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与诺奖擦肩而过是怎样一种体验?她说:也挺好

|· 本文来自“我是科学家”·|

想象一下,如果你本有机会获得诺贝尔奖,却因为一些原因与之擦肩而过,你大概会感到非常遗憾甚至沮丧。

诺贝尔奖奖牌正面 | Wikimedia Commons

但对于乔瑟琳·贝尔·伯内尔(Jocelyn Bell Burnell)来说,错失诺奖并不是什么糟糕的体验。半个多世纪前,尚在剑桥大学读博士的她就发现了脉冲星。此后,脉冲星的发现获得诺贝尔奖,贝尔虽然不在其中,但她却始终致力于推动天文学的发展,热情丝毫不减。

从小镇到剑桥

1943年,贝尔出生于英国北爱尔兰的卢根(Lurgan)。她的父亲是一位建筑师,曾经参与设计了北爱尔兰阿尔玛格的天文馆。当她在天文馆参观的时候,工作人员就鼓励她去研究天文学[1]。儿时的贝尔也确实对天文学产生了兴趣,她几乎读过父亲买回来的所有书,但只有天文学的书真正引起了她的注意[2]。

在卢根读书的时候,贝尔曾和其他女生遵照老师的安排上家政课,内容包括烹饪和针织,而只有男生可以学习物理、化学和生物。贝尔认为这不合理,因此在第一堂家政课进行了大约20分钟后,她对老师说:“我觉得我待在了错误的地方”,然后才和另外两名女生一起去上科学课[3]。

后来,贝尔的父母把她送到英格兰的约克(York)读书,在那里,她的一位物理老师令她受益匪浅。他告诉贝尔不需要学习很多的东西,只要学好关键的东西即可,然后从这些关键的东西出发,可以应用、建立或者发展出一些新东西。贝尔从此明白,学习物理其实可以很简单[2]。

1965年,贝尔在格拉斯哥大学获得学士学位。随后她前往剑桥大学,跟随天体物理学家安东尼·休伊什(Antony Hewish)攻读博士学位。休伊什带领一个包括贝尔在内的研究团队建设了新的射电望远镜——行星际闪烁阵列(Interplanetary Scintillation Array),以研究刚发现不久的一类新的奇异天体——类星体。

安东尼·休伊什 | 参考资料[4]

20世纪60年代是天文学研究的一个黄金时期,标志性成果是类星体微波背景辐射脉冲星星际有机分子这“四大发现”。而这“四大发现”之一的脉冲星,正是贝尔在做博士论文时发现的。

“小绿人”现身

1967年7月,休伊什领导建设的射电望远镜开始调试工作,贝尔负责观测和数据分析。射电望远镜获得的观测数据从记录器导出时,是用墨水在记录纸上标记的一条线。观测期间,每天用来记录数据的记录纸的长度就达到96英尺(约合29.26米),最终数据记录纸的长度达到了3英里(约合4.83千米)[5]。

1967年的贝尔,她正是在这一年发现了脉冲星 | Wikimedia Commons

8月,贝尔在观察记录纸上的数据时发现了奇怪的东西。这类无法被归类到已知信号的曲线,代表了神秘的无线电波。随后,贝尔进行了更加细致的观测和记录。1967年10月至11月底,贝尔得到的信号是一系列极其规律的等间隔脉冲,时间间隔为1.33秒[6]。

贝尔在第一时间把这个结果告诉了休伊什。休伊什刚开始认为,这是人为的无线电干扰,但随后休伊什发现这个信号的特别之处,整个团队也开始关注这个神秘的脉冲。在排除了地球上的其他设备的干扰、仪器影响等所有其他可能的因素后,他们确认这个信号来自太空中,信号源是在太阳系外银河系内。

在此基础上,他们猜测这些信号可能来自一个地外文明,也许是某种星际灯塔。贝尔把这个信号源昵称为“小绿人1号”(Little Green Man 1,LGM-1)。“小绿人”正是科幻作品中常见的外星人的形象。

贝尔发现的奇怪信号 | 参考资料[7]

1967年年底,贝尔又观测到了另一组奇怪的信号(“小绿人2号”),这一次脉冲的时间间隔为1.2秒。此后,她又发现了其他信号。这些观测结果使得研究团队有了更加丰富的素材。

1968年1月,休伊什和贝尔等人在《自然》上发表了一篇题为《对一个快速脉冲射电源的观测》( Observation  of  a  Rapidly  Pulsating  Radio  Source )的论文,报告了他们的发现。由于只是初步的观测和分析,因此他们在论文中只是对发出信号的天体进行了描述,称之为“快速脉冲射电源”,而并未确定这种天体究竟是什么,但在摘要中提到“可能与白矮星或者中子星的振荡有关”[8]。

休伊什和贝尔等人于1968年1月发表在《自然》上的论文,摘要提到了中子星,休伊什是第一作者,贝尔是第二作者 | 来源:参考资料[8]

论文发表后,迅速引起了天文学界的关注。很快,天文学家确认贝尔发现的脉冲射电源就是旋转的中子星。中子星是恒星演化过程中的一种形态,直径很小,密度极高(方糖一样大小的中子星物质的质量就有10亿吨)[9]。但自从中子星这个概念于20世纪30年代被提出后,一直都只是一种理论猜想,而没有观测证据。此前,有科学家曾经提出,如果中子星旋转,具有磁场,就会发出电磁辐射。

贝尔的观测结果与理论预言十分符合,有力地证实了中子星的存在。1968年3月,休伊什根据“脉冲恒星”(pulsating stars)的组合创造了脉冲星(plusar)这个单词,为新发现的天体命名。[6]

中子星是天文学家能够直接观测的密度最大的天体。如图所示,质量为50万个地球的中子星的直径只有约20千米,或者和曼哈顿岛的大小类似 | 参考资料[9]

快速自转的脉冲星就像宇宙中的灯塔一样发出无线电、可见光、X射线和伽马射线。由于脉冲星的自转非常规律,因此是自然界中非常精准的时钟,误差只有几千万亿分之一。换句话说,从恐龙时代到今天,这种“宇宙钟”的误差也只有大约1秒。

错过诺奖,她从未难过

1974年,诺贝尔物理学奖授予英国天体物理学奖马丁·莱尔(Martin Ryle)和休伊什,以表彰他们在射电天体物理学的开创性研究,其中莱尔的主要贡献是发明了综合孔径射电望远镜,而休伊什的获奖原因是发现脉冲星。

然而,这个结果一经公布,就在科学界引起不小的争议。莱尔和休伊什是射电天文学的先驱,获奖没有异议,但是作为脉冲星的发现者,贝尔被排除在获奖者之外让令人不解。很多人都为贝尔没有获奖而打抱不平,有些人甚至对诺贝尔奖评选委员会进行了激烈的批评。

贝尔身上最受关注的话题也许就是她错过了诺贝尔奖,但她本人对此并不在意。在1977年的一次餐后致辞中(内容后被收入《纽约科学院年报》),贝尔除了介绍脉冲星的发现,也谈到了错过诺贝尔奖的事。她这样说道:“首先,讨论导师与学生的分工是非常困难的,也许是不可能的;其次,一个项目的成功或者失败最终都是由导师来负责;再次,我相信如果诺贝尔奖被授予学生的话,就会贬低诺贝尔奖的地位,除非是在非常特殊的情况下,而我不认为我的发现属于这样的特例;最后,我不会因为没有获奖而感到沮丧。”[7]

有些时候,她甚至半开玩笑地说,自己因为没有获奖反而得到了更多。2018年,她在接受英国《卫报》的采访时说道:“如果你得了诺贝尔奖,你会有精彩的一周,但接下来就是漫长的寂寞了;如果你没有得诺贝尔奖,你就会获得更多。差不多每一年都会有一些聚会,庆祝我又得了某个奖。这要有趣多了。”[10]

“小众者”的大成就

1968年,贝尔离开剑桥建立起自己的家庭。一年后,她获得了剑桥大学博士学位,脉冲星的研究写进了论文的附录里。此后,她为了照顾孩子,很长时间里只能利用业余时间进行天文学研究。

贝尔曾先后在南安普顿大学、伦敦大学学院、爱丁堡皇家天文台、英国开放大学、巴斯大学、牛津大学和邓迪大学等研究机构工作,此外她还担任过位于美国夏威夷莫纳克亚山上的麦克斯韦望远镜的项目经理[1]。

虽然未曾获得诺贝尔奖,但是正如贝尔自己说的那样,她获得过一系列重要的奖项和荣誉。她曾经担任英国皇家天文学会主席,也是英国物理学会和爱丁堡皇家学会的首位女性主席。

2018年,贝尔获得了世界上目前奖金最高的科学类奖项——基础物理学特别突破奖,奖金为300万美元,以表彰她发现脉冲星这一杰出贡献。评选委员会主席、世界著名的理论物理学家爱德华·威腾(Edward Witten)认为“贝尔发现脉冲星将一直是天文学历史上最大的惊喜之一。”[11]

贝尔在突破奖(Breakthrough Prize)颁奖典礼上 | 参考资料[12]

贝尔在获奖后,把奖金全部捐献给英国物理学会,用来帮助少数族裔和难民学生中有志于物理研究的人。贝尔说:“我既不想要也不需要这些钱,对我来说这也许是使用这些钱的最好方式”。[10]

她的直觉告诉她,是“女性科学家”和“出身西部小镇”这样一个小众身份(当时剑桥大学里女科学家和来自西北部的人比例很低)给了她新鲜的视角,也带给她很多科研成果。在她看来,很多突破都来自稀奇古怪的想法。由此,半个多世纪以来,贝尔除了从事天文学研究外,也一直积极帮助身处科研界的女性。

1968年,贝尔在剑桥大学马拉德射电天文台的照片 | 参考资料[10]

1967年,20多岁的贝尔曾因害怕被剑桥“抛弃”,时刻小心翼翼,一次次认真核对观测数据,最终完成了20世纪天文学最重要的发现之一。她用半个世纪的行动证明,自己能够凭借热爱和坚持实现怎样的成就。有了这样的成就,即便是错过诺贝尔奖,她依然此生无憾。(编辑:Yuki)

参考资料:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Jocelyn_Bell_Burnell
[2] http://weatheralltech.com/bell/index.html
[3] https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/31792
[4] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1974/hewish/facts/
[5] https://allthatsinteresting.com/jocelyn-bell-burnell
[6] 周丽晓,孙小淳.发现脉冲星的两只“眼睛”——科学与技术因素分析[J].自然辩证法研究,2019,35(09):49-54.
[7] https://jila.colorado.edu/~ajsh/astr2030_12/sn/Bell.html
[8] https://www.nature.com/articles/217709a0.pdf
[9] https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/neutron_stars1.html
[10]
https://www.npr.org/2018/09/06/645257118/in-1974-they-gave-the-nobel-to-her-supervisor-now-shes-won-a-3-million-prize
[11] https://breakthroughprize.org/News/45
[12]
https://physicsworld.com/a/jocelyn-bell-burnell-reveals-the-motivations-behind-her-new-3m-graduate-student-fund/
The End

发布于2019-10-09, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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鞠强

英国杜伦大学粒子物理与宇宙学硕士,研究方向为暗物质与引力透镜。目前从事科普图书出版工作。

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