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乔瑟琳·贝尔:被诺奖遗忘的天文玫瑰

(2013年10月16日 23:35:58)

□作者: 郝俊

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贝尔错失诺贝尔物理学奖的戏剧性经历,成为了科学史上经常被人提及的争议性事件。又到十月“诺奖季”,全球科学家的目光都聚焦在瑞典斯德哥尔摩。贝尔的故事此时听来,不失为理解诺奖的“另一扇窗口”。


英国皇家学会院士、英国天文学家乔瑟琳·贝尔(Jocelyn Bell Burnell)


穿着同一件碎花连衣裙,英国皇家学会院士、英国天文学家乔瑟琳·贝尔(Jocelyn Bell Burnell)9月中旬再次来到中国。
 
2012年夏,贝尔参加了在北京举办的国际天文学大会。时隔一年,她受中国科学院国家天文台FAST工程科学部邀请,前往新疆参加“大型射电望远镜科学与技术研讨会”,又在中国科学院京区科协、空间科学中心等单位的邀请下,在北京举办了一系列科普和学术讲座。
 
事实上,这是贝尔第三次来华,第一次则要追溯到7年前。而她去年受聘出任北京35中学名誉校长,更是让她与中国结下不解之缘。
 
每一次来到中国,贝尔的日程都被排得满满当当。 此次来访,又恰巧赶上中国的传统节日中秋节。
 
“作为一名天文学家,您打算如何度过中国的这一传统节日?”
 
“我想休息一下,去奥林匹克公园走走,听说那里有很多树木。你知道,在北京并不容易看见太多绿色。”贝尔的回答让记者有些意外。
 
贝尔在京期间,《中国科学报》记者对这位天文学“大腕”进行了跟访。她那极富传奇色彩的人生故事,也在随性的交流中呈现出一幅波澜起伏的画卷。
 
其中,贝尔错失诺贝尔物理学奖的经历,无疑是最具戏剧性的片段,也由此成为了科学史上经常被人提及的争议性事件。又到十月“诺奖季”,全球科学家的目光都聚焦在瑞典斯德哥尔摩。贝尔的故事此时听来,不失为理解诺奖的“另一扇窗口”。
 
“女汉子”博士
 
1965年,贝尔从格拉斯哥大学物理系毕业来到剑桥大学,在英国天文学家安东尼·休伊什(Antony Hewish)门下攻读博士学位。然而,作为一名射电天文学方向的研究生,她最初两年的博士生活基本上在繁重的体力劳动中度过。
 
当时,一种为名“类星体”的天体刚刚被天文学家发现。这类天体距离地球非常遥远,能够发出明亮的射电波段的辐射,其特性有待进一步揭示。为此,休伊什所在的研究小组开始建造一架全新的射电望远镜去观测类星体,并且开发出新颖的“行星际闪烁”技术。
 
在方圆两公顷的一片泥土地上,一个长达数千米、缠绕着数百个木棒线圈的射电望远镜被搭建起来。贝尔主要负责线缆的布设工作,终日与钳子、扳手等庞大的金属工具为伴。用今天的时髦话说,她将自己练就成了名副其实的“女汉子”。
 
1967年,这架自制望远镜正式投入使用。它无法移动,只能对周期性进入望远镜视场的各个天区进行扫描,获取观测数据。
 
用计算机做数据处理当年尚未成为主流,并且考虑到有些数据需要人脑分析才能发现其意义所在,休伊什等人便使用图表记录器将观测数据打在纸上,然后进行人工处理。
 
“研究生的工作在很多时候是枯燥的。”记录纸上的天文数据长得像心电图一样,机器将数据源源不断地绘制出来,长达5公里的记录纸很快装满了纸盒。一页又一页,贝尔每日竭尽所能,也只能处理数米“心电图”数据。
 
机械般的重复劳作仅仅过去一个多月,1967年8月6日,细心的贝尔就在图表记录器打出的曲线中发现了不同寻常的东西。
 
在数百英尺长的数据带上,有四分之一英寸的区域周期性呈现出一种奇怪的图案,贝尔称之为“颈背(scruff)”,它意味着一种神秘的脉冲信号。这个大多数人都会忽略的微小细节,引起了贝尔的特别关注。
 
“我认真到近乎迂腐地想要彻底了解设备如何运行。”贝尔回忆说,“这些图案是一个信号,但我无法解释,所以它深深困扰着我。”
 
当年8月底,贝尔把她的发现告诉了导师休伊什,说数据中有“一些稀奇的东西”。
 
“这一定是人造物体发出的信号。”看到贝尔所指的特殊“颈背”,休伊什凭借第一反应迅速作出了结论。
 
“在当时的情境之下,这是一种十分合乎情理的反应,但是由于我自己深深的无知,我没看出来为什么这些信号不可能是来自星体。”贝尔并不太确信导师给出的解释。
 
尤里卡时刻
 
随后数周,在同一时间、同一天区,相同的神秘脉冲信号再次出现。贝尔的同事注意到了她的观测结果,并产生了一个极不寻常的想法:这些信号可能来自“小绿人(LGM)星”。
 
LGM是“小绿人(Little Green Man)”的缩写,常常用来指代外星人。因为当时有人猜想外星人应该是绿色的,能够进行光合作用,并且个子很矮。这些脉冲信号,可能是小绿人从太空深处向地球发送的编码信息,他们也许是在向地球发来问候。
 
这个猜想让研究小组情绪高涨,休伊什等人决定进一步记录“小绿人星”的闪烁,找出其中规律,并排除其他信号来源的可能性。在数据图纸上,他们写下“LGM”的标记。
 
观测持续到12月,数据已能清晰显示,贝尔发现的脉冲源以1.3秒的间隔闪烁,非常有节奏。在当时的天文学认知中,如此快速的脉冲不是某一个恒星体积的天体能够做到的。
 
“脉冲极具节奏表明这个星体很大,然而脉冲频率之高又似乎暗示星体很小。”贝尔说,这一矛盾的推论,让数据显得毫无意义。
 
那几个月,贝尔度过了非常焦虑的一段时间。她花费了大量时间,来确定特殊信号的出现不是因为设备故障,也不是来自人为干扰。观测表明,它似乎来自于遥远的太阳系之外。
 
故事在1967年圣诞节前一天发生了戏剧性的转折。
 
那天下午,贝尔如往常一样前往休伊什的办公室,准备向导师作研究进展汇报。不同寻常的是,办公室大门紧闭,里面有人正在热烈讨论。贝尔谨慎地敲了敲门。
 
“进来。”休伊什从房间内应声道。贝尔推门进入,休伊什则显得有些惊讶:“哦,贝尔,快来,把门关上。”
 
原来,导师休伊什的房间内正在进行一次秘密会议,讨论的核心便是如何处理并发表那些观测数据。很显然,休伊什并未打算邀请贝尔参加讨论,她却碰巧撞上了这次重要的会议。会议的另一个主角,是研究项目的部门负责人马丁·赖尔(Martin Ryle)。
 
会议中,赖尔曾半开玩笑地说,把那些数据烧掉,把整件事情彻底忘掉了之。因为他觉得,事情一旦泄露出去,人们得知天文学家发现地外文明,就有可能向外星人发射信号试图与其对话,而这可能招致地球被攻击的危险。
 
“更严肃的问题是,我们只有一个信号源的数据,由此得出结论并发表,在科学上是不适当的。”讨论最终无果而终,贝尔心情烦闷。
 
在学生公寓吃过晚饭,贝尔回到实验室,她拿出另一卷数据图纸,看看自己是否错过了有意义的信号。就在当夜十点,实验室快要关门时,她在一片不同的天区扫描图上发现了新的“颈背”图案。紧接着,她赶忙翻阅早期记录,结果看到这个新的信号之前就曾偶然出现,数据记录时间均为凌晨。
 
“那时已经凌晨两点了。”贝尔度过了一个永生难忘的无眠之夜,“事情有时总会捉弄人。紧接着的第二天一早,我要和男友去父母家里,宣布两人正式订婚,因此必须赶到那里。”
 
那是一个非常寒冷的冬夜,观测设备似乎也因为要过圣诞节而停止了工作。
 
贝尔朝着仪器哈出几口热气,敲打几下,设备竟然开始正常运转,图表记录器开始重新绘制数据。
 
“就在那五分钟,我观测到了当晚曾看到过的新脉冲信号。”在实验室孤身奋战的贝尔,感受到一种前所未有的兴奋和激动。
 
这是贝尔发现的第二颗发射相似脉冲信号的天体,这一次,脉冲间隔为1.2秒。
 
“很难相信,有两个不同的小绿人,从宇宙中相反的方向、在相同的时间、以相近的频率向地球发射信号。”萦绕在贝尔心头的疑问终于被揭开了:那一定是一类全新的天体,人类第一次发现了它们。
 
圣诞节凌晨的天空已经微微发亮,贝尔写下一张便条,连同那份全新的观测记录一起放在了休伊什的办公桌上。她走出实验室起程赶往父母家中,那一刻,她如释重负。
 
休伊什等天文学家最终证实,贝尔观测到的神秘信号来源于一种新型的天体,也就是物理学家曾预言的超致密、接近黑洞的奇异天体,其直径大约20公里、其密度相当于将整个太阳系压缩在北京市大小的范围内,因此具有超强的引力和磁场。
 
此后,这类天体被正式命名为脉冲星(Pulsar)。脉冲星的发现,被列为20世纪天文学的四大发现之一,为人类探索自然开辟了新的领域,并且对验证爱因斯坦引力波等现代物理学的发展产生了深远影响。
 
回忆四十多年前那个夜晚所经历的一切,第二颗脉冲星的发现让贝尔感受到一生中“最为甜蜜的时刻”:“那是一个关键的时刻,对我来说,是真正的尤里卡时刻。”
 
年仅24岁的女博士生贝尔,真切体验到了有如古希腊学者阿基米德在浴盆中灵感乍现,因发现计算浮力的办法而惊呼“尤里卡”(古希腊语,意为“好啊!有办法了!”)的幸福瞬间。
 
诺贝尔,No Bell
 
因改进射电望远镜和发现脉冲星,休伊什和赖尔共同获得了1974年的诺贝尔物理学奖,这是历史上首次将该奖项授予天文学家。而在研究项目中发挥重要作用的贝尔,则被排除在获奖名单之外。
 
事实上,在《自然》杂志发布脉冲星发现的论文中共有五位署名作者,休伊什是第一作者,贝尔名列第二。
 
这次授奖引起了国际天文学界的巨大争议,被认为是诺贝尔奖历史上最不公平的结果之一,以至于有人将其称为“The No Bell Nobel”(没有贝尔的诺贝尔)。
 
“如今回头来看,您认为诺贝尔奖委员会是否犯下了一个错误?”采访中,《中国科学报》记者往事重提。
 
“对此我并不确定。我所知道的是,诺贝尔规定将奖项一次最多授予三个人,其他奖项有时也面临同样的情况。然而,这在今天的现实情况中变得很困难,因为大多数科学家都以超过三人的团队形式工作,因此很难决定将奖项授予谁。”贝尔如此作答。
 
然而至今仍有评论认为,贝尔未能获奖,缘于女性科学家在当时的科学界未能受到足够的重视。
 
“我怀疑这与我的女性身份有关,但看上去更像是与我的学生身份相关。”贝尔给出了自己的猜测。
 
英国著名天文学家霍伊尔爵士为此打抱不平,他在接受《泰晤士报》采访时曾表示,贝尔理应同休伊什共享诺贝尔奖,并对诺贝尔奖委员会授奖前的调查工作欠周密提出了激烈批评,甚至将这次授奖看成是一桩“丑闻”。
 
“也许世界本不公平,但重要的是,你如何看待并应对世界的不公。”此后的几十年间,贝尔不断被问起错失诺贝尔奖对她造成的影响,然而她本人却并不愿意卷入争议之中。
 
只是在数十年之后,贝尔才向媒体表示,她认为当时的诺贝尔奖委员会甚至不知道有她的存在。
 
就在休伊什和赖尔因发现脉冲星获颁诺奖的1974年,两名来自普林斯顿大学的天文学家泰勒(J. Taylor)和赫尔斯(R. Hulse)首次发现了脉冲星双星系统,并因此获得了1993年度诺贝尔物理学奖。
 
值得一提的是,赫尔斯在发现脉冲双星时,其身份同样是学生。他与导师泰勒同时获奖,似乎是诺贝尔奖委员会考虑到了贝尔未能获奖而引起质疑的前车之鉴。而在1993年的诺贝尔颁奖典礼上,贝尔受邀参加颁奖仪式,可算作对1974年过失的弥补。
 
贝尔的严谨态度和细心观测,以及对脉冲星发现起到的重要作用,最终赢得了世人的尊敬。天文学家泰勒和曼彻斯特在1977年合著出版的《脉冲星》一书中特别写道:“献给乔瑟琳·贝尔博士,如果没有她的聪慧和百折不挠,我们无法分享到研究脉冲星的快乐。”
 
脉冲星之母
 
尽管贝尔给出了自己的解释,但在诸多外界解读中,诺贝尔奖忽视贝尔的贡献,仍然被认为与她的女性身份有关。这一理由并不能得到最终确证,但身为女性,的确让贝尔的科学之路充满坎坷。
 
1943年,贝尔出生于隶属北爱尔兰的贝尔法斯特,她的父亲是一名建筑师,也是一位狂热的阅读爱好者。正是父亲书架上几本关于天文学的科普读物,让年幼的乔瑟琳深深着迷于天文世界。
 
距离贝尔法斯特的家中不远,便是阿麦天文台,贝尔的父亲曾参与这所天文台的建造设计,时常会带着年幼的贝尔来此玩耍,家人和天文台的工作人员对贝尔表现出的天文学兴趣给予了极大的鼓励。
 
“我是从失败开始的。”谈及自己的科学之路,贝尔如此打趣道。11岁那年,贝尔在极为严格的高中升学考试中失利,家人不得不把她送去一所教会寄宿制学校继续学业。
 
在那里,男生和女生被分到不同的教室学习。当男孩子在另一间教室聆听科学课程时,女孩们则在学习编织、烹饪等家务。家人为此前来与校方交涉,贝尔成为了学校中第一个被准许学习科学课程的女孩子,并在那里遇到了鼓舞人心的物理老师。
 
男女有别的窘境一直持续到贝尔的大学时代。在格拉斯哥大学念本科时,她是物理系唯一的女生。走在校园中,身后不时会有成群的男生发出猫一样的怪叫声。
 
面对如此糟糕的情形,贝尔不得不让自己学会如何不脸红。“如果你脸红,当然,他们会发出更多的噪音。我渐渐发现,一个人是可以控制自己不脸红的。”
 
贝尔一生中的大部分时间都留着短发,很多人觉得,她是为了让自己看上去更加坚强、干练。然而她告诉记者,更准确的说法是她觉得短发更适合自己的脸型,能让自己看上去瘦一些。
 
“如果你是一个想要从事天文学这一伟大事业的年轻女子,就需要坚持和专注。”尽管路途艰难,但贝尔知道自己想要什么,只须不断朝着目标前行。她最终在剑桥实现了自己的天文学家之梦。
 
就在贝尔发现第二颗脉冲星的圣诞节之后,她与男友正式订婚,并戴着订婚戒指再次回到实验室。
 
“这是一个很糟糕的主意,因为戴上婚戒似乎意味着我将离开科学,成为一名家庭主妇。尽管我当时并没有如此打算。”贝尔说,在上世纪60年代的英国,结婚之后的女子是不工作的,“身为母亲更是如此。因为如果一个母亲在工作,被认为是孩子受到亏欠的证据”。
 
结婚后,贝尔随着丈夫的工作变动四处迁徙。她意识到自己并不想成为终日厮守宅院的家庭主妇,但也只能在家附近寻找一些兼职的工作机会。因此,她被迫在不同的天文学领域内跳转,从射电天文学到伽马射线天文学,再到X射线天文学、红外天文学、毫米波天文学……
 
“我需要学习很多,也有了非常丰富的经历和研究兴趣,但它对于我发表学术论文并没有好处。”尽管如此,贝尔仍然在国际天文学界屡获殊荣,被誉为“脉冲星之母”。2007年,她被授予大英帝国爵士头衔。
 
“究竟是什么让你对头顶的星空如此着迷?”近年来,贝尔不遗余力进行天文学普及,倡导科学教育,足迹几乎遍及世界。所到之处,她时常面对这样的问题。
 
“对未知的强烈兴趣,以及探索中的快乐和享受,贯穿在我整个职业生涯中。”
 
而当被问及哪一段经历最令她难忘时,贝尔的回答则是:“我人生中最重要的时刻并不是在天文学研究中发生的,而是当我有了孩子,成为母亲的那一刻。”

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文章作者:郝俊
责任编辑:skylook

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