2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)頒給了天體物理學(xué)的兩個(gè)不同領(lǐng)域，獎(jiǎng)項(xiàng)公布后，不少人以為這是強(qiáng)行“合表”。其實(shí)，在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)一百多年的歷史上，合表并不少見，難道都是強(qiáng)行合在一起的？
劉欣偉 撰稿
2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半頒給了美國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·皮布爾斯，表彰他“在物理宇宙學(xué)上的理論發(fā)現(xiàn)”。另一半則頒給了兩位曾是師生的瑞士天體物理學(xué)家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲，因“發(fā)現(xiàn)圍繞太陽(yáng)型恒星運(yùn)行的系外行星”而獲獎(jiǎng)。物理宇宙學(xué)和系外行星的發(fā)現(xiàn)看似是兩個(gè)不同的領(lǐng)域，讓人有種諾貝爾獎(jiǎng)強(qiáng)行讓三個(gè)人“同桌”的感覺。諾獎(jiǎng)委員會(huì)還強(qiáng)行四舍五入，獲獎(jiǎng)理由是“他們對(duì)理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所做出的貢獻(xiàn)”。事實(shí)上，在諾貝爾獎(jiǎng)（物理獎(jiǎng)）100年的歷史中，確實(shí)出現(xiàn)過很多獎(jiǎng)項(xiàng)，獲獎(jiǎng)?wù)邅?lái)自不同的領(lǐng)域，但結(jié)果卻暗含關(guān)聯(lián)。
兩人因一人發(fā)現(xiàn)獲三項(xiàng)大獎(jiǎng)
1903 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)不能算是拼湊起來(lái)的，但獲獎(jiǎng)理由也很有趣。1903 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半獎(jiǎng)金授予了法國(guó)物理學(xué)家亨利·貝克勒爾，以表彰他發(fā)現(xiàn)天然放射性。另一半獎(jiǎng)金則授予了居里夫婦皮埃爾和瑪麗·居里，以表彰他們“在貝克勒爾教授發(fā)現(xiàn)的輻射現(xiàn)象的聯(lián)合研究中做出了杰出貢獻(xiàn)”。
亨利·貝克勒爾（1852-1908）丨來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)
貝克勒爾拍攝了第一張鈾鹽放射性污染的照片。來(lái)源：維基
顯然，他們兩人都是因放射性研究而獲獎(jiǎng)，但如果按照通常的思路，即獎(jiǎng)勵(lì)開創(chuàng)性的研究，那么貝克勒爾一人就應(yīng)該獲獎(jiǎng)。或者應(yīng)該加上英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福，他解釋了放射性的本質(zhì)，即同位素自發(fā)地從不穩(wěn)定的原子核中輻射出來(lái)，衰變成另一種同位素，并首次提出了半衰期的概念。這一杰出成就使他獲得了1908年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
1896年，X射線被發(fā)現(xiàn)后不久，貝克勒爾正在研究哪些熒光物質(zhì)可以產(chǎn)生X射線。一次偶然的機(jī)會(huì)，他得到了一張被放射性鈾鹽污染的膠片，這讓他意識(shí)到有一種輻射與X射線不同，但穿透力強(qiáng)，而且是自發(fā)的。他的這一偶然發(fā)現(xiàn)，是人類歷史上第一次發(fā)現(xiàn)原子核可以發(fā)射輻射，從而開創(chuàng)了一個(gè)新領(lǐng)域——核物理學(xué)。
居里夫婦對(duì)放射性研究的貢獻(xiàn)，首先是改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方法。他們?cè)诘弥惪死諣柕墓ぷ骱螅汩_始了研究。最初，他們只是重復(fù)貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)，但使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是皮埃爾和弟弟雅克（居里）制造的石英晶體壓電天平，大大提高了實(shí)驗(yàn)的精度。居里夫人在試驗(yàn)了大量的礦物和化學(xué)物質(zhì)后，認(rèn)為元素自發(fā)輻射應(yīng)該是一種普遍現(xiàn)象，并開始尋找新的放射性物質(zhì)。
居里夫人和他的妻子（居里夫人，1859-1906；瑪麗·居里夫人，娘家姓，1867-1934）丨來(lái)源：連線
居里夫婦更重要的貢獻(xiàn)是對(duì)復(fù)雜的瀝青鈾礦進(jìn)行了提取、分離和提純，并在沉積物中發(fā)現(xiàn)了一種新元素，將其命名為釙（以紀(jì)念居里的祖國(guó)波蘭），隨后又發(fā)現(xiàn)了鐳，并對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步提純，最終從8噸礦渣中提取出了0.1克純鐳。這一貢獻(xiàn)讓她獲得了1911年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（1906年皮埃爾因車禍去世）。之后，居里夫人帶領(lǐng)她的學(xué)生（包括她的女兒和女婿）繼續(xù)進(jìn)行這項(xiàng)研究。居里夫人最終因長(zhǎng)期受到輻射而患上重病，在遭受長(zhǎng)期折磨后去世。
從目前諾獎(jiǎng)“排隊(duì)”的現(xiàn)狀來(lái)看，一個(gè)人在同一領(lǐng)域同時(shí)獲得物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)的可能性不大。但如果居里夫人能獲得兩項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)，或許她能獲得和平獎(jiǎng)。第一次世界大戰(zhàn)期間，居里夫人發(fā)明了移動(dòng)式X光機(jī)，自學(xué)并教授放射醫(yī)學(xué)知識(shí)和技能，并建立了法國(guó)第一家軍用放射中心。作為放射醫(yī)學(xué)的先驅(qū)，她為戰(zhàn)爭(zhēng)和波蘭的獨(dú)立解放做出了杰出貢獻(xiàn)。雖然后人編造了許多故事來(lái)抬高或貶低居里夫人，但她艱苦卓絕的精神仍然是后人的榜樣。
第一次世界大戰(zhàn)期間，法國(guó)軍隊(duì)使用的居里夫人的輻射車被稱為“小居里”。
這份獎(jiǎng)項(xiàng)并不能體現(xiàn)兩人之間的關(guān)系
1927 年物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了兩個(gè)截然不同的成就。獎(jiǎng)金的一半頒給了美國(guó)物理學(xué)家康普頓（），因?yàn)樗鞍l(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的效應(yīng)”——康普頓效應(yīng)。另一半頒給了英國(guó)核物理學(xué)先驅(qū)威爾遜（CRT），因?yàn)樗袄谜羝Y(jié)使帶電粒子的軌跡可見”。
康普頓散射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)史上經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。當(dāng)X射線或伽馬射線散射電子時(shí)，散射出的射線不僅有原來(lái)的波長(zhǎng)，還有波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，兩者的波長(zhǎng)差與散射角度有關(guān)，這種現(xiàn)象被稱為康普頓效應(yīng)。其實(shí)，這種現(xiàn)象并不是康普頓首先觀察到的，早在1904年，英國(guó)物理學(xué)家A.S.伊夫就在伽馬射線中發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)的跡象，但那時(shí)伽馬射線才剛剛被發(fā)現(xiàn)，對(duì)其性質(zhì)還完全不了解。
1919年，康普頓來(lái)到卡文迪什實(shí)驗(yàn)室研究伽馬射線，他用高超的實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)量了伽馬射線的波長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)。后來(lái)，他也發(fā)現(xiàn)X射線也有同樣的現(xiàn)象。雖然實(shí)驗(yàn)做得很好，但一直很難從理論上解釋這種現(xiàn)象。為此，康普頓也提出了一些基于經(jīng)典物理的模型，但這些解釋并不完善。
康普頓散射模型公式 | 來(lái)源：
1922年，康普頓利用光量子模型，僅依靠物理學(xué)中最基本的兩個(gè)守恒定律——?jiǎng)恿渴睾愣珊湍芰渴睾愣桑茖?dǎo)出一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的方程。散射后波長(zhǎng)的增加，其實(shí)是入射光子的一部分能量被轉(zhuǎn)移給了電子。這一解釋直接呈現(xiàn)了輻射的量子本質(zhì)，首次直接證實(shí)了愛因斯坦從光電效應(yīng)中提出的光量子假說(shuō)。伽馬射線等電磁輻射也可以描述為光子，光子不僅具有能量，還具有動(dòng)量。
在物理學(xué)發(fā)展史上，光電效應(yīng)占據(jù)了非常重要的地位，而康普頓效應(yīng)則更進(jìn)了一步，為理解光的波粒二象性和物質(zhì)波假說(shuō)提供了令人信服的證據(jù)，也為量子力學(xué)的發(fā)展提供了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。（今天仍有很多疑問，相關(guān)內(nèi)容見《康普頓散射的新進(jìn)展》）
康普頓（H.，1892-1962）丨來(lái)源：
值得一提的是，康普頓的學(xué)生、華裔物理學(xué)家吳有訓(xùn)在散射實(shí)驗(yàn)中做出了許多貢獻(xiàn)，證實(shí)了康普頓效應(yīng)的普適性。另一位華裔物理學(xué)家趙忠堯在康普頓散射實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了正電子，可惜他們沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。（詳見本期《LIGO-Virgo發(fā)現(xiàn)所謂“不可能”黑洞 黑洞質(zhì)量禁區(qū)真的存在嗎？》）
今年諾貝爾獎(jiǎng)的另一半獲獎(jiǎng)成果其實(shí)和康普頓效應(yīng)有直接關(guān)系，威爾遜的貢獻(xiàn)是發(fā)明了云室，這是一種可以探測(cè)粒子軌跡的裝置，也是最早的帶電粒子探測(cè)器，所以又叫威爾遜云室。
威爾遜（CTR，1869-1959）丨來(lái)源：
這種裝置的發(fā)明，可以追溯到威爾遜在山中做觀測(cè)員的時(shí)候，他對(duì)太陽(yáng)照射在山峰上的云朵上的奇特光學(xué)現(xiàn)象感到好奇，想在實(shí)驗(yàn)室里模擬這個(gè)實(shí)驗(yàn)。1895年，威爾遜在前人工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種能將蒸汽凝結(jié)成云的裝置，這就是早期的云室。同時(shí)，他也意識(shí)到了前人留下的一個(gè)難題：為什么在空氣中沒有塵埃的情況下，不能產(chǎn)生云，是因?yàn)榕蛎洷稊?shù)不夠大。經(jīng)過精確測(cè)量除去塵埃后，他發(fā)現(xiàn)氣體中存在一定的凝結(jié)核，尺寸不超過一個(gè)分子，云就是由這個(gè)凝結(jié)核變成可見的水滴而形成的，于是他推測(cè)凝結(jié)核是否是一個(gè)帶電原子。
當(dāng)時(shí)在卡文迪許實(shí)驗(yàn)工作的威爾遜有機(jī)會(huì)使用早期的X射線管，他用X射線照射云室中的氣體，發(fā)現(xiàn)空氣在X射線下被電離，這正是他的導(dǎo)師湯姆遜（JJ）氣體電導(dǎo)理論得出的結(jié)論（該研究獲得了1906年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。
隨后的幾年里，威爾遜不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。1911年，他發(fā)明了威爾遜云室，利用蒸汽的絕熱膨脹，當(dāng)溫度下降時(shí)，會(huì)達(dá)到過飽和狀態(tài)。此時(shí)，如果有帶電粒子進(jìn)入過飽和區(qū)，就會(huì)電離路徑上的氣體分子。這些離子可以作為凝結(jié)核，把水蒸氣凝結(jié)成可見的水滴，從而顯示出粒子的路徑，結(jié)果可以拍照。他發(fā)現(xiàn)了α和β粒子穿過云室的軌跡，證實(shí)了X射線具有粒子性質(zhì)。此后，云室成為研究核物理和粒子物理的有力實(shí)驗(yàn)工具。
1932 年，美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森利用云室拍攝到正電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)反粒子，并因此獲得了 1936 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。另外，那一年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)似乎是“平分秋色”，另一半則頒給了奧地利裔美國(guó)物理學(xué)家赫斯，以表彰他發(fā)現(xiàn)了宇宙射線。但正電子是在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)的，兩者關(guān)系密切。
劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的威爾遜云室 | 來(lái)源：
威爾遜的工具和康普頓效應(yīng)到底有什么關(guān)系，導(dǎo)致兩人雙雙獲獎(jiǎng)？其實(shí)，各種帶電粒子在散射時(shí)都會(huì)表現(xiàn)出康普頓效應(yīng)。1924年，康普頓和威爾遜分別利用云室發(fā)現(xiàn)了反沖電子的“魚跡”（威爾遜稱之為魚跡，因?yàn)榉礇_電子的軌跡形似魚），證明了反沖電子被X射線散射后的軌跡可以用量子理論來(lái)解釋。康普頓首次發(fā)表康普頓效應(yīng)論文時(shí)，引發(fā)了爭(zhēng)議，而云室中拍攝的電子軌跡照片很大程度上消除了當(dāng)時(shí)物理學(xué)家對(duì)康普頓效應(yīng)的懷疑。兩人共同獲得諾貝爾獎(jiǎng)，實(shí)至名歸。
量子力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1954年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)同樣由兩人分享。一位是德國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家馬克斯·玻恩，因在量子力學(xué)方面的基礎(chǔ)性研究，特別是波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋而獲獎(jiǎng)；另一位獲獎(jiǎng)?wù)呤堑聡?guó)物理學(xué)家博思，因“提出巧合定律，以及隨后的發(fā)現(xiàn)”而獲獎(jiǎng)。乍一看，似乎是兩個(gè)毫無(wú)關(guān)系的人一起獲獎(jiǎng)，但其實(shí)，他們還是有共同之處的。
先說(shuō)玻恩。玻恩是一位非凡的人物，是所有物理學(xué)家中數(shù)一數(shù)二的人物。他是量子力學(xué)的奠基人之一，在固體物理和光學(xué)方面成就斐然。而且，他是一位優(yōu)秀的教師，可以說(shuō)是大師的大師教師（即他和他的學(xué)生都是大師的教師，這樣的教師包括索末菲、費(fèi)米等。相關(guān)內(nèi)容見《天才與良心——那位犀利的物理學(xué)家泡利》）。玻恩是哥廷根物理學(xué)派的領(lǐng)袖，影響了一大批20世紀(jì)的物理學(xué)家，其中也包括許多中國(guó)物理學(xué)家。玻恩被美國(guó)科學(xué)史學(xué)家IB·科恩評(píng)價(jià)為“物理學(xué)家中的物理學(xué)家”，是典型的得獎(jiǎng)?wù)呷舻貌坏街Z貝爾獎(jiǎng)就會(huì)失望的例子。
馬克斯·玻恩（1882-1970）| 來(lái)源：
玻恩從1923年起致力于量子理論的研究，堪稱舊量子理論的破壞者。以玻爾原子模型為首的一批理論，創(chuàng)造了量子力學(xué)的早期輝煌，這些理論現(xiàn)在被稱為舊量子理論。然而，在20世紀(jì)20年代，舊量子理論已無(wú)法解釋新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，如氦原子光譜和反常塞曼效應(yīng)。
1925年，年輕的海森堡創(chuàng)新性地提出了量子力學(xué)的矩陣力學(xué)表述。當(dāng)時(shí)，海森堡可以說(shuō)是玻恩的助手。玻恩發(fā)現(xiàn)這種表述形式與數(shù)學(xué)上的矩陣代數(shù)一致。他們二人與玻恩的學(xué)生約當(dāng)（）一起發(fā)表了一篇論文，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)形式全面系統(tǒng)地闡述了海森堡前期的理論，正式宣告了矩陣力學(xué)的誕生。這項(xiàng)工作使海森堡獲得了1932年的諾貝爾獎(jiǎng)。
后來(lái)，玻恩對(duì)量子力學(xué)的另一種形式——波力學(xué)做出了重要補(bǔ)充。他完善了波函數(shù)的物理意義諾貝爾物理學(xué)家合影，提出了波函數(shù)的概率解釋，成為波力學(xué)被廣泛接受的重要原因。提出波力學(xué)的奧地利物理學(xué)家薛定諤和英國(guó)物理學(xué)家狄拉克共同獲得了1933年的諾貝爾獎(jiǎng)，玻恩再次無(wú)緣。
他之所以沒能和海森堡等人一同獲獎(jiǎng)，最直接的解釋是，他在上世紀(jì) 30 年代只獲得過三次提名。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家低估了玻恩的貢獻(xiàn)，認(rèn)為他比不上海森堡和薛定諤的貢獻(xiàn)。玻恩本人也比較謙虛，他知道還有一批人不相信他的概率解釋，其中就包括愛因斯坦。其實(shí)，這體現(xiàn)了科學(xué)界的一種復(fù)雜性。在玻恩極力贊揚(yáng)海森堡的同時(shí)，海森堡卻沒有給予同樣的贊揚(yáng)，而是長(zhǎng)期保持沉默。好在，玻恩最終獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，而他的得意門生若爾當(dāng)則永遠(yuǎn)與諾貝爾獎(jiǎng)無(wú)緣。
1954年，獎(jiǎng)金的另一半被分給了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。博特發(fā)明的符合法被用在探測(cè)電離輻射的粒子探測(cè)器上。新方法大大提高了計(jì)數(shù)效率。
博特（1891-1957） 圖片來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)
1908年，德國(guó)物理學(xué)家蓋革和英裔新西蘭物理學(xué)家馬斯登在盧瑟福指導(dǎo)下進(jìn)行了蓋革—馬斯登實(shí)驗(yàn)（金箔實(shí)驗(yàn)），發(fā)明了能記錄帶電粒子數(shù)目的計(jì)數(shù)管。當(dāng)帶電粒子通過計(jì)數(shù)管時(shí)，里面的氣體就會(huì)電離而導(dǎo)電，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。1924年，博特改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，把兩個(gè)計(jì)數(shù)管連接在一起，接入邏輯電路（符合電路）。如果兩個(gè)計(jì)數(shù)管中同時(shí)送入脈沖，則輸出信號(hào)表明該事件是由同一個(gè)粒子引起的，或者粒子運(yùn)動(dòng)足夠快，可以忽略兩個(gè)計(jì)數(shù)管之間的行進(jìn)時(shí)間。這種方法就是符合計(jì)數(shù)法。
巧合法可用來(lái)選擇沿特定方向運(yùn)動(dòng)的粒子，因此在測(cè)量宇宙射線的研究中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在1930年前后的相關(guān)重要發(fā)現(xiàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，前面提到的康普頓獲得諾貝爾獎(jiǎng)也是得益于博特的工作。博特和蓋革利用巧合法驗(yàn)證了光子和反沖電子在康普頓散射過程中同時(shí)出現(xiàn)，能量和動(dòng)量在每次碰撞中都守恒，而不僅僅是在統(tǒng)計(jì)意義上守恒。這對(duì)于量子力學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義，現(xiàn)在巧合法是量子光學(xué)領(lǐng)域常用的方法。
早期的蓋革計(jì)數(shù)器 | 圖片來(lái)源：CBS
為何他們二人會(huì)一起獲得諾貝爾獎(jiǎng)？這肯定和量子力學(xué)的未來(lái)有關(guān)，雖然在外行看來(lái)這似乎有些牽強(qiáng)。其實(shí)，1955 年的物理學(xué)獎(jiǎng)也頒給了“蘭姆位移”和“電子磁矩”兩個(gè)不同的發(fā)現(xiàn)留學(xué)之路，但最終它們都可以用同一個(gè)理論來(lái)解釋，即量子電動(dòng)力學(xué)。
兩個(gè)方向
1978 年的物理學(xué)獎(jiǎng)就是典型的強(qiáng)行拼湊，獎(jiǎng)項(xiàng)頒發(fā)給了兩個(gè)截然不同的方向。獎(jiǎng)金的一半頒給了蘇聯(lián)物理學(xué)家彼得·卡皮察，他因“低溫物理學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)發(fā)明和發(fā)現(xiàn)”而獲獎(jiǎng)。另一半頒給了兩位美國(guó)工程師阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜，他們因發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射而獲獎(jiǎng)。
低溫物理，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是研究物質(zhì)在低溫環(huán)境下特性的學(xué)科。一切物質(zhì)都是由不斷運(yùn)動(dòng)的原子和分子構(gòu)成，其溫度取決于“熱運(yùn)動(dòng)”的強(qiáng)度。當(dāng)溫度達(dá)到絕對(duì)零度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)就停止了。在極低溫條件下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的許多不尋常的特性，比如超導(dǎo)性。1913年，荷蘭物理學(xué)家海克·昂內(nèi)斯因制出液氦，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)超導(dǎo)性而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這也是該領(lǐng)域第一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。
透明容器中的液氦 | 圖片來(lái)源：
1934年，卡皮查設(shè)計(jì)出一種生產(chǎn)液氦的新裝置，這種裝置不需要用液氫冷卻就能產(chǎn)生大量的液氦，開創(chuàng)了低溫物理學(xué)的新紀(jì)元。卡皮查隨后進(jìn)行了一系列液氦實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了液氦的超流動(dòng)性——在絕對(duì)零度以上約2開爾文時(shí)，液體的粘度極低甚至消失。他的實(shí)驗(yàn)證明，氦Ⅱ處于宏觀量子態(tài)，量子效應(yīng)起主導(dǎo)作用。后來(lái)，另一位蘇聯(lián)物理學(xué)家朗道從理論上解釋了超流體現(xiàn)象的成因，他因“開創(chuàng)了凝聚態(tài)特別是液氦的理論”而獲得1962年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
卡皮察（ПётрЛеонидович Капица, 1894-1984）丨來(lái)源：
朗道的貢獻(xiàn)讓他贏得了不止一次諾貝爾獎(jiǎng)，而他更有可能在 1962 年獲獎(jiǎng)，因?yàn)樗谀悄暝缧r(shí)候遭遇了車禍。諾貝爾獎(jiǎng)不會(huì)頒發(fā)給已故的人——如果我們不頒給他，可能就太晚了！當(dāng)時(shí)還有另外兩位俄羅斯物理學(xué)家與朗道一起研究超導(dǎo)體和超流體，但他們直到 2003 年才獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
卡皮查是一位物理學(xué)大師，除了低溫物理，他還因?qū)?qiáng)磁場(chǎng)和高溫等離子體的研究而聞名，他也是蘇聯(lián)物理學(xué)的領(lǐng)軍人物，蘇聯(lián)科學(xué)院主席團(tuán)成員，莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（MFTI）的創(chuàng)始人之一。蘭道曾因政治原因被監(jiān)禁一年，正是卡皮查找到斯大林進(jìn)行抗議和談判，最終蘭道被無(wú)罪釋放。
（左）和 | 圖片來(lái)源：.ru
1978 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的另一半與 2019 年諾貝爾獎(jiǎng)有關(guān)。1963 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位工程師彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜將通訊衛(wèi)星的接收裝置改裝成射電望遠(yuǎn)鏡，用于接收來(lái)自宇宙的無(wú)線電波，這是現(xiàn)代天文學(xué)最重要的研究手段之一。他們?cè)跍y(cè)量天線性能時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)難以解釋的現(xiàn)象，無(wú)論天線通向何處，都會(huì)產(chǎn)生等效溫度為 3.5K 的噪聲。多余的溫度從何而來(lái)？他們嘗試排除各種干擾，發(fā)現(xiàn)是一對(duì)鴿子棲息在天線上，留下了大量鴿糞。他們一度以為這就是罪魁禍?zhǔn)祝謇碇笤肼曇琅f。經(jīng)過一年的折騰，他們意識(shí)到這應(yīng)該是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)。
威爾遜（.W.，1936-）（左）和彭齊亞斯（Arno A.，1933-）獲得諾貝爾獎(jiǎng)后在天線旁合影。來(lái)源：
當(dāng)時(shí)普林斯頓大學(xué)天體物理學(xué)家 H. 迪克等人也在做相關(guān)工作，正是他向貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室建議使用輻射計(jì)來(lái)尋找宇宙的微波背景，并提出了宇宙早期可能存在某種輻射的問題。當(dāng)彭齊亞斯聯(lián)系迪克時(shí)，迪克說(shuō)：“我們搶先了一步”——他們兩個(gè)首先發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射。
在大爆炸模型中，早期宇宙中充滿了高溫、致密的等離子體和輻射，隨著宇宙的膨脹，這些等離子體和輻射逐漸冷卻。當(dāng)冷卻到一定溫度時(shí)，質(zhì)子和電子結(jié)合成中性氫原子，宇宙開始變得透明。隨后光子開始在空間中自由移動(dòng)，這個(gè)過程被稱為光子退耦。隨著空間的膨脹，能量越來(lái)越少，剩下的輻射已經(jīng)到達(dá)微波波段。這就是宇宙微波背景輻射，又稱遺跡輻射。
彭齊亞斯和威爾遜未能對(duì)這種輻射給出理論解釋，因此他們的發(fā)現(xiàn)也備受爭(zhēng)議。許多科學(xué)家認(rèn)為，預(yù)言宇宙微波背景輻射、奠定大爆炸模型基礎(chǔ)的拉爾夫、伽莫夫和赫爾曼應(yīng)該獲得諾貝爾獎(jiǎng)。他們的理論誕生于20世紀(jì)40年代，雖然當(dāng)時(shí)并未受到廣泛關(guān)注，但后來(lái)人們意識(shí)到了它對(duì)宇宙學(xué)發(fā)展的重要性。
諾貝爾獎(jiǎng)最好只有一個(gè)搭檔。2006年，兩位美國(guó)物理學(xué)家因發(fā)現(xiàn)微波背景輻射的黑體形式和各向異性而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，這再次將諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C給了宇宙學(xué)領(lǐng)域。他們利用衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，他們的工作在探索宇宙起源和將宇宙學(xué)發(fā)展為一門精確科學(xué)方面發(fā)揮了重要作用。
宇宙背景探測(cè)器 (COBE) 的成果讓約翰·C·馬瑟 (1946-) 和喬治·斯穆特 (1945-) 分享了 2006 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。來(lái)源：NASA
2001 年發(fā)射的威爾金森微波各向異性探測(cè)器 (WMAP) 觀測(cè)到的宇宙微波背景輻射。來(lái)源：NASA
要說(shuō)這門學(xué)科的理論發(fā)展，不能不提去年的諾貝爾獎(jiǎng)得主詹姆斯·皮布爾斯。正是他對(duì)宇宙微波背景輻射做出了系統(tǒng)的理論解釋，描述了宇宙的演化。他不僅進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，還緊密結(jié)合物理過程的分析，發(fā)展了一系列相關(guān)理論。目前關(guān)于已知物質(zhì)占5%，未知物質(zhì)和能量占95%的推測(cè)也源于他的理論，并得到了觀測(cè)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。
2004年，皮布爾斯獲得首屆邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng)，獎(jiǎng)項(xiàng)評(píng)價(jià)為：“他為幾乎所有現(xiàn)代宇宙學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，無(wú)論是在理論上還是在觀測(cè)上，將一個(gè)高度推測(cè)的領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)橐婚T精確的科學(xué)。”作為對(duì)宇宙學(xué)做出最大貢獻(xiàn)和創(chuàng)立學(xué)派的物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C給他絕對(duì)沒有任何爭(zhēng)議，只是讓人覺得兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)與發(fā)現(xiàn)系外行星同時(shí)頒發(fā)。至于他為何沒有與前幾位獲獎(jiǎng)?wù)咄瑫r(shí)獲獎(jiǎng)，很容易猜到是因?yàn)楫?dāng)時(shí)有那么多大人物，頒不頒給他還是個(gè)問題。
詹姆斯·皮布爾斯（1935-）| 來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)
以后還有拼湊嗎？
又到了 2009 年，這兩個(gè)領(lǐng)域走到了一起。一半的獎(jiǎng)金頒給了美籍華裔物理學(xué)家高錕，以表彰他在“光纖傳輸領(lǐng)域的開創(chuàng)性成就”，另一半則頒給了加拿大裔美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·波義爾和 E·史密斯，以表彰他們發(fā)明了半導(dǎo)體成像設(shè)備 CCD 傳感器。
這兩項(xiàng)成果與我們今天的生活更接近，光纖上網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)已普及大眾，為今天的信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)，它們分別獲獎(jiǎng)也合情合理，如果非要找出聯(lián)系，那一定與光學(xué)有關(guān)。然而史密斯和波義爾在開發(fā)CCD時(shí)，只是想做成電子儲(chǔ)存裝置，并沒有想到要用它來(lái)成像。因此，真正用CCD成像的貝爾實(shí)驗(yàn)室的I.和波義爾聲稱他們應(yīng)該獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他們進(jìn)一步發(fā)展了CCD在數(shù)碼相機(jī)上的應(yīng)用。
諾獎(jiǎng)不斷妥協(xié)，顯而易見。諾獎(jiǎng)?lì)C給最有獨(dú)創(chuàng)性的人，既然不能給四個(gè)人，那不如湊一對(duì)。其實(shí)，2018 年的物理學(xué)獎(jiǎng)也有拼湊的痕跡。雖然同屬激光領(lǐng)域，但一個(gè)是光鑷（相關(guān)內(nèi)容見《誰(shuí)能控制你的基因？》），一個(gè)是激光放大（相關(guān)內(nèi)容見《跟媽媽講諾獎(jiǎng)：2018 年物理學(xué)獎(jiǎng)的啁啾是什么？| 小毛巾沙龍》），一個(gè)是弱光，一個(gè)是強(qiáng)光，是完全不同的兩個(gè)方向。
關(guān)于2019年諾貝爾獎(jiǎng)的另一半，系外行星的發(fā)現(xiàn)，還有一個(gè)有趣的問題。米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲采用了徑向速度探測(cè)的方法，即觀察恒星和行星因引力作用遠(yuǎn)離（紅移）或接近（藍(lán)移）地球，并根據(jù)光譜的周期性變化發(fā)現(xiàn)恒星的位置。他們的方法開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，他們應(yīng)該獲得諾貝爾獎(jiǎng)。2009年諾貝爾獎(jiǎng)的貢獻(xiàn)在天文觀測(cè)中發(fā)揮了非常重要的作用。光纖是光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的基本工具，可以完美地將星光引導(dǎo)到光譜儀中。CCD增加了設(shè)備對(duì)光的靈敏度。俗話說(shuō)，工欲善其事，必先利其器。他們還使用了更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)來(lái)處理數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星。
徑向速度法示意圖 | 圖片來(lái)源：諾貝爾獎(jiǎng)
還有一位天文學(xué)家在系外行星的發(fā)現(xiàn)方面做出了杰出貢獻(xiàn)，他也應(yīng)該是諾貝爾獎(jiǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。美國(guó)天文學(xué)家馬西因開創(chuàng)了凌日法而聞名——根據(jù)行星在恒星前運(yùn)行的光變曲線的周期性變化來(lái)發(fā)現(xiàn)恒星。這種方法在系外行星搜索競(jìng)賽的早期階段占據(jù)了主導(dǎo)地位，他一人就發(fā)現(xiàn)了最初發(fā)現(xiàn)的 100 顆系外行星中的 70 顆。
凌日法示意圖 | 圖片來(lái)源：NASA
然而 2015 年，馬西因性騷擾指控名譽(yù)掃地，最終只有他的兩位同事獲獎(jiǎng)。因此可以推斷，諾獎(jiǎng)??委員會(huì)發(fā)現(xiàn)只差一個(gè)，就趕緊把獎(jiǎng)?lì)C給了皮布爾斯，皆大歡喜。而且皮布爾斯一直是該獎(jiǎng)的有力候選人，多年來(lái)一直是亞軍。他們一起幫助我們理解了宇宙的演化，對(duì)我們?cè)谟钪嬷械奈恢糜辛诵碌恼J(rèn)識(shí)。因此，雖然看起來(lái)兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)一起頒發(fā)，被認(rèn)為有點(diǎn)意外，但其實(shí)也在情理之中。
上次獲得兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是多年來(lái)的，近年來(lái)會(huì)有更多的組合？將她與另一個(gè)方向配對(duì)。
最后，我想為那些希望將來(lái)贏得獎(jiǎng)項(xiàng)的人做幾句話：諾貝爾獎(jiǎng)一直有爭(zhēng)議了一百年，只有在長(zhǎng)壽的情況下，您才能成功。
參考
Guo , Shen . Nobel Prize in , 1901-2010[M]. : Press, 2012.
A. X射線作為[J]，1961，29（12）：817-820。
Hou Yude和諾貝爾獎(jiǎng)[J]。
Guo 。
在2019年的諾貝爾獎(jiǎng)上，還有一顆太陽(yáng)能明星，諾貝爾。
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