這些物理諾獎(jiǎng)得主，有的研究恐龍滅絕，有的研究心物一體
知識(shí)分子 X Physics World，帶你走進(jìn)英國(guó)媒體視角下的科學(xué)議題。
許多獲得諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，獲獎(jiǎng)帶來(lái)的自由使得他們可以展開(kāi)新的研究路徑。而《物理世界》的這篇文章顯示，諾獎(jiǎng)得主研究焦點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，往往在獲獎(jiǎng)之前就發(fā)生了。
撰文｜Matin Durrani，Laura Hiscott，Margaret Harris，Michael Banks
翻譯｜趙金瑜
校譯｜于茗騫
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上個(gè)月，當(dāng)真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）和喬治·帕里西（Giorgio Parisi）接到來(lái)自斯德哥爾摩的 “傳說(shuō)中” 的電話，得知自己獲得2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，三人肯定知道自己的生活將永遠(yuǎn)改變。其他較年輕的同類獎(jiǎng)項(xiàng)可能會(huì)提供更多的獎(jiǎng)金，但諾貝爾獎(jiǎng)仍然是每個(gè)物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的榮譽(yù)。諾貝爾獎(jiǎng)不僅帶來(lái)了聲望、贊譽(yù)和榮耀，還可讓獲獎(jiǎng)?wù)咧苯榆Q身于古往今來(lái)的偉大物理學(xué)家之列。
該獎(jiǎng)項(xiàng)也給了獲獎(jiǎng)?wù)咝碌淖杂?。不需要?“證明” 自己，也不需要到處奔波去申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)、引進(jìn)設(shè)備和學(xué)生，諾貝爾獎(jiǎng)得主可以探索新的研究領(lǐng)域。不過(guò)，拓展新領(lǐng)域通常本來(lái)就是諾貝爾獎(jiǎng)得主的第二天性。事實(shí)上，開(kāi)拓新領(lǐng)域并質(zhì)疑現(xiàn)狀的能力和信心，往往是他們獲得諾貝爾獎(jiǎng)的首要原因。畢竟，循規(guī)蹈矩是不可能獲得諾獎(jiǎng)的。
安德里亞·蓋茲（Andrea Ghez）因發(fā)現(xiàn)了隱藏在銀河系中央的巨大黑洞與萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）共享2020年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。對(duì)她來(lái)說(shuō)，該獎(jiǎng)項(xiàng)打開(kāi)了新的大門(mén)。蓋茲告訴《物理世界》：“我真的很高興能夠開(kāi)展一項(xiàng)更雄心勃勃、更具風(fēng)險(xiǎn)的研究議程，（要沒(méi)得諾獎(jiǎng)的話）這根本是不可能的。” 她想探索超大質(zhì)量黑洞附近的引力是如何作用的，以及這些奇特但人們知之甚少的物體是如何調(diào)節(jié)星系的形成和演化的。
圖1 安德里亞·蓋茲于2020年12月在貝弗利山領(lǐng)取諾貝爾獎(jiǎng)證書(shū)和獎(jiǎng)牌，她已經(jīng)在計(jì)劃進(jìn)行更突破常規(guī)的研究 | 圖源：Annette Buhl
毫無(wú)疑問(wèn)，蓋茲將在天體物理學(xué)領(lǐng)域做出更多偉大的研究——這是她成名的領(lǐng)域。但在過(guò)去，許多諾獎(jiǎng)得主因在諾獎(jiǎng)之外的工作而聲名狼藉。有些人甚至在獲獎(jiǎng)之前就改變了方向，而有些人則因個(gè)人情況被迫改變方向。在這里，《物理世界》的編輯們介紹了四位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，一起來(lái)看看是什么促使這些物理學(xué)家開(kāi)拓新的方向。
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路易斯·沃爾特·阿爾瓦雷茨：
從粒子到古生物學(xué)和金字塔
撰文 | Laura Hiscott
路易斯·阿爾瓦雷茨（Luis Walter Alvarez）于1911年出生于舊金山，在芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)，在那里他與亞瑟·康普頓（Arthur Compton）一起建造了一臺(tái)宇宙射線望遠(yuǎn)鏡，這是他博士研究的一部分。隨后，他前往加州大學(xué)伯克利分校，與核科學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯（Ernest Lawrence）合作，首次獲得了質(zhì)子吸收電子、轉(zhuǎn)化為中子并發(fā)射出中微子的觀測(cè)證據(jù)。他還開(kāi)發(fā)了一種制造極慢的中子束的方法，并與菲利克斯·布洛赫（Felix Bloch）一起測(cè)量了中子的磁矩。
但是阿爾瓦雷茨與生俱來(lái)的好奇心和實(shí)驗(yàn)方面的創(chuàng)造力引領(lǐng)著他去探索更多問(wèn)題，既有物理學(xué)領(lǐng)域的，也有物理以外的。結(jié)束戰(zhàn)時(shí)軍事研究，包括在曼哈頓原子彈項(xiàng)目上的一段時(shí)間后，他回到伯克利，成為粒子加速器方面的專家。最重要的是，阿爾瓦雷茨在20世紀(jì)50年代引領(lǐng)了氫氣泡室的發(fā)展，隨后他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了許多粒子和共振態(tài)。
不過(guò)，從發(fā)明氫氣泡室到獲得1968年諾貝爾獎(jiǎng)之間的幾年里，阿爾瓦雷茨開(kāi)始將他的專業(yè)知識(shí)帶出實(shí)驗(yàn)室并進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界。1964年，他提議通過(guò)氣球?qū)?shí)驗(yàn)設(shè)備送到高空，來(lái)收集高能粒子相互作用的數(shù)據(jù)。這聽(tīng)起來(lái)可能是異想天開(kāi)，但它促成了高空粒子物理實(shí)驗(yàn)（High Altitude Particle Physics Experiment），為研究大爆炸回聲的宇宙背景探測(cè)器（COBE）衛(wèi)星鋪平了道路。
1965年，阿爾瓦雷茨建議研究埃及金字塔。對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這個(gè)項(xiàng)目聽(tīng)起來(lái)出乎意料，但這與他之前的工作有著關(guān)鍵聯(lián)系：他的想法是在金字塔下方放置一個(gè)粒子探測(cè)器來(lái)測(cè)量μ子（不斷地照射地球的宇宙射線的成分之一）。即所謂的μ子斷層掃描，他希望這項(xiàng)技術(shù)能夠通過(guò)來(lái)自不同方向的μ子能量的差異來(lái)顯示結(jié)構(gòu)中的空洞。
阿爾瓦雷茨與一個(gè)由考古學(xué)家和物理學(xué)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)一起，用了幾年的時(shí)間使用這種技術(shù)來(lái)搜索哈夫拉金字塔（Pyramid of Khafre）（吉薩金字塔的第二大金字塔），當(dāng)他獲得1968年的諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，該項(xiàng)目已經(jīng)全面展開(kāi)。然而在當(dāng)時(shí)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)出版的他的傳記中，并未提及他的考古成就，這也許不是壞事：當(dāng)搜索于次年結(jié)束時(shí)，金字塔的19%已經(jīng)被掃描了，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何中空結(jié)構(gòu)。
這個(gè)結(jié)果聽(tīng)起來(lái)可能并不令人興奮，但對(duì)考古學(xué)家來(lái)說(shuō)卻很有意義。后來(lái)，μ子斷層掃描也是搜索其他結(jié)構(gòu)的有效工具。在2014年接受《物理世界》采訪時(shí)，曾在墨西哥使用μ子研究太陽(yáng)金字塔的物理學(xué)家阿圖羅·門(mén)查卡（Arturo Menchaca）回憶起與阿爾瓦雷茨的會(huì)面，并告訴他哈夫拉金字塔的項(xiàng)目如何一無(wú)所獲。“他憤怒地糾正了我，”門(mén)查卡說(shuō)，“他已經(jīng)證明金字塔內(nèi)沒(méi)有任何東西?！?/span>
早在阿爾瓦雷茨獲得諾貝爾獎(jiǎng)之前，他的金字塔項(xiàng)目就已經(jīng)開(kāi)展。由此可見(jiàn)，他在傳統(tǒng)領(lǐng)域的成功已經(jīng)讓他有信心和聲譽(yù)去帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑。當(dāng)他的地質(zhì)學(xué)家兒子沃爾特告訴他有關(guān)恐龍滅絕的謎團(tuán)時(shí)，阿爾瓦雷茲很快就參與了進(jìn)來(lái)。通過(guò)在伯克利認(rèn)識(shí)的兩位核化學(xué)家弗蘭克·阿薩羅（Frank Asaro）和海倫·米歇爾（Helen Michel）的幫助，他們研究了在眾多地質(zhì)地層中代表大滅絕發(fā)生時(shí)間點(diǎn)的沉積層。
圖2 阿爾瓦雷茲和他的地質(zhì)學(xué)家兒子沃爾特站在含銥的粘土層旁邊，地點(diǎn)為意大利古比奧附近 | 圖源：Lawrence Berkeley National Laboratory
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該沉積層的銥含量比平均水平高數(shù)百倍（譯者注：銥元素在地球地殼中罕見(jiàn)，但在一些小行星撞擊的地層中有峰值升高的現(xiàn)象），表明一次小行星撞擊導(dǎo)致地球上的銥元素激增，并引發(fā)了大規(guī)模滅絕事件。這是一個(gè)有爭(zhēng)議的觀點(diǎn)，阿爾瓦雷茨一直積極捍衛(wèi)這一觀點(diǎn)，直到1988年去世。然而，在此期間積累了更多證據(jù)，特別是在墨西哥尤卡坦半島（Yucatán Peninsula）下發(fā)現(xiàn)了巨大的?？颂K魯伯隕石坑，“阿爾瓦雷茨假說(shuō)”現(xiàn)在被普遍認(rèn)為是恐龍消失的最可能解釋。
很難將阿爾瓦雷茨這些不拘一格的成就相互比較，因?yàn)樗鼈兊念I(lǐng)域大相徑庭——他甚至調(diào)查了約翰·肯尼迪總統(tǒng)的遇刺事件。物理學(xué)家自然會(huì)因?yàn)闅馀菔已芯坑浀冒柾呃状?，但?duì)于非物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，他“恐龍因小行星撞擊地球而滅絕”的假說(shuō)才激發(fā)了他們的興趣。對(duì)于阿爾瓦雷茨來(lái)說(shuō)，他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的工作甚至不是他最知名的成就，這是多么了不起啊。
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布萊恩·約瑟夫森：
從超導(dǎo)體到心靈物理學(xué)
撰文 | Matin Durrani
一位可能比其他任何物理學(xué)家都更偏離傳統(tǒng)道路的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者是布萊恩·約瑟夫森（Brian D. Josephson），他在英國(guó)劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)著獨(dú)樹(shù)一幟的 “心物一體” 項(xiàng)目（Mind-Matter Unification Project）。該項(xiàng)目旨在“從理論物理學(xué)家的角度來(lái)理解自然界中的智能，可以粗略地描述為與大腦功能或其他一些自然過(guò)程相關(guān)的智能過(guò)程”。
圖3 諾獎(jiǎng)得主Brian Josephson | 圖源：CC BY SA Cavendish Laboratory/Kelvin Fagan
換句話說(shuō)，81歲的約瑟夫森每天都在思考大腦是如何工作的，研究諸如語(yǔ)言和意識(shí)等問(wèn)題，思考音樂(lè)與思維之間的聯(lián)系。最具爭(zhēng)議的是，就物理學(xué)家而言，他還對(duì)超自然現(xiàn)象進(jìn)行了推測(cè)性研究，這一領(lǐng)域被稱為超心理學(xué)（parapsychology）。約瑟夫森的興趣甚至涉及順勢(shì)療法（homeopathy）和冷聚變（cold fusion）——這是很少有物理學(xué)家敢涉足的兩個(gè)領(lǐng)域。
但約瑟夫森對(duì)意識(shí)和思維感興趣并不是什么新鮮事。事實(shí)上，早在他獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之前，他就已經(jīng)有興趣了。
約瑟夫森憑借20世紀(jì)60年代初在劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位期間所做的工作獲得1973年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在布萊恩·皮帕德（Brian Pippard）的指導(dǎo)下，約瑟夫森曾預(yù)測(cè)，即使兩端沒(méi)有電壓，超導(dǎo)電流也可以隧穿絕緣結(jié)，當(dāng)施加電壓時(shí)，電流會(huì)以一個(gè)確定的頻率振蕩 [1]。這種 “約瑟夫森結(jié)” 是超導(dǎo)量子干涉裝置（SQUID）的核心，該設(shè)備能以極高的靈敏度測(cè)量磁場(chǎng)。
但剛拿到博士學(xué)位，約瑟夫森的注意力就迅速轉(zhuǎn)移到了別處。在伊利諾伊大學(xué)香檳分校為期一年的博士后研究期間，約翰·巴丁（John Bardeen）（至今唯一獲得過(guò)兩次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的人）試圖說(shuō)服約瑟夫森繼續(xù)他在超導(dǎo)方面的研究。他并沒(méi)有被說(shuō)服，而是決定與里奧·卡達(dá)諾夫（Leo Kadanoff）一起研究臨界現(xiàn)象。“但在那之后，我覺(jué)得多體理論更簡(jiǎn)單、更有趣的部分已經(jīng)完成，我開(kāi)始嘗試?yán)斫獯竽X功能，”約瑟夫森說(shuō)。
回到劍橋后，約瑟夫森結(jié)識(shí)了數(shù)學(xué)遺傳學(xué)家喬治·歐文（George Owen），后者在業(yè)余時(shí)間研究了鬧鬼的說(shuō)法，這進(jìn)一步激發(fā)了他的興趣。約瑟夫森回憶道，“他跟我講了一些超心理學(xué)，讓我對(duì)此產(chǎn)生了興趣，特別是因?yàn)槲铱梢钥吹匠芰ΜF(xiàn)象和量子力學(xué)之間的相似之處?！?/span>
1974年，約瑟夫森在斯德哥爾摩領(lǐng)完諾貝爾獎(jiǎng)后不久，歐文邀請(qǐng)他參加了在多倫多舉行的 “心靈致動(dòng)（psychokinesis）” 會(huì)議，在那里他看到了金屬?gòu)澢难菔??！拔覍?duì)此進(jìn)行了一些研究，但一直將其視為副業(yè)，” 約瑟夫森說(shuō)道。
盡管如此，約瑟夫森的這一新興趣已經(jīng)顯而易見(jiàn)了。他繼續(xù)在卡文迪什開(kāi)設(shè) “創(chuàng)造性智能” 課程，甚至與幫助建立艾康電腦公司（Acorn Computers）的物理學(xué)家和技術(shù)企業(yè)家赫爾曼·豪瑟（Hermann Hauser）合作撰寫(xiě)了一篇關(guān)于發(fā)展過(guò)程邏輯的論文。隨著時(shí)間的流逝，約瑟夫森開(kāi)始受邀參加有關(guān)思維過(guò)程的會(huì)議。“然后我開(kāi)始嘗試將符號(hào)學(xué)等概念與量子物理學(xué)聯(lián)系起來(lái)。目前，我正在與一位量子物理學(xué)家合作，他正在研究數(shù)學(xué)方面的問(wèn)題，” 他說(shuō)道。
回顧他的職業(yè)生涯，約瑟夫森認(rèn)為即使他從未獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)，他也會(huì)開(kāi)始研究心智。“獲得終身職位可能會(huì)給我研究它的自由，” 他說(shuō)。不過(guò)，盡管諾貝爾獎(jiǎng)帶來(lái)了聲望，但主流之外的生活并不容易。約瑟夫森聲稱，“諾貝爾獎(jiǎng)并沒(méi)有阻止系里對(duì)他的敵意?！?他還列舉了一些潛在合作者被勸阻與他合作并撤回承諾資金的事件。
他還面臨著來(lái)自遺傳學(xué)家大衛(wèi)·溫特（David Winter）等人的批評(píng)，他們指責(zé)他患有“諾貝爾病”，稱諾貝爾獎(jiǎng)給已是某一領(lǐng)域?qū)＜业目茖W(xué)家一種“毫無(wú)根據(jù)的自信”，讓他們?cè)谧约阂粺o(wú)所知的領(lǐng)域發(fā)表看法。溫特認(rèn)為，這種病會(huì)讓患者 “滔滔不絕地說(shuō)些反科學(xué)的廢話”。他提到諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、化學(xué)家萊納斯·鮑林（Linus Pauling）的例子——鮑林認(rèn)為，高劑量的維生素C具有藥用價(jià)值。
這樣的評(píng)論似乎并沒(méi)有阻止約瑟夫森，他認(rèn)為，恰恰相反，是他的批評(píng)者蒙在鼓里?！罢窍駵靥剡@樣的人，在談?wù)撘恍┧麄兏疽粺o(wú)所知的話題時(shí)帶著毫無(wú)根據(jù)的自信，比如心靈感應(yīng)或關(guān)于水的記憶?！?他堅(jiān)稱，“在后一種情況下，可能性往往正是被這些謬論排除掉了?！?/span>
事實(shí)上，約瑟夫森告訴《物理世界》，他認(rèn)為他目前的工作“比我的超導(dǎo)工作重要得多”，盡管它還沒(méi)有被證實(shí)?！瓣P(guān)鍵是認(rèn)識(shí)到心靈是基礎(chǔ)的而非物質(zhì)的，這將是物理學(xué)（和一般科學(xué)）從經(jīng)典到量子的重要一步?！薄爱?dāng)然，過(guò)去很多人都這么認(rèn)為，問(wèn)題是我們什么時(shí)候會(huì)達(dá)到‘臨界點(diǎn)’，‘主流團(tuán)體’什么時(shí)候會(huì)開(kāi)始注意到這一點(diǎn)？”
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拉塞爾·赫爾斯：
從脈沖星到等離子體物理學(xué)
撰文 | Margaret Harris
1974年夏天，拉塞爾·赫爾斯（Russell Hulse）在為他的博士論文收集數(shù)據(jù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的東西。赫爾斯與他的導(dǎo)師約瑟夫·泰勒（Joseph Taylor）一起，在波多黎各阿雷西博天文臺(tái)（Arecibo Observatory）使用著名的350米單鏡面射電望遠(yuǎn)鏡尋找脈沖星。這是一種致密且高度磁化的恒星，當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)向整個(gè)星系發(fā)射無(wú)線電波。
圖4 斗轉(zhuǎn)星移：1993年諾貝爾獎(jiǎng)得主拉塞爾·赫爾斯曾在波多黎各使用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)脈沖雙星，但不久之后轉(zhuǎn)向等離子體物理學(xué) | 圖源：University of Central Florida
盡管僅在六年前，另一名學(xué)生喬瑟琳·貝爾·伯內(nèi)爾（Jocelyn Bell Burnell）和她的導(dǎo)師安東尼·休伊什（Antony Hewish）才發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星，但這些不尋常的恒星已經(jīng)成為天體物理學(xué)的熱門(mén)話題。赫爾斯希望通過(guò)識(shí)別更多的脈沖星來(lái)做出自己的貢獻(xiàn)，但他40顆脈沖星數(shù)據(jù)中的一顆出現(xiàn)了問(wèn)題。在他的筆記本中將其表示為：PSR 19 13 + 16，他花了好大功夫去計(jì)算它的自轉(zhuǎn)周期，還是無(wú)果。
圖5天文學(xué)家、計(jì)算等離子體物理學(xué)家和科學(xué)教育者Russell Hulse | 圖源：University of Texas at Dallas
當(dāng)時(shí)，赫爾斯的反應(yīng)并不是 “我有新發(fā)現(xiàn)了！”而是如他后來(lái)回憶的那樣，“卻是一個(gè)相當(dāng)惱火的 ‘又他媽哪兒出錯(cuò)了？’” 赫爾斯下定決心要弄清到底是什么技術(shù)故障導(dǎo)致了這個(gè)問(wèn)題，他把剩余的觀測(cè)時(shí)間集中在這顆令人困惑的脈沖星上。到了9月中旬，他有了答案：PSR 19 13 + 16是一對(duì)雙星的一半，它難以計(jì)算的周期在其伴星的引力影響下波動(dòng)。
在接下來(lái)的幾個(gè)月里，赫爾斯稱自己為 “脈沖星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，而泰勒進(jìn)行軌道分析計(jì)算，來(lái)檢驗(yàn)對(duì)這個(gè)雙星脈沖星系統(tǒng)如何運(yùn)行的預(yù)測(cè)。他們的發(fā)現(xiàn)驚人地證實(shí)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，并首次證明了引力輻射的存在。當(dāng)休伊什因發(fā)現(xiàn)脈沖星而分享了1974 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)（有爭(zhēng)議的是他以前的學(xué)生喬瑟琳沒(méi)有一起獲獎(jiǎng)），赫爾斯一定覺(jué)得他的未來(lái)是有保障的。
然而，到了1975年，他陷入了兩難的境地。盡管在完成博士學(xué)位后不久，他就成了弗吉尼亞州夏洛茨維爾的國(guó)家射電天文臺(tái)（NRAO）的博士后，但這并不是一份永久的工作?！半m然我仍然喜歡做脈沖星射電天文學(xué)，但從我來(lái)到 NRAO的那一刻起，我就越來(lái)越擔(dān)心天文學(xué)缺乏長(zhǎng)期的職業(yè)前景，” 他后來(lái)回憶道?！爱?dāng)時(shí)我完全不清楚，何時(shí)何地以及如何讓自己的職業(yè)生涯安頓下來(lái)。”
赫爾斯的個(gè)人情況加劇了他的擔(dān)憂。當(dāng)時(shí)他的女友（后來(lái)的妻子）珍妮·庫(kù)爾曼（Jeanne Kuhlman）在賓夕法尼亞大學(xué)攻讀物理學(xué)研究生，并很快開(kāi)始了自己的職業(yè)生涯。赫爾斯認(rèn)為：“我的個(gè)人生活中的這些未知的反復(fù)變化超出了我的承受能力”。因此，當(dāng)他在NRAO的工作于1977年結(jié)束時(shí)，赫爾斯離開(kāi)了天文學(xué)，到普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（Princeton Plasma Physics Laboratory）任職，那里離費(fèi)城的珍妮很近。
他能夠轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的部分原因是他攻讀的是物理學(xué)而非天文學(xué)博士學(xué)位——這一選擇既反映了他廣泛的科學(xué)興趣，也反映了他想在兩個(gè)領(lǐng)域下注的愿望——部分原因是在1970年中旬，搜索脈沖星已經(jīng)成了高度計(jì)算機(jī)化的任務(wù)。在普林斯頓，他的第一份工作是創(chuàng)建新的計(jì)算機(jī)代碼來(lái)模擬高溫等離子體中雜質(zhì)的行為。當(dāng)他和泰勒因發(fā)現(xiàn)雙脈沖星而獲得1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，赫爾斯已經(jīng)開(kāi)辟了一個(gè)新領(lǐng)域，成為了熱核聚變建模代碼的開(kāi)發(fā)者和維護(hù)者。
在1993年的諾貝爾官方傳記中，赫爾斯對(duì)自己的職業(yè)生涯充滿樂(lè)觀。他寫(xiě)道：“我對(duì)科學(xué)的興趣從來(lái)都不是追求事業(yè)本身，而是我對(duì)‘世界如何運(yùn)作’的個(gè)人迷戀。”然而，盡管說(shuō)法如此——以及許多諾貝爾獎(jiǎng)后的機(jī)會(huì)，包括德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的客座教授職位——我們很難不把赫爾斯的職業(yè)路徑看作對(duì)學(xué)者早期研究生涯的資助和組織方式的控訴。
近45年前，由于缺乏工作保障，這位未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)得主被迫放棄了射電天文學(xué)。如今，物理學(xué)家的學(xué)術(shù)職業(yè)前景仍然具有高度不確定性。那些不愿每隔幾年換一次工作（有時(shí)是換一個(gè)國(guó)家或大陸）的博士后研究人員仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)他們通往終身職位的道路困難重重。赫爾斯和庫(kù)爾曼遇到的“雙事業(yè)問(wèn)題”，如今仍在迫使科研夫妻做出艱難的選擇，對(duì)女性的職業(yè)生涯來(lái)說(shuō)影響尤甚。自20世紀(jì)70年代中期以來(lái)，諾貝爾委員會(huì)對(duì)博士生的態(tài)度發(fā)生了變化——例如，唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland）與杰哈·莫羅（Gérard Mourou）共享了2018年的諾貝爾獎(jiǎng)，以表彰她在研究生期間所做的工作。但作為一個(gè)物理學(xué)家，生活中的許多其他方面都沒(méi)有給予斯特里克蘭應(yīng)有的肯定。
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梶田隆章：從中微子到引力波
撰文 | Michael Banks
在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，日本在中微子科學(xué)方面一直處于世界領(lǐng)先地位。20世紀(jì)80年代，日本物理學(xué)家小柴昌俊（Masatoshi Koshiba）在日本岐阜縣（Gifu Prefecture）的鉛鋅礦井下1000米處組織建造了一個(gè)巨大的中微子探測(cè)器。它被稱為神岡（Kamiokande），是一個(gè)周圍環(huán)繞著光電倍增管的巨大水箱，用于檢測(cè)中微子與水分子中的原子核相互作用時(shí)產(chǎn)生的閃光。
小柴昌俊利用該設(shè)備從一個(gè)遙遠(yuǎn)的超新星爆炸中探測(cè)到了中微子，并在此過(guò)程中成為中微子天文學(xué)的創(chuàng)始人之一。這項(xiàng)工作使他與發(fā)現(xiàn)了宇宙中微子的雷蒙德·戴維斯（Raymond Davis）和里卡爾多·賈科尼（Riccardo Giacconi）分享了2002 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
被這些幽靈般的粒子所吸引，在小柴昌俊開(kāi)展他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的工作之時(shí)，還是物理系學(xué)生的梶田隆章（Takaaki Kajita）決定在小柴的指導(dǎo)下在東京大學(xué)攻讀博士學(xué)位。
圖6 中微子研究先驅(qū)梶田隆章 | 圖源：ICRR
獲得博士學(xué)位后，梶田加入了東京的宇宙射線研究所（ICRR），在利用超級(jí)神岡探測(cè)器（神岡探測(cè)器的繼任者）證明來(lái)自地球兩側(cè)的電子中微子與μ子中微子之比不同上發(fā)揮了關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)意味著，這些由宇宙射線與高層大氣中的原子核相互作用時(shí)產(chǎn)生的中微子在它們穿過(guò)地球時(shí)改變了 “味”（flavour），或在穿過(guò)地球時(shí) “振蕩”，因此一定具有（很小的）質(zhì)量。
梶田最終因發(fā)現(xiàn)中微子振蕩而獲得2015年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他與亞瑟·麥克唐納（Arthur McDonald）分享了該獎(jiǎng)項(xiàng)，后者領(lǐng)導(dǎo)了加拿大薩德伯里中微子天文臺(tái)（SNO）的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)確定了太陽(yáng)產(chǎn)生的電子中微子在到達(dá)地球時(shí)有多少會(huì)變成μ子中微子或τ子中微子。SNO的數(shù)據(jù)證實(shí)，大約三分之二的太陽(yáng)電子中微子在到達(dá)地球時(shí)會(huì)發(fā)生味變。
然而在2008年，早在梶田獲得諾貝爾獎(jiǎng)之前，他大膽地做出了改變研究領(lǐng)域的決定?！敖?jīng)過(guò)多年的中微子研究，我想做一些重要而令人興奮的新事情，” 梶田告訴《物理世界》?！靶疫\(yùn)的是，我們研究所一直在計(jì)劃一個(gè)引力波項(xiàng)目，作為繼超級(jí)神岡之后的下一個(gè)重大項(xiàng)目?！?這個(gè)設(shè)施就是KAGRA引力波天文臺(tái)，它建在超級(jí)神岡附近的地下200米處。
梶田于2008年成為ICRR的主任，并在獲得資助和建設(shè)KAGRA方面發(fā)揮了重要作用。本質(zhì)上來(lái)講，KAGRA就是一個(gè)巨大的干涉儀，激光束在其中被分成兩束，并發(fā)射到兩個(gè)3公里長(zhǎng)的臂里，始建于2010年，于2020年正式投入使用。KAGRA預(yù)計(jì)將于明年加入搜尋引力波的大部隊(duì)，梶田將擔(dān)任該項(xiàng)目的首席研究員。
圖7 隧道視角：梶田隆章因其在中微子方面的工作獲得了2015年諾貝爾獎(jiǎng)，但現(xiàn)已轉(zhuǎn)換了領(lǐng)域，成功領(lǐng)導(dǎo)了KAGRA引力波天文臺(tái)的建設(shè)，該天文臺(tái)于2020年運(yùn)行 | 圖源：ICRR
除了改變研究領(lǐng)域，對(duì)梶田來(lái)說(shuō)，科學(xué)不止一面。他于2017年成為日本科學(xué)理事會(huì)（SCJ）的成員，其作用是就某些問(wèn)題向政府和更廣泛的社會(huì)提出建議，現(xiàn)年62歲的梶田去年被其他SCJ成員提名為理事會(huì)主席?！拔也恢罏槭裁此麄冎械脑S多人都投票給我，”梶田承認(rèn)?！暗也轮Z貝爾獎(jiǎng)對(duì)投票有一定的影響！”
梶田說(shuō)他加入SCJ是為了向公眾宣傳基礎(chǔ)科學(xué)的重要性，他認(rèn)為這與從事科學(xué)研究本身一樣重要。“科學(xué)已經(jīng)變得非常重要了，因?yàn)樗鼪Q定了社會(huì)的方向，甚至是地球的未來(lái)，”他說(shuō)：“物理學(xué)顯然是科學(xué)的重要組成部分之一。我希望物理學(xué)家也能把時(shí)間花在科學(xué)政策和其他此類活動(dòng)上?！?nbsp;
▲ 本文為 Physics World 專欄的第50篇文章。
版權(quán)聲明
原文標(biāo)題為“Life beyond the Nobel”，首發(fā)于2021年11月出版的Physics World ，英國(guó)物理學(xué)會(huì)出版社授權(quán)《知識(shí)分子》翻譯。未經(jīng)授權(quán)的翻譯是侵權(quán)行為，版權(quán)方將保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。登陸 Physics World，關(guān)注日常全球科學(xué)新聞、熱點(diǎn)報(bào)道和評(píng)論。Physics World 幫助學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的研究人員走在世界重大科研突破與跨學(xué)科研究的前沿。
原文鏈接
https://physicsworld.com/a/life-beyond-the-nobel-why-physicists-love-to-leave-the-herd/
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作者簡(jiǎn)介
Matin Durrani為《物理世界》主編，郵箱是matin.durrani@ioppublishing.org。
Laura Hiscott為《物理世界》的評(píng)論和職業(yè)版編輯。Margaret Harris是《物理世界》的網(wǎng)站編輯。Michael Banks是《物理世界》新聞編輯。
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參考文獻(xiàn)：
1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0031916362913690
制版編輯 | 盧卡斯
