撰文 | 劉辛味

2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一半頒給了美國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles），表彰他“對(duì)物理宇宙學(xué)的理論發(fā)現(xiàn)”。另一半頒給了兩位瑞士天體物理學(xué)家，曾是師徒的米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz），兩人”因發(fā)現(xiàn)圍繞太陽(yáng)型恒星運(yùn)行的系外行星”而摘得殊榮。物理宇宙學(xué)和發(fā)現(xiàn)地外行星看似是兩個(gè)領(lǐng)域，給人感覺(jué)是諾獎(jiǎng)強(qiáng)行湊三個(gè)人“拼桌”。而諾獎(jiǎng)委員會(huì)也強(qiáng)行圓了過(guò)來(lái)，授予頒獎(jiǎng)理由為“他們?yōu)槔斫庥钪嫜莼偷厍蛟谟钪嬷械奈恢盟龀龅呢暙I(xiàn)”。實(shí)際上，諾獎(jiǎng)（物理學(xué)獎(jiǎng)）百年歷史上確實(shí)有多次頒獎(jiǎng)給不同領(lǐng)域的研究，但又暗含關(guān)聯(lián)的成果。

兩人因一人的發(fā)現(xiàn)而三人同時(shí)獲獎(jiǎng)

1903年的物理學(xué)獎(jiǎng)不能算做拼湊，但是獲獎(jiǎng)理由也很有趣。1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一半頒給了法國(guó)物理學(xué)家亨利·貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel），以表彰他發(fā)現(xiàn)了天然放射性。另一半授予了居里夫婦——皮埃爾·居里（Pierre Curie）和瑪麗·居里（Mariel Curie），他們兩人因“對(duì)亨利·貝克勒爾教授發(fā)現(xiàn)的輻射現(xiàn)象共同研究所做的卓越貢獻(xiàn)”而獲獎(jiǎng)。

很顯然，他們都因?yàn)榉派湫缘难芯慷@獎(jiǎng)，但如果按諾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)的一貫思路，獎(jiǎng)給開(kāi)創(chuàng)性的研究，貝克勒爾應(yīng)該獨(dú)得獎(jiǎng)項(xiàng)。或者應(yīng)再加上英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福，他解釋了放射性的本質(zhì)，即同位素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地輻射而衰變成另一種同位素，并首次提出了半衰期的概念。這項(xiàng)杰出成果使他獲得了1908年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1896年，X射線被發(fā)現(xiàn)后不久，貝克勒爾就在研究哪些熒光物質(zhì)能產(chǎn)生X射線。在非常偶然的情況下，他得到了一張被鈾鹽放射性污染的底片，使他意識(shí)到了有一種與X射線不同，但也有很強(qiáng)穿透能力，并且是自發(fā)的輻射。他的這次偶然發(fā)現(xiàn)是人類歷史上第一次發(fā)現(xiàn)了原子核放出輻射，由此開(kāi)創(chuàng)了嶄新的領(lǐng)域——核物理學(xué)。

居里夫婦在放射性研究的貢獻(xiàn)則是首先是改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方法。他們是在了解貝克勒爾的工作之后開(kāi)始進(jìn)行研究的，最初只是重復(fù)貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)，但用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是皮埃爾和其哥哥雅克（Jacques Curie）制造的石英晶體壓電秤，大大提高了實(shí)驗(yàn)精度。在進(jìn)行了大量礦石和化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)后，居里夫人認(rèn)為，元素能夠自發(fā)地放出輻射應(yīng)該是一種普遍現(xiàn)象，接著便開(kāi)始尋找新的放射性物質(zhì)。

居里夫婦研究更主要的貢獻(xiàn)是對(duì)成分復(fù)雜的瀝青鈾礦中進(jìn)行提取、分離和提純。他們?cè)诔恋砦镏姓业搅艘环N新元素，命名為釙（以紀(jì)念居里夫人的祖國(guó)波蘭），進(jìn)而又發(fā)現(xiàn)了鐳，并進(jìn)一步提純，最終從8噸礦渣中提取了0.1g的純鐳。這項(xiàng)貢獻(xiàn)讓她獨(dú)享1911年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（皮埃爾因車(chē)禍在1906年去世）。后來(lái)居里夫人帶領(lǐng)她的學(xué)生（包括她的女兒和女婿）繼續(xù)研究，居里夫人最終因?yàn)殚L(zhǎng)期的輻射而患上重疾，遭受了長(zhǎng)期折磨后離世。

從今天諾獎(jiǎng)要“排隊(duì)”領(lǐng)取的形勢(shì)來(lái)看，要想同一領(lǐng)域連拿物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)應(yīng)該不大可能。但如果要給居里夫人兩座諾獎(jiǎng)，或許她可以拿一座和平獎(jiǎng)。在第一次世界大戰(zhàn)中，居里夫人發(fā)明了移動(dòng)式X照相裝置，自學(xué)并傳授放射醫(yī)學(xué)知識(shí)與技能，還建立了首個(gè)法國(guó)軍事放射中心。作為放射醫(yī)學(xué)的先驅(qū)，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)和波蘭的獨(dú)立解放做出了杰出貢獻(xiàn)。盡管為了抬高或貶低居里夫人，后人給她編纂了不少故事，但她艱苦卓絕的精神仍不失為后人的榜樣。

看不出來(lái)兩者關(guān)系的獎(jiǎng)項(xiàng)

1927年的物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了兩個(gè)完全不同的工作。一半獎(jiǎng)金由美國(guó)物理學(xué)家康普頓（Arthur Compton）得到，以表彰“發(fā)現(xiàn)了以他名字命名的效應(yīng)”——康普頓效應(yīng)。另一半由英國(guó)核物理先驅(qū)威爾遜（C.R.T. Wilson）得到，表彰他“用蒸汽凝聚使帶電粒子的徑跡成為可見(jiàn)的方法”。

康普頓散射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，當(dāng)X射線或γ射線對(duì)電子散射時(shí)，散射后的射線不僅有原波長(zhǎng)的射線，還有波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線的出現(xiàn)，而兩者的波長(zhǎng)差跟散射角度有關(guān)，這種現(xiàn)象被稱之為康普頓效應(yīng)。實(shí)際上這一現(xiàn)象并不是康普頓最先觀察到的，早在1904年英國(guó)物理學(xué)家伊夫（A. S. Eve）就發(fā)現(xiàn)了γ射線有康普頓效應(yīng)的跡象，但是那時(shí)γ射線剛被發(fā)現(xiàn)，根本不知道其本質(zhì)。

1919年，康普頓來(lái)到卡文迪許實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行γ射線的研究，他以精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)定了γ射線的波長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)散射后的波長(zhǎng)變得更長(zhǎng)，之后也發(fā)現(xiàn)了X射線有相同的現(xiàn)象。盡管實(shí)驗(yàn)做得出色，可這種現(xiàn)象的理論解釋一直存在困難，為此康普頓還提出過(guò)一些基于經(jīng)典物理的模式模型，但這些解釋都不完美。

1922年，康普頓只依靠物理學(xué)中最基本的兩個(gè)守恒——?jiǎng)恿渴睾愫湍芰渴睾?，利用光量子模型，推?dǎo)出了一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的方程。散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)實(shí)際上就是入射光子的部分能量轉(zhuǎn)移到了電子上。這種解釋直接呈現(xiàn)出了輻射的量子性質(zhì)，首次直接證實(shí)了愛(ài)因斯坦從光電效應(yīng)中提出的光量子假說(shuō)，像γ射線這樣的電磁輻射也可以被描述為光子，光子不僅有能量，也有動(dòng)量。

在物理學(xué)發(fā)展歷程中，光電效應(yīng)已占有十分重要的位置，而康普頓效應(yīng)則更進(jìn)一步，為理解光的波粒二象性和物質(zhì)波假說(shuō)提供了令人信服的證據(jù)，給量子力學(xué)的發(fā)展提供了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。（直至今天仍有許多問(wèn)題，相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)《康普頓散射的新進(jìn)展》）

康普頓（Arthur H. Compton，1892-1962）丨圖源：photos.aip.org

值得一提的是，康普頓的學(xué)生，中國(guó)物理學(xué)家吳有訓(xùn)在散射實(shí)驗(yàn)中做出了很多貢獻(xiàn)，證實(shí)了康普頓效應(yīng)的普遍性。另一位中國(guó)物理學(xué)家趙忠堯在康普頓散射實(shí)驗(yàn)中最早發(fā)現(xiàn)了正電子?？上麄兌紱](méi)能獲得諾獎(jiǎng)。（參見(jiàn)《LIGO-Virgo發(fā)現(xiàn)所謂“不可能”黑洞，黑洞質(zhì)量禁區(qū)真的存在嗎？》插曲一節(jié)）

這一年的另外一半諾獎(jiǎng)工作其實(shí)和康普頓效應(yīng)有直接關(guān)系。威爾遜的貢獻(xiàn)是發(fā)明了云室（cloud chamber）——一種可以探測(cè)粒子軌跡的裝置，也是最早的帶電粒子探測(cè)器，因此也稱威爾遜云室。

這項(xiàng)裝置的發(fā)明可以追溯到威爾遜在高山上當(dāng)觀測(cè)員時(shí)。他對(duì)太陽(yáng)照在山峰的云霧顯示出奇異的光學(xué)現(xiàn)象感到好奇，想在實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)。1895年，威爾遜根據(jù)前人的工作設(shè)計(jì)了一套使蒸氣冷凝成云霧的裝置，也就是早期的云室。同時(shí)，他也意識(shí)到了一個(gè)前人留下的問(wèn)題：為什么在空氣中沒(méi)有塵埃時(shí)就不能產(chǎn)生云霧，是因?yàn)榕蛎洷炔粔虼?。在去除塵埃的精準(zhǔn)測(cè)量后，他發(fā)現(xiàn)氣體中存在某種凝結(jié)核心并且大小不超過(guò)分子，云霧正是由這種凝結(jié)核成為可見(jiàn)的液滴而形成，便推測(cè)凝結(jié)核是否是帶電的原子。

在卡文迪許實(shí)驗(yàn)工作的威爾遜有機(jī)會(huì)用到早期的X射線管，他就用X射線照射云室的氣體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了空氣在X射線下發(fā)生了電離，這正是他的導(dǎo)師湯姆遜（J. J. Thomson）氣體導(dǎo)電理論所得到的結(jié)論（該研究獲得了1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。

之后幾年，威爾遜不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，到1911年他發(fā)明了威爾遜云室，利用蒸汽絕熱膨脹，溫度降低后會(huì)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，此時(shí)如果有帶電粒子進(jìn)入過(guò)飽和區(qū)域，就會(huì)使路徑上的氣體分子電離，這些離子就能作為凝結(jié)核使水蒸汽凝結(jié)成可見(jiàn)的液滴，從而把粒子的路徑顯示出來(lái)，并且結(jié)果可以被拍下來(lái)。他通過(guò)云室找出了α和β粒子的軌跡，證實(shí)了X射線具有粒子性，自此云室成為了研究核物理及粒子物理的有力實(shí)驗(yàn)工具，。

1932年，美國(guó)物理學(xué)家安德森（Carl Anderson）正是用云室拍下了正電子的軌跡，發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)反粒子，獲得了1936年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。額外提一句，這一年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)看似也是“拼桌”，另一半獎(jiǎng)勵(lì)給了奧地利裔美國(guó)物理學(xué)家赫斯（Victor Hess），表彰他對(duì)宇宙射線的發(fā)現(xiàn)。但正電子正是在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)的，兩者有密切聯(lián)系。

要說(shuō)威爾遜的工具和康普頓效應(yīng)到底有啥關(guān)系而同時(shí)獲獎(jiǎng)？事實(shí)上各種帶電粒子在散射中都會(huì)顯示出康普頓效應(yīng)。1924年，康普頓本人和威爾遜各自獨(dú)立用云室找到了反沖電子的“魚(yú)跡”（威爾遜稱呼為fish track，因?yàn)榉礇_電子的軌跡像魚(yú)的形狀），證實(shí)了可以用量子論解釋X射線散射反沖電子的軌跡。最初當(dāng)康普頓發(fā)表了關(guān)于康普頓效應(yīng)的論文后，引發(fā)了爭(zhēng)議，而在云室拍下的電子軌跡照片很大程度上消除了當(dāng)時(shí)物理學(xué)家對(duì)康普頓效應(yīng)的質(zhì)疑。兩人同獲諾獎(jiǎng)，實(shí)至名歸。

量子力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1954年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)也是由兩人分享。一位是德國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家玻恩（Max Born），以表彰他對(duì)量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究，特別是對(duì)波函數(shù)所作的統(tǒng)計(jì)解釋；另一位獲獎(jiǎng)?wù)呤堑聡?guó)物理學(xué)家博特（Walther Bothe），他因“提出了符合法和隨之而來(lái)的發(fā)現(xiàn)”。咋一看，又是兩個(gè)沒(méi)關(guān)系拼在一起得獎(jiǎng)，但實(shí)際上還是能找到點(diǎn)共同之處。

先說(shuō)說(shuō)玻恩。玻恩可是一位不得了的人物，就算在所有物理學(xué)家里也是最頂尖的那一批，他是量子力學(xué)的奠基人之一，在固體物理和光學(xué)方面也頗有建樹(shù)。而且，他是位出色的老師，可以說(shuō)是大師之大老師（MacTutor of maestros，即本人和其學(xué)生都是大師的老師。這類老師有索末菲、費(fèi)米等。相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)《天才與良知——那個(gè)尖銳的物理學(xué)家泡利》）。玻恩是哥廷根物理學(xué)派的領(lǐng)袖，影響了一大批20世紀(jì)的物理人才，其中包括多位中國(guó)物理學(xué)家。玻恩被美國(guó)科學(xué)史家科恩（I. B. Cohen）評(píng)價(jià)為“物理學(xué)家中的物理學(xué)家”，是一位如果他不得諾貝爾獎(jiǎng)將是諾獎(jiǎng)遺憾的典型。

1923年起玻恩致力于研究量子論，他可以被作舊量子論的摧毀者。以玻爾原子模型為首的一批理論創(chuàng)造了量子力學(xué)的早期輝煌，這些理論現(xiàn)在被稱為舊量子論。然而在20世紀(jì)20年代，舊量子論已經(jīng)無(wú)法解釋新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，比如氦原子光譜、反常塞曼效應(yīng)等。

1925年，年輕的海森堡創(chuàng)新地提出了量子力學(xué)的矩陣力學(xué)表述，當(dāng)時(shí)海森堡可以說(shuō)是玻恩的助教，玻恩發(fā)現(xiàn)這種表達(dá)形式與數(shù)學(xué)上的矩陣代數(shù)相一致。他們兩人，再加上玻恩的學(xué)生約當(dāng)（Pascual Jordan）合作發(fā)表了一篇論文，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)形式全面系統(tǒng)地闡述了海森堡之前的提出的理論，正式宣告矩陣力學(xué)誕生。這項(xiàng)工作讓海森堡在1932年獨(dú)得諾獎(jiǎng)。

之后，玻恩又對(duì)量子力學(xué)的另一種表述形式——波動(dòng)力學(xué)——作了重要補(bǔ)充。他完善了波函數(shù)的物理意義，提出了波函數(shù)的幾率解釋，這成為了后來(lái)波動(dòng)力學(xué)被普遍接受的重要原因。提出波動(dòng)力學(xué)的奧地利物理學(xué)家薛定諤和英國(guó)物理學(xué)家狄拉克一同分享了1933年的諾貝爾獎(jiǎng)，玻恩再次無(wú)緣。

為什么沒(méi)和海森堡等人一同獲獎(jiǎng)，其實(shí)最直接的解釋是，在20世紀(jì)30年代他只獲得過(guò)3次提名。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家低估了玻恩的貢獻(xiàn)，認(rèn)為他不足以和海森堡、薛定諤的貢獻(xiàn)相比。而且玻恩本人也比較謙遜，他知道當(dāng)時(shí)還有一批人不相信他的幾率解釋，其中就包括愛(ài)因斯坦。實(shí)際上這反映了科學(xué)界的一種復(fù)雜性。玻恩在極力推崇海森堡的同時(shí)，海森堡并沒(méi)有給予同樣的贊揚(yáng)，反而長(zhǎng)時(shí)間保持緘默。好在玻恩最終還是獲得了諾獎(jiǎng)，而他出色的學(xué)生約當(dāng)永遠(yuǎn)和諾獎(jiǎng)失之交臂了。

1954年分享另一半獎(jiǎng)金的是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，博特發(fā)明的符合法用于探測(cè)電離輻射的粒子探測(cè)器，新的方法大幅提高了計(jì)數(shù)的效率。

1908年，德國(guó)物理學(xué)家蓋革（Hans Geiger）和英裔新西蘭物理學(xué)家馬斯登（Ernest Marsden）在盧瑟福的指導(dǎo)下進(jìn)行了蓋革-馬斯登實(shí)驗(yàn)（金箔實(shí)驗(yàn)），由此發(fā)明了一種能記錄帶電粒子數(shù)量的計(jì)數(shù)管，當(dāng)帶電粒子穿過(guò)計(jì)數(shù)管時(shí)，里面的氣體會(huì)被電離從而導(dǎo)電，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。1924年博特改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，他把兩個(gè)計(jì)數(shù)管連在一起，并接入一個(gè)邏輯電路（符合電路）。若兩個(gè)計(jì)數(shù)管內(nèi)同時(shí)發(fā)送了脈沖，則輸出信號(hào)，表明事件是同一個(gè)粒子造成，或是粒子運(yùn)動(dòng)足夠快可忽略兩管之間的移動(dòng)時(shí)間，這種方法就是符合計(jì)數(shù)法。

通過(guò)符合法可以選擇特定方向運(yùn)動(dòng)的粒子，因此在測(cè)量宇宙射線的研究中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在1930年左右相關(guān)重要發(fā)現(xiàn)都用到了符合法。另外，前面提到的康普頓獲得諾獎(jiǎng)，其實(shí)也要感謝博特的工作。博特和蓋革用符合法驗(yàn)證了康普頓散射過(guò)程中光子和反沖電子同時(shí)出現(xiàn)，每次碰撞中的能量和動(dòng)量守恒，而非只是統(tǒng)計(jì)意義上。這對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義，如今符合法在量子光學(xué)領(lǐng)域是常用的方法。

為什么要把他們倆放在一起得諾獎(jiǎng)，那一定都是跟量子力學(xué)的未來(lái)有關(guān)，盡管對(duì)非專業(yè)人士來(lái)說(shuō)看起來(lái)像是硬湊的。其實(shí)1955年的物理學(xué)獎(jiǎng)也是兩個(gè)不同的發(fā)現(xiàn)“蘭姆位移”和“電子磁矩”，但最終可以用同一個(gè)理論解釋，即量子電動(dòng)力學(xué)。

兩個(gè)方向硬湊

1978年的物理學(xué)獎(jiǎng)可以說(shuō)是硬拼湊的典型了，頒給了兩個(gè)完全不同的方向。獨(dú)享一半獎(jiǎng)金的是蘇聯(lián)物理學(xué)家卡皮查（Pyotr Kapitsa），因“低溫物理學(xué)的基本發(fā)明和發(fā)現(xiàn)”而獲獎(jiǎng)。另一半獎(jiǎng)金由美國(guó)的兩位工程師彭齊亞斯（Arno A. Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert .W. Wilson）獲得，他們因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射而獲獎(jiǎng)。

低溫物理學(xué)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在低溫環(huán)境下研究物質(zhì)性質(zhì)的一門(mén)學(xué)科。所有物質(zhì)都是由不斷運(yùn)動(dòng)的原子和分子組成，而它的溫度就取決于“熱運(yùn)動(dòng)”的強(qiáng)度。當(dāng)溫度到達(dá)絕對(duì)零度，熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)停止。在極低溫的條件下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)很多非同尋常的性質(zhì)，比如超導(dǎo)性。1913年荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯（Heike Onnes）因?yàn)橹迫×艘汉げl(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的超導(dǎo)性而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這也是該領(lǐng)域的第一個(gè)諾獎(jiǎng)。

1934年卡皮查設(shè)計(jì)了一種生產(chǎn)液氦的新裝置，可以在不用液氫冷卻的情況下大量產(chǎn)生液氦，為低溫物理學(xué)開(kāi)創(chuàng)新時(shí)代。隨后卡皮查又進(jìn)行了一系列的液氦實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)了液氦的超流動(dòng)性——在絕對(duì)零度之上約2開(kāi)爾文時(shí)，液體的黏度極低甚至消失了。他的實(shí)驗(yàn)證明了氦II處于一種宏觀的量子狀態(tài)，量子效應(yīng)起主導(dǎo)作用。后來(lái)另一位蘇聯(lián)物理學(xué)家朗道理論上解釋了超流現(xiàn)象的原因，他因“對(duì)凝聚態(tài)特別是液氦的先驅(qū)性理論”獲得了1962年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

朗道的貢獻(xiàn)不止一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，他在1962年獲獎(jiǎng)的原因更大可能是因?yàn)楫?dāng)年年初遭遇了車(chē)禍。諾獎(jiǎng)不發(fā)給過(guò)世的人——再不發(fā)給他可能就來(lái)不及了！還有兩位俄羅斯物理學(xué)家當(dāng)時(shí)與朗道一起研究超導(dǎo)體和超流體，他們直到2003年才獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

卡皮查是位巨匠級(jí)的物理學(xué)家，除了低溫物理學(xué)，還在強(qiáng)磁場(chǎng)、高溫等離子體等研究而聞名。他也是蘇聯(lián)物理學(xué)的領(lǐng)軍人物，蘇聯(lián)科學(xué)院主席團(tuán)成員，莫斯科物理技術(shù)研究所(MFTI) 的創(chuàng)始人之一。朗道曾因政治原因入獄一年，正是卡皮查找到斯大林抗議交涉，最終使朗道無(wú)罪釋放。

1978年的另一半諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)與2019年的諾獎(jiǎng)有關(guān)。1963年，彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜這兩位貝爾實(shí)驗(yàn)室的工程師把一臺(tái)通訊衛(wèi)星的接受裝置改裝成了射電望遠(yuǎn)鏡，用來(lái)接收宇宙中傳來(lái)的無(wú)線電波，這是現(xiàn)代天文學(xué)中最重要的研究方法之一。當(dāng)他們測(cè)量天線性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)法解釋的現(xiàn)象，無(wú)論天線通向何處，都有一個(gè)等效溫度為3.5K的噪聲，多余的溫度是哪里來(lái)的？他們想辦法排除各種干擾，還發(fā)現(xiàn)了天線上棲息了一對(duì)鴿子，留下不少鴿子糞，他們一度以為這就是罪魁禍?zhǔn)?，結(jié)果清理干凈后還是噪聲還在。折騰了一年，他們才意識(shí)到了這應(yīng)該是一次新發(fā)現(xiàn)。

普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)家迪克（Robert H. Dicke）等人當(dāng)時(shí)也在進(jìn)行相關(guān)的工作，而且正是他向貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩人建議使用輻射計(jì)搜尋宇宙的微波背景，提出是否可能存在于宇宙早期殘留下來(lái)的某種輻射。當(dāng)彭齊亞斯聯(lián)系到迪克時(shí)，迪克說(shuō)，“我們被搶先了”——他們兩人先發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射。

在大爆炸模型中，宇宙早期是充滿著高溫致密的等離子體和輻射，隨著宇宙膨脹而逐漸冷卻。當(dāng)冷卻到一定溫度，質(zhì)子和電子結(jié)合成了中性的氫原子，宇宙開(kāi)始變得透明，接下來(lái)光子開(kāi)始自由地在空間中移動(dòng)，這一過(guò)程被稱之為光子退耦。隨著空間的膨脹能量越來(lái)越少，遺留下來(lái)的輻射已經(jīng)到了微波波段，這就是宇宙微波背景輻射，也稱之為遺留輻射。

彭齊亞斯和威爾遜沒(méi)能對(duì)這種輻射做出理論上的解釋，所以他們的發(fā)現(xiàn)也遭受了一些爭(zhēng)議，很多科學(xué)家認(rèn)為預(yù)測(cè)了宇宙微波背景輻射，并對(duì)大爆炸模型奠定基礎(chǔ)的阿爾弗（Ralph Alpher）和伽莫夫（George Gamow）、赫曼（Robert Herman）應(yīng)該獲得諾獎(jiǎng)，他們的理論誕生于20世紀(jì)40年代，盡管在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有被廣泛關(guān)注，后來(lái)人們才意識(shí)到對(duì)宇宙學(xué)發(fā)展的重要性。

要得諾獎(jiǎng)最好只有一位合作伙伴。2006年，兩位美國(guó)物理學(xué)家因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)微波背景輻射的黑體形式和各向異性獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，再次將諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了宇宙學(xué)領(lǐng)域。他們利用衛(wèi)星進(jìn)行了觀測(cè)，他們的工作對(duì)探索宇宙起源，發(fā)展宇宙學(xué)成為一門(mén)精準(zhǔn)科學(xué)方面起到了重要作用。

這一門(mén)學(xué)科的理論發(fā)展，不得不提到去年諾獎(jiǎng)得主物皮布爾斯（James Peebles）。他就是對(duì)宇宙微波背景輻射做出系統(tǒng)的理論解釋的人，描述了宇宙演化過(guò)程，不僅有數(shù)學(xué)推導(dǎo)，密切結(jié)合物理過(guò)程的分析，發(fā)展了一系列的相關(guān)理論。當(dāng)今了解到已知物質(zhì)占據(jù)5%，未知物質(zhì)和能量占據(jù)95%的推測(cè)也源于他的理論，并且得到了觀測(cè)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

2004年，皮布爾斯獲得了首屆邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)評(píng)價(jià)他：“他為理論和觀察方面的幾乎所有現(xiàn)代宇宙學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，將高度猜測(cè)性的領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)榫芸茖W(xué)。”作為當(dāng)今在世對(duì)宇宙學(xué)貢獻(xiàn)最大，可謂開(kāi)宗立派的物理學(xué)家，諾獎(jiǎng)發(fā)給他絕對(duì)沒(méi)有爭(zhēng)議，只是會(huì)讓人覺(jué)得與系外行星的發(fā)現(xiàn)好像頒發(fā)了兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。至于為什么沒(méi)把他和之前幾位放在一起獲獎(jiǎng)，一個(gè)很容易的推測(cè)就是：當(dāng)年大牛扎堆，給還是不給，是個(gè)問(wèn)題。

未來(lái)還有拼湊嗎？

離我們較近的，兩個(gè)領(lǐng)域湊在一起的還有2009年。這一年一半給了華裔物理學(xué)家高錕，獎(jiǎng)勵(lì)他對(duì)“光在光纖傳輸方面所取得的開(kāi)創(chuàng)性成就”，另一半由是加拿大裔美籍物理學(xué)家博伊爾（Willard Boyle）和美國(guó)史密斯（George E. Smith）獲得，他們發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件——CCD傳感器。

這兩項(xiàng)成就更接近我們今天的生活，光纖上網(wǎng)、數(shù)碼相機(jī)普及到了大眾，為今天的信息化社會(huì)奠定了基礎(chǔ)，他們分別獲獎(jiǎng)也合情合理。如果非要找點(diǎn)聯(lián)系，那肯定是都跟光學(xué)有關(guān)，可史密斯和博伊爾在研發(fā)CCD時(shí)候，只是想做一個(gè)電子儲(chǔ)存器，并未想到能用來(lái)成像。因此實(shí)際把CCD用在成像上的貝爾實(shí)驗(yàn)室Eugene I. Gordon和Michael Tompsett聲稱應(yīng)該獲得諾獎(jiǎng)，他們進(jìn)而發(fā)展了將CCD應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)。

很明顯，諾貝爾獎(jiǎng)的頒發(fā)是在不斷妥協(xié)。諾獎(jiǎng)?lì)C給最具原創(chuàng)性的，又不能給四個(gè)人，那就湊個(gè)對(duì)挺好。其實(shí)2018年的物理學(xué)獎(jiǎng)也有拼湊的痕跡，雖然都是激光領(lǐng)域，但一個(gè)光鑷（相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)《誰(shuí)能操控你的基因?》），一個(gè)是激光放大（相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)《給老媽講諾貝爾獎(jiǎng)：2018年物理學(xué)獎(jiǎng)的啁啾是什么？| 小爐匠沙龍》），一弱一強(qiáng)，是兩個(gè)截然不同方向。

對(duì)于2019年諾獎(jiǎng)的另一半——系外行星的發(fā)現(xiàn)，也有個(gè)有趣的問(wèn)題。米歇爾·麥耶和迪迪?！た迤潈扇耸峭ㄟ^(guò)徑向速度探測(cè)的方法，即觀測(cè)恒星與行星由于引力作用下遠(yuǎn)離（紅移）或靠近（藍(lán)移）地球，根據(jù)光譜的周期變化發(fā)現(xiàn)恒星的位置。他們這套方法開(kāi)創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域，獲得諾獎(jiǎng)也是實(shí)至名歸的。2009年的諾獎(jiǎng)貢獻(xiàn)在天文觀測(cè)上起到了非常重要在的作用，光纖是光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)工具，可以把星光完美地導(dǎo)入光譜儀中。而CCD則提高了設(shè)備對(duì)光的靈敏度。正所謂工欲善其事，必先利其器，他們還用到了更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星。

在系外行星發(fā)現(xiàn)的歷程上，還有一位天文學(xué)家做出了杰出貢獻(xiàn)，他也應(yīng)是諾貝爾獎(jiǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。美國(guó)天文學(xué)家Geoffrey Marcy因?yàn)殚_(kāi)創(chuàng)了凌星法而聞名——根據(jù)行星繞在恒星前光變曲線發(fā)生周期性變化而發(fā)現(xiàn)恒星。這種方法在系外行星搜索大賽的早期占據(jù)優(yōu)勢(shì)，最早發(fā)現(xiàn)的100顆系外行星他一人就找到了70顆。

可在2015年Marcy因?yàn)樾则}擾指控而名聲掃地，最終只能看到兩位同行獲獎(jiǎng)。因此可以推測(cè)，諾獎(jiǎng)委員會(huì)發(fā)現(xiàn)正好二缺一，那就趕緊發(fā)給皮布爾斯，皆大歡喜。而且皮布爾斯獲獎(jiǎng)呼聲一直很高，他已經(jīng)多年陪跑，他們?cè)谝黄饚椭覀兞私饬擞钪嫜莼?，?duì)我們?cè)谟钪嬷械奈恢糜辛诵碌恼J(rèn)識(shí)。因此，雖然看起來(lái)像頒發(fā)了兩個(gè)獎(jiǎng)拼桌，還被認(rèn)為有些意外，其實(shí)是合情合理的。

上一次頒發(fā)給兩個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)是十余年前了，未來(lái)會(huì)不會(huì)有更多的拼湊？在近年來(lái)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)A(yù)測(cè)中，呼聲較高的包括高溫超導(dǎo)、量子糾纏、減速光、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、黑洞觀測(cè)等，這些成就有些就是一人貢獻(xiàn)最大，比如做出減速光的女科學(xué)家Lene Hau，再為她搭配另一個(gè)方向是完全有可能。把盡可能沒(méi)爭(zhēng)議的獲獎(jiǎng)?wù)咂丛谝黄鸢l(fā)，何樂(lè)而不為？

最后總結(jié)一句話，送給未來(lái)有希望獲獎(jiǎng)的你們：百年諾獎(jiǎng)，爭(zhēng)議不斷，比拼壽命，方能成功。

參考資料

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Scientifc Background on the Nobel Prize in Physics 2019, Physical CoSmology and An Exoplanet Orbiting A Solar-type Star, The Nobel Committee for Physics.