導師硬給我的論文塞了個二作,理由竟然是……

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喬治·伽莫夫擅長玩牌,酷愛喝酒,性格古怪,想法天馬行空。這樣的特質讓他成為了優秀的科普作家和周圍人的靈感來源,但是作為學生,攤上這樣的老闆可能不會很開心。

撰文 戚譯引

1948 年的愚人節,《物理評論》(The Physical Review)上的讀者來信欄目出現了一篇文章,題為“化學元素的起源”(The Origin of Chemical Elements),署名阿爾弗、貝特和伽莫夫,諧音 α、β、γ

這個發表時間,這樣的署名方式,怎麼看都像個惡作劇。但這篇文章的內容可是認真的,它首次指出宇宙大爆炸以一定比例產生了氫、氦等元素,至今已經被引用上千次。

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圖片來源:https://thecuriousastronomer.wordpress.com

大爆炸的前夜

在二十世紀四十年代,物理學家已經發現在恆星的中心發生著核聚變,使氫轉變成氦。但是,這一過程過於緩慢,不足以解釋為什麼宇宙中存在大量的氦元素,也無法解釋其他更重的元素是怎樣產生的。

年輕的物理學家喬治·伽莫夫(George Gamow)試圖解答這些問題,揭開早期宇宙的奧秘。他在喬治·華盛頓大學任教,同時也許還在忙著寫一本名叫《從一到無窮大》的書。此時,美國的核物理學家大多被招募參加了曼哈頓計劃,因此伽莫夫基本是孤軍奮戰。

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1952 年,伽莫夫的講課吸引了未來的科學家們。| 圖片來源:THE GEORGE WASHINGTON UNIVERSITY

伽莫夫計算了宇宙中物質的密度,又將宇宙膨脹的過程進行倒推。隨後,他嘗試計算早期宇宙中核反應發生的概率,然而隨著宇宙的膨脹,相關條件不斷髮生變化,計算過程非常複雜。伽莫夫並不擅長數學,於是招了個博士生拉爾夫·阿爾弗(Ralph Alpher)來幫忙。

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拉爾夫·阿爾弗 | 圖片來自 AIP

伽莫夫和阿爾弗假設早期宇宙是一團高溫、緻密的由中子構成的氣體,伽莫夫稱之為“ylem”,這個詞來自中古英語,意為“物質”。隨著宇宙的膨脹,這些中子會衰變成質子、電子和中微子,隨後質子會捕獲一些剩餘的中子,形成氘。這個過程不斷進行下去,就能產生更重的原子核。在宇宙膨脹的過程中,這一反應不斷進行;直到宇宙冷卻到一定程度,無法繼續發生反應。

藉助最早的電子計算機,和二戰後剛剛公開的一些核反應數據,阿爾弗對反應過程進行了計算,計算結果與宇宙中氦的實際丰度相吻合。

字母表就是要齊齊整整

阿爾弗和伽莫夫迅速將這一發現寫成短訊,投稿到《物理評論》。兩人還開了一瓶酒表示慶賀,酒瓶上的標籤寫著“ylem”,那是伽莫夫貼上去的。

伽莫夫知道這篇文章將於 4 月 1 日發表,他便開了個玩笑,把自己的好友漢斯·貝特(Hans Bethe)的名字也加上去,這樣三人的姓氏正好組成 α、β、γ 的諧音。

漢斯·貝特是什麼人?曼哈頓計劃那段時間,貝特擔任洛斯阿莫斯實驗室的主任,頂頭上司是奧本海默,手下還有個名叫理查德·費曼的年輕人。在此之前,他研究太陽發光的機制,多年後那篇論文為他贏得了諾貝爾獎。

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漢斯·貝特在洛斯阿莫斯實驗室的工作證 | 圖片來自 Wiki Commons

阿爾弗對老闆的決定很不高興。他擔心,論文署名裡突然多出一個自帶光環的大牛,誰還會注意到他?但是伽莫夫堅持要這麼做,他後來在一篇文章裡談到:

“如果這篇文章的署名只有阿爾弗和伽莫夫,這似乎對希臘字母表不太公平,所以在準備手稿的時候,漢斯·A·貝特博士(缺席,in absentia)的名字就被加進去了。”

貝特“碰巧”是《物理評論》的審稿人,他刪掉了“缺席”二字。於是,這篇署名“α、β、γ”的文章,在愚人節當天發表了。

據說,伽莫夫還試圖說服另一位物理學家羅伯特·赫爾曼(Robert Herman)改名“δ”——羅伯特·德爾塔(Robert Delter),放在作者名單的第四位。顯然赫爾曼沒有同意。

α、β、γ,然後呢

《物理評論》的文章發表後馬上在學界引起轟動。不久後,阿爾弗進行博士畢業答辯,三百多人前來觀看。這可能是他前半生最光榮的時刻。

博士畢業後,阿爾弗和赫爾曼繼續研究宇宙的起源,他們預言了宇宙微波背景輻射的存在,但是並沒有引起學界的注意。心灰意冷的阿爾弗跳槽到通用電氣,而赫爾曼去了通用汽車。到 1978 年,貝爾實驗室的兩位科學家阿諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特·威爾遜(Robert Wilson)由於測量宇宙微波背景輻射,獲得了諾貝爾物理學獎,阿爾弗仍然一無所獲。直到多年以後,他才收穫一個個遲來的榮譽。

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阿爾弗於 2005 年獲得美國國家科學獎(National Medal of Science),此時他已經行動不便,由兒子維克多·阿爾弗(Victor Alpher)代為領獎。| 圖片來源:nationalmedals.org

貝特度過了碩果累累的一生,用他命名的公式和理論就有八個。由於對恆星核合成理論的貢獻,他獲得了 1967 年的諾貝爾獎。他直到九十多歲還在發表論文,討論雙星系統的問題,最後於 98 歲高齡去世。

而伽莫夫當上了“斜槓中年”。他熱心編寫教材,並出版了《從一到無窮大》、《物理世界奇遇記》等經典科普作品,獲得了聯合國教科文組織頒發的卡林加獎(Kalinga Prize)。儘管對生物化學不甚瞭解,他卻嘗試從密碼學的角度理解 DNA,為沃森和克里克的工作帶來了啟發。

由於酗酒,伽莫夫患上了肝臟疾病,於 64 歲去世。在最後的時光裡,他常常和阿爾弗通信,繼續探討學術問題。

https://blogs.scientificamerican.com/basic-space/httpblogsscientificamericancombasic-space20110802on-the-origin-of-chemical-elements/

https://en.wikipedia.org/wiki/Alpher%E2%80%93Bethe%E2%80%93Gamow_paper

https://www.sciencenews.org/blog/context/george-gamow-physicist-science-popularizer

https://www.aps.org/publications/apsnews/200804/physicshistory.cfm

https://www.telegraph.co.uk/technology/3334045/The-forgotten-father-of-the-Big-Bang.html

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