原创 吴忠超 中华读书报
2020年,诺贝尔物理学奖授予罗杰·彭罗斯等三人。英国人彭罗斯不仅是一位数学家,还是一位与斯蒂芬·霍金同名的引力物理学家。
早在上世纪70年代,他们就已是学术明星,在物理数学界地位崇高,其时彭罗斯在牛津大学任罗斯·波尔数学教授。1950年代,彭罗斯于剑桥圣约翰学院获得博士学位。在剑桥时他深受狄拉克的影响,后来又与霍金交情深厚。就我所知,70年代末至80年代初,彭罗斯每年至少一次会回到剑桥。他在霍金小组做学术报告,并顺便挑选一名学生去牛津跟他做研究。那时他还在研究扭量理论。即便在引力学界,能读通他的研究的也只寥寥几人。因此他干脆就将手写的论文,包括有特色的手绘图,直接复印若干份,邮寄给他认可的几个研究小组,就算是在世界范围内发表过了。我记得,那个被选中的学生,还被大家揶揄道:“做扭量理论去了。”
霍金·彭罗斯
我记得有一年彭罗斯的演讲题目是“广义相对论中未解决的重要问题”。霍金问他:“哪个问题适合作为博士生的论文?”他笑而不语。当时我想如果这些问题那么容易,他早已解决了。其中就包括他提出的“宇宙监督猜想”,即黑洞的奇点被视界包围起来,从外界无法看见。
彭罗斯的讲座总是吸引很多听众,教室经常爆满。讲座过程中,霍金经常提出问题或评论,然后大家都会屏息倾听。他们辩论的场景特别难忘。彭罗斯英俊潇洒,才华横溢,与坐轮椅意志薄弱、意志坚定的霍金形成鲜明对比。但他们的共同特点是两人都极具灵性。可惜这种场合不适合拍照,否则现场的影像资料会比他们在正式场合几乎无一例外的摆拍更加生动珍贵。更别说后来的一些传记电影了,毕竟天才的灵感是无法发挥的。
长期以来,对授予彭罗斯和霍金诺贝尔奖,学界,尤其引力学界早有期盼和呼声。他们两位于1988年共同获得沃尔夫物理奖。记得1980年霍金在剑桥西路5号的家中举行酒会,欢迎钱德拉塞卡来访。霍金的妻子简忙里忙外招待客人。我当场请教马丁·里斯,为何相对论的理论研究,无论是狭义还是广义,都未获颁诺奖。他也百思不解。那一学期,我正在听里斯的宇宙学课。他是霍金的师弟,时任剑桥天文所所长,深孚众望。但剑桥的人物太多了,群星灿烂,当时大家也就认为他是一位名教授,而且,他那时也还没有三一学院院长和皇家学会会长那么显赫的头衔。
不久之后,钱德拉塞卡因为塌星的研究获得了诺贝尔奖,学术界认为这个奖来的太晚了——钱大约在50年后,也就是他73岁的时候获得了这个研究成果。现在,它仍然比彭罗斯获奖的89岁要年轻得多。
爱因斯坦于1921年获奖是因光电效应的理论研究,而非相对论。钱德拉塞卡获奖的坍缩星工作主要属于天体物理方面。赫尔斯和泰勒长期对他们于1974年发现的双脉冲星PSR 1913 + 16跟踪分析,认为引力波的辐射导致二体公转周期的持续微小缩短,从而间接证明了引力波的存在。他们二位因此于1993年获诺奖。这主要是褒奖他们的观测。至于2017年引力波观测获奖更是如此。所以,这回给彭罗斯颁奖可以认为是首次给相对论的理论研究颁奖。
20世纪60年代以前,广义相对论的研究停滞不前。1964年,彭罗斯利用拓扑学研究了空的全局结构,特别是因果关系。他发明的彭罗斯图在引力物理中的重要性,相当于费曼图在粒子物理中的地位。索恩认为彭罗斯改变了广义相对论的整个研究领域。20世纪60年代以后,宇宙学和天体物理学,特别是黑洞和引力波成为主流,彭罗斯和霍金是理论研究的大师。
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