爱因斯坦和诺贝尔奖的“恩怨”

作者:董洁林来源:返朴发布时间:2019-07-03

爱因斯坦如何看待自己的几项成就呢?

  1955年的今天(4月18日),爱因斯坦这个伟大的头脑永远停止了思考。无论是他生前还是身后,都有许多人对诺奖委员会没有因相对论而给爱因斯坦颁奖耿耿于怀,甚至被视为诺贝尔奖的遗憾。对爱因斯坦本人来说,诺奖委员会对相对论的态度也是令他不快的。

  撰文 | 董洁林(清华大学中国科学技术政策研究中心兼职研究员)

  经常听见一种说法,某人有超越自己诺奖之上的成就。如果有人问那为什么没有两次获诺奖呢?回答就是,诺奖委员会规定不给一个人两次奖,你看,爱因斯坦不也没有得两次奖嘛。

  这种说法的逻辑显然有问题,用此逻辑套在任何一位诺奖获得者头上,都可得出该人与爱因斯坦并驾齐驱的结论,这当然是可笑的。另外,上面关于爱因斯坦为什么没有得两次诺奖的解释也与事实相去甚远。如果用这样似是而非的方式去拔高一个人,比直接踩他更为难堪。

  显然,历史上的确有人不止一次获得诺贝尔科学奖,如居里夫人于1903年获物理学奖,于1911年获化学奖;也有人在同一个学科内两次获诺奖,如巴丁(John Bardeen)于1956年和1972年都获得了物理学奖。可见诺奖委员会并无“一个人不能两次获奖”的规定。

  至于爱因斯坦和诺贝尔奖的历史纠葛,由于已经超过50年,包括提名、讨论等所有细节,诺奖委员会都早已公开了,任何人都可以申请阅读这些历史文献。一些传记作者已经做了这些功课,他们写的爱因斯坦传记都多多少少涉及了这段故事。

  

1921年,爱因斯坦在维也纳(来源:wiki)

  诺奖委员会的纠结

  我们知道,爱因斯坦是1922年(补缺1921年份诺奖)获得诺贝尔物理学奖的,诺奖委员会秘书给爱因斯坦的获奖通知是这么说的:“在昨天的会议上,皇家科学院决定把去年(1921年)的诺贝尔物理学奖授予您,理由是您在理论物理学方面的研究,尤其是您发现了光电效应定律,但是没有考虑您的相对论和引力理论的价值,将来这些理论得到确认后再考虑。”这明确说明,等相对论被“确认”后,诺奖委员会愿意再次考虑给爱因斯坦授奖。

  无论是爱因斯坦于1922年获奖前还是获奖后,都有很多人因为相对论而提名他,但都被诺奖委员会一次又一次地否定了。那么诺奖委员会到底在纠结什么呢?

  爱因斯坦的相对论有两部分,狭义相对论是1905年完成的,而广义相对论是1915年完成的。狭义相对论引入了两个原理,即狭义相对性原理和光速不变原理,通过洛伦兹变换扩展了牛顿运动学。广义相对论是关乎物质间引力和动力学的理论,发明了引力场和引力波概念,确立了等效原理和广义相对性原理,然后应用黎曼几何拓展了牛顿的万有引力定律。

  相对论预言了一系列非常有趣的新现象,如水星近日点反常进动、光线引力偏折、光频引力红移,及引力波等。水星近日点反常进动是科学家们很早就观察到的现象,广义相对论很好地解释了该现象。1919年光线在太阳附近弯曲的现象被发现了,于是很多科学家都相信相对论是靠谱的理论,之后爱因斯坦迅速进入公众视野,成为世界级学术明星,人们期待爱因斯坦获诺奖的呼声很高。但是,此时的诺奖委员会对相对论仍然持有戒心,认为该理论的支持证据不足,一方面觉得当时已有的证据精度不够,另外坚持要先发现“引力红移”现象才考虑授奖。

  佩斯博士(Dr.A.Pais)是一位优秀的物理学家,在普林斯顿高等研究院工作时与爱因斯坦有多年的密切交往,他写的爱因斯坦传记《上帝是微妙的》一书是比较权威的。在撰写此书的过程中,他阅读过诺贝尔奖委员会有关爱因斯坦的档案。

  佩斯博士认为,爱因斯坦因光电效应理论获得1921年的诺贝尔奖是恰当的。量子力学的确是一种革命性的理论,爱因斯坦的光电效应理论不仅引入了光量子这种划时代的新概念,也有巨大的实用性。今天的太阳能产业,都建立在该理论的基础上。同时,爱因斯坦这次获奖和诺奖委员会的措辞,也反映了当时诺奖委员会在公众压力下的一种妥协。  

1911年,32岁的爱因斯坦被Prague German University 聘为正教授。上图是爱因斯坦当年在布拉格的住地。(供图:哈佛大学赵平教授,摄于2019年)

  

爱因斯坦在布拉格常去的咖啡馆,在此和同僚讨论问题,此时他正在构思广义相对论。(供图:哈佛大学赵平教授,摄于2019年)

  当然,很多传记作者对诺奖委员会没有因相对论给爱因斯坦颁奖耿耿于怀。有人认为诺奖委员会不喜欢爱因斯坦的政治偏好,一些人甚至认为诺奖委员会有种族歧视倾向。一位瑞典科技史教授Aant Elzinga写过一本名为《爱因斯坦的诺奖:幕后一瞥》的书。作者发现从1910年第一次被提名到1922年授奖,约60人次提名爱因斯坦,大都出于对相对论的推崇。

  Elzinga教授认为,爱因斯坦有三项工作都是诺奖级的,光电效应的量子理论、布朗运动统计理论及相对论。但他的问题无关爱因斯坦得几次奖,而是问为什么诺奖委员会一再决然拒绝因相对论授奖给爱因斯坦。

  对此,Elzinga教授研究后的解释是:1、诺奖委员会必须忠实于诺贝尔的遗嘱,该遗嘱希望奖励与“发现或发明”有关的科学;2、诺奖委员会对一些宏大的科学理论特别警惕和排斥;3、诺奖委员会是保守的,他们要求新理论得到充分的验证后才考虑授奖。还有,他认为当时诺奖委员会的委员们也有个人的知识局限和偏见。

  我相信Elzinga教授的结论是中肯的。近几十年在大众中享有盛誉的宇宙学家斯蒂芬·霍金(Stephen W. Hawking)也没有获得诺贝尔奖,估计也是诺奖委员会不喜欢这种太宏伟旖丽的科学理论所致。但英国最终以它自己的方式给予天才最高荣誉,把霍金埋在威斯敏斯特大教堂,永远与牛顿和达尔文为伍。

  在1922年爱因斯坦的科学名声如日中天的时候,诺奖委员会一方面要坚持自己的“原则”,一方面要对大众有交代,实属不易。

  直到爱因斯坦去世前后,“引力红移”现象才开始出现比较有意义(但不够准确)的测量结果。2015年,世界各地的千余位科学家合作发现了引力波,这是对相对论的终极确认,该团队的三位主要成员2017年便获得诺奖,这也算是诺奖委员会向爱因斯坦相对论的一份致敬吧。此时离爱因斯坦提出相对论已经百余年,爱因斯坦也已作古60余年。

  就诺奖委员会对相对论的态度,爱因斯坦应该是颇为不快的。1922年正在环游世界的爱因斯坦虽然表达了对获得诺奖的欣慰,但并未去瑞典领奖。1923年爱因斯坦的诺奖演说,讲的是相对论而不是光电效应量子论。另外,根据他三年前与米列娃离婚时的约定,这笔奖金属于前妻。

  

1921年,爱因斯坦与他的第二个妻子艾尔莎(来源:wiki)

  幸得一知己

  值得一提的是,爱因斯坦从一位科学共同体之外的专利局员工,到在四、五年时间就登顶世界科学之巅,除了他自己出众的才华和不凡成就,普朗克(Max Planck)是他当之无愧的“贵人”。

  后人都把1905年看成是爱因斯坦的奇迹年,这一年他转正成为专利局的正式员工,完成了博士论文,还发表了光电效应量子论、布朗运动理论、狭义相对论和质能关系等多领域的论文。现在看这些成就都是非凡的,但当时很少有人关注。

  当年爱因斯坦的文章在著名学术期刊发表之后,年轻的专利局三级技术专员满心期待着学界热烈的讨论和读者雪片般的信件,但这种状况并未发生。不仅没有任何大众媒体报道,在同行内部,当时对这位专利局职员的奇思妙想关注也不多。几个月后,他才收到了第一封读者来信,这位读者就是普朗克。

  多年以后,我相信爱因斯坦会感叹“有一位知己足矣”。比爱因斯坦年长20来岁的普朗克时任普鲁士科学院院长。他看出了爱因斯坦关于光电效应的量子解释与他自己的黑体辐射理论一脉相承,但他特别欣赏的是狭义相对论这篇文章,他给爱因斯坦的第一封信就是关于狭义相对论的一些问题。后来普朗克提名爱因斯坦为普鲁士科学院院士,再后来又提名爱因斯坦为德国物理学会会长,并多次提名爱因斯坦为诺奖候选人。无独有偶,普朗克于1918年获诺奖,提名人正是爱因斯坦。准确地说,他们惺惺相惜。

  

  1931年11月11日,(从左到右)能斯特、爱因斯坦、普朗克、密立根、劳厄出席劳厄在柏林置办的晚宴

  最幸福的思想

  爱因斯坦如何看待自己的几项成就呢?

  他相信量子力学是真正革命性的,这场革命的启动者是普朗克,他自己做了一些经验性原创理论,包括光电效应的量子理论、量子比热理论等。其实爱因斯坦一生花了大量时间思考量子力学的问题,很多根本性的概念(如波粒二象性等)困扰着他。他像苏格拉底一样不断地刨根问底,挑战自己也挑战别人。在这个过程中,爱因斯坦对量子力学的贡献是无与伦比的。直到生命的最后,他仍然认为量子力学是缺少基本原理的经验理论集合,希望用“统一场论”把相对论、电磁学、量子力学等都编织成一幅伟大的科学画卷。

  

  1935年5月4日,《纽约时报》刊发的新闻标题(来源:wiki)

  爱因斯坦认为狭义相对论只是一种有趣的运动学,是基于前人的成就对已有理论的一种完善,这些前人包括牛顿、麦克斯韦、玻尔兹曼、洛伦兹、庞加莱等理论物理学家,以及迈克尔逊等实验物理学家。这并非过分谦虚,而是他对前辈和同时代同行的真诚认可。他对自己一手创立的广义相对论非常自豪,他说“这是我一生中最幸福的思想”。

  我也认为广义相对论真正奠定了爱因斯坦千年科技史地位,从狭义相对论走向广义相对论,爱因斯坦是一只带领人类思想飞翔的“头雁”。非常遗憾,当时诺奖委员会没有认识到这一点,那一代评奖人和爱因斯坦都没有活到相对论的所有预言成真的一天。于是,诺奖与几百年才遇的伟大理论就这么阴差阳错地永远失之交臂了。

  如果说构建狭义相对论时爱因斯坦是站在巨人的肩膀上,那么创立广义相对论的过程中,他逐渐从巨人的肩膀上走下来,自己变成了巨人。

  主要参考文献

  1. A. 佩斯(A. Pais),《上帝是微妙的》,科学技术文献出版社,1988年。

  2. Aant Elzinga. Einstein’s Nobel Prize: A Glimpse Behind Closed Doors. Science History Publications. 2006.

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