物理學諾貝爾獎與第二幕

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幾天前,我寫了一篇帖子,討論了在獲得諾貝爾獎後仍做出重大工作的化學家。例子不多,但值得注意;完成一項重要的科學工作已經足夠困難,所以如果你能完成不止一項,你絕對應該得到認可。一位評論員指出,物理學領域可能存在更多這樣的案例,所以我決定找出答案。我查看了自 1900 年以來所有物理學諾貝爾獎的名單,發現了一些有趣的例子和趨勢。

讓我們從兩位物理學家開始,他們被認為是二十世紀在科學成就和哲學影響方面最重要的兩位——阿爾伯特·愛因斯坦和尼爾斯·玻爾。愛因斯坦在 1921 年獲得了諾貝爾獎,此前他已經完成了將使他名垂青史的工作;這包括 1905 年“奇蹟年”發表的五篇開創性論文,他與薩特延德拉·納特·玻色在玻色-愛因斯坦統計方面的合作,以及他在雷射基礎方面的工作。1921 年之後,愛因斯坦沒有取得任何類似地位的成就,但他因一場持久的爭論而出名,即他與尼爾斯·玻爾就量子理論的解釋進行的鬥爭,這場鬥爭始於 1927 年的索爾維會議,並一直持續到他生命的盡頭。這導致了 1935 年關於 EPR 悖論的著名論文,為所有關於被稱為量子糾纏的奇異現象的進一步討論奠定了基礎。

玻爾自己在 1922 年獲得諾貝爾獎時,正處於偉大的開端。他已經因 1913 年的原子模型而聞名,但他當時還不是偉大的物理學導師——也許是本世紀最偉大的導師——他不僅指導了量子理論的哲學發展,還指導了本世紀一些最傑出的理論物理學家,包括海森堡、伽莫夫、泡利和惠勒的職業生涯。除了 30 年代玻爾發表的對愛因斯坦反對量子力學的反駁之外,他還貢獻了另一個具有壓倒性重要意義的想法,無論對物理學還是對世界事務而言。1939 年,當玻爾從普林斯頓大學穿過雪地走到普林斯頓高等研究院時,他意識到是鈾-235 導致了核裂變。這為從其較重的兄弟鈾-238 中分離出鈾-235 鋪平了道路,並直接導致了原子彈的誕生。沿著同樣的思路,玻爾與他的年輕門生約翰·惠勒合作,提出了所謂的液滴模型來描述裂變,該模型將原子核比作一滴水;向這個組合體射入一個能量合適的 нейтрон,它就會搖晃並最終分裂。核裂變的主要發現者奧托·哈恩後來獲得了諾貝爾獎,在我看來,連同弗裡茨·斯特拉斯曼、莉澤·邁特納和奧托·弗裡施,玻爾也應該分享這一獎項。


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既然我們談論的是諾貝爾獎,那麼還有什麼比獲得另一個諾貝爾獎更好的第二幕呢?眾所周知,這項非凡的成就屬於約翰·巴丁,他仍然是唯一一位兩次獲得物理學諾貝爾獎的人,一次是因為發明了電晶體,另一次是因為超導理論。就像他的化學同行弗雷德里克·桑格一樣,桑格也在同一學科中兩次獲獎,巴丁可能是二十世紀最謙遜的物理學家。同樣,瑪麗·居里在與皮埃爾·居里一起進行放射性開創性工作後,又獲得了化學獎。

讓我們考慮其他值得注意的第二幕。當漢斯·貝特獲得因解釋太陽燃料的聚變反應而獲得的獎項時,諾貝爾委員會告訴他,他們很難決定應該獎勵他的哪一項成就。也許二十世紀沒有其他物理學家像他那樣在如此長的時間內持續為物理學做出貢獻。貝特的工作量之大令人震驚,他一直工作到九十多歲,而且成果豐碩。在 1930 年代對核物理、量子物理和固態物理做出幾項重要貢獻,並在戰爭期間擔任洛斯阿拉莫斯理論部門負責人之後,貝特透過首次對所謂的蘭姆位移進行決定性計算,打開了量子電動力學桂冠的大門,蘭姆位移當時正在挑戰最優秀的物理學家的思想。這項工作最終促成了 1965 年諾貝爾獎授予費曼、施溫格和朝永振一郎。後來,在大多數物理學家能活著就不錯的年紀,貝特為 s太陽中微子難題提供了一個重要的解決方案,其中中微子在從太陽傳播到地球的過程中會從一種型別變為另一種型別。毫無疑問,貝特是第二幕的至高典範。

另一個傑出的例子是恩里科·費米,也許是二十世紀最多才多藝的物理學家,在理論和實驗方面都同樣出色。費米在 1938 年因其對中子誘發反應的研究而獲獎,之後成為世界上第一個核反應堆建造背後的關鍵力量。設計了第一個核反應堆的人也提出了費米-狄拉克統計和β衰變理論,這一事實仍然令人難以置信。以他的名字命名的概念、定律和理論(更不用說學校、建築和實驗室)的數量之多證明了他的思想。而他這一切成就都是在他 53 歲英年早逝之前取得的。

說到多樣性,討論第二幕時不能忽視菲利普·安德森。安德森在貝爾實驗室度過了他的整個職業生涯,之後才搬到普林斯頓。當我們意識到今天大多數人都在談論他獲得諾貝爾獎的想法時,安德森對物理學的影響程度就顯而易見了。這些想法包括最早描述希格斯機制的想法之一(安德森仍然被一些人認為是希格斯諾貝爾獎的可能競爭者),以及他對“還原論戰爭”的第一輪攻擊;這以 1972 年發表在《科學》雜誌上的一篇文章 《More is Different》 的形式出現,這篇文章後來成為對還原論的經典批判。現年八十多歲的安德森繼續撰寫論文,並寫了一本,這本書很好地展示了他廣泛的興趣和他深刻、尖刻和幽默的風格。

名單中還出現了其他有趣的候選人。路易斯·阿爾瓦雷茨是一位傑出的實驗物理學家,為粒子物理學和核物理學做出了重要貢獻。但在 1968 年獲得諾貝爾獎後,他重塑自我,為一系列非常不同的領域做出了貢獻;行星科學和進化生物學。1980 年,阿爾瓦雷茨與他的兒子沃爾特一起撰寫了一篇開創性論文,提出巨型小行星是恐龍滅絕的原因。關於“K-Pg 界線”的這一發現真正改變了我們對地球歷史的理解,也是父子合作的最具典範的例子之一。

還有一些科學家需要考慮,包括默裡·蓋爾曼、史蒂文·溫伯格、維爾納·海森堡、查爾斯·湯斯和帕特里克·布萊克特,他們繼續做出重要貢獻。值得注意的是,這份名單側重於獲獎之後的成就;“終身成就”名單將包括更多科學家,如列夫·朗道、蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡和馬克斯·玻恩。同樣重要的是關注仍然與科學相關的非研究活動。這些成就的清單將包括教學(費曼、費米、玻爾、玻恩)、寫作(布萊克特、費曼、布里奇曼、溫伯格)、科學和政府政策(貝特、康普頓、密立根、拉比)和行政管理(布拉格、湯姆遜、德熱納、魯比亞)。真正的研究並不是偉大科學家擅長的唯一事情。

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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