喇曼：第一个摘取诺贝尔物理学奖桂冠的东方人，本文主要内容关键词为：诺贝尔论文,第一个论文,东方人论文,桂冠论文,物理学奖论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1930年，印度杰出的物理学家喇曼(Sir Chandrasekhara Venkata Raman 1888-1970)因研究光的散射和发现以他的名字命名的定律，荣膺了该年的诺贝尔物理学奖，从而打破了西方物理学家对这项科学界最高荣誉的垄断。这一伟大的创举，在东西方文明对比的历史背景下，具有极其重大而深远的象征意义，这不仅仅是印度人民的骄傲，也为亚洲发展中国家的科学家树立了一个光辉的榜样。
无疑，当我们慨叹这位东方引领时代风骚的科学精英是何等的才华横溢时，自然会对喇曼产生无限思念、无限崇拜、无限仰慕之情。
1 书香门第出身的昔日神童
喇曼于1888年11月7日出生在印度南部的特里奇诺波利。他的祖父是一位知识渊博的泰米尔学者，父亲曾接受过现代教育，是当地一所大学的数学、物理学教授，母亲出身于一个梵文世家。喇曼打小起就从父亲那里继承了对科学的浓郁兴趣和对音乐及乐器的酷嗜，而母亲则培养了他的自信心和坚强的个性。
少年时期的喇曼可谓是个神童，4岁就开始读书识字，12岁时就以全优的成绩考入当地的一所大学预备学院就读。刚入学时，踌躇满怀的小喇曼就严辞拒绝校方按惯例给他配备的指导教师，以至把征询他意见的老师气得七窍生烟[1]。
1903年，喇曼以获得奖学金的资格，进入当时印度南部的最高学府——马德拉斯首府学院读大学。在这里，物理学和英语是他最感兴趣的两门课，特别是英语课那种别开生面的教学方法，使喇曼终生难忘。他曾回忆说：“英文课教师是比尔德拜克和埃里奥特两位教授，课堂通常设在一个能俯瞰大海［按：指本加尔(Bengal)海湾］的教室里，座位的放置方式是这样的：如果学生们不喜欢听课的话，他们能尽情地远眺蓝色的海平面，或者算一算冲上岸边的海浪数目。不知道还有没有其他的学英文的学生能够这么幸运地一边欣赏着变幻莫测的图景，一边聆听着仿佛来自美丽大海的声音？……比尔德拜克教授在他的英文课堂上所提倡的那种精神、所创造的那种气氛至今仍活生生地留在我的记忆中。”[2]由于他天资出众，1904年，16岁的喇曼就顺利地通过了学士学位考试，并以第一名的成绩荣获物理学金质奖章。喇曼在马德拉斯首府学院攻读物理学硕士期间，十分珍惜自由支配的时间，几乎一天到晚泡在实验室里，利用一些诸如透镜、三棱镜、光栅和弦振仪等简陋的仪器进行科学研究，并于1906年年底在当时英国权威科学刊物《哲学杂志》上发表了他平生第一篇论文“来自矩形孔径的不对称衍射谱带”，这时他年仅18岁，接着又进行了液体表面张力的研究，其取得的成果又以论文的形式发表在1907年的《哲学杂志》上。该论文得到了当时备受推崇的物理学大师开尔文(Kelphen)勋爵的赞扬[2]。
1907年，喇曼又以优异的成绩取得了硕士学位，并已独立完成了好几项研究，回顾喇曼的成长历程，书籍可能起了最重要的作用。当然，这当中不仅有实验物理学、理论物理学、化学和数学等自然科学书籍，而且包括文学、历史、经济学、金融学等一些人文和社会科学方面的书籍，尤其还有一些对他的精神世界和人生道路的选择产生过重大影响的伟大著作。喇曼是这样来评述书籍对他的作用的：“我所阅读过的书籍可以开出一个很长的书目，那么这些书是否对我有影响呢？……回答是肯定的，……我清楚地记得我读到悉达多（按：即佛教创始人释迦牟尼）抛弃一切身外之物，追求真理并发出最后的光辉时所感受到的那些巨大震撼，那时我还非常年轻，足以对此留下深刻的印象，它使我认识到对既定目标孜孜不倦的追求本身就是人类的一种伟大，其实这种精神对我们印度人并非是一种陌生的东西，不过没能一以贯之地身体力行而已。”[3]
2 印度本土产生的物理学家
作为大英帝国殖民地的印度，按照当时的常规，学子在拿到本土的学士学位后，还得去英国留学。因为只有这样才能谋得一官半职，但鉴于健康的原因，喇曼在大学毕业后，放弃了留洋镀金的念头，并以名列榜首的成绩被本土政府财政部录用。1907年中期，喇曼被派往当时英属印度的政治、经济和文化的中心加尔各答市，担任总会计师的一名助理，在一次偶然的机会，喇曼加盟了极力主张教育救国和科学救国的西尔卡(Mahendra Lal Sircar)医生于1878年创办的“印度科学培育协会”(The lndian Association for the Cultivation of Science)。对于他的到来，西尔卡的侄子阿姆雷特·莱尔·西尔卡（按：西尔卡壮志未酬已于1904年去逝）大为振奋，张开双臂欢迎他，并喜出望外地说：“这么多年来我们一直在等待着像你这样的人！”[2]在这里，喇曼获得了特殊的许可，可以在任何时间使用协会的实验室和仪器设备。就这样，他开始了长达10年的专职公务员、业余科学家的生涯。
喇曼在这段期间的业余科学研究主要集中于声学方面。他深入探讨了弦的振动问题，以及小提琴和印度鼓的声学机理，10年之中共发表论文30余篇。当然，喇曼在沉迷于科学研究的同时，仍然相当出色地完成了他在财政部的工作。印度科学培育协会也由于喇曼的加入名声大振，一跃而成为本土数得上的科研机构。
1917年，印度殖民政府从加尔各答迁往德里，这也是喇曼一生中重要的转折点之一，因为就在这一年，他以不去英国接受就职培训为前提条件，以土生土长的资历，受聘担任了加尔各答大学物理学专业的首席教授（按：喇曼认为在该校担当重要教职必须出国培训的规定带有十足的歧视意味）。在此后的16年中，虽然他不再为财政部的工作而分心，但仍处于两面夹攻的境地：一方面在加尔各答大学教书和指导实验；另一方面在科学培育协会的实验室里进行研究工作（按：在此完成了他一生中大部分重要的研究工作）。此外，该校物理系在这前后会聚了一批崭露头角的物理学家，诸如M.萨哈(M.Saha)、S.N玻色(S.N.Bosa)、S.K.米特拉(S.K.Mitla)等人，他们不断地在欧洲权威刊物上发表论文。逐步使加尔各答大学成为一个新兴的研究中心，而当时的喇曼就是这个群体的核心人物。
3 勇于向诺贝尔奖冲刺的人
1919年，小西尔卡先生不幸去世，作为继任者，喇曼立即被选为印度科学培育协会执行秘书长。1921年，加尔各答大学授予他荣誉博士学位。同年他应邀代表加尔各答大学出席了在英国牛津举行的不列颠大学年会，当时已是33岁的喇曼第一次载誉跨出国门。他不仅在皇家学会作的关于弦仪器理论的学术报告获得了极大的成功，而且还会见了诸如J.J.汤姆逊(J.J.Thomoson)、卢瑟福(E.Rutherford)、W.H.布拉格(W.H.Bragg)等大名鼎鼎的英国物理学家，自觉受益匪浅。
在游览了几个欧洲国家之后，喇曼取道地中海返回印度。途中，面对着水天一色，昔日在马德拉斯首府学院上学时，每天都可以看到的本加尔海湾海水的色彩再一次映入他的眼帘。他对海水的深蓝色简直着了迷，便立即在客轮的甲板上，用随身携带的简便的光学仪器——尼科尔棱镜、小望远镜、狭缝、光栅，俯身对海面进行观测，一心一意要追究海水颜色的原由。这是他进行可见光散射问题研究的开始，也可以说是日后发现喇曼效应的契机。
事实上，早在1904年，年仅16岁的喇曼，就已熟悉著名物理学家瑞利(L.Rayleigh)利用分子散射中散射光强与波长四次方成反比的定律（按：瑞利定律）对蔚蓝色天空所作的解释。但在喇曼看来，瑞利那种认为深海的蓝色只不过是天空蓝色被海水反射所致的观点，很难令人信服，值得商榷。他先后在《自然》杂志和《皇家学会会报》(Proceedings of Royal Society)发表数篇文章，用实验和理论证明：水分子将太阳光散射，从而使海水呈现蓝颜色的机理，完全与大气分子散射阳光使天空呈蓝色的机理相同。
20世纪20年代，可以说是喇曼科学研究生涯的顶峰时期。他实际上同时在许多领域里驰骋，尤其是声学和光学方面。由于他在声学领域中的不凡表现，他于1924年被英国皇家学会选为会员，成为获此殊荣的第四个印度人。于是人们纷纷向他表示祝贺，并问他下一个会是什么，喇曼十分自信地答道：“当然应该是诺贝尔奖金。”[2]在他成为有国际影响的科学家之后，与外界的交流更加频繁了。1924年他出席了在英国举行的全英科学促进会年会，之后渡过大西洋，先访问了加拿大的多伦多，然后去美国参加富兰克林研究所成立一百周年庆典，接着受密立根(R.A.Millikan)的邀请作为客座教授赴加州理工学院(CIT)讲学四个月。特别值得一提的是，他在美国期间，与刚刚完成一项新发现的康普顿(A.H.Compton)过从甚密，这也许对他后来发现新效应有比较直接的影响。1925年初，又应邀前往前苏联，参加俄罗斯科学院建院二百周年纪念典礼。所有这些旅行，既让世界认识了喇曼以及他所代表的印度科学，也更大地开阔了喇曼自己的眼界。在他的积极推动下，印度最高科学咨询组织“印度科学会议”(Indian Science Congress)于1924年宣告成立。1926年，喇曼又创办了印度的第一份物理专业刊物《印度物理杂志》(Indian Journal of Physics)，并任该杂志的主编多年；可以这样说，在印度早期的现代科学研究、教育和体制化活动中，喇曼扮演了一个无可替换的重要角色。
4 东方第一位诺贝尔奖得主
如上所述，喇曼进行可见光研究所取得的第一项成果，是于1921年至1922年发展起来的用以解释海水颜色的分子散射理论及相关的实验方法。1923年4月，他的学生拉玛纳桑(K.R.Ramanathan)第一次观察到了光散射中颜色改变的现象，即所谓的“荧光效应”。在以后的两年中，喇曼的另一名学生克利希南(K.S.Krishnan)观测了经过提纯的65种液体的散射光，证明都有类似的“弱荧光”，而且他还发现，颜色改变了的散射光是部分偏振的。由此证明这种波长变化的现象不是荧光效应。
喇曼和他的学生们用了几年的时间，想了许多办法进行这项研究。真正的突破发生在1928年，就在这一年的2月28日下午，喇曼决定采用单色光作光源，做了一个非常漂亮的、具有判决意义的实验。他从目测分光镜看散射光，看到在蓝光和绿光的区域里，有两根以上的尖锐亮线。每一条入射谱线都有相应的变散射线。一般情况，变散射线的频率比入射线低，偶尔也观察到比入射线频率高的散射线，但强度更弱些。[4]与此同时，喇曼在康普顿效应的启示下，努力追寻理论上的合理解释。他在1928年3月16日所作的题为：“一种新的辐射”的报告中指出，克拉默斯一海森伯(Kramers-Heisenberg)色散理论完全可用于对这种现象的解释：入射光量子的一部分被散射物质的分子吸收了，其余部分则被散射，散射可分为正常和反常两部分，正常散射是瑞利散射，反常散射即是新发现的散射之一种，其机理与康普顿效应相类似；新辐射中能量增大的部分，是因为一开始散射物质被吸收的那些能量有时又会再传给入射的光量子，使其在散射后能量增加，从而频率增大（波长变短）。
不久，人们开始把这一新发现的现象称为喇曼效应。由于这项被英国皇家学会称之为“20年代实验物理学中最卓越的三、四个发现之一”[5]，喇曼于1930年被授予诺贝尔物理学奖。与此同时，他除了荣获美国富兰克林奖，英国皇家学会的休斯奖。前苏联列宁奖之外，还被许多国家的科学机构和团体（包括中国物理学会）选为会员或荣誉会员。
1948年，喇曼曾担当了一个新的科研机构——喇曼研究所(The Raman Research Institute)第一任所长。印度独立后，他被新政府授予“国家教授”职称。
当然，喇曼一生中涉足过的研究领域还有很多，如他曾与奈斯(N.S.N.Nath)合作，探索过超声波在液体中引起的散射现象，还积极地参与晶格力学（按：主要考察矿物和宝石的光学性质）方面的研究。他甚至还研究过诸如鸟的羽毛、贝壳、肥皂泡、古旧眼镜、鲜花等的颜色和光谱。因此，作为一个实验物理学家，他似乎更趋向于古典和自然界。他经常向人表示：大自然就是他的实验室。
直到晚年，喇曼仍然坚持研究工作和其他的社会活动，甚至在他去世前的一个多月，他还在喇曼研究所的报告厅向公众做题为“听觉理论”的学术演讲。1970年11月21日，这位印度科学一代宗师在班加罗尔寿终正寝，享年82岁。
5 一代宗师留给我们的启示
回顾这位成长于印度本土的物理学大师光辉的一生，笔者有如下几点体会：
第一，喇曼一生之所以能够做出如此卓越的巨大贡献，一方面取决于他强烈的民族自尊心和自信心。他始终如一地将自己与增进人类知识和促进自己祖国科学发展的伟大事业联系在一起，并将这一伟大事业置于个人远大的抱负之上。另一方面取决于喇曼一如既往地将大自然作为他的实验室的科研风格，如发现喇曼效应就始于他对大海颜色的迷恋与探索，其他研究对象诸如乐器、宝石、贝壳和鲜花等等：无一不与大自然息息相关。显然，喇曼继承和发扬了诺贝尔的人文精神和科学精神，他的这种“目标明确的人生”“对科学的热爱，甚或是对大自然的热爱”“对人类精神价值和人类进行奋斗取得成就效能的信仰”分别“来自埃德温·阿诺德（按：英国著名的诗人和学者）的伟大著作《亚洲之光》”[3]和前文所描述的悉达多追求真理的无私精神。
第二，喇曼荣获诺贝尔奖的首要原因，就在于他有着求真、务实、开拓、创新和锲而不舍的科学精神，他极其重视对基本理论和探测手段的创造性研究。如上所述，喇曼及其助手对他人所发现的“荧光”现象——一种非常微弱的二次射线，既不是掉以轻心，不屑一顾，也决非是轻率地下结论。而是经过深思熟虑和长时间的刻苦努力，终于采取了一个十分完美的实验手段（按：以石英水银灯作光源，苯液体作样品），把它提纯和分离出来。研究结果表明：原来以为是荧光的射线实际上是一种特殊的二次辐射，并且这种效应是一种普遍的现象。另外，喇曼和助手们当时之所以将它命名为“分子散射”，这完全得益于他们创造性地运用克拉默斯一海森伯色散理论，来解释这一现象。
第三，中国物理学界的精英离诺贝尔奖有多远？这是一个值得我们反思的问题。到目前为止，我国物理学界至少有3项成果可能得到诺贝尔奖。它们是：赵忠尧在1930年首先发现了正负电子湮灭；王淦昌于1959年首先发现反西格马负超子；王育竹在1979年首先进行了激光冷却气体原子的试验。但是，它们却与诺贝尔奖擦肩而过、失之交臂。尽管造成这种结局的原因很多，诸如我国在科研体制、基础研究、教育模式等方面所存在的症结，但与印度相比，最主要有两点，一是当时的中国物理学家由于受具体的国情所制约，没有喇曼那种敢于向诺贝尔奖挑战的精神，这就在主观上使他们远离了诺贝尔奖；二是尽管中国的物理学家在科学创新上不乏原创性思想，但鉴于我国没有厚实的经济基础及广泛的国际交流与合作做后盾，因此他们较为缺乏把原创性思想转化为科学成果的良好的物质条件和思想基础。具体表现在一段时间内，我国的研究工作没有精良的实验设备和高超的技术作支撑，信息闭塞，与国外交流不畅通，不敢倡导学术上的自由讨论。
笔者深信，随着我国改革开放的逐步深入，随着国家经济体制和科研体制的不断完善，随着国家创新体系的创立和发展，中国的科研环境已有极大的改善，科研条件日趋完备，科学社会能力不断地得到提高。这对于有志站在科学最高峰的我国物理科学工作者来说，在获得诺贝尔奖方面实现零的突破，并非可望而不可及。