1967年,还是研究生的乔瑟琳·贝尔·伯奈尔探测到了来自脉冲星的信号。几年后,她的导师因为这一发现荣获诺贝尔物理学奖,而属于她的荣誉足足迟到了半个世纪。2018年9月6日,科学突破奖基础物理学奖评选委员会宣布,将基础物理学奖特别奖授予英国天体物理学家乔瑟琳·贝尔·伯奈尔,表彰她在1967年对发现脉冲星作出的关键贡献,和她在科学界所发挥的积极领导作用,奖金为300万美元。
得知获奖的消息,贝尔·伯奈尔十分激动。她说:“我得承认当时我完全说不出话来。我做梦都没想过会发生这样的事情。我真是大吃一惊。”她已经决定将奖金捐给英国物理学会,为那些被忽视的年轻学者提供支持。她说:“发现脉冲星的故事之所以会是这样,很大程度上是因为我属于少数群体,当时又是个博士生。增加物理学中的多样性能够引发一系列好的影响。”脉冲星是宇宙中的奇迹。
它的直径只有20千米左右,质量却与太阳相当;它富含中子,转速极快,转动时从磁场的两极喷射出强大的电磁辐射流,包含可见光、X射线和伽马射线。脉冲星就像宇宙中的灯塔,只有当这些“灯光”扫过地球的时候,我们才能观测到它。贝尔·博纳尔正是第一个观测到脉冲星信号的人,而且她一举发现了四颗。1967年,24岁的贝尔·伯奈尔还是剑桥大学的一名研究生。她和导师安东尼·休伊什建造了一台新的射电望远镜。
这台望远镜每天打印出足有30米长的数据,贝尔·伯奈尔就将纸张摊开来仔细检查。贝尔·伯奈尔的博士论文研究的是类星体,但是在收集数据的时候,她发现了一个奇特的信号,大约每1.3秒出现一次的脉冲信号。在那个年代,望远镜很容易受到汽车、电台甚至电焊设备的干扰,因此导师休伊什认为这个信号不过是某种噪音。而贝尔·伯奈尔说:“当时我没法立即反驳他,但我知道那不是干扰。”经过讨论,他们决定更加密切地观测那片区域。
贝尔·伯奈尔和同事将这个信号戏称为“小绿人1号”,即外星人发出的信号。它的频率极其稳定,移动的方式与整个天空的移动保持一致。经过计算,他们发现信号来源就在银河系内,离地球200光年。一个月之后,贝尔·伯奈尔再次收到了这个神秘信号。她计算了信号经过观测地点的时间,在凌晨三点赶到天文台。由于夜晚天气寒冷,机器出了点故障,她摆弄了好一阵子才修好。
随后,过了五分钟,记录笔跳动起来,贝尔·伯奈尔看到了她要等待的信号。这次的信号频率并不一样,但整体上具备同样的特征。贝尔·伯奈尔再次检查了先前的大量数据,又找出两个这类信号。也就是说,她一共发现了四颗脉冲星。脉冲星的发现马上在学界引起了轰动。它的旋转速度几乎是恒定的,精确度达到千万分之一,也就是说,从恐龙的时代到今天,一颗脉冲星的速度仅仅减慢了大约一秒钟。
正是利用脉冲星的这些性质,天体物理学家绘制了我们星系和可见宇宙的地图。1974年,贝尔·伯奈尔的导师休伊什因为对脉冲星研究的贡献,与马丁·莱尔分享了诺贝尔物理学奖,而她却一无所获。这一决策令许多人感到不满,英国天体物理学家弗雷德·霍伊德带头提出抗议,那年的诺奖也被嘲讽为“No-Bell Prize”,没有贝尔的诺贝尔。贝尔·伯奈尔倒不特别惊讶。
作为一个学术圈新人,一名女性,她对这样的对待已经司空见惯。在《卫报》的一篇文章里,她自述:“详细介绍这项发现的论文发表后,媒体突然造访。很显然,他们还不知道该怎么和一个年轻的女科学家打交道。摄影师会说,‘你能把外套上的扣子解开几个吗?’而记者会问我有多少个男朋友。”在另一篇报道中,提到脉冲星信号的发现,她说:“那是个非常、非常微弱的信号。我手头上有三英里长的数据,它只不过是其中的十万分之一。
我之所以会注意到它,因为我极其小心、极其仔细,因为冒充者综合征。”冒充者综合征并不是一种心理疾病,但它是许多成功人士共有的困扰。有些人尽管取得了一定的成就,却总觉得这只是因为运气好,或者因为周围的人高看了自己。贝尔·伯奈尔就觉得自己随时会被剑桥大学踢出去。当时大学里女生很少,而贝尔·伯奈尔又来自偏远的北爱尔兰地区,因此她常常感到自己如同一个“局外人”。
她说:“我有点像个斗士,我决定,在他们把我赶走之前,我要尽最大的努力工作。当那个时刻到来的时候,我就不会感到自责,我会明白我已经尽力了。”脉冲星的发现让科幻小说中的幻想成为了现实。第一颗被发现的脉冲星被命名为CP1919,它的信号图案被著名摇滚乐队Joy Division印在专辑封面上,又成为流行文化中的一个经典元素。围绕脉冲星的研究一直在继续。
脉冲星发出的信号极其规律,而当引力波经过的时候,这些信号就会受到干扰;因此,通过长时间、精确观测多颗脉冲星组成的脉冲星测时阵列,我们就能间接观测引力波。而且,与LIGO等探测器不同,脉冲星信号对低频引力波更为敏感,这类引力波来自于超大质量双黑洞系统的并合、宇宙学超弦以及宇宙早期的引力量子涨落。此外,通过研究脉冲星,我们还能更加深入地探索宇宙中重元素的起源。“脉冲星之母”本人也没有闲下来。
在过去五十多年中,贝尔·伯奈尔在多家研究机构任教,并领导了多个天文观测项目,例如夏威夷的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜。她曾担任英国皇家天文学会主席,并且是英国物理学会和爱丁堡皇家学会的首位女性主席。与此同时,贝尔·伯奈尔积极参与STEM教育,并协助创办“雅典娜天鹅项目”,为女性在学术界的发展提供支持。这个项目源自“天鹅”,意为女科学家学术网络,致力于促进科学界的性别平等,后来覆盖人文和艺术学科。
目前,贝尔·伯奈尔是牛津大学的天体物理学访问教授、邓迪大学名誉校长。2018年11月4日,贝尔·伯奈尔将参加科学突破奖颁奖仪式。科学突破奖的其他奖项每年颁发一次,但是基础物理特别奖可以在任何时候颁发,今年是第四次开奖。前三个获得科学突破奖基础物理特别奖的个人和团队是史蒂芬·霍金、领导发现了希格斯玻色子的CERN的七名科学家,以及探测引力波的LIGO团队。
科学突破奖创办于2012年,由谢尔盖·布林、普莉希拉·陈和马克·扎克伯格、马化腾、尤里和茱莉亚·米尔纳以及安妮·沃西基出资设立。而评委会由往年的科学突破奖获奖者组成,分别评选各自领域中的获奖者。科学突破奖分为生命科学奖、基础物理学奖和数学奖,每个奖项的奖金为300万美元。此外还设有物理学新视线奖和数学新视线奖,奖励这些领域的年轻科学家。