“失去诺贝尔奖”观点是很好,但遗漏了宇宙重要的东西

想象一下当一个科学家在所属领域前沿研究一个问题时是什么感觉?比如科学家正在进行以前从未有过,能够在一定程度上测量宇宙的某些性质实验,这实验远比你接触的困难,所需要的精力远超人类范围,获取宇宙图像的分辨率更高。用新奇的方式推动基础科学发展的风险很高但回报也很可观。

如果你看得越遥远,所能窥见的过去也就越久远。宇宙亦是如此,越接近早期的宇宙,就会发现它的演化程度越低、温度更高、密度更大。最早的信号甚至能告诉我们宇宙大爆炸之前发生的事,这就是“失去诺贝尔奖”实验的关键所在。图片版权:NASA / STScI / A. Feild (STScI)

可以将整个职业生涯都投入在一个想法或一个从未被发现的新物质上。但当突破难关,并且找到了一直在追寻的东西,那就能获得在科学领域含金量最高的奖项:诺贝尔奖。布莱恩·基廷的新书《失去洛贝尔奖》讲述了他的雄心壮志、人生失意以及在努力中学会质疑的故事。

布莱恩·基廷的新书《失去诺贝尔奖》讲述了一个关于雄心壮志、失败以及满足虚荣心追求诺贝尔奖的危险故事。图片版权:Brian Keating / Twitter

大约20年前,宇宙学家们正在测量宇宙大爆炸后留下的光线,测量精度达到了前所未有的程度。BOOMERanG和MAXIMA这样类似球载的实验,以及像CBI和DASI这样的地基实验,都是在高精度范围内观察越来越小微观世界,并且测量小尺度下亚毫开尔文数值的波动数值。这些波动可能会首次描绘出宇宙的形状,并引领我们创造出更先进的太空观测站,如WMAP和普朗克。这些太空站将会覆盖整个天空,并带领人类找出宇宙是由什么构成的真正答案。

大爆炸留下的光辉分布并不均匀,而且有小的缺陷和几百微开尔文的温度波动;这些波动将会揭示宇宙的构成和起源。图片版权:ESA and the Planck collaboration

然而在这一过程中,研究人员发现了一种非常聪明的互补技术,这项技术可以做任何相关实验都无法做到的事情:不仅仅是寻找密度和温度波动的证据,还寻找宇宙大爆炸那一刻出现的时空涟漪。宇宙起源理论——宇宙大爆炸,预测了两个标量波动的产生,温度/密度的缺陷和张量(引力波)的波动,这将使大爆炸留下的光辉以一种非常特殊的方式极化。布莱恩·基廷提出了第一个可以测量这种“卷曲”光线的实验设计:系外星系的极化背景图像(BICEP)

由膨胀引起引力波对宇宙微波背景b型极化的影响有一个已知形状,但它的振幅依赖于特定的膨胀模型。这些由引力波引起的b模式尚未被观测到。图片版权:Planck science team

如果能测量这个极化,发现这些张量波动的证据,就有最早证明膨胀引起的引力波的证据:不仅能检验膨胀,而且能严格限制哪一个模型是正确的铁证。这将是一笔巨大的交易,在一个引人注目的故事中,布莱恩从第一人称视角煞费苦心地详细讲述了它是怎样的:

1、系外星系的极化背景图像(BICEP)

2、设计多个相互矛盾的实验来测量这个效应

3、看着权利玩家取得名次,他和其他研究人员被排除在内部圈子之外

4、对BICEP2所做的阳性检测感到惊讶

5、惊恐地看着自己获得诺贝尔奖的梦想破灭,一切成空

和我所了解的大多数科学家一样,他仍然不知道如何应对错误。在任何时候他都不会说:我错了,不应该用X代替Y。他没有责任承担他个人和BICEP部分的错误。

来自银河系的极化尘埃是导致b型信号的一个主要因素。没有适当的测量,BICEP2过早地宣布发现了b型模式,这一“发现”被彻底推翻。图片版权:ESA and the Planck collaboration

布莱恩写这本书的主要目的是警告人们不要不惜一切代价追求诺贝尔奖,并指出授予诺贝尔奖的固有方式是不公平的。当然死去的人不能获得奖项的这一规定是有问题的。该奖项只限于三人分享,不能授予合作;获得奖项的运气和意外因素是科学家们无法预测的。在这一点上,布莱恩取得了令人钦佩的成功。读完这本书后没任何一个理智、开明的读者认为这本的全部内容就只是吹嘘作者自己获得诺贝尔奖。相反,在各行各业中获奖者不仅仅是靠其功绩获得奖项,还有自我、公关和他人的偏爱。我们不需要费力就能找到一大批仅凭自己能力获得奖项的人。

阿尔弗雷德·诺贝尔是炸药的发明者,拥有355项专利,他在1895年完成了他的心愿——创建诺贝尔奖基金会和制定诺贝尔基金会的管理规则。他于1896年离世,诺贝尔和平奖自1901年起每年颁发一次,唯一的例外是在挪威被占领的二战时期。这些规则以前就被修改过,很有可能会再次改变。图片版权:Nobel Media AB 2016

然而这本书,不仅仅与BICEP2和诺贝尔奖有关,其中还囊括了许多不同的故事。其中自传的一部分讲述了布瑞恩的成长经历、宗教信仰、与家人从隔阂到和解,以及他对自己人生经历的看法。另一部分讲述了他在科学工作中遇到的事情:从刚开始的倍感压力到充满活力,逼迫自己离开协作实验,目睹自己亲密无间的朋友和同事相继离去,由于竞争的激烈时刻害怕自己被淘汰,对声誉和荣耀的疯狂追逐,以及因为这些杂事导致他在工作中马马虎虎。这一个很好的故事,它或许会让你感到无聊,但也会让你点头称赞。

图中显示出膨胀结束时所产生的密度(标量)和引力波(张量)波动。图片版权:National Science Foundation (NASA, JPL, Keck Foundation, Moore Foundation, related) –Funded BICEP2 Program

这本书中也有一些错误,布莱恩试图将历史故事、物理学和天文学的发展历程和我们现今所面临的形势以及我们是如何来到这个世界的故事编撰在一起。不幸的是,本书的这些部分在很多方面都过于简单而且漏洞百出。以下是故事所述的内容,你会作何感想?

1、在伽利略之前是没有科学家的,科学也没有得到发展(事实上有很多)

2、天文学中的每一次论战的焦点都包含哈勃常数的重要性(或略了实际性证据和Walter Baade的著作)

3、阳光由不同的颜色组成是由太阳中存在的元素造成(这仅仅是吸收线的真实情况,太阳的颜色来自于黑色辐射体)

4、在20世纪90年代末,稳定状态模型是一种可行的替代大爆炸的方法。(它在很早以前就被排除了,因为反射星光解释已经被推翻)

他用许多图表证明大爆炸意味着“外推退回到t=0”和大爆炸发生在宇宙膨胀之前这一超级过时的谬论。鉴于已经读过/看过这本书的宇宙学家数量,这些彻头彻尾错误应该会被发现,但事实并非如此。如果你从这本书中了解到大爆炸发生在膨胀之前还是之后的内容时,或者对通货膨胀发生的时间和地点感到困惑,不必感到恐慌;因为这本书在这个问题上的描述本身就是不一致的。

早在BOOMERanG的数据回来之前,来自COBE的CMB的光谱的测量显示,大爆炸留下的余辉在一定程度上是一个反射星光的完美黑体,正如准稳态模型所预测的那样,这无法解释我们所知的信息。图片版权:E. Siegel / Beyond The Galaxy

除了这些错误和疏忽之外,觉得这本书错失了两个良机:一个是关于科学的,另一个是关于社会方面的。在科学上,布莱恩·福尔斯也许犯了科学家们最常见的错误:在这个领域的工作已经在过去完成了这是肯定的,但科学家所做的贡献才是真正重要的。如布莱恩所言,膨胀并没有等着被证实(它已经被许多不同的证据证实);B模式CMB极化的存在与否并不能解决这个问题。

不能夸大自己工作的重要性,也不能贬低领域内其他人发现成果的重要性。不自觉的自我沉思是自负和缺乏对他人认可的表现。当别人做出类似的行为时,布莱恩会直接指出来,但他没有看到自己也掉入了同样的陷阱之中。

虽然CMB中的许多信号和宇宙大尺度结构已经验证了膨胀的存在,但是由张量模式预测的B模式极化并没有出现。这并不意味着膨胀是错误的,而是产生最大的张量波动模型并不被上天垂怜。图片版权:Kamionkowski and Kovetz, ARAA (2016), via

解决社会问题远远比美化诺贝尔奖重要。如果我们把科学看成是一种竞争,为了获得奖项不择手段,同时贬低其他领域学者对科学的贡献的这一想法在有些人看来是正确的,事实上并非如此。我们企图称赞个人的荣耀而不是科学的原则。有一种传统是关注一个单一独特头脑里的想法,而不奖励努力工作,关心合作和愿意花时间去做正确事情的人。

有一种默契是加入团体,通过奋斗上升到领导地位,然后指导这些大规模的“重资科学”运动,而不是关注和探索任何明智、利基的想法。这也就意味着在这个领域里,大多数人注定只能在平凡的问题上做平庸的工作,而不能推陈出新走向未来。

十年前格尔达实验对中微子的双重衰变施加了最强的限制。图中展示的马约喇纳实验,有可能探测到这种罕见的衰变。今天所做的实验几乎都是通过中型到大型合作完成的,现在所做实验的漏洞修补比以前要少得多。图片版权:The MAJORANA Neutrinoless Double-beta Decay Experiment / University of Washington

布莱恩意识到了诺贝尔奖存在的问题,但他从未解决另一个更大、更普遍的问题。在书中他对自己崇拜的科学和历史人物大笔渲染,比如像安德鲁·兰格约翰·科瓦奇和伽利略。但他忽略了与这些科学家同等重要的贡献者(如保罗·德·贝尔纳迪、第谷·布拉赫号或约翰尼斯·开普勒)。但是尽管如此,他的书还是很好地揭示了我们今天如何进行科学研究。它清楚地说明了为什么追求诺贝尔奖、荣耀以及成为英雄人物。

Lise Meitner是一名科学家,他的付出带动了核裂变的发展,但她从未获得诺贝尔奖,仅仅因为她是犹太血统最终被迫离开德国。她对科学的贡献,以及对人类知识体系的益处,也同样伟大。图片版权:Archives of the Max Planck Society

这就是科学,最终目标是循环渐进直至完全了解宇宙。人类的缺点很多,但我们可以打败这些缺点。在失去诺贝尔奖时,布莱恩·基廷不仅揭露了诺贝尔奖制度的缺陷,还揭示了他个人的缺点。忽略书中的一些瑕疵静下心来阅读它,你会发现自己不仅坚信高质量科学终会取胜,而且坚信每一个贡献者都会以开放的方式共同努力,以造福人类。实现这一目标还有很长一段路,基廷和BICEP2带领我们取得更大胜利这一观点有待商榷,但不得不承认在这个宇宙还有更重要的事情在等待着我们,比如科学真理,那些稍纵即逝的荣耀就暂且搁置吧。

博科园-科学科普|文 / Ethan Siegel / Forbes Science /S.W.A.B