2017年的诺贝尔物理学奖颁给了美国物理学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip S. Thorne)和巴里·巴里什(Barry C. Barish),以表彰他们领导建设激光干涉仪引力波天文台(简称LIGO),进而首次直接探测到引力波的伟大成就。但遗憾的是,有一位苏格兰的物理学家,与韦斯和索恩同为LIGO的三大创始人之一,却与这个最著名的科学奖失之交臂。
他就是刚刚于今年3月7日去世的罗纳德·德雷福。如果他还在世,同样能分享这次的诺贝尔物理学奖。
LIGO三巨头的初相遇。人生的前40年,德雷福过得相当平淡。他按部就班地在苏格兰的格拉斯哥大学念完了本科和博士,然后又留校任教。1969年是一个转折点。那一年,美国物理学家韦伯宣布他用“韦伯棒”探测到了引力波的存在。
这个消息激起了德雷福对引力波探测的强烈兴趣,并促使他在上世纪70年代初走上了引力波探测的道路。与自己的学生詹姆斯•霍夫一起,德雷福建造了探测能力更强的“韦伯棒”。但经过数年的搜索,德雷福完全没发现任何引力波存在的迹象;由此,他意识到 “韦伯棒”其实没什么前途。与此同时,越来越多人开始关注用“激光干涉仪”来探测引力波的新方法。
这种新方法是麻省理工学院教授雷纳·韦斯在1967年给研究生上课的时候想到的。
激光干涉仪有一个重要指标,那就是半透镜与反射镜间的距离,也就是激光干涉仪的臂长。臂长越长,探测到引力波的可能性就越大。一开始,只有韦斯一个人相信这种方法能探测到引力波;为此,他还自己造了一个臂长1.5米的激光干涉仪。但在1975年的夏天,韦斯在一个学术会议上结识了加州理工学院教授基普·索恩。那次会议在华盛顿特区召开。
当时华盛顿的游人特别多,导致索恩没订上酒店。韦斯很好心,让索恩和他共住一室。在酒店房间里,他们进行了一番关于引力波实验的长谈。这次长谈使索恩打定主意,也要进入引力波探索的领域。
但索恩是一个理论物理学家,对实验方面的事务一点都不擅长。所以,他必须找一个实验物理学家合作。恰好那时,德雷福刚在格拉斯哥大学造出了一个臂长10米的激光干涉仪,这让索恩刮目相看。所以1981年,索恩就把德雷福挖到了加州理工学院教授,具体负责建造干涉仪的工程问题。
被迫离开LIGO,终与诺奖无缘德雷福是一个技术天才,在激光干涉仪的很多关键技术上都做出了突破性的贡献。
在德福雷的领导下,加州理工学院很快就造出了一个臂长40米的干涉仪,从而在与麻省理工学院的竞争中占了上风。1984年,美国国家科学基金会(简称NSF)要求加州理工学院和麻省理工学院的两大引力波团队合二为一。这就是后来LIGO的雏形。而韦斯、索恩和德雷福则作为LIGO的共同创始人,担任LIGO的最高决策三人组。
但NSF不喜欢LIGO三人共治的管理模式。1986年,NSF撇开了这三大元老,直接指派时任加州理工学院教务长的罗克斯·沃格特(Rochus Vogt)来担任LIGO的项目负责人。但德雷福很快就与沃格特出现了非常严重的分歧。德雷福主张循序渐进,应该先造臂长200米的干涉仪。而沃格特比较好大喜功,要直接造臂长40千米的庞然大物。由于性格和理念的不同,两人的矛盾逐渐变得不可调和。
1992年7月,沃格特向LIGO团队全体成员发了一封电子邮件,宣布德雷福已被开除,以后再也不准踏入LIGO办公楼半步。当年9月,德雷福向NSF的学术自由委员会进行了投诉。这个委员会在10月给出了调查报告,承认把德雷福开除出LIGO团队是不合理的。但是,这份报告压根没提为德雷福恢复职位的事。在引力波探测事业中居功至伟的罗纳德·德雷福,就这么被迫离开自己一手创建的LIGO。
不过沃格特也好景不长。1994年,表现不佳的沃格特被迫辞职。加州理工学院教授巴里·巴里希接替他,成了LIGO项目的新负责人。巴里希比较务实,提出要建臂长4千米的激光干涉仪。这个新方案终于得到了NSF的批准。这才成就了我们今天看到的LIGO。
后来,德雷福患上了老年痴呆症,住进了爱丁堡的一家养老院。2015年9月14日,LIGO首次直接探测到了一个被称为“GW150914”的引力波信号。这让德雷福与韦斯和索恩一起,拿遍了除诺奖以外的几乎所有重要的科学奖项。但遗憾的是,今年3月7日,德雷福因病去世,因而与诺贝尔奖彻底无缘。
那些与诺奖失之交臂的大物理学家。与诺贝尔奖失之交臂的物理学大师远远不止德雷福一人。
下面,我再举几个同样让人扼腕叹息的例子。在德国的慕尼黑大学,有一位非常有名的理论物理学教授,名叫阿诺德·索末菲(Arnold Sommerfeld)。作为量子理论和原子物理学的开山始祖之一,索末菲做出了一系列重要的科学贡献:他推广了玻尔的氢原子模型,提出了角量子数和自旋量子数的概念,还发现了精细结构常数。除此以外,索末菲也是一个非常了不起的老师:他的学生里,先后有7人拿到了诺贝尔奖。
这让索末菲成了历史上培养出最多诺贝尔奖得主的老师。
这样的大牛,自然就成了诺贝尔物理学奖的热门人选。事实上,索末菲曾先后81次被提名为诺贝尔奖的有效候选人,但却一次也没拿到诺贝尔物理学奖。据说他无法得奖的一个非常重要的原因是,量子力学教父波尔一直在反对他。还有一个倒霉的量子力学先驱,他就是德国物理学家帕斯库尔·约当(Pascual Jordan)。约当曾做过两个后来获得诺贝尔奖的科研工作。
在1925年,他与海森堡和玻恩一起提出了量子力学的第一个版本矩阵力学;海森堡和玻恩分别于1932年和1954年获得诺贝尔物理学奖。而在1928年,他又与维格纳一起率先写出反对易关系,这成了量子场论和费米β衰变理论的基石;维格纳也于1963年获得诺贝尔物理学奖。
尽管约当的合作者全都拿到了诺贝尔奖,但他却一直与诺奖无缘。事实上,约当也算是咎由自取,因为他在第二次世界大战期间加入了德国纳粹党。
最后讲一个两败俱伤的故事。相信很多人都听说过“宇宙大爆炸”理论。这个关于宇宙起源的理论,最早由比利时天文学家勒梅特提出,然后被俄裔美国物理学家乔治·伽莫夫(George Gamow)发扬光大。这个理论认为,宇宙在创生之初是一团极度致密也极度炽热的火球;这团火球向外膨胀并逐渐冷却,最终演变成我们今天看到的宇宙。
伽莫夫宣称这个理论能解释今天所有化学元素都是怎么起源的。
此外,他也预言那个火球会残留下来一些可以被观测到的古老光子,也就是著名的宇宙微波背景辐射。1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射,从而验证了伽莫夫的热大爆炸理论。这两人也因此而获得了1978年的诺贝尔物理学奖。但解释了宇宙如何起源的伽莫夫本人,却没有获得诺贝尔奖。伽莫夫没有获奖的一个重要的原因,就是剑桥大学教授弗雷德·霍伊尔爵士(Sir Fred Hoyle)的强烈反对。
事实上,“大爆炸”这个名字,就是霍伊尔为了嘲笑伽莫夫的理论,而专门给它起的。在反对“大爆炸”理论的过程中,霍伊尔也做出了诺奖级的工作。
霍伊尔发现“大爆炸”理论只能产生氢和氦这两种元素,后面的元素全都产生不了。那元素周期表中的一百多种元素又是从哪里来的呢?霍伊尔提出这些元素来源于恒星内部的核聚变,以及它们最终死亡时的大爆发。
这个想法后来被霍伊尔在剑桥的同事威廉·福勒(William Fowler)发扬光大。由于这个贡献,福勒于1983年获得了诺贝尔物理学奖。但悲催的是,霍伊尔却没有获奖。能获得诺贝尔奖的科学家,无疑都登上了科学的神坛。但不少没有得过诺奖的科学家,同样做出了一点也不逊于诺奖得主的科研工作,他们同样值得被后世所铭记。