百余年诺贝尔物理学奖的辉煌与遗憾，本文主要内容关键词为：诺贝尔论文,百余论文,遗憾论文,辉煌论文,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。
中图分类号：N19；04-09 文献标识码：A 文章编号：1673-2359(2009)04-0087-06
自从1901年12月10日首次颁发诺贝尔物理学奖，截至2008年达到了102届。全世界共有122个获奖项目，183人获此殊荣。我们在由衷地赞叹这一系列举世公认的物理学领域的一流成果，在对现代社会产生了巨大、深远影响的同时，是否曾想过诺贝尔物理学奖也存在着许多的困惑与遗憾。特别令人震惊的就是连千百年来难得一遇的“伟大的人”——爱因斯坦(A.Einstein)，居然也屡遭诺贝尔奖对他的冷遇与“嘲弄”。因此，笔者认为，诺贝尔奖如同世界上万事万物一样，也具有两面性。
一、诺贝尔物理学奖的神奇魅力
百余年来，诺贝尔物理学奖涵盖了现代物理学主要研究领域，获奖成果包括重大科学发现、重要理论创新，以及重大技术创新、实验仪器的重大发明，等等。正是它们，将科学引入到一个崭新的时代，使人类认知的触角拓展到了广袤的宇宙，伸向了遥远的宇宙起源之初，深入到了人类未曾了解过的微观物质层面，乃至延伸到了与人的神经、大脑等认知器官密切相关的生命科学领域。在不久的将来，它们还会引发一场生命科学的革命。这一切都改变了人类的物质观、时空观、生命观和宇宙观。也正是这一系列显赫的获奖成果，催生了核能、半导体、激光、新材料和超导技术等，促进了一批新技术的突飞猛进，并以此而深刻地改变着人类现代的生产与生活方式，将人类推进到了一个知识经济的新时代。
固然，感念与追思这些获奖成果的缔造者及其发明创造的艰辛历程，不仅不可忽视，而且十分必要。因为只有这样，才能使“后世不忘前世之师”。但更为重要的是我们应该从中汲取可贵的经验与启示，以便把握科学的未来，推动科技的创新。尤其是生活在当代中国的炎黄子孙，为了培养我们的创新意识、提升我们的创新自信心和民族自主创新能力，籍此为世界科学的发展、国内科技的振兴和创建和谐社会作出贡献，更应该从中汲取宝贵的精神财富。那么，我们能从诺贝尔物理学奖获奖项目中，获取哪些有益的启示呢？
1.折射出了物理学思想进化的脉络
通过对百余年诺贝尔物理学奖成果的历史考察，由它引发的物理学一系列创新最深层、最本质的内涵，是20世纪物理科学思想的进化脉络。无疑，通过对这一思想进化脉络的揭示，对于思考21世纪科学的走向，具有极其深远的战略意义。
20世纪物理学思想的进化，主要包括10个方面的内容。它们是：“由确定性到不确定性；由连续性到分立性；由构成论到生成论；由归一到统一；由细部到整体；由简单到复杂；由存在到演化；由静观到参与；由实验物理到理论和计算物理；由臻美到达真”[1]。鉴于笔者先前已撰文专门论及过这个问题，故现仅以“由连续性到分立性”为例，来阐述这个问题。
众所周知，经典物理规律的明显特征是物理量的连续性。如一定质量理想气体的等温线，弹簧振子的动能、势能随时间的变化曲线，以及变化的电场和变化的磁场所拥有的能量随时间因子的变更等等，都是连续的。
但是，在19世纪末不太长的10多年时间里，一系列新的科学发现诸如黑体辐射、光电效应和原子的线状光谱等实验事实，表现出与经典物理学理论的尖锐矛盾。被德国科学界誉为“帝国的科学首相”[2]的普朗克(M.Planck)，首先挑战了这样一朵飘浮在经典物理学大厦上空不安的乌云。他公开声称，从1895年起，“我就劲头十足地致力于解决这个问题”[2]。为了解释黑体辐射中的瑞利—金斯辐射定律在短波部分所出现的“紫外实难”，普朗克在1900年10月19日凑出了一个公式，这个公式非常完美地与实验相符合。但是它的根据在哪里？普朗克花了近两个月的时间，终于在1900年12月14日得出这样的结论：这个公式赖以成立的先决条件是，假定灼热物体吸收或发射辐射的能量必须是不连续的，即能量E=nhv，其中n必须是整数，只能够有1hv，2hv，3hv，而不可能有0.5hv，0.7hv。也就是说，普朗克提出了“安宁的扰乱者—量子假说”[2]，一举打破了“自然界无飞跃”[2]的古老的格言，明确地揭示了组成辐射黑体的谐振子所具有的能量是分立的。并由此迎来了一代壮观的量子论的诞生，抛弃了能量总是连续变化的这一传统思想。普朗克也因发现能量子而摘取了1918年诺贝尔物理学奖的桂冠。
2.体现出了科学创新的方法论途径
通过透析百余年诺贝尔物理学奖成果的成功研发，我们可以从其理论创新、科学发现和技术发明三大领域中，梳理、归纳和总结出若干方法论途径。这些异彩纷呈的传统科学方法论途径，在诺贝尔物理学奖得主的科学创新实践中，被灵活运用、左右逢源，各显神通，凸现出无穷的生命力。探求和搜索它们，无疑对于我们今天的科研活动和科技管理工作，均有一定的借鉴价值和启迪作用。
曹伟先生曾对百余年诺贝尔物理学奖成果研发成功的方法论途径，进行了系统的分析研究和概括。他指出了在科学发现领域，主要有：(1)实验设备简单，可是思路独特、新颖，最终取得了重大成就(以1958年度诺贝尔物理学奖为例)；(2)选题源于生活中常见的现象，经深入探索获得重要成果(以1930年度诺贝尔物理学奖为例)；(3)通过验证理论上的预言或在理论指导下做出重大实验发现(以2001年度诺贝尔物理学奖为例)；(4)在实验研究中，当两次实验数据之间的差值一开始就存在时，必须设法放大此差值，而不应将其作为误差舍弃掉。此方法通常会导致重大发现(以1904年度诺贝尔物理学奖为例)；(5)通过自制的仪器设备，独特的实验方法或者对已有仪器设备、方法改进提高后获得重大发现(以2002年度诺贝尔物理学奖为例)；(6)如果观察与经验或理论矛盾时，则必定存在尚未发现的新规律、新事物。深入研究后往往能取得重大成就(以1901年度首届诺贝尔物理学奖为例)[3]。在技术发明领域，曹先生又分别从1973年度、1971年度、1987年度、1992年度、1989年度等诺贝尔物理学奖获奖项目中，罗列出导致重大技术创新的六大方法论途径，它们分别是：从直接应用于人类的实践领域中获取；立足于原有的技术设想，获得新的技术创新成果；运用独特的设计构思进行新的创造；依据理论研究成果推出的技术原理进行研发；通过改进已有的技术发明，形成新的重大技术创新；将现有的设计思想应用于新的开发项目，突破技术难关，达到创新目的。在理论创新领域，曹伟同样以数届诺贝尔物理学奖得主成功的典型范例，道出了获得突破性理论成果的五大秘诀，即必须对原有的重大发现、重要成果等进行持之以恒的深入持续的研究；采用逻辑方法推导出独特的结论；运用非逻辑思维方法形成极具创意的新思想；依据实验结果建立研究对象的唯象理论；以哲学观念作为研究的行动指南。
在笔者看来，曹伟先生对百余年诺贝尔物理学奖成果研发成功的方法论途径所做的分析，是正确的、颇有见地的。但我们还认为，科学美学方法也是获得物理学理论成果重大变革和作出伟大科学发现的主要方法论途径之一。因为“真”与“美”之间存在着内在的、本质的、必然的联系，科学美具有至关重要的认识论意义，其表形式是“以美启真—由求美而达真”；“以美示真—由求美而促真”；“以美传真—由接受美而接受真”[4]223-232。
第一个生动的例证是海森堡(W.K.Heisenberg)，因成功创立了矩阵力学，并推算出测不准关系式而获得了1932年度的诺贝尔物理学奖。他作为一个物理学家，当然深知实践对于检验理论正确与否的重要性。但是，海森堡却宣称：“美是真理的光辉，……探索者最初是借助这种光辉，借助于它的照耀来认识真理的”[5]。于是，他试图通过优美的数学形式来构建他的矩阵力学。亦即运用具有数学上的连贯性与一致性的能量矩阵来确定能量表中的各项，进而达到对量子力学规律的正确表述，以此突破旧的量子理论中所存在着的很多困难和佯谬，长期以来对人们所造成的困扰。通过艰苦的努力，最终使所计算出的矩阵中的各项均能满足能量守恒原理。海森堡终于在美与真之间架起了一座桥梁。他因此而感叹道：“我感到，透过原子现象的外表，我看到了非同寻常的漂亮的内部结构，并且我必须探求的数学结构特性如此慷慨地展现在我的眼前，……几乎使我陶醉”[6]；“凭借它的完备性和抽象的美，它立即就令人感到信服”[5]。
1933年度诺贝尔物理学奖获得者之一狄拉克(P.A.M.Dirac)，以他提出的电子相对论性运动方程，准确地预测到正电子的存在，可谓是第二个典型的例子。美的标准又一次超越了狭隘的“实验唯一”的准则！所以，如果自然界给我们显示了一个非常简单和优美的数学形式……那么我们不得不相信它是“真”的，它揭示了自然界的奥秘。正因为如此，狄拉克一生极为欣赏数学美，并断言很有可能物理学的下一个进展是沿着这样的路线：人们首先发现方程，并且需要若干年的发展以找出这个方程背后的物理学思想。对此，薛定谔和杨振宁等物理学大师抱有类似的看法。如杨振宁曾指出：“理论物理学家越来越不得不服从于纯数学的形式考虑的支配”，“创新性原则寓于数学之中”。如今，崇尚和执着地追求数学美，几乎支配着现代物理学家的全部工作。
3.勾勒了获奖精英教育背景的蓝图
若以百余年来诺贝尔物理学奖得主的集体传记作为考察对象，我们不难发现这些获此殊荣的物理学家有一个共同的特征，即他们早年大都受到过富有成效的教育。成功的教育经历培养和造就了这些科学界的精英，他们的显赫业绩和誉满全球的声望，反过来又强化和突出了一种现代教育制度和人才培养的模式。显然，深入分析这些科学精英成功的教育背景，为当今我国科学教育与研究的形式和内容的改革，提供了一个可供借鉴的光辉范例。诺贝尔物理学奖荣膺者的教育背景告诉我们：
其一，成功的基石是基础教育。它包括：系统的基础知识和基本技能培养(几乎所有的获奖者全都接受过良好的大学教育)；通识教育(如1929年度诺贝尔奖得主德布罗意是一位文学硕士，1964年度诺贝尔奖得主汤斯是语言学家，1933年度诺贝尔奖得主薛定谔是诗人，爱因斯坦是第一小提琴手，普朗克是音乐指挥家，1965年度诺贝尔奖得主费曼是画家)；家庭环境的影响和激励(如汤姆孙父子、玻尔父子、布拉格父子及居里夫妇等均都双双获奖)；人文主义思想铸造的精神力量对非智力因素(诸如信念、情感、意志、毅力、自信心和思维方式)的培养(如中国古代庄子的寓言曾对1949年度诺贝尔奖得主汤川秀树在科学创造中直觉思维能力的发挥，产生了极其重要的影响)。
其二，成功的摇篮是科普教育。科普教育从广义上讲，凡是旨在传播科学知识、科学方法和科学精神的公共教育活动，均属于这个范畴。它既可以通过正规教育的系统来实现，也可以通过更为社会化途径来达到这一目的。在20世纪40年代以后，美国的获奖人数迅速增长，尽管原因多种多样，但科学普及和科学教育的背景无疑是有重大影响的。
其三，成功的保证是研究训练。研究训练是指取得和具备从事科学研究资格的培训与实践。物理学作为一种以认识自然规律为主要目标的特殊职业，不仅有其一整套技术规范，而且具有相对稳定的社会规范。一个致力于物理学研究生涯的人，在成为科学共同体的合格成员之前，一般都要经历一个职业社会化过程，或者说“学徒期”。选择名校、名专业和名师，接受第一流的教育，是任何一个物理学工作者进入科学超级英才行列刻意追求的目标。甚至物理学史还表明，经过“生择师”和“师择生”这种双向选择活动过程，最后所确定下来的师徒关系“精英链”，已经成为未来获奖人积累科学优势的重要步骤。诺贝尔化学奖得主能斯特(W.Nernst)，依次与诺贝尔物理学奖获得者密立根(R.A.Millikan)、安德森(C.D.Anderson)和格拉泽(D.A.Glaser)所构成的3对师生关系，相互之间就形成了这样的精英链。
4.展示出科学创新的诸多外部条件
从诺贝尔物理学奖百余年的走势、特点来分析，要想荣登这一全人类至高无上的领奖坛，除了科学精英的个人因素外，外部条件也显得至关重要，即社会必须提供相适应的外部科研环境。主要包括：要有充足的科研经费，加大科技和教育的投入，强化科研管理，建立激励机制，重视人才培养；营造宽松的学术环境，提倡学术自由，加强国际学术交流；充分调动和高效发挥老、中、青物理学家从事开拓性科学研究的主动性、积极性和创造性，及其彼此合作的效能和协同效能；尊重基础研究，既要重视理论研究，又要关注实验研究；倡导物理学不同子学科科学家之间及其与其它学科科学家之间的合作交流、协同作战，实现科学交叉，以获得原创性科学成果；实现强强联合，创建物理科学学派，等等。
5.显示了科学精神是成功者的支柱
科学史家萨顿(G.Sarton)强调：“科学最宝贵的价值不仅在于它可以带来物质的利益，而更在于其科学的精神，后者是一种崭新的思想意识……，这都是人类精神文明中最宝贵的部分。”[7]萨顿这里所说的科学精神，是指科学研究和发展需要我们具有什么样的精神面貌、心理状态和行为规范。我们知道，科学是人类理性和智慧的结晶。在人类寻求客观规律和真以致善、真以臻美的过程中，所体现出的科学理性和精神不仅源远流长，而且内涵也十分丰富。笔者曾在一篇文章中，作了较为系统的的概括和总结。该文指出：“科学精神至少包含六个方面的内容——不求功利的探索精神；童心不泯的理性精神；自由探索的求知精神；怀疑批判创新的精神；实事求是的严谨精神；互助协作的团队精神。”[8]
二、诺贝尔物理学奖的不公正性
如上所述，诺贝尔物理学奖不愧是当今世界公认的最具权威性的最高奖项。但它百余年来的历史进程表明：诺贝尔物理学奖决非完美无缺，它也存在着不公正、不合理的一面。
弊端之一，将一般性科研成果列为颁奖项目。一般而言，诺贝尔物理学奖其获奖项目的水平都是比较高的，它不失为颁奖年代一流水平的象征。但鉴于遭到一些地方主义或这样那样的关系网之类的影响，少数人仅仅凭借一项纯属技术性的成就，居然也与诺贝尔物理学奖结下了不解之缘，实属违背了诺贝尔奖的宗旨。如1912年瑞典工程师达伦(N.G.Dalén)，登上诺贝尔领奖台就是一个典型的例证。他是经一个人提名，因发明用于灯塔和浮标照明的储气器的自动调节器而获奖的。8年后的1920年，诺贝尔物理学奖再次授予了又是只有一票提名的、因发现镍合金钢反常性的纪尧姆(Guillaume)。这种受温度等环境影响很小的镍钢合金，只是用它可以制作精密测量的工具而已。这两项获奖成果分别与同一历史时期其他物理学家所做出的贡献相比较，显得多么的相形见绌。例如，倘若将它们对比于上文提及的普朗克于1900年提出的能量量子化假说，以及爱因斯坦于1916年创立、1919年被爱丁顿(A.S.Eddington)等证实的广义相对论，其科学意义的反差犹如天壤之别。虽然普朗克和爱因斯坦后来均获得了诺贝尔物理学奖，但前者的获奖时间却推迟到了1918年，而后者于1921年的获奖项目却是光电效应的定律。
弊端之二，出于偏见，剥夺了一些取得一流科研成果的杰出物理学家的获奖资格。在这方面最令人惋惜的例子是，诺贝尔物理学奖无情地冷遇了华裔“核科学女皇”——吴健雄。众所周知，在20世纪微观物理学的发展中，吴健雄以她融实验家和理论家为一体的非凡天才，在其所涉猎的诸多领域中，均做出了卓越的贡献，堪与许多世界第一流的物理学家相媲美。正是她，使β衰变成为“最敏感、最实际和最有力的研究弱相互作用的探测手段”，“一次又一次地对研究弱相互作用起了重要作用”[9]474。在β衰变实验中，她一共做出了10余项极其重要的科学工作。它们分别是：关于轫致辐射和核裂变研究(1938年)；β谱的形状(1946年)；宇称不守恒；矢量流守恒假设(1962-1964年)；双β衰变和轻子守恒(1970年)；第二类流CVC理论(1977年)；放射性和能级图；奇特原子；穆斯堡尔谱学及其应用；湮没量子的本征宇称；康普顿散射湮没光子的角作用和隐变量；血红蛋白；正电子偶；粒子探测和仪器；超低温核物理，等等[9]471-478。其中最主要的有三项：一是对弱相互作用中宇称不守恒的实验论证；二是对β衰变理论的检验；三是证明了原子核在β衰变中矢量流守恒定律。按照我国著名物理学家陆埮院士的看法，一个物理学家只要做成这三项中的任何一项，就可以名垂青史了。
然而，虽然吴健雄以精确的实验结果证明了杨振宁和李政道提出的弱相互作用中宇称不守恒的新论点，杨、李因此而双双荣获1957年度的诺贝尔物理学奖。令人意外的是吴健雄却与此奖无缘。许多著名的物理学家对此深感惋惜和不解，认为诺贝尔奖亏待了吴健雄。如对杨、李、吴的工作都很了解的奥本海默(J.R.Oppenheimer)，曾不止一次提出甚至公开表示，吴健雄也应该获得此项荣誉。1986年拉比(lsidor Rabi)曾在一次公开聚会演讲中指出：“吴健雄应该得到诺贝尔奖。”威尔森(Wilson)也说过类似的话。[10]304
在物理学史上，曾取得过突破性重大科研成果而又与诺贝尔奖失之交臂的，何止是吴健雄。其他的还有1930年首先发现正负电子湮灭的赵忠尧，1953年3月9日发现反西格马负超子的王淦昌等，在诺贝尔奖花名册上均没有他们的名字。此外，著名的天体物理学家G.E.Hale、A.Eddington、M.Saha和H.N.Russell等，因业绩卓著，虽然他们的名字频频出现在诺贝尔奖候选人的名单上，以后又多次被推荐，结果也是落得个竹篮打水一场空。对此，诺贝尔奖委员会给出了一个奇怪的理由：天体物理已经有了迅速发展，几乎包括了天文学的全部，天体物理学几乎等同于天文学，而天文学并不包括在诺贝尔奖的范围内，故而也就将天体物理排除出了诺贝尔物理学奖的获奖范围。虽然贝脱(H.A.Bethe)曾荣获了1967年度的诺贝尔物理学奖，但他主要是一位卓越的理论物理学家。鉴于他的恒星能源理论属于天体物理，对他在20世纪40年代的屡屡提名也逐一被否定。直到1967年，在众多著名物理学家的强大的舆论压力下，才以“对核反应理论的研究，特别是对他的恒星能源的发现”的名义，授予他诺贝尔物理学奖。而哈勃(E.Hubble)就没有这样的好运气了。只因他创立了影响天文学全局发展的宇宙膨胀理论，虽然也被许多物理学家频频举荐，终因他的贡献与“主流”物理学相比，更偏向于天体物理而“落马”。可见诺贝尔奖注重于大物理，而轻视小物理，这显然在些不合理。这样做的结果，不仅亏待了众多伟大的天体物理学家，而且不利于物理学与其它学科的融合与交叉。
弊端之三，对获奖者奖励项目的选择上出现了差错，即没有将其水平最高、影响最大的科研成果作为颁奖项目。我们知道，爱因斯坦在理论物理上的三大杰出贡献——相对论、量子论和统计物理，具有划时代的伟大意义。它们不仅在当今的光电子、激光、原子能、GPS、传感器、加速器、信息保密等诸多方面有着重大的实用价值；而且已经直接导致了9项诺贝尔物理学奖的产生。其中1项是爱因斯坦本人获得的，8项是别人因验证或发展了爱因斯坦的理论而获得的。甚至他的理论成果今后还会孕育出若干个新的诺贝尔奖。对于这位超越时空的科学巨人，从1910年开始(按：1911年和1915年除外)，就有包括普朗克和玻尔(N.Bohr)等在内的著名学术权威，提名他为诺贝尔物理学奖的候选人，然而却一直遭到强烈的反对而屡遭落选。直到1922年召开的诺贝尔奖委员会和瑞典皇家科学院的评审会上，迫于压力才以光电效应定律的发现为名，将1921年所保留的奖项颁发给爱因斯坦。这在当时的物理学界引起了轩然大波，科学家们普遍认为，不是爱因斯坦不够格，而是诺贝尔奖委员会选错了奖励项目。因为光电效应的科学意义是无法与相对论相提并论的。
无独有偶，1938年，诺贝尔奖委员会公布，基于“用中子轰击法制成新的人工放射性元素以及用慢中子引起核反应的有关发现”，授予费米(E.Fermi)诺贝尔奖。对此，国际上一直有争议，争议的焦点不在于费米是否该获奖，而同样在于费米多方面的杰出贡献中，选择哪项成果作为授奖依据。
弊端之四，姗姗来迟的奖赏。为了回避科学家之间的争论，诺贝尔奖委员会采取了延迟授奖的办法。例如：伦琴1895年就发现了X射线，1901年才得奖；贝克勒尔(A.H.Becquerel)1896年发现天然放射性，1903年才得奖；薛定谔1926年创立了波动力学，1933年才得奖，阿尔瓦雷茨(L.W.Alvarez)1960年发现了基本粒子的共振态，1968年才得奖。其他的诸如盖尔曼(M.Gell-Mann)、阿尔文(H.Afvén)等都经历了很长的等待期，尤其是玻恩(Max Born)足足等待了28年。
总之，诺贝尔物理学奖是科学灵魂的最高体现。它的颁发为全世界科学、技术、教育和文明的发展，科学思想的进化与方法论的创新，带来了巨大的效应和勃勃的生机。从这个意义上说，它犹如一台“永动机”，经久不息地激励着世界各国的科学精英奋勇拼搏，努力攀登科学的高峰。诺贝尔物理学奖已经成为国际社会中地位最高、影响最大的世界性奖项；许多物理学研究机构、院校和国家均以能获得此项殊荣而引为自豪，其获奖者被视为民族英雄，深得本国人民的爱戴、仰慕和钦佩。但是，人们也深深地为诺贝尔物理学奖历史薄上的瑕疵而感到困惑和遗憾，诸如上文中所论及的将其奖金授予根本站不住脚的研究项目，而一流的成果却被该奖拒之门外，对奖励项目的选择严重不当，偏重于纯物理，以及迟来的奖赏等等。针对我国的具体国情，实现诺贝尔物理学奖零的突破，固然迫在眉睫，指日可待，即如同杨振宁所预言的：“中国本土离诺贝尔奖仅一步之遥！”[11]327但“不能把诺贝尔奖看得太认真”[12]因为在诺贝尔科学奖的幕后，也存在着权谋的行为。[13]