爱因斯坦与诺贝尔奖

来源: summermoon01 2019-11-25 12:56:28 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (16051 bytes)

在诺贝尔奖的评选历史中,没有任何人的获奖有象爱因斯坦那样艰难曲折,充满争议。爱因斯坦是当今公认的可以比肩牛顿的最伟大的科学家,他的相对论彻底改变了人类对时间,空间和宇宙的认识。基于相对论的能量-质量转化 E=mC2可能是全世界最为人知的物理学公式。但是爱因斯坦并没有因为提出了相对论而获得诺贝尔奖,他一生只得到一次诺贝尔奖,奖给了他一系列重要发现中的一个较小的,但有足够份量获得诺贝尔奖的发现--光电效应的量子解释。而就这一次获奖也充满了争论和坎坷。

爱因斯坦1879年3月14日出生在德意志帝国符腾堡王国的一个犹太人家庭,父亲是一个经营电器的商人。爱因斯坦16岁时提前参加了瑞士苏黎世联邦理工学院的入学考试,尽管在数理学科中都得了高分,但因没有考过文科部分而失败。时隔一年,他成功地通过了瑞士高中毕业考试,数学和物理都得了满分。同年,爱因斯坦考入苏黎世联邦理工学院师范系学习物理。1900年爱因斯坦大学毕业,获得教学文凭,在全班5名学生中名列第四,平均成绩4.9(满分6分)。他的第一位妻子米列娃是全班唯一的女生,名列第五,平均成绩4.0分。

毕业以后的两年是爱因斯坦一生中最困难和窘迫的时期。他没能留校担任助教,也没能在社会上找到教职。爱因斯坦决定继续攻读博士学位。由于苏黎世联邦理工学院不能授予博士学位,他先在那里读了一年,1901年转到苏黎世大学实验物理学教授阿尔弗雷德·克莱纳的名下做博士生。1902年爱因斯坦在大学同学格罗斯曼的父亲帮助下,在伯尔尼瑞士联邦专利局找到一份助理鉴定员的工作,从事电磁发明专利申请的技术审查工作,终于解决了他的经济生活问题。第二年他转成了正式职员。爱因斯坦在专利局的工作很多是审查电信号传递,机电时间同步这类的技术问题。对这两类问题的思考很有助于他日后进行的思想实验(thought experiment),而这些思想实验最终导致爱因斯坦作出相对论的一些基本思想。

1905年爱因斯坦的博士论文《分子大小的新测量方法》在几经周折后终于获得了导师的认可,他获得了物理学博士学位。其实爱因斯坦志在理论物理,在读博期间他巳广泛阅读和深入思考了物理学的前沿问题。就在这一年,他连续推出四篇与他博士论文无关的文章。他发表了有关光电效应的解释,分子布郎运动,狭义相对论和能量质量关系的论文,在物理学的不同领域同时取得了突破性的成就。这一年被后人称为“爱因斯坦奇迹年"。所有这些成就都是他用精致的思考,大胆的假设和缜密的数学运算取得的。

到1908年,爱因斯坦已经被认为是物理学领域的顶尖学者。伯尔尼大学聘请他为讲师。由于薪资微薄,他不得不继续保留在专利局的工作。第二年苏黎世大学新设了一个理论物理学副教授席位,克莱纳教授很想让爱因斯坦得到这份工作,但他知道爱因斯坦的教学方式是很成问题的。爱因斯坦讲课时会长时间独白,且缺乏条理和交流。克莱纳向爱因斯坦指出问题所在,决定在苏黎世物理学会开一场讲课。经过精心准备,爱因斯坦的讲课获得好评。克莱纳向苏黎世大学推荐了爱因斯坦。爱因斯坦成为了苏黎世大学理论物理学副教授,他辞去了专利局的工作。

1911年在名望和薪资的双重吸引下,爱因斯坦到布拉格查理大学任物理学教授,从事固体量子理论研究。翌年,他回到母校苏黎世联邦理工学院担任理论物理学教授。应马克思·普郎克的邀请,爱因斯坦于1914年回到德国担任威廉皇家物理研究所的第一任所长并兼洪堡大学物理教授,而且不需要在课堂上授课,这对爱因斯坦可能是个解脱。很快他又当选为普鲁士科学院院士。1916年,37岁的爱因斯坦被选为德国物理学会会长(1916-1918)。

1915年,爱因斯坦发表了广义相对论。运用这个理论,他完美解释了水星近日点进动的现象。预言光线通过太阳引力场时会发生弯曲,光在大质量引力作用下将发生波长变长的现象,并提出了引力波的存在,牛顿力学是在相对论中弱引力,低速度条件下的结果。这是一套全新的理论,它的提出震撼了整个物理学界。英国皇家学会会长J·J 汤姆逊指出,引力理论"是牛顿时代以来最重要的进展,是人类思想上的最高成就之一"。当时科学界非常有威望的荷兰物理学家洛伦兹称,"引力理论,特别是对水星近日点进动及光线弯曲的计祘使爱因斯坦已经成为有史以来的第一流物理学家","很近于铺设通往诺贝尔奖的道路"。

事实上,由于爱因斯坦对物理学的贡献,从1910年起就不断有人提名授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖。以下是诺贝尔委员会的档案关于提名爱因斯坦物理学奖的记录。

1910年 1人提名 狭义相对论

1912年 4人提名 狭义相对论

1913年 3人提名 狭义相对论,量子理论

1914年 2人提名 狭义相对论,量子理论,扩散理论

1916年 1人提名 狭义相对论

1917年 3人提名 狭义相对论,量子理论,引力理论,统计力学,光电效应

1918年 6人提名 狭义相对论,量子理论,布郎运动,引力理论

1919年 5人提名 狭义相对论,量子理论,引力理论,布郎运动,比热

1920年 8人提名 狭义相对论,量子理论,广义相对论,光电效应

1921年 14人提名 广义相对论,光电效应

1921年的14位提名,创下了诺贝尔有史以来所有奖项的最高提名人数。在强大压力下,诺贝尔物理学奖委员会不得不认真对待。诺贝尔物理学奖由瑞典皇家科学院颁发,由一个五人组成的委员会来作出最终决定。有资格提名的人包括历次诺贝尔物理学奖获得者,瑞典皇家科学院院士以及诺贝尔奖委员会成员。当时物理学奖五人委员会的主席是物理化学家阿仑尼乌斯,(又译阿列纽斯)。五人中三人是实验物理学家,对评奖更多倾向实验型,而对象爱因斯坦这样的纯理论物理,既不在行也不太重视。对每一个被提名人,委员会都要找一个委员来讲被提名人的工作和成就。1920年,阿仑尼乌斯找格尔克和勒纳德来讲爱因斯坦的工作。这个勒纳德就是实验发现光电效应那位科学家!由于两人都是反犹太人的,爱因斯坦的贡献未得到承认。1921年,面对如此大的压力,阿仑尼乌斯找了伽尔士兰德(Gullstrand)来讲解爱因斯坦的相对论。伽尔士兰德是瑞典视光学专家,他发明了验光镜等一系列对眼科发展有重要贡献的仪器,在瑞典很有名气。1911年,瑞典在诺贝尔获奖中还缺少物理学和生理或医学奖获得者。这一年,诺贝尔物理学奖委员会和生理或医学奖委员会同时提名伽尔士兰德为诺贝尔奖获奖人。尽管他是物理学会会员,伽尔士兰德最终选择了生理或医学奖。他可能是历史上唯一一位可以自由选择诺贝尔得奖项目的人。他从1911年起就一直担任诺贝尔物理学奖委员会的成员。伽尔士兰德评审了爱因斯坦的相对论,指出,"相对论提出的效应是如此之小以至于都在实验的误差范围内"。阿仑尼乌斯本人向委员会成员讲解了爱因斯坦对光电效应的解释,同样给出了负面评价。另一位物理奖侯选人尼尔斯·波尔也未被委员会看中,因此1921年的诺贝尔物理学奖就空缺了。现在看来,1921年的两位侯选人爱因斯坦和波尔就是二十世纪物理学两个最重大突破,相对论和量子论,的代表性人物,而在这一年,他们两人同时都被诺贝尔物理学奖委员会拒绝了。

爱因斯坦的再次落选在物理界引起了很大震动。1922年再次有创记录的人提名爱因斯坦诺贝尔物理学奖。他们之中有普郎克,奥辛,劳厄,布里渊,郎之万等17人。绝大多数人推荐了爱因斯坦的相对论。奥辛(Oseen)有意识地连续第二次提议授予爱因斯坦对光电效应的量子解释。布里渊写道"想象一下,如果爱因斯坦不在诺贝尔奖得主名单中,五十年后,人们会怎么看"。他已将授不授予爱因斯坦诺见尔奖提到了有关诺贝尔奖权威性的高度。不是爱因斯坦一定需要一个诺贝尔奖,而是诺贝尔奖必须有爱因斯坦的名字,否则它的权威性将大打折扣。

这一次,诺贝尔物理学奖委员会还是请伽尔士兰德作有关相对论的介绍。奥辛在这一年成了物理学奖委员会的成员,他作了有关光电效应的量子解释的报告。奥辛是一位研究流体的理论物理学家,与伽尔士兰德同为乌普萨拉大学的教授。伽尔士兰德坚持了他前一年对相对论的评价。奥辛向委员会介绍了爱因斯坦光量子假设,他强调光电效应的光量子解释与实验结果有很好的吻合。奥辛采纳普郎克的建议,提议将1921年的物理学奖授予爱因斯坦,同时将1922年的奖授予波尔。作为奥辛的朋友,伽尔士兰德没有反对奥辛的提议。而阿尔尼乌斯早前去德国与爱因斯坦见了面,亲眼目睹了柏林科学界对爱因期坦的尊敬,这一次他也转向支持爱因斯坦。1922年9月6日,经过投票,诺贝尔物理学奖委员会终于决定将1921年诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦。同时也将1922年诺贝尔物理学奖授予了尼尔斯·波尔,使这一年的颁奖分量超过了历史上任何一届。5天以后,阿尔尼乌斯写信给爱因斯坦,建议他在12月诺贝尔颁奖时留在欧洲,这是对爱因斯坦的强烈暗示。由于爱因斯坦当时已经接受了日本有关组织的访问邀请,他不能改变既有行程。1922年11月13日,爱因斯坦乘日本客轮"北影丸"在去日本的途中抵达上海,在这里,瑞典驻上海总领事通知爱因斯坦,他获得了1921年诺贝尔物理学奖。由于旅行日程安排,爱因斯坦不能赶回斯德哥尔摩参加颁奖仪式。1922年12月10日瑞典皇家科学院致信爱因斯坦:“瑞典皇家科学院决定授予你去年的诺贝尔物理学奖,这是考虑到你对理论物理,特别是光电效应定律的工作,但没有考虑到你的相对论与引力理论在未来得到证实之后的价值"。直接最后一刻,物理学奖委员会还是对相对论不放心,特意划清了授奖与相对论的界限。

爱因斯坦一直在亚洲旅行直到1923年春天才回到德国。阿仑尼乌斯邀请爱因斯坦在为瑞典哥德堡建城300周年举办的斯堪的纳维亚科协大会上作一个发言,希望他讲讲相对论。爱因斯坦在会上作了"相对论的基本思想和问题"的报告。瑞典国王出席了会议并与爱因斯坦交谈。这个演讲报告被诺贝尔委员会当着爱因斯坦的诺贝尔奖获奖发言存入档案。这样既记录了相对论这个爱因斯坦最重要的发现,又避免了为它颁奖带来的潜在风险。阿仑尼乌斯在授予爱因斯坦诺贝尔奖一事上可谓用心良苦。

这就是爱因斯坦莸得的唯一一次诺贝尔奖的曲折经过。作为一个伟大的物理学家,爱因斯坦对物理学的若干领域都作出了重要贡献,例如相对论,量子理论,统计物理,热力学,等等。他在每一方面的成就都足以获得诺贝尔奖,但是自这一次莸奖后,他再也没有得到诺贝尔奖,包括他的相对论。历史上有两个组织(国际红十字会和联合国难民事务高级专员公署)得了两次以上的和平奖,有四个人得了两次诺贝尔奖。有人说一人不能在同一个领域得两次奖。居里夫人得的两次中一次是物理,一次是化学。莱纳斯·鲍林的两次,一次是化学,一次是和平奖。但约翰·巴丁和弗里德里克·山格都是在同一领域得的两次奖。又有人说一个人不能独得超过一次的奖。巴丁的两次物理学奖都是与他人分享的。但山格确实第一次独享了化学奖,第二次又与人分享了化学奖。因此这些说法都不成立。

我查阅了诺贝尔奖委员会从1923年到1955年爱因斯坦去世的推荐记录。自1922年爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理学奖后直到他去世,全世界再也没有任何一个人曾经提名爱因斯坦为诺贝尔奖侯选人。既然没有任何人推荐提名,他也就不可能再次获奖了。一般地认为爱因斯坦在物理学上的贡献足以让他获得5次以上的诺奖,但是为什么不再有人提名了呢?诺贝尔奖的实质是承认一个人在特定领域作出了重要贡献。这对一般科学家是一个极大的荣誉和认可。但对爱因斯坦这样的人来说,他巳经不需要再得到别人的认可,他的成就全世界都知道,反复授予他诺奖对他意义不大。同时由于诺贝尔奖委员会已经授予了爱因斯坦一次奖,在诺贝尔奖获奖者名单上巳经有了这位伟大科学家的名字,它也不需要再颁一次奖来增加它的权威性。因此全世界都不再提名授予爱因斯坦另一次诺贝尔奖。这就是爱因斯坦只得到一次诺奖的原因。

写到此处本文就应该结束了,但似乎意犹未尽,再多写几行字。对于爱因斯坦的相对论在1922年受到许多人的怀疑是不奇怪的。一方面是它抽象复杂的数学使人难以理解,另一方面在当时没有足够的实验结果支持相对论。爱因斯坦曾题出三个检验广义相对论的实验:水星轨道近日点的进动;光线在太阳附近偏折;光波离开重力场产生红移。水星近日点进动的观测是早于相对论的。爱因斯坦用相对论理论对此现象进行了计算,结果与观测完全一致,使人们开始相信相对论。相对论提出后就一直有人不断地利用日蚀的机会来测量光线在太阳附近的折弯。到1960年代,精确测量完全符合相对论预期。1959年光波离开大质量物体时会产生波长变长的"红移"得到实验证实。相对论预言引力波的存在,2016年美国激光干涉重力波天文台(LIGO)的研究人员第一次直接成功探测到了引力波。尽管现在所有实验观测都支持相对论的结果,时至当今仍然有人希望能对相对论"证伪"。2005年我的一个朋友就很肯定地告诉我,他巳经找到了"证伪"相对论的证据,要我等着看他即将发表的文章。2010年我在从美国到上海的飞机上认识了一位邻座的老人,他告诉我他此行的目的是去与上海佘山天文台合作一个天文观测项目,如果他们的预期是正确的话,其结果将挑战爱因斯坦的相对论。一方面在证实,一方面想证伪。两者的出发点都是想找到真理,这就是科学研究的基本出发点。或许有一天,在证实的过程中会发现证伪的证据,反之亦然。




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