Daitch, 文慧静, 沈衡译, 旷世奇才: 巴丁传, 上海科技教育出版社, 2007.7 

9. 刘树勇, 王晓义."毁誉参半的科学天才——纪念威廉·肖克莱诞辰100周年." 自然辩证法通讯 32.03(2010):98-107+128.  

10. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/47016 

11. 张肇西."非阿贝尔规范场的重整化理论——1999年诺贝尔物理学奖介绍". 物理. 02(2000): 76-77. 

12. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1999/press-release/ 

13. 拓扑量子物态理论获诺奖名至实归 | 文小刚点评https://mp.weixin.qq.com/s/4kFBLHFf7VAr860h-Rgeig

14. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/47183

15. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/44536 
 

出品:科普中国

 



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