物理

倒数第一,操行不良,这个“差等生”为何走上了诺奖舞台?

圆的方块 发表于  2019-01-30 18:40

|· 本文来自“我是科学家”·|

小柴昌俊,并不是个好学生。

小柴昌俊,图片来源:nndb.com

似乎是个悲剧的童年

小学时候,小柴用石头砸政府门口的玻璃,只是觉得它们摆放得太整齐。学校发现了这事,判定小柴的“操行”评价为最低档——“丙”。

 

他父亲是个军人,一直实行严苛的家教,想让小柴成为一名飞行员。但小柴本人完全没有上进心,每天只想着在海边玩耍,吹海风。

 

没想到,潮湿的海风,让他病倒了。

大病,一觉醒来,神志清醒,但身体不受控制。

检查之后,是小儿麻痹。

命运转折于一次泡澡

虽然战胜了病魔,但小柴还是烙下了病根——右胳膊不好使了。

因为残疾,当不了军人,所以只能继续上学。

好不容易考进了高中的小柴,却由于家里穷,不得不打工挣钱。他身体受限,好在脑子灵光,就给人当家庭教师,一口气接了三四个活。成绩也理所当然地直线下降。

更糟的是,马上就要迎来东京大学的入学考试了。小柴昌俊毫无目的,不知道下一步去哪。

直到一天,他来宿舍澡堂洗澡。

蒸腾的水汽中,他忽然听到有人在议论自己。

“小柴君准备考哪个系?”声音来自一位同学。

“他物理不行,所以可能是哲学或文学吧,反正不是物理……”回话的是就是小柴的物理老师。

当时的东大物理系只有学习成绩非常好的学生才敢报考。小柴的成绩全校中游,本就是毫无希望。

可物理老师的这番话,却触及了小柴的自尊心。

于是,他几乎抱着拼死一搏的心态,开始玩命学习物理。

三个月后,他考上了东京大学,物理系。

日本东京大学,图片来源:jpninfo.com

倒数第一的吊车尾

大学是考上了,可穷是依然穷,兼职还是要做。于是,小柴的整个大学时代,几乎没怎么正经上课。

成绩吗,当然惨淡,倒数第一。

后来小柴成名之后,很多人会质疑,觉得不至于这么惨吧。但事实就是如此!小柴的成绩单上,除了实验课,其他没有一个优。

小柴昌俊的大学成绩单,图片来源:参考文献[1]

实验课之所以还凑活,因为这是必修课,不去就挂了。

也好在这个“优”,后来通过实验课老师的推荐,小柴居然进了研究院,跟着一位名叫藤本阳一的老师,做起了核胶片的实验。所谓的核胶片,就是一种特质的相机底片,可以用来记录宇宙射线。

小柴当时只有这一个选择,于是就接受了。

开始科研吧

机缘巧合,小柴所在的研究院有一个去美国留学的机会,他厚着脸皮,向导师要了推荐信,前往美国罗切斯特大学,开始研究宇宙射线。

美国的日子很舒服,因为有了奖学金,每月108美元。这在日本,可是副教授的待遇。小柴生平第一次过起了衣食无忧的生活,于是,生平第一次,他开始一心钻研实验了。

他回忆,当时做研究的状态,如同短跑比赛,注意力高度集中,顽强学习。在此期间,他没有参加过任何派对,买车也只是为了方便去野外观测站。这一专注的状态一直保持到他完成论文——《宇宙射线中的超大能量现象》。

从开始实验、到取得学位,小柴只用了一年零八个月,这是罗切斯特大学的有史以来的最短记录。

小柴心想,“似乎,我也没那么差”。

中微子

就这样,小柴在物理学界也算闯出了名气,美国和日本的研究所同时向他伸出了橄榄枝。

最后,他决定返回日本,虽然工资只有美国的二十分之一。原因有二,一是美国的食物太难吃。二是因为语言的差异,跟别人吵架总是赢不了。

返回日本后,小柴将目光投向了他一生中最重要的研究对象——中微子

宇宙中充满了中微子,1立方厘米大约有300个。中微子经常降落到地球上,但它与其他粒子几乎不发生反应,所以能穿透几乎任何物质。正因如此,中微子非常难以观测到,被称为“幽灵粒子”。在很长时间内,人们对中微子是否有质量,以怎样的速度运动等一概不知。

20世纪中叶,科学家们曾利用原子炉和加速器成功制造了人工中微子。后来,美国的学者捕捉到了来自太阳的天然中微子。当然,宇宙这么大,如果能查明宇宙里中微子的真实面貌,势必能极大丰富扩展人们对宇宙整体环境、星体的诞生和演化这一类信息。毫不夸张地说,中微子蕴含了理解宇宙的可能。

宇宙中产生中微子等粒子的示意图,图片来源:sciscomedia.co.uk

虽然中微子行踪不定,但也不是完全无迹可寻。中微子可以在极其纯净的水里和电子碰撞,发出一种叫做“切伦科夫光”的信号。如果能捕捉到这种信号,就能进一步反推出中微子的信息。

而为了探测“切伦科夫光”,需要有两个基本条件:

首先,要有足够多纯净的水,越多越好,这样才能提高中微子碰撞的概率;

另外,要提高探测器的精密度,力争最微小的信号也可以检测到。

为了构建一个这样的探测器,小柴来到了神冈。

神冈探测器

选择在神冈,一是因为原本这里有个地下矿坑,废弃了,容易改建;另一个也是因为这里的地下水质优良,杂质较少。

即便如此,过滤得到纯水仍是极为艰难的工作。小柴特意组织了专门的研究小组来进行这一工作。最终,神冈探测器用的水,透明度达到了60米,几乎是世界上最干净的水。

神冈探测器内部,图片来源:universetoday.com

然而,神冈探测器有一个先天缺陷,就是矿坑体积有限,至多装入3000吨的水。而同时期,神冈探测器的主要竞争者,在美国的麻省理工学院(MIT)。美国探测器的储水量——7000吨。

既然无法提高水量,那就想办法提升探测器的精度吧。

探测器的核心部件叫做光电倍增管,其外形有点像老式的灯泡。把几千个这种光电倍增管密集排布在水池的周围,以尽可能接受来自中微子的信号。

当时,世界最大的光电倍增管直径20厘米,MIT用的12.5厘米。小柴推算了一下,若要对抗MIT,神冈探测器的光电倍增管,需要达到的直径是——50厘米。

科学家也要当强盗

小柴找来了当时光电倍增管的厂商——浜松光学株式会社。

这家企业是世界顶级的光学设备生产商。小柴把会社的社长昼马辉夫请了过来。昼马此时还没意识到,等待自己的会是什么。

小柴开门见山,说要把光电倍增管的尺寸从12.5厘米提高到50厘米。

昼马立刻摇头:困难太大!50厘米的倍增管是无法用机器制造的,只能手工制作。而且原本材料选择、器件设计要全部推翻重来。

小柴提议可以提供研究人员参与开发,但昼马还是极其为难,毕竟这事以前没人做成过。

他们争论了3个小时,最后,小柴使出了最后的手段。

“我说,社长的生日是1926年9月20日吧,我们是同一年生人,不过,我早你一天出生。所以我就是你大哥!对年长这说的话,要老老实实地听呦”。

昼马社长一愣,估计心里都蒙圈了,只好说道:“那就试试看吧”。

一年后,直径50厘米的光电倍增管生产了出来,精度在原有基础上提高了10倍。按小柴自己的话说:“哪怕月亮上有一束手电的光向地球射来,它都能捕捉到。”[1]

光电倍增管,图片来源:OFweek.com

唯一的缺点就是贵,一个要30万日元。

小柴可是要几千个的,这成本他可受不了。于是他又找到昼马,厚着脸说:“我们支援了你们两名优秀的研究人员呢,他们应该抵消一部分开发经费。请按成本价给我们吧”。

如果咱们往上回翻,会发现派遣研究人员,这事可是小柴自己提的。

不管怎样,经过各种软磨硬泡,昼马只能答应按每个13万日元的成本价卖给小柴。

当年,昼马的厂子出现了3个亿赤字。

不过,随着神冈探测器取得了一系列重大突破,一举奠定了浜松光学株式会社的好名声,也算打消了昼马的牢骚。

爆炸新闻

1987年,小柴的实验室生活走向了尾声。作为国立大学教授,他的任期只到这年3月底。接班人都很优秀,国际合作也顺利进行,按说一切都很如愿。

这份风平浪静结束于2月25日。当天,一份传真低到了小柴手上,是来自美国的合作者,内容就两句:“惊人的消息!你们看到了吗!”

第二天,理论学家们发布了“超新星爆炸”的大新闻。

超新星爆炸极为罕见。比如整个银河系中,每1000年才会发生10次左右的超新星爆炸。更为重要的是,随着超新星的爆炸,会伴随着巨大能量的释放,而产生大量中微子。

这次的超新星爆炸来自大麦哲伦星云。能否探测到中微子的蛛丝马迹,就要看神冈探测器了。

当时小柴正在伊豆旅行,虽然对数据的期待相当强烈,但他并没有特别激动,甚至没有取消预定好的温泉。

要稳

几天之后,小柴返回实验室,助手见面的第一句就是:“老师,有了!”

神冈探测器,在2月23日下午4点35分,检测到了11个中微子信号!

但小柴却不太高兴,因为在法国蒙布兰的一组研究人员,报道说发现了5个中微子,并且比他们提前公之于众。

可事情有些不对劲,因为这些欧洲人的观测时间,比神冈的结果提前了4个小时。

小柴决定:“如果慌张地提出我们的结论,肯定会陷入哪一个是真正中微子的争论,不能马虎!”

此时,需要镇定。

小柴的目标要让人们把蒙布兰数据和神冈的比较时,谁都一眼就能看到神冈是正确的!

首先,小柴对全组人员下达了禁口令,在最终报告完成之前,任何人不可传播流言蜚语。甚至一位要好的记者打来电话,试探性地询问,小柴只是回复:“不要瞎猜”。

随后,全组人员马不停蹄排查了各种可能性与细节,终于确定了没有问题。此时,已经滞后了一个星期了。在只有第一、没有第二的科研界,可想而知,这一星期里,小柴的组员都经历了什么。

但小柴还是再仔细检查了一遍论文,最终才发表了它。

当然,神冈赢了。蒙布兰修正了他们的报告,同意了神冈所确认的信号时间。来自美国的IMB探测器也证实了神冈的结论。

至此,地球人终于“看到了”超新星中微子。

小柴把系的紧紧的领带结,松了下来。此时,离他退休只有20天。

神冈探测器检测到的中微子脉冲串,图片来源:参考文献[1]

尾声

2002年,由于对中微子的研究,小柴昌俊获得了诺贝尔物理学奖。

颁奖后的记者招待会上,小柴特地晒出了自己大学那张倒数第一的成绩单,引得现场众人大笑。

 

所以,朋友,如果你现在是倒数第一,

不要悲伤,不要放弃,

努努力,你也能创造出比分数更有价值的东西。

(编辑:Yuki)

参考文献

  1. 我不是好学生-诺贝尔奖获得者小柴昌俊的传奇人生,科学出版社,2008。

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全部评论(9)
  • 1楼
    2019-01-30 20:16 在雨夜

    这还不是天才?

    [0] 评论
  • 2楼
    2019-01-30 20:31 天降龙虾
    引用文章内容:朋友,如果你现在也是倒数第一, 不要放弃,努努力, 你也可以得诺奖。

    前提是,你是世界一流大学重点学科里的倒数第一,而且不许挂科。。。。。

    [1] 评论
  • 3楼
    2019-01-31 12:43 q68257962

    典型的混淆概念,倒数第一那么多,有几个得诺奖的?

    和从前鼓吹大学辍学可以当世界首富本质上是一个套路。

    [1] 评论
  • 4楼
    2019-01-31 15:14 汉尼拔wang
    引用文章内容:小学时候,小柴用石头砸政府门口的玻璃,只是觉得它们摆放得太整齐

    这、这、这,实在不敢说什么~

    引用文章内容:可物理老师的这番话,却触及了小柴的自尊心

    看来我没考上研是因为洗澡没遇见老师~

    [0] 评论
  • 5楼
    2019-01-31 16:55 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
    引用文章内容:20世纪中叶,科学家们曾利用原子炉和加速器成功制造了人工中微子。

    原子炉是什么鬼,核反应堆就核反应堆

    [0] 评论
  • 6楼
    2019-02-01 09:03 大头米少
    引用文章内容:一口气接了三四个活。成绩也理所当然地直线下降
    引用文章内容:小柴的成绩全校中游

    这个案例对于普通学生来说完全不具备参考性,单单文中这条就没几个做得到。所以文末的鸡汤就有点馊了

    [0] 评论
  • 7楼
    2019-02-13 09:35 htam

    这位日本同志的案例虽然堪称奇迹,却只能说明世事无绝对,,,要在这方面谈点什么更深入的,谈谈爱恩斯坦,如果爱恩斯坦着迷于追求学习成绩好,那就不可能去创立相对论,这是绝对的逻辑

    [0] 评论
  • 8楼
    2019-02-22 14:55 云雪

    东大的难度和北大清华差不多吧,3个月就从中流搞到了考取东大,这还不是天才?

    [0] 评论
  • 9楼
    2019-02-24 12:13 htam

    昔我往矣,杨柳依依;今我来思,雨雪霏霏

    [0] 评论

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