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时间:2023-09-28 百科知识 版权反馈
【摘要】:看来,乔瑟琳就会大红大紫了。奶妈嘛,当然总是优先照顾更小的婴儿。乔瑟琳是大姐,受到忽视的机会总会多一些,这被她认为“不公平”,并多次为这种不公平而怒形于色。学校留给乔瑟琳的记忆有痛苦的,也有美丽的。由于失利,乔瑟琳的未来一下子处于危险之中。幸运的是,她的父母十分重视科学的教育,因此乔瑟琳于1956年被幸运地送到英格兰约克郡的芒特中学。她对天文学情有独钟,因此决定报考这所大学的天文学系。

11 Nobel嘛,就是No-Bell

诺贝尔委员会曾经做过很多奇怪的决定,把乔瑟琳·贝尔排除在受奖人之外(大概是因为她作出发现时“不过”是一位学生吧),是最令人震惊的决定之一。

(英)约翰·格里宾

1968年2月24日,在英国的《自然》杂志上,发表了英国天文学家安东尼·休伊什(1924— ,1974年获得诺贝尔物理学奖)研究小组发现第一颗“脉冲星”(pulsar)的文章,题目是《一种新型射电源的发现》。因为这是一种新的发现,人们一时不清楚他们接收的射电波信号是从哪儿发射来的,有人曾猜测接收到的信号是另一个文明世界发出的信号,甚至为这些外星文明人取了一个古怪的名字“小绿人”(Litte Green Man)。

喜欢抓住任何值得大肆炒作新闻的记者们这下可炸了锅,各种各样的消息和数不清的怪异猜测多得惊人!是啊,此时不炒作,更待何时!?还有更惊人的内幕消息:据说第一个作出这一发现的人是一位漂亮的女研究生,叫苏珊·乔瑟琳·贝尔(Susan Jocelyn Bell,1943— ),这更让记者们上劲,他们不约而同地冲向年仅25岁的剑桥女研究生乔瑟琳。

乔瑟琳后来回忆中提到这些记者的热切、疯狂的采访和拍照,她说:

当他们发现这一新发现中还涉及一位女性,他们的劲头越发足了。他们让我站着装出查看观测记录纸带的样子,坐着凝视一份虚假记录纸带……总之,要我摆出种种姿态让他们尽情地拍照。还有一位记者甚至叫我挥舞双臂,边跑边喊:“瞧,朋友们,我发现啦!”(阿基米得并不知道自己忘了做什么!)

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苏珊·乔瑟琳·贝尔

他们还要我回答一些问题,例如:“你比玛格丽特公主高些还是矮些?”我笑了,心想:“我们英国真是有许多离奇有趣的问题。”

但下一个问题就不那么有趣了,他们问我有多少男朋友。

看来,乔瑟琳就会大红大紫了。但是没有。“云自无心水自闲”,她居然抱着“何必奔冲山下去,更添波浪向人间”的心态,销声匿迹,再没有出头露面。

这真是一个人间少见的奇迹,一个绝对值得寻觅的人生境界。

乔瑟琳的求学时代

1943年7月15日,苏珊·乔瑟琳出生于英国北爱尔兰的贝尔法斯特(Belfast),她下面还有两个妹妹和一个弟弟。她的父亲菲利普·贝尔是一位建筑师,所以乔瑟琳和她的弟弟妹妹总有大量的房屋组合玩具,她也很喜欢独自地摆弄这些玩具,为她的洋娃娃建造漂亮的楼房。她的妈妈艾莉森是一位虔诚的贵格会教徒,每到星期天她就会带上孩子们到教堂祈祷,听牧师布道。

由于家住在乡村,家的四周是无垠的农田,所以乔瑟琳的童年生活如田园诗般美丽,但她也因此比较孤寂,总是自己一家孩子玩耍。童年时代只有两件事深深留在她的记忆之中,那就是奶妈和学校。

乔瑟琳先后换了几个奶妈。奶妈嘛,当然总是优先照顾更小的婴儿。乔瑟琳是大姐,受到忽视的机会总会多一些,这被她认为“不公平”,并多次为这种不公平而怒形于色。有一次,她为“女孩受到蔑视”而被激怒,那是她无意中听见两个奶妈的对话。一个奶妈对另一个奶妈说:“贝尔太太终于有一个男孩子,真是太好了!”她的父母倒是没有在孩子们面前表示过类似的观点,但敏感的乔瑟琳却似乎感受到:在北爱尔兰,女人和女孩子是不算数的。

学校留给乔瑟琳的记忆有痛苦的,也有美丽的。痛苦的回忆是11岁小学毕业后,在升入中学的考试时她居然名落孙山。她读的小学是一所乡村小学,而她入学又比较迟,因此她对自己的第一次失利并没有放在心上。也许是要证明自己小的时候并不笨,她说她失利的原因完全是客观造成的:一是她入学太迟;二是她在考生中年龄较小,在录取上自然吃了亏;三是她读的乡村小学的质量“不太好”。

由于失利,乔瑟琳的未来一下子处于危险之中。当时孩子们小学毕业后有两条路可选:一种选择是读(寄宿的)预科中学,将来考大学,接受高等教育——书读得好而且家里有钱的多走这条路;另一种选择是接受一些不同程度的职业训练后,找工作谋生——书读得不好的或家中经济困难的多走这条路。

乔瑟琳该走哪条路,做哪一种选择呢?她的父母要严肃考虑这个问题了。他们家有4个孩子,三个女孩一个男孩,如果都读寄宿学校,家里的经济能力可能承受不了,而且乔瑟琳又失败了……看来,乔瑟琳的未来堪忧了。

幸运的是,她的父母十分重视科学的教育,因此乔瑟琳于1956年被幸运地送到英格兰约克郡的芒特中学。在寄宿中学念书是她生命旅途的一个重要转折点,她在回忆中写道:

寄宿学校给了我一个全新的开始。这个开始对我十分重要,我也努力抓住了这个机会。

乔瑟琳有一个最让人钦佩的优点是对任何事情不持激烈的态度,她总是能够退一步为他人着想,这在中国箴言里就是“退一步海阔天空”。

正好在这时,她的父亲承包了北爱尔兰亚尔马(Armagh)天文台的设计建造项目,因此她认识了天文台的一些天文学家。这些天文学家给她讲述了天文学中许多神秘的学说和伟大的发现,使年轻的她对天文学产生了极大的兴趣,那些天文学家还极力劝说她将来立志做一个天文学家。她很快就把父亲书架上所有有关天文学的书都看完了。

1961年,18岁的乔瑟琳高中毕业,接着她报考了在苏格兰的格拉斯哥大学。报考这所大学的重要原因是这所大学有英国大学里极少见的天文学系,可以为学天文的学生授予学位。她对天文学情有独钟,因此决定报考这所大学的天文学系。但是到校注册时,她又改变了主意,改到物理系注册。这是什么原因呢?她解释说:

我最终选择学习物理,是因为这样既使我有机会进行天文学研究,又使我将来有其他就业的机会。

刚进格拉斯哥大学物理系的时候还有几位女同学,她倒不显得孤独和不合群,但男同学对女同学学习物理总觉得不可理喻,他们干脆认为物理学是男人干的事,女孩子来掺和什么呀?他们还给美丽动人的乔瑟琳起了一个有趣的绰号——木星来的乔瑟琳。那意思分明是说她不食人间烟火,是外星人。也许是在这种并不一定有多大恶意的嘲笑中,物理系的女学生都先后退学或转系了,最终只剩下她一个女生。女同学的劝告(“结婚的女性不需要懂得那么深奥的物理知识”)、男同学的嘲笑,没有让乔瑟琳改变自己的选择。她不在乎同学们的嘲笑,她甚至可以自己嘲笑自己,让那些嘲笑者耸耸肩无可奈何。她明白现在还不是脸红的时候,学习是最紧要的了。当她受到校方或老师嘉奖时,嘲笑升级了(“还想显示能耐呀?也不看看自己的头发有多长。”)。到后来,乔瑟琳的数学考试在班上得到最高分,男同学们被“镇”住了,从此不敢嘲笑她。

1965年,乔瑟琳以优等成绩获得格拉斯哥大学理学士学位。

剑桥大学的博士研究生

一个偶然的原因使乔瑟琳来到了剑桥大学研究生院。实际上,她申请的是去曼彻斯特大学的焦德雷尔班克(Jodrell Bank)天文台,但据说她的申请“丢失”了。当她1967年发现“脉冲星”以后,这个天文台的教授后悔不迭,遗憾万分。除了这一个主要的申请外,她还有两个备用的申请:一是去澳大利亚一所大学研究生院,二是去剑桥大学研究生院。她料想剑桥大学不会录取她,所以她积极准备离家远行,做好到澳大利亚去的打算。

没有料到的是剑桥大学研究生院录取了她。她后来在回忆中写道:

我最终居然来到了剑桥!具有讽刺意义的是,当发现了脉冲星之后,想进剑桥大学天文系的人突然剧增,结果进来的门槛大为提高。如果是现在,我恐怕根本进不了剑桥。

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卡罗琳·赫歇尔年轻时的画像,这是她唯一的画像

在英国,有成就的女性天文学家并不罕见。最早进行天文学研究而又很有名气的当然应该是卡罗琳·赫歇尔。她是英国著名天文学家威廉·赫歇尔的妹妹,她和哥哥一起制造望远镜,观察星空。1781年他们发现天王星以后,威廉得到政府奖给他的一笔资金,这使他们兄妹两人可以专心致志地从事天文学研究。卡罗琳也由此正式转向天文学研究。后来由于她发现了八颗彗星,在1787年得到每年50英镑的年俸。再后来她还编制了一个星云表供其他天文学家使用。1835年,卡罗琳当选为皇家天文学会会员。

有这些先辈做榜样,乔瑟琳进入天文学研究领域至少不会让英国人感到特别奇怪。但这也并不是说女性在天文学界就很常见,对妇女的传统偏见仍然存在。连伟大的英国物理学家麦克斯韦在1877年都郑重告诫他的一位助手说:

卡文迪什实验室有一条规则:只允许男人进来。

虽说快过去100年了,但也不能说歧视全都消除了。

除了歧视、偏见以外,女性从事天文学研究也有实际困难。一个最明显的也最实际的困难是天文台常常设在最偏远的山上,而且多是工作到深更半夜,男女天文学家在一起多有不便。为了避免这种尴尬的事情,有的大学让女天文学家研究太阳,这是白天工作的岗位;有的天文台(如焦德雷尔班克天文台)规定,女性天文学家必须在晚上成对上班工作。

乔瑟琳曾经以惯有的嘲讽口气说:

我那个时代的女天文学家总让人感到有点不同寻常,不过说她们是“怪物”又太过分了。

1965年乔瑟琳来到剑桥大学时,天文学家休伊什正在负责建造一个大型的射电望远镜,用来观测闪烁的射电信号源。这种研究天文的方法称为“射电天文学”(radio astronomy)。射电天文学是通过观测天体发射到地球上的无线电波来研究天文现象的一门学科。自从无线电波被发现以后,科学家们就猜想太阳和其他天体除发射可见光波以外,还有可能发射无线电波。但直到20世纪的30年代,人类才第一次捕捉到来自太空的无线电波。有意思的是,首次捕捉到这种无线电波的人不是天文学家,而是一位叫卡尔·央斯基(1905—1950)的美国无线电工程师。捕捉这种射电波的工具不是普通的望远镜,而是以无线电接收技术为观测手段。这种设备接收、捕捉的不是可见光波,而是无线电波,这种设备被称为“射电望远镜”(radio telescope)。

休伊什当时感兴趣的是太空中那些不断闪烁的射电源(射电源就是发射无线电波的天体),它们从宇宙深处发射到地球上的无线电信号通常在低频(长波)处最强,因此休伊什计划建造的射电望远镜的工作频率为81.5兆赫兹,这十分接近无线电的调频波段,即波长约为3.7米的无线电波。任何面积大约为4英亩(约16200平方米)的调频无线电天线就大致上能捕捉到休伊什期望收到的无线电波。他设计的射电望远镜每周可以扫描大部分天空,以便画出那些闪烁的无线电信号源在天空中的位置。

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美国无线电工程师央斯基,他首次捕捉到太空发射到地球的无线电波

乔瑟琳来到导师休伊什身边的时候正遇上工程扩建,她逮了个正着,从此为休伊什干了约两年的苦力。研究生做苦力是实验室的老传统,谁也甭想逃脱。

休伊什设计的这台射电望远镜不像传统的射电望远镜,倒有一点像一片果园。在面积达4.5英亩(约18200平方米)的场地上,像网阵似地立着1000多个9英尺(约2.75米)高的柱子,支撑着长约120千米的天线。乔瑟琳的主要任务就是与另5名学生一起,把这120千米长的天线正确连接起来,这样就能把它们收集的信号合并起来,使微弱而不可测的振荡信号增大到可以捕捉和进一步放大。整个设备借助地球的自转,可以扫描宇宙空间的一个带域。

乔瑟琳个头很小,但她却得挥动20磅(约9千克)的大锤。好在热心的访问者不少,这种明显属于男人的活总会被他们抢去。怜香惜玉嘛,总归是古今中外不变之理。

为了降低成本,乔瑟琳有时自己将天线(缆)切割、弯曲成形,整个冬天都在屋外一个帆布帐篷里干。

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英国焦德雷尔班克76米直径的射电望远镜

1967年7月,天线网阵终于顺利连接完毕,可以正式启用。于是,作为体力劳动者的乔瑟琳终于可以成为在室内工作的脑力劳动者了。

1967年11月,重大的发现

也许有读者会问:做这么大一个天线网阵,然后每日没完没了地从记录纸上看那些上下振动的曲线,多无聊啊!漂亮的乔瑟琳不在花前月下流连,却能孤寂地在千篇一律的曲线中度过花季的日日夜夜,实在不容易!

看起来枯燥的工作,背后因为隐藏着美妙、神秘的大自然规律,几乎无一例外地会激起科学家一种类似于宗教的情感,因此我们可以大胆地说,当科学大师每次想到美妙、神秘的宇宙深层次规律时,他们肯定会“感觉到无法言说的幸福”,并让人“眼泪止不住流下来”。

乔瑟琳正是以相同的激情,投入到几近神秘的探索中去。她负责操作望远镜,并分析获得的数据。望远镜每4天将整个天空完整地扫描一次,自动记录仪每天几乎要吐出100英尺(30多米)的图纸,乔瑟琳的主要任务就是手工分析这些数据,找出非同一般的规律性数据。当时这种望远镜还是全新的,人们并没有掌握它的特性,因此无法用计算机进行分析。如果真用计算机设定好的程序来搜索特定类型的数据,那她可能永远也发现不了脉冲星。

在分析了100多米的记录纸后,她已经能够根据数据区分哪些是宇宙空间传来的闪烁信号,哪些是干扰信号(例如电视、飞行器的发射、汽车点火系统等)。她能干净利落地抛弃那些干扰信号,将有用的射电信号绘制成图。她后来回忆说:

这座射电望远镜非常灵敏,能捕捉到宇宙传来的微弱的电信号;但这也意味着能轻易受到地面无线电波的干扰。幸而闪烁信号和干扰信号通常在图纸上显现出不同的特性,我能将它们很快地区分开来。

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乔瑟琳用来发现脉冲星的射电望远镜。右上角的抛物面天线是赖尔望远镜的一部分

1967年8月6日的晚上,乔瑟琳发现有一组“非常奇怪的信号”出现了,这种信号不能解释为人类活动的干扰,也不能用以前知道的闪烁来解释。经过多次重复的观测她发现:这种信号总是在晚间的同一时刻来自天空的同一部位。好生奇怪呀!后来她在回忆中写道:

我首先注意到是记录中,有些信号我不能对它们进行分类,它们既不来自闪烁信号,也不是人为干扰引起的。它们在400英尺(约120米)的图纸中占半英寸大小的长度。经过多次重复以后,我发现这些奇怪的信号从天空相同的部位发出,基本上保持着23小时56分钟的间距,也就是和恒星的旋转保持一致。地球相对于太阳自转一周的时间为24小时,但相对于其他恒星则为23小时56分钟。这个时间单一的准确性是发现脉冲星的关键。

乔瑟琳总觉得这一发现有点奇特,就把它记下来。在子夜它发生的那部分天空,在以前的天空编目中没有任何射电信号源。

第二天,她把这个神秘的信号告诉了休伊什,他同意继续观察这个信号。但不幸的是,他们正在更换记录仪,新的记录仪不但分辨率高而且记录速度“超快”。到了9月份,新仪器开始使用,但她却再也找不到那奇怪的信号了!信号完全消失。

那时休伊什认为乔瑟琳发现的只是一颗闪烁的恒星,听说再找不到了,他埋怨说:

它已经死亡或消失。唉,你错过它了。

乔瑟琳心想这事能怨她吗?于是开玩笑地对人说:

有了问题,错总是研究生的。

她还真说对了一半!另一半是:如果有了伟大的发现,那功劳总归是导师的。后来她的经历证实了这条几乎是亘古不变的规则。

乔瑟琳没有放弃,还在关注这个奇怪的信号。直到这年11月28日的晚上,她终于再次找到了三个多月寻觅不到的奇怪信号。后来她在回忆这一伟大发现的时刻时,写道:

记录纸带在笔尖下徐徐移动,我看得出来这个信号由一系列脉冲组成,我还觉得这些脉冲好像是等时间间隔的。当我从观测仪器中把纸带一取出来,这些猜测在分析了图形后就立即得到了证实。相邻脉冲的时间间隔是4/3秒。我马上告诉了在剑桥的安东尼·休伊什,他当时认为这种脉冲只能是人为的现象。这种说法在当时的具体条件下也还有一定的道理。不过,不知是什么原因我总有点不明白,为什么这个信号不能来自某一个星体呢?由于这件事毕竟吸引了休伊什。第二天晚上,正当这个射电源经过望远镜的视场时,他来到了现场,并幸运地目睹了那些脉冲。

为什么说是“幸运”的呢?现在我们知道这颗特定的脉冲星是变幻无常的,并不按照人们的需求行动。

这4/3秒很短的时间间隔使他们都感到困惑。当时已知变化最快的恒星每天发出3次信号,也就是说两次信号间的间隔时间约8个小时,而乔瑟琳发现的信号按4/3秒间隔准时出现,简直短得不可思议!

乔瑟琳说:

如此快速的变化是很难解释的,无论是从恒星、银河系或迄今为止任何已知的天体上,都不会发出变化如此快速的射电信号。

有人异想天开地说,这个信号也许是地球外文明社会的人发来的信号。有的人甚至为这个“外星人”取了个神秘的名字“小绿人”,甚至编上了号:GLM-1,GLM-2……当媒体知道这个消息以后,立即大肆炒作,一时成了人们非常关注的事件。

小绿人的猜测很快就被否定。道理其实很简单,一个高中学生都能弄清楚。如果真是外星人发出的信号,外星人一定在绕某个恒星旋转的行星上生活。当这颗行星作这种旋转时它一定会周期性地离开我们而去和朝向我们而来;根据多普勒效应(Doppler effect),外星人发给我们的脉冲信号应该有周期性变化。但这种周期性的变化并没有出现。

后来,他们的测量越来越精确,最后达到令人吃惊的百万分之一秒,即每1.3373011秒收到一次信号。至少在当时,还没有任何其他天文学信号源能发出如此有规律的信号。当时他们估计,这个信号源在离太阳系200光年左右,但仍然在我们银河系里面。

由于这种信号惊人的规律性,乔瑟琳幽默地称这种“奇异的信号”为“交通指示灯”。

到底发现了什么?

乔瑟琳发现的有规律闪烁到底是什么?我们知道,恒星晚期会变成“白矮星”。白矮星里原子核挨得很紧,相互间距离被压缩到只有10-10厘米。因此白矮星的特点是体积小,密度大得惊人,每立方厘米重达几十千克甚至几百吨。

但白矮星并不是恒星演化后唯一的归宿。如果恒星的质量超过一定的极限,万有引力比白矮星里电子的“简并压”还要大,那么恒星还要继续缩小,原子核中的质子被压得和电子结合到一起成为中子,这时恒星再没有什么原子和原子核了,只剩下一片中子的海洋。这时,由中子产生的排斥性的相互作用将阻止恒星继续缩小,而形成另一种稳定的星体,这种星体被称为中子星(neutron star)。中子星的半径很小,只有10~20千米,而密度比白矮星的密度还要高几百万倍以上,达到1013~1014克/厘米3!

到了20世纪50至60年代,随着恒星演化研究的进展,人们对寻找中子星有极大的兴趣,都试图直接从宇宙中的X射线观测中找到它。但是,尽管利用所有当时能用到的方法来搜索中子星,都相继失败了。

踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫。谁能想到让无数英雄竞折腰的世纪天文学大发现,却在1967年被一个女研究生乔瑟琳抓住了!

这正是:

众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。

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乔瑟琳的导师休伊什,后来因为乔瑟琳的发现获得1974年的诺贝尔物理学奖

现在我们再回到乔瑟琳的发现上来。她为了弄清楚奇异的信号到底从哪儿发射的,有一天,大约快到那年圣诞节了,她去找导师休伊什。当她走进休伊什的办公室的时候,却发现办公室里正在开会,乔瑟琳有点尴尬,好在没有人让她走,会议也似乎刚开始不久,于是她就找一个不惹人注意的地方坐下来。他们正好在讨论她想探讨的问题。但会上有人认为,既然不能证明奇怪的信号的确是自然界产生的,那“小绿人”的猜测也不能断然放弃。甚至还有人兴致勃勃地发挥说:如果真是“天外文明”发来的信号,那么这个信息就得慎重对待,不可大意,等等。乔瑟琳听到这种猜测,心中忽然十分不快。后来她在回忆中写道:

这天下午的讨论没有结果。我十分困惑地回了家。我本来应当写我的博士论文,可不知从哪里冒出来这些稀奇古怪的“小绿人”,偏偏挑中我的天线连同我观测到的频率,还偏要和我联络通信。

晚餐后精神好了一些,我回到实验室,又去分析记录纸带。在实验室快关门以前,我查看了另一个天区的观测记录,发现在强射电源仙后座A影响的天区里,又出现了奇怪的信号。我立即查阅这个天区以前观测的记录,结果大有收获。但实验室要关门了,我只好停止工作回家。回家以后仍然想着刚才的新发现,静不下心来;后来我想到这个天区在清晨将再次通过射电望远镜的视场,于是几个小时后我又来到天文台。当时天气非常冷,望远镜和接收系统的部件都冻得难以启动。这种情形并不奇怪,向来如此。我可顾不上这些,照样来回扳动开关,又是诅咒又是呵气,仪器居然正常运转了足有5分钟。就在这关键的5分钟里,奇怪的脉冲信号果然如期而至,但这次我发现相邻脉冲的间隔是1.2秒。我把观测记录放在休伊什的桌子上回家了。第二天我离开天文台过圣诞节假期去了。

这说明乔瑟琳又发现了一颗新的脉冲星。但在当时一切尚未水落石出的时候,乔瑟琳还没有明白她作出了多么伟大的发现,她只是高兴自己遇上了惊人的好运,“居然会有两个‘小绿人’选用奇怪的信号,同时和地球联系”,因此她认为小绿人的可能性“实在太小了”。在她心里,“小绿人”的猜想实际上已经被彻底否决了。

圣诞节期间她心情愉快,因为没什么“小绿人”再困扰她的博士论文了。

休伊什在圣诞节期间将射电望远镜保持在工作状态,让记录仪里装满了纸,记录笔灌足了墨水,他甚至在圣诞节那天还专程检查了仪器。

当乔瑟琳过完圣诞节回到天文台的时候,她发现一大堆没有分析过的记录纸正等着她来分析。就在她回来的第1天,她就惊讶而喜悦地发现,在另外的两个天区有另外两个奇怪的信号。也就是说,从8月到12月底,她已经在4个不同的天区发现了4组不同的奇怪信号;而且她还发现,第4组信号的脉冲间隔比前3组脉冲间隔还要小,只有1/4秒,而且强度很强,有时候竟让记录笔画到纸的边缘。乔瑟琳后来在回忆中写道:

恐怕我不会再有这么美好的假期了!……这是一个让人感到敬畏的经历,当我看着笔以每秒4次的速度在记录纸上大幅度地来回冲刺时,很难使人相信有一个恒星会有这样的特性。

有了这些发现,“小绿人”的猜想自然被彻底否定。在此前,休伊什还不敢公布他们的发现。他回忆说:

我感到必须保持沉默,直到有某种确定的结果。毋庸置疑,1967年12月的那几个星期是我生命中最激动的时期。

有了乔瑟琳圣诞节前后发现的三组脉冲数据,休伊什认为是宣布发现“脉冲星”的时候了。1968年1月,题为《一个快速脉冲射电源的观察》(Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source)的论文寄给了英国《自然》杂志。乔瑟琳·贝尔列为五位作者中的第二位,休伊什是导师,当然是第一作者。两周以后,即1968年2月9日,文章发表了。文章迅速发表就足以说明这篇文章的重要性。在文章发表的前几天,休伊什在剑桥大学召开的学术会议上宣布了新的发现。乔瑟琳后来回忆说:

看来所有在剑桥的天文学家都来了,他们兴趣之大和心情的激动,使我开始对我们所开创的这场革命深有所感。霍伊尔教授也出席了会议,我还记得在会议结束时他讲的话,他说这是第一次听到发现了这种星体,所以一时还不能多作评论,但是他猜想那应该是超新星爆发后的残余星体,而不是白矮星。

弗雷德·霍伊尔爵士(1915—2001)是剑桥大学普卢明(Plumian)教授,这是一个具有很高声望的专职教授。经过10年的努力,1967年他创立并领导了剑桥大学理论天文学院,他在当时已经是天文学和宇宙学方面的世界权威。当时有一位著名的天文学家把白矮星的脉冲计算错了,因此许多天文学家认为休伊什他们发现的脉冲星应该是白矮星。但霍伊尔不这样认为,他认为如此快速的脉冲说明这种脉冲星的体积非常小,比白矮星的体积还要小。白矮星如果以这样快速的频率旋转,早就分崩离析了。

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著名的英国天文学家和宇宙学家霍伊尔教授

但是,如果不是人们比较熟知的白矮星,那发出如此快速脉冲的又是什么星体呢?是中子星吗?但当时人们对中子星并不太了解,很多机制还不清楚,因此也不敢贸然说这种快速变化的脉冲信号就肯定无疑的是中子星发射的。

实验走到了前面,理论还没有跟上。在科学发展进程中这种情况经常会出现。

休伊什和乔瑟琳的文章发表后,有如一石激起千层浪,在1968年一下子涌出许多理论来解释他们的发现。当时理论上有两种可供选择的候选者:白矮星和中子星。

后来,天文学界都接受了美国康奈尔大学天体物学家托马斯·戈尔德(1920— )在1968年提出的中子星模型:休伊什和乔瑟琳的发现不是白矮星发出的信号,而是由小得多的中子星发射的;而且脉冲信号不是因为星体的振荡,而是中子星高速自转引起的。中子星非常小,它的质量与太阳的质量相当,但半径只有10千米,体积非常小,密度非常大,因此可以高速旋转,不到4秒就可以自转一周。

不久,大家都接受了戈尔德的意见,休伊什和乔瑟琳发现的脉冲星最终被确认为中子星。这一发现被认为是20世纪60年代射电天文学中的四大发现之一,其他三个重大发现是找到了类星体、宇宙背景辐射和大量星际分子。

这年,乔瑟琳顺利地通过了博士论文答辩。

乔瑟琳成了伯勒尔夫人

乔瑟琳在引起了天文学界的巨大轰动之后,突然销声匿迹,不见了踪影。这种事情在科学史上的确非常非常少见。她到哪儿去了?原来她结婚了,随丈夫到了人们不认识她的地方。

1968年,她与马丁·伯勒尔结了婚,婚后,她随丈夫到了英格兰南部。她的丈夫是政府部门的工作人员,常常到处流动,乔瑟琳也心甘情愿地随丈夫到处搬迁。乔瑟琳曾经说:

我的许多次搬迁都是因为丈夫工作地点迁移,他因为是政府官员而必须在全国流动。在我不断搬迁的同时,天文学领域正在发生巨大的变化。

从这句话中可以看出,她是一个比较顺从丈夫的女人,不像许多杰出的女科学家那样一切以事业为重。但是,她对于离开她喜爱的天文学研究,在内心深处仍然有一丝浅浅的遗憾和不安。奇怪的是当她离开剑桥大学的时候,没有人试图说服她留下。就她自己来说,她当时也许没有意识到她所放弃的东西有多么重要,她是后来才逐渐认识到。许多科学家指出她是中子星的重要发现者之一,她也不无遗憾地说:

只有当一个人知道自己的发现在整个天文学和物理学上的影响之后几年,你才能意识到你开创了什么事情。

离开剑桥以后,乔瑟琳·伯勒尔在南安普敦大学教了五年书,并在γ射线天文学方面做了一些研究,但都没有引起任何人的注意。1974年,她随丈夫迁移到英格兰东南部萨里郡(Surrey),这时她已经有一个1岁大的儿子,她只能半天在穆拉德(Mullard)空间科学实验室兼任一点工作。在回忆中她写道:

我原本打算放弃工作照看儿子,但不久我就很想念脑力的刺激。我不愿意仅仅成为一个奶妈……于是,找一个兼职工作就是一个可行的折中的办法。

她发现这种兼职工作很合她的心意,她可以根据家里承担的责任灵活地决定兼职工作的多少。她不愿意儿子总是见不到母亲。

每当她到丈夫新的工作地方去寻找兼职工作时,她发觉1968年她在天文学方面的辉煌成就给她带来许多好处。她说:

如果不是有这样的背景,我怀疑我是否应该留在这个领域。

几乎所有与她接触的教授和研究主管人员都非常友好地尽一切力量为她创造工作的机会。正因为如此,乔瑟琳每迁移到一个新地方,总可以得到适宜的工作,而她也常常负起更多的责任,超过职位的要求。

有争议的诺贝尔奖

乔瑟琳悄然离开了日趋热闹的天体物理学领域,默默无闻地在各地迁来迁去,做一点兼职教学,偶尔也涉足一些研究。人们似乎淡忘了这位本来非常有前途的优秀女博士。

但是,1973年,即乔瑟琳发现脉冲星后的第5年,美国费城的富兰克林研究所却没有忘记她和她的贡献,他们把该年度的迈克尔逊奖章颁发给休伊什和乔瑟琳·伯勒尔。研究所拒绝说明评论过程,但一位负责人指出:

我们认为这两位受奖者付出了相同的努力。

富兰克林研究所一直为他们能够全面公正审查奖金候选人自豪。这一次他们真是又一次可以自豪了,当科学界几乎忘记了乔瑟琳的时候,他们却以荣誉很高的奖章提醒人们:忘记乔瑟琳·伯勒尔的功劳是不公正的!

像通常人们习惯的预测一样,富兰克林研究所的奖预示诺贝尔奖很有可能会在今后不久颁发给他们师生两人。在此之前,还只有居里夫人是唯一获得诺贝尔物理学奖的女性,人们估计,乔瑟琳·伯勒尔有可能是第2个。有的人还开始分析说,如果伯勒尔夫人获奖,那将是第5个因博士论文而获得诺贝尔奖的人……人们津津乐道,也寄予了他们的期望。

预言得还真不假,第2年,即1974年诺贝尔奖委员会把物理学奖授给了休伊什和赖尔两位天文学家。休伊什是“因为在射电天文学方面的开拓性研究,以及在发现脉冲星中所起的决定性作用”而获奖。人们得知这一消息以后,许多人感到奇怪的是乔瑟琳·伯勒尔为什么没有同时获奖?人们本来预期她肯定会与休伊什共同获得这个奖项的。

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马丁·赖尔,他与休伊什分享1974年诺贝尔物理学奖

美国著名科普作家约翰·格里宾(John Gribbin)在《大宇宙百科全书》中写道:

1974年,休伊什与赖尔分享了诺贝尔物理学奖:赖尔是由于他对射电天文学的整体贡献,休伊什则因为发现了脉冲星。这次颁奖有两点特别引人注意——其一是首次给天文学的一个分支颁发诺贝尔奖,其二是真正作出休伊什获奖说明中提到的那项发现的贝尔,反而被排除在外。

在同一本书的另一处,格里宾说得就更激烈了。他说:

诺贝尔委员会曾经做过很多奇怪的决定,把贝尔排除在受奖人之外(大概是因为她作出这项发现时“不过”是一位学生吧)是最令人震惊的决定之一。可能部分由于1974年的事件造成了惊愕,后来给脉冲双星的发现者颁发诺贝尔奖时,由实际作出发现的学生和导师共同分享。

格里宾最后一段话提到的师生共同获奖是指1993年的诺贝尔物理学奖,由拉塞尔·赫尔斯(1950— )和他的导师小约瑟夫·泰勒(1941— )共同分享。

乔瑟琳的反应是怎样的呢?她也许会失望,但至少她从来没有表现出来,她说:

脉冲星的发现已经给我带来巨大的快乐和一些我不应得到的名声。

她似乎颇有杜甫的“细推物理须行乐,何用浮名绊此生”的气度,高雅洒脱,风流尔雅。此后她从没有在这件事情上说三道四。但为她打抱不平的人却很多,最感到愤怒难平的是著名的天体物理学家霍伊尔爵士。1975年春天,他严厉地指责休伊什“偷了”诺贝尔奖。休伊什曾不公正地说:乔瑟琳是学生,是在他的指导下作研究的学生,研究成果和荣誉当然归他这个导师所有。休伊什的话实在说得太没有风度,不仅显出他气量狭小,甚至有一点不明事理和忘恩负义。霍伊尔爵士的愤怒恐怕与此有关——休伊什居然不愿意给乔瑟琳合适的荣誉!霍伊尔很会开玩笑,他说:

诺贝尔(Nobel)嘛,就是没有贝尔(No-Bell)。

有人希望乔瑟琳·伯勒尔对霍伊尔的说法表态,她回答说:

霍伊尔的话有些不合情理,他夸大了这件事,所以不正确……我的天文学背景没有休伊什好,我不会欣赏所有的冒险,我一直以为我发现的是一颗普通恒星,直到有人指出脉冲速率是多么快时才醒悟。

过了几天,霍伊尔说:

我的说法不够完美。至关紧要的一步是乔瑟琳·伯勒尔发现了这些信号,并且发现这些信号源随时间改变位置。对乔瑟琳成就的重要性有一种误解,似乎她做的事情简单得很——只不过在一大堆记录纸中寻觅再寻觅。获得重要成就决不会这么简单,成就来源于一种愿望、一种追求,即思索某种现象的一系列的可能性,尽管这种现象以过去的经验来看完全不可能……我再补充一点,我对诺贝尔奖授予的批评只直接针对诺贝尔奖委员会本身,而不是针对休伊什教授。很明显,委员会并没有费心去理解在这个事件中到底发生了什么。

从我们所知道的资料看,有许多女性应该得到诺贝尔奖却由于种种原因没有得到,例如迈特纳、吴健雄、伊莎贝拉·卡勒……但是,恐怕只有乔瑟琳没有获奖的事引起的愤怒最大,对此发表意见的人最多,而且态度明确、毫不含糊。

就连美国康奈尔大学的高尔德教授,就是那位第一个提出可以为大家接受的脉冲星解释的人,他也抱打不平,重申霍伊尔的观点。他说得很干脆:

如果是乔瑟琳·伯勒尔第一个认识到脉冲星的出现间隔是恒星时间,仅此她就应该获得这个奖项的主要荣誉。恒星时间的认识就首先明确地表示:信号是从太阳系以外发射过来的。这就代表了发现的真正时刻。”

高尔德是世界著名的天体物理学家,他当然深知每一步发现的重要意义,如果是外行,则肯定不明其中的奥妙。有一个例子可以绝佳地证明高尔德的话非常正确。当时乔瑟琳发现的奇怪信号不止她一个人注意到,至少还有一位天文学家看到,但他没有从中悟出其中隐含的重大线索,却以为那是机器故障造成的,竟甩开不予重视,更别说研究了。

乔瑟琳听到这件事以后,一定十分开心,这毕竟说她与众不同,别具只眼嘛!所以她开心地笑起来:

你可能认为这个人只在喝醉了酒时讲了这个故事。当然,我能理解这件事是怎么发生的。

美国普林斯顿的天文学家奥斯瑞克说得更绝,他说:

休伊什既没有发现也没有解释脉冲星。如果诺贝尔奖是奖给一个发现,正如诺贝尔的意愿一样,那么奖就应该有乔瑟琳·伯勒尔的份;但休伊什得到了,她却没有,真是一件遗憾的事情。他只不过为实验室申请到一笔经费,而她在实验室里的工作有了发现。

美国社会学家朱克曼对诺贝尔奖作过专门研究,她写了一本书《科学界的精英——美国的诺贝尔奖金获得者》〔[1]〕,在书中她写道:

师徒之间在研究上合作,不仅是关系融洽而且也是关系紧张的另一个来源。徒弟们发现,即使当他们与师傅联合署名的时候,本来是师徒合作的研究也往往被归功于杰出的师傅。正如一位获奖人总结的:“最有名望的人会得到更多的荣誉,过分的荣誉。”……许多徒弟遭受重大的损失,使他们的贡献被抹杀了。

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朱克曼的《科学界的精英》一书的中译本

瑞典物理学教授、物理学评奖委员会秘书安德斯·巴拉尼说:

1993年泰勒和赫尔斯获奖是真正符合诺贝尔的遗嘱和诺贝尔奖的精神的,而贝尔没有获得1974年的关于脉冲星奖项是严重违背了这一精神的。

当1993年为泰勒和赫尔斯颁发诺贝尔奖时,巴拉尼邀请乔瑟琳·贝尔出席在斯德哥尔摩举行的颁奖典礼。他告诉她,她本应分享1974年的诺贝尔奖,但是没有得到,这不公正;他给她一个小的诺贝尔奖章的复制品,说:“我只能做到这些了。”

匈牙利一位研究诺贝尔奖的学者伊什特万·豪尔吉陶伊在他的专著《通往斯德哥尔摩之路——诺贝尔奖、科学和科学家》中提到乔瑟琳·贝尔没有获奖的事情,他写道:

从乔瑟琳·贝尔这方面来说,据知她自己从来没有抱怨过,至少她没有对她未获得诺贝尔奖而公开抱怨过。她对这件事所表现出来的高尚态度反映出她所具有的很少有人能及的一种力量。1993年的诺贝尔奖颁奖典礼之后,物理学奖的获得者参加了一次面向很多学生听众的全体讨论会,会议是在斯德哥尔摩的皇家理工学院举行的。乔瑟琳·贝尔也出席了,并且被要求谈谈她没有获得诺贝尔奖的生活。她说,1974年的奖项刚宣布的时候,她对于她的导师获奖而她没有获奖深感失望,不过她从中走了出来,并且相信即使没有诺贝尔奖她的生活也是很好的。尽管贝尔没有以身居诺贝尔奖得主名单之中的形式被记载在科学史的书籍中,但是她会由于她的发现及诺贝尔奖对她的遗漏而出现在那些书中。当今天问她是否因为没有获得诺贝尔奖而难过时,她的回答是,“为什么我应该悲伤呢,我成就了一番没有诺贝尔奖的事业。”[2]

可惜的是,休伊什对这些遗憾乃至指责并不以为然。他说:乔瑟琳·伯勒尔用的是他的望远镜,是在他的指导下,在他指定的太空中进行研究。他还非正式地告诉《科学》杂志说:“乔瑟琳是一个快活的女孩子,但她只做了该做的事情。”不过,他也不得不承认:“她注意到那些信号源特殊的运转规律,如果她没有注意到这些,这个奇怪的信号将会被忽视。”

2000年,伊什特万·豪尔吉陶伊对休伊什采访时,休伊什仍然绝口不提贝尔的贡献,他对豪尔吉陶伊说:

我设计了一台射电望远镜来探测天空,来探测较小张角的射电星系,因为它们是最能显示这种衍射效应的。这台射电望远镜必须特别敏感,因为我想看到大量的星系。而且也需要测量出这种衍射的闪烁效应,因为这种效应与太阳风中的等离子体有关,所以在长波段能够得到最好的展示,而此时射电望远镜没有使用长波段。我得设计一个用于特殊目的的仪器来研究。它必须能工作在米波波段,必须能覆盖一个大面积,因为我需要高度的敏感性,而且使用我的方法时,需要对射电星系做重复的测量,以获得它们的角度。

上面描述的探测器建立起来了,每个礼拜都观察几百个射电星系。现在,由于偶然的幸运,我设计的仪器恰好对于探测完全未知的现象即所谓的脉冲星是非常理想的。这是完全没有预料到的,无法预测的,就像X射线的发现那样,科学把零散的东西组织起来了。不然的话,我们可能就错过了对脉冲星的探测。脉冲星是一种以每秒一次、有时是更快的速度产生规则闪光的发射源。这种现象是完全没有预料到的。当我们从1967年11月开始看见这些闪光的时候,又经历了1个月的辛苦工作,我才确定那可能是中子星,但即使是在我们把这个发现发表在《自然》上的时候,我还不是很肯定。正是这个发现,让我获得了诺贝尔奖。

你看,贡献是他一个人作出的,乔瑟琳·贝尔的工作全部被残忍地“删去”了!这位英国获奖者的气度狭小到何等可怜的地步!

但仍有人不买休伊什的账,例如哈佛大学的天文学教授乔治·菲尔德抱怨说:

正是这样一些问题,使人们对整个诺贝尔奖相关的事情产生怀疑。

乔瑟琳在这些争论面前一直很低调,她说:

诺贝尔奖是根据长期的研究颁发的奖,不是根据一个研究生的突发灵感。把诺贝尔奖颁发给我,将会贬低诺贝尔奖的价值。

这种态度很可能出于她忠于贵格会的宗旨:基督的教导应当运用于全部人生,要自我克制。美国作者麦克格瑞恩的分析也许不无道理,她说:

乔瑟琳·伯勒尔是从贝尔法斯特来的贵格会会员,所以她知道,在一个小的社会团体如英国天文学界引起纠纷是很危险的,所以她尽力去避免这种现象发生。

乔瑟琳没有否定这种说法,因为她曾说:

我和休伊什都对彼此的关系非常小心,这种集中于我们之间关系的公众注意力使这种关系变得格外敏感。我想,我们之间的关系总是彼此小心翼翼,不敢有丝毫的放松。

破碎的生活

由于不断迁移,她研究的手段、对象就总是为适应条件而改变,她从无线电天文学转到地球物理学、γ射线天文学,后来又转到X射线天文学和红外、亚毫米波天文学;另外,基于地面的、人造卫星的、火箭的和气球的天文学研究,她都干过。乔瑟琳曾经自嘲地说:

很少有其他天文学家有我这样的广阔背景。

其实她何尝不知道,科学研究更重视的是深度而不是广度。一些和她年龄相仿的天文学家在脉冲星走红时都拥进了这个领域,后来都成了一些有名望大学的全职教授。做个好妻子、好母亲和做一个成功的科学家,常常是两者不可兼得,多少成功的女性都不得不终身嫁给科学,让自己的花样年华在实验室和数据中逝去!

但让乔瑟琳没料到的是,到了1990年,她尽力维护的婚姻还是破裂了!难道乔瑟琳的生活出现了什么问题吗?的确出现了一些不愉快和极为伤心的事情,这些事情对极有科学天赋的乔瑟琳来说,恐怕比天文学上难解之谜还让她棘手。不知她那时的心情是否会像宋朝寇准《春雨》一诗中所说:

散乱萦花坞,
空蒙暗柳堤。
望回肠已断,
何处更莺啼。

仔细思量,最初让她在思想上不愉快的事很可能是她的兼职工作让她沮丧。到了爱丁堡以后,她对兼职工作开始有了批判性的认识,她说:

我在皇家天文台有不少女同事,我们有一个共同的感觉是……我们女人生来就该做家务和照料孩子,而兼职工作则必定和低待遇连在一起。

这种传统的思想和不公正的待遇,使得妇女有一种很深的自卑情结,这种自卑情结反过来又阻碍妇女进入科学研究领域,尤其是物理学、天文学研究领域。乔瑟琳对此说了一句颇有哲理的话:

想从事科学研究的女性,常常在很大程度上被我们的姐妹、堂姐妹及我们周围的阿姨们支配。

心情本来有点压抑,没想到生活也对她有些残酷。当乔瑟琳的儿子满10岁以后,竟患上了一种严重的疾病——青少年糖尿病。医生说她儿子的胰腺停止了工作,此后终生要依靠注射胰岛素才能生活。有一次,一位好心的朋友给她儿子送了一张贺卡,上面写着朋友衷心的祝福:“希望你能迅速康复,并且好得像新生儿一样。”儿子看了贺卡以后私下对妈妈说:“我再也不会好得像新生儿一样了。”

自己的遭遇和儿子的不幸使乔瑟琳开始思索人生的意义。她逐渐认识到人生是不完美的,每个人带着无法弥补的伤痛生活着,还有不可能消失的问题和从来不会结束的危险,因此“生活是支离破碎的”。

她对现代社会过分强调成功、健康、财富和成就感到不安,同时她也不同意“那种浅薄的乐观主义,认为所有的事情都是极好的和伟大的”。

当她父亲因手术而离开人世的时候,在悲痛中再次回想父亲一生所做的一切,这使她更加感悟到:有些悲痛是永远也无法消失的。

正在这时,她的婚姻出现了裂痕,夫妻的关系开始紧张起来。可以设想,这对极力维护家庭和睦、为家庭牺牲了个人美好前程的乔瑟琳是多么沉重的打击!职业、儿子和丈夫……这时她恐怕也有蔡文姬的哀伤情怀:苦我怨气兮浩于长空。

经过与自己的情感斗争了三年半以后,她将她在痛苦中的思考汇总在一起,于1989年在阿伯丁郡的教友会年度集会上作了一系列演讲,后来她的演讲结集成书,由贵格会在伦敦出版,书名就是《破碎的生活》(Broken for Life)。破碎的生活?这个书名听起来挺让人伤心的。

在书中她问道:“你能发现包括痛苦和准备受苦的全貌吗?”既然上帝掌管这个世界,如果上帝是仁慈的、人道的,那为什么会有这么多苦难?并且如此多的苦难降临在无辜的人们身上?她在书里提供了一种可能解决这些永恒问题的方案。她说:

可能上帝没有掌管这个世界。如果是这样,那么发生的灾难就不应该指责上帝。可能上帝认为我们已经是可以负责的成年人,应该给我们放手干的权利,允许我们在没有干涉的情形下生活……上帝仍然继续对这个世界施加影响,不过是通过人们自己,通过他们的态度和作为来进行治疗和协调。

乔瑟琳很高兴她发现了上帝留给人类的这种“随机性”(random-ness)。作为一个物理学家她深知随机性的重要意义,所以她说:

现代物理学家们都知道,随机性和不确定性才是所有事物的核心,一切由此得到理解,看起来这像是这个世界的“赠予”之一。

她认为她的这种“发现”解放了人类,“将一个人从回报和惩罚,公正和不公正等因果限制中解放出来了”。她在书的结尾处总结道:

有时候宗教好像可以给痛苦提供方便的治疗:有信仰,上帝将医治你的创伤……但是,治疗或者根治所有痛苦的遭遇是完全不现实的。不完美是生活的基本因素,苦难可以使我们成熟,使我们更加敏感;然后可以通过一些善意的行为,使我们移情,重心恢复信心并帮助他人。但痛苦不是全能设计(grand design)的一部分,它不会有目的地结束,除非……

《破碎的生活》这本书的作者署名是“乔瑟琳·伯勒尔”,没有透露一丝她与脉冲星的关系,那些激动人心的科学发现似乎已经远离她而去,与她不相关了。

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上帝将医治你的创伤

在写完这本书后不久,她与马丁·伯勒尔离了婚。她开玩笑地嘲笑自己说:

我以贝尔为姓时发现了脉冲星,然后结了婚;当我用伯勒尔为姓时写了一本书,却离了婚。看来,姓总在捉弄我,跟我过不去。

1991年,乔瑟琳获得了一个全职工作,离开了爱丁顿,一个人搬到新地方——米尔顿·凯恩斯(Milton Keynes),在这个城市的开放大学任物理学教授。这是她1968年结婚以来第一个固定的全职工作。她讲授的是物理学而不是天文学,这表示她有一点点方向上的改变,但仅此而已。

也许有一点还值得我们记住:她是英国的第三位女性物理学教授。

【注释】

[1]此书1982年由商务印书馆出版。周叶谦、冯世则译。

[2]伊什特万·豪尔吉陶伊著:《通往斯德哥尔摩之路——诺贝尔奖、科学和科学家》,节艳丽译,上海科技教育出版社,2007,323-324页。

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