愛因斯坦與諾貝爾獎

來源: 2019-11-25 12:56:28 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (16051 bytes)

在諾貝爾獎的評選曆史中,沒有任何人的獲獎有象愛因斯坦那樣艱難曲折,充滿爭議。愛因斯坦是當今公認的可以比肩牛頓的最偉大的科學家,他的相對論徹底改變了人類對時間,空間和宇宙的認識。基於相對論的能量-質量轉化 E=mC2可能是全世界最為人知的物理學公式。但是愛因斯坦並沒有因為提出了相對論而獲得諾貝爾獎,他一生隻得到一次諾貝爾獎,獎給了他一係列重要發現中的一個較小的,但有足夠份量獲得諾貝爾獎的發現--光電效應的量子解釋。而就這一次獲獎也充滿了爭論和坎坷。

愛因斯坦1879年3月14日出生在德意誌帝國符騰堡王國的一個猶太人家庭,父親是一個經營電器的商人。愛因斯坦16歲時提前參加了瑞士蘇黎世聯邦理工學院的入學考試,盡管在數理學科中都得了高分,但因沒有考過文科部分而失敗。時隔一年,他成功地通過了瑞士高中畢業考試,數學和物理都得了滿分。同年,愛因斯坦考入蘇黎世聯邦理工學院師範係學習物理。1900年愛因斯坦大學畢業,獲得教學文憑,在全班5名學生中名列第四,平均成績4.9(滿分6分)。他的第一位妻子米列娃是全班唯一的女生,名列第五,平均成績4.0分。

畢業以後的兩年是愛因斯坦一生中最困難和窘迫的時期。他沒能留校擔任助教,也沒能在社會上找到教職。愛因斯坦決定繼續攻讀博士學位。由於蘇黎世聯邦理工學院不能授予博士學位,他先在那裏讀了一年,1901年轉到蘇黎世大學實驗物理學教授阿爾弗雷德·克萊納的名下做博士生。1902年愛因斯坦在大學同學格羅斯曼的父親幫助下,在伯爾尼瑞士聯邦專利局找到一份助理鑒定員的工作,從事電磁發明專利申請的技術審查工作,終於解決了他的經濟生活問題。第二年他轉成了正式職員。愛因斯坦在專利局的工作很多是審查電信號傳遞,機電時間同步這類的技術問題。對這兩類問題的思考很有助於他日後進行的思想實驗(thought experiment),而這些思想實驗最終導致愛因斯坦作出相對論的一些基本思想。

1905年愛因斯坦的博士論文《分子大小的新測量方法》在幾經周折後終於獲得了導師的認可,他獲得了物理學博士學位。其實愛因斯坦誌在理論物理,在讀博期間他巳廣泛閱讀和深入思考了物理學的前沿問題。就在這一年,他連續推出四篇與他博士論文無關的文章。他發表了有關光電效應的解釋,分子布郎運動,狹義相對論和能量質量關係的論文,在物理學的不同領域同時取得了突破性的成就。這一年被後人稱為“愛因斯坦奇跡年"。所有這些成就都是他用精致的思考,大膽的假設和縝密的數學運算取得的。

到1908年,愛因斯坦已經被認為是物理學領域的頂尖學者。伯爾尼大學聘請他為講師。由於薪資微薄,他不得不繼續保留在專利局的工作。第二年蘇黎世大學新設了一個理論物理學副教授席位,克萊納教授很想讓愛因斯坦得到這份工作,但他知道愛因斯坦的教學方式是很成問題的。愛因斯坦講課時會長時間獨白,且缺乏條理和交流。克萊納向愛因斯坦指出問題所在,決定在蘇黎世物理學會開一場講課。經過精心準備,愛因斯坦的講課獲得好評。克萊納向蘇黎世大學推薦了愛因斯坦。愛因斯坦成為了蘇黎世大學理論物理學副教授,他辭去了專利局的工作。

1911年在名望和薪資的雙重吸引下,愛因斯坦到布拉格查理大學任物理學教授,從事固體量子理論研究。翌年,他回到母校蘇黎世聯邦理工學院擔任理論物理學教授。應馬克思·普郎克的邀請,愛因斯坦於1914年回到德國擔任威廉皇家物理研究所的第一任所長並兼洪堡大學物理教授,而且不需要在課堂上授課,這對愛因斯坦可能是個解脫。很快他又當選為普魯士科學院院士。1916年,37歲的愛因斯坦被選為德國物理學會會長(1916-1918)。

1915年,愛因斯坦發表了廣義相對論。運用這個理論,他完美解釋了水星近日點進動的現象。預言光線通過太陽引力場時會發生彎曲,光在大質量引力作用下將發生波長變長的現象,並提出了引力波的存在,牛頓力學是在相對論中弱引力,低速度條件下的結果。這是一套全新的理論,它的提出震撼了整個物理學界。英國皇家學會會長J·J 湯姆遜指出,引力理論"是牛頓時代以來最重要的進展,是人類思想上的最高成就之一"。當時科學界非常有威望的荷蘭物理學家洛倫茲稱,"引力理論,特別是對水星近日點進動及光線彎曲的計祘使愛因斯坦已經成為有史以來的第一流物理學家","很近於鋪設通往諾貝爾獎的道路"。

事實上,由於愛因斯坦對物理學的貢獻,從1910年起就不斷有人提名授予愛因斯坦諾貝爾物理學獎。以下是諾貝爾委員會的檔案關於提名愛因斯坦物理學獎的記錄。

1910年 1人提名 狹義相對論

1912年 4人提名 狹義相對論

1913年 3人提名 狹義相對論,量子理論

1914年 2人提名 狹義相對論,量子理論,擴散理論

1916年 1人提名 狹義相對論

1917年 3人提名 狹義相對論,量子理論,引力理論,統計力學,光電效應

1918年 6人提名 狹義相對論,量子理論,布郎運動,引力理論

1919年 5人提名 狹義相對論,量子理論,引力理論,布郎運動,比熱

1920年 8人提名 狹義相對論,量子理論,廣義相對論,光電效應

1921年 14人提名 廣義相對論,光電效應

1921年的14位提名,創下了諾貝爾有史以來所有獎項的最高提名人數。在強大壓力下,諾貝爾物理學獎委員會不得不認真對待。諾貝爾物理學獎由瑞典皇家科學院頒發,由一個五人組成的委員會來作出最終決定。有資格提名的人包括曆次諾貝爾物理學獎獲得者,瑞典皇家科學院院士以及諾貝爾獎委員會成員。當時物理學獎五人委員會的主席是物理化學家阿侖尼烏斯,(又譯阿列紐斯)。五人中三人是實驗物理學家,對評獎更多傾向實驗型,而對象愛因斯坦這樣的純理論物理,既不在行也不太重視。對每一個被提名人,委員會都要找一個委員來講被提名人的工作和成就。1920年,阿侖尼烏斯找格爾克和勒納德來講愛因斯坦的工作。這個勒納德就是實驗發現光電效應那位科學家!由於兩人都是反猶太人的,愛因斯坦的貢獻未得到承認。1921年,麵對如此大的壓力,阿侖尼烏斯找了伽爾士蘭德(Gullstrand)來講解愛因斯坦的相對論。伽爾士蘭德是瑞典視光學專家,他發明了驗光鏡等一係列對眼科發展有重要貢獻的儀器,在瑞典很有名氣。1911年,瑞典在諾貝爾獲獎中還缺少物理學和生理或醫學獎獲得者。這一年,諾貝爾物理學獎委員會和生理或醫學獎委員會同時提名伽爾士蘭德為諾貝爾獎獲獎人。盡管他是物理學會會員,伽爾士蘭德最終選擇了生理或醫學獎。他可能是曆史上唯一一位可以自由選擇諾貝爾得獎項目的人。他從1911年起就一直擔任諾貝爾物理學獎委員會的成員。伽爾士蘭德評審了愛因斯坦的相對論,指出,"相對論提出的效應是如此之小以至於都在實驗的誤差範圍內"。阿侖尼烏斯本人向委員會成員講解了愛因斯坦對光電效應的解釋,同樣給出了負麵評價。另一位物理獎侯選人尼爾斯·波爾也未被委員會看中,因此1921年的諾貝爾物理學獎就空缺了。現在看來,1921年的兩位侯選人愛因斯坦和波爾就是二十世紀物理學兩個最重大突破,相對論和量子論,的代表性人物,而在這一年,他們兩人同時都被諾貝爾物理學獎委員會拒絕了。

愛因斯坦的再次落選在物理界引起了很大震動。1922年再次有創記錄的人提名愛因斯坦諾貝爾物理學獎。他們之中有普郎克,奧辛,勞厄,布裏淵,郎之萬等17人。絕大多數人推薦了愛因斯坦的相對論。奧辛(Oseen)有意識地連續第二次提議授予愛因斯坦對光電效應的量子解釋。布裏淵寫道"想象一下,如果愛因斯坦不在諾貝爾獎得主名單中,五十年後,人們會怎麽看"。他已將授不授予愛因斯坦諾見爾獎提到了有關諾貝爾獎權威性的高度。不是愛因斯坦一定需要一個諾貝爾獎,而是諾貝爾獎必須有愛因斯坦的名字,否則它的權威性將大打折扣。

這一次,諾貝爾物理學獎委員會還是請伽爾士蘭德作有關相對論的介紹。奧辛在這一年成了物理學獎委員會的成員,他作了有關光電效應的量子解釋的報告。奧辛是一位研究流體的理論物理學家,與伽爾士蘭德同為烏普薩拉大學的教授。伽爾士蘭德堅持了他前一年對相對論的評價。奧辛向委員會介紹了愛因斯坦光量子假設,他強調光電效應的光量子解釋與實驗結果有很好的吻合。奧辛采納普郎克的建議,提議將1921年的物理學獎授予愛因斯坦,同時將1922年的獎授予波爾。作為奧辛的朋友,伽爾士蘭德沒有反對奧辛的提議。而阿爾尼烏斯早前去德國與愛因斯坦見了麵,親眼目睹了柏林科學界對愛因期坦的尊敬,這一次他也轉向支持愛因斯坦。1922年9月6日,經過投票,諾貝爾物理學獎委員會終於決定將1921年諾貝爾物理學獎授予愛因斯坦。同時也將1922年諾貝爾物理學獎授予了尼爾斯·波爾,使這一年的頒獎分量超過了曆史上任何一屆。5天以後,阿爾尼烏斯寫信給愛因斯坦,建議他在12月諾貝爾頒獎時留在歐洲,這是對愛因斯坦的強烈暗示。由於愛因斯坦當時已經接受了日本有關組織的訪問邀請,他不能改變既有行程。1922年11月13日,愛因斯坦乘日本客輪"北影丸"在去日本的途中抵達上海,在這裏,瑞典駐上海總領事通知愛因斯坦,他獲得了1921年諾貝爾物理學獎。由於旅行日程安排,愛因斯坦不能趕回斯德哥爾摩參加頒獎儀式。1922年12月10日瑞典皇家科學院致信愛因斯坦:“瑞典皇家科學院決定授予你去年的諾貝爾物理學獎,這是考慮到你對理論物理,特別是光電效應定律的工作,但沒有考慮到你的相對論與引力理論在未來得到證實之後的價值"。直接最後一刻,物理學獎委員會還是對相對論不放心,特意劃清了授獎與相對論的界限。

愛因斯坦一直在亞洲旅行直到1923年春天才回到德國。阿侖尼烏斯邀請愛因斯坦在為瑞典哥德堡建城300周年舉辦的斯堪的納維亞科協大會上作一個發言,希望他講講相對論。愛因斯坦在會上作了"相對論的基本思想和問題"的報告。瑞典國王出席了會議並與愛因斯坦交談。這個演講報告被諾貝爾委員會當著愛因斯坦的諾貝爾獎獲獎發言存入檔案。這樣既記錄了相對論這個愛因斯坦最重要的發現,又避免了為它頒獎帶來的潛在風險。阿侖尼烏斯在授予愛因斯坦諾貝爾獎一事上可謂用心良苦。

這就是愛因斯坦蕕得的唯一一次諾貝爾獎的曲折經過。作為一個偉大的物理學家,愛因斯坦對物理學的若幹領域都作出了重要貢獻,例如相對論,量子理論,統計物理,熱力學,等等。他在每一方麵的成就都足以獲得諾貝爾獎,但是自這一次蕕獎後,他再也沒有得到諾貝爾獎,包括他的相對論。曆史上有兩個組織(國際紅十字會和聯合國難民事務高級專員公署)得了兩次以上的和平獎,有四個人得了兩次諾貝爾獎。有人說一人不能在同一個領域得兩次獎。居裏夫人得的兩次中一次是物理,一次是化學。萊納斯·鮑林的兩次,一次是化學,一次是和平獎。但約翰·巴丁和弗裏德裏克·山格都是在同一領域得的兩次獎。又有人說一個人不能獨得超過一次的獎。巴丁的兩次物理學獎都是與他人分享的。但山格確實第一次獨享了化學獎,第二次又與人分享了化學獎。因此這些說法都不成立。

我查閱了諾貝爾獎委員會從1923年到1955年愛因斯坦去世的推薦記錄。自1922年愛因斯坦獲得了1921年的諾貝爾物理學獎後直到他去世,全世界再也沒有任何一個人曾經提名愛因斯坦為諾貝爾獎侯選人。既然沒有任何人推薦提名,他也就不可能再次獲獎了。一般地認為愛因斯坦在物理學上的貢獻足以讓他獲得5次以上的諾獎,但是為什麽不再有人提名了呢?諾貝爾獎的實質是承認一個人在特定領域作出了重要貢獻。這對一般科學家是一個極大的榮譽和認可。但對愛因斯坦這樣的人來說,他巳經不需要再得到別人的認可,他的成就全世界都知道,反複授予他諾獎對他意義不大。同時由於諾貝爾獎委員會已經授予了愛因斯坦一次獎,在諾貝爾獎獲獎者名單上巳經有了這位偉大科學家的名字,它也不需要再頒一次獎來增加它的權威性。因此全世界都不再提名授予愛因斯坦另一次諾貝爾獎。這就是愛因斯坦隻得到一次諾獎的原因。

寫到此處本文就應該結束了,但似乎意猶未盡,再多寫幾行字。對於愛因斯坦的相對論在1922年受到許多人的懷疑是不奇怪的。一方麵是它抽象複雜的數學使人難以理解,另一方麵在當時沒有足夠的實驗結果支持相對論。愛因斯坦曾題出三個檢驗廣義相對論的實驗:水星軌道近日點的進動;光線在太陽附近偏折;光波離開重力場產生紅移。水星近日點進動的觀測是早於相對論的。愛因斯坦用相對論理論對此現象進行了計算,結果與觀測完全一致,使人們開始相信相對論。相對論提出後就一直有人不斷地利用日蝕的機會來測量光線在太陽附近的折彎。到1960年代,精確測量完全符合相對論預期。1959年光波離開大質量物體時會產生波長變長的"紅移"得到實驗證實。相對論預言引力波的存在,2016年美國激光幹涉重力波天文台(LIGO)的研究人員第一次直接成功探測到了引力波。盡管現在所有實驗觀測都支持相對論的結果,時至當今仍然有人希望能對相對論"證偽"。2005年我的一個朋友就很肯定地告訴我,他巳經找到了"證偽"相對論的證據,要我等著看他即將發表的文章。2010年我在從美國到上海的飛機上認識了一位鄰座的老人,他告訴我他此行的目的是去與上海佘山天文台合作一個天文觀測項目,如果他們的預期是正確的話,其結果將挑戰愛因斯坦的相對論。一方麵在證實,一方麵想證偽。兩者的出發點都是想找到真理,這就是科學研究的基本出發點。或許有一天,在證實的過程中會發現證偽的證據,反之亦然。




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