诺贝尔物理学奖史演义之十九：纪尧姆改进度量衡

金属也有记忆力？是的，你没听错。举个例子，钛框眼镜架的镜腿不小心被压弯了，只须放进60°C以上的热水中，它就会按照“记忆”，恢复到原来的样子。

最先发现金属记忆功能的是位冶金学家。他研究金属主要是为了改进度量衡的材料，没想到会发现它会“记忆”，更没想到会获得诺贝尔物理学奖。意料之外的原因有二：一是当时科学界都认为冶金学是化学范畴，要获奖也是诺贝尔化学奖；二是他的竞争对手是风头正盛的爱因斯坦，怎么也轮不到他。人运气好的时候挡都挡不住，他还因为“研制成功镍铁合金并用于精密测量”而获得诺贝尔物理学奖。

钟表匠儿子的愿望

弗勒里耶城位于瑞士西部，以制造钟表而闻名于世。城中有个叫爱德华的钟表匠，每天的工作就是研制走时准确而精致的钟表。他的小儿子纪尧姆，经常出入钟表店，以拆装钟表为乐，把钟表零件当作玩具。爱德华不但没有责备他，反而着重培养儿子的动手能力。潜意识中，他希望儿子长大后继承父业，研制钟表。

小纪尧姆的志向可不在此。他已发现弗勒里耶城钟表业最大的问题，就是各店钟表显示的时间不完全一致，其原因是材料不统一。他的愿望就是让城里所有钟表的时间都一致。抱着这样的理想，他中学毕业后考入著名的苏黎世联邦理科学校，21岁时以钟表机械研究的专业论文获博士学位。毕业后，他进入位于法国巴黎的国际度量衡局，从事度量衡材料的研制工作。

瑞士生产的名表(来源：王石头网)

当时，欧美很多国家的度量衡都没有统一标准，有的甚至用领导人的身高作长度标准。很显然，如果领导人更替，各种问题就出来了。以客观物理测量方式定义度量衡的长度标准，首先出现在法国。1791年3月，国际度量衡局把“从赤道到北极且通过巴黎子午线的千万分之一长度”定义为一米。随后，该局用青铜柱来记录“一米”，称之标准米柱。规定有了，新的问题随之而来：金属或合金都有各自的热膨胀系数，标准米柱受热胀冷缩的影响，变得不再标准。

“看来，只有找到一种热膨胀系数低且廉价的合金材料，来代替标准米柱的铂铱合金，才能彻底解决各国度量衡不统一的问题。”1891年的一天，30岁的纪尧姆在国际度量衡局的办公室里，对着一小碟铂铱合金喃喃自语。他很清楚，目前国际上制作标准米柱的铂铱合金极难获取，且与黄金同价，不利于推广，要找到代替此物的合金十分困难，必须要做好吃苦的准备。

成绩显著的局长

时光如飞，转眼几年过去了。1896年，通过无数次的试验，纪尧姆终于发现镍钢合金的热膨胀系数几乎为零，换言之就是它不受热胀冷缩的影响。进一步实验，他在含36%的镍里加入含62%的铁，组成一种优质的镍铁合金，其热膨胀系数更低，他把这种镍铁合金称为不变钢，又叫殷钢。通过检测得知，殷钢的热膨胀系数只有铁的十分之一。镍、铁的价格比铂、铱便宜得多，用来制作度量衡米柱非常合适。

不变钢样本(来源：物理双月刊网)

纪尧姆费尽心血制成的殷钢，最先并未用于试产标准米柱，而是用于制造钟表的零部件，并成功解决了钟表的准确走时、校准等问题。这个名城钟表匠的儿子，终于完成了少年时的愿望。接着，他用殷钢来制作标准米柱，解决了欧洲各国度量衡标准仪器的材料问题。由于表现突出，他被任命为国际度量衡局的局长。

值得一提的是，纪尧姆在研究合金的过程中，发现殷钢等合金材料在固定温度时会发生变化，由其所制作的金属物件如果变形，此温度下物件将按照“记忆”恢复原样。后世科学家把这种具有“记忆”功能的合金称为形状记忆合金。

可惜，纪尧姆只是把现象记录下来，没有继续研究下去。几十年后，一位名叫巴克勒的科学家研制出多种形状记忆合金，并广泛运用于医疗、航空、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。比如临床医疗上的人造骨骼、牙科正畸器、手术缝合线等器械，形状记忆合金扮演着不可替代的角色。前文所说的钛框眼镜架的镜腿遇热水恢复原样，就是形状记忆合金用途的最好例子。

意外获奖的冶金学家

纪尧姆虽然成功研制殷钢并将其用于制造标准米柱，但科学界对他的成绩似乎并不在意，更鲜有人把他与诺贝尔物理学奖联系在一起。最直接的原因，就是当时欧美的物理大咖太多了，爱因斯坦就是最杰出的代表。事实上，爱因斯坦的贡献有目共睹，且提名他获诺贝尔物理学奖的都是科学名流，而他的贡献也是有目共睹。如无意外，1920年度诺贝尔物理学奖非爱因斯坦莫属。谁叫前一年欧美物理学界共同见证了相对论的合理呢？

意外还是发生了。哈塞尔贝里是英国皇家科学院的物理学教授兼诺贝尔奖委员会委员，对当时的诺贝尔物理学奖提名具有一定的权威。1912年他即在当年度诺贝尔物理学奖报告中写下“纪尧姆的镍钢合金发现绝对符合诺贝尔奖的要求”的字句，但没有提名。此后由于各种原因他没再提及此事。1919年底，卧床数月的哈塞尔贝里突然想到多年前的愿望，遂再度提名纪尧姆为次年诺贝尔物理学奖的第一候选人。

诺贝尔奖委员会考虑到哈塞尔贝里已服务皇家科学院及诺贝尔奖委员会30年之久，提名以专业、公平著称，这次慎重提名纪尧姆，必定是深思熟虑的结果，于是决定将1920年度诺贝尔物理学奖授予纪尧姆。

纪尧姆的诺贝尔获奖官方照片(来源：物理双月刊网)

诺贝尔物理学奖从天而降，纪尧姆自己都感到吃惊，毕竟自己的标签是冶金学家，要获奖也应该是化学奖。他心里更明白，自己的贡献与爱因斯坦的诸多成就比起来，似乎不值一提。自己不认可，外人知道也不多，除了瑞士和法国的媒体为他鼓掌打Call外，其他各国都反响平平。

另一方面，爱因斯坦虽没获得1920年度诺贝尔物理学奖，但他发现的相对论已在科学界掀起多阵旋风，连大街上的车夫也在讨论这个新奇的理论，尽管他们完全不懂。诺贝尔奖委员会对此不可能也不能无动于衷。所以当纪尧姆领走1920年度诺贝尔物理学奖奖牌后，诺贝尔奖委员会便迫不及待地把爱因斯坦列为次年物理学奖的第一人选。爱因斯坦获得1921年度诺贝尔物理学奖了吗？欲知后事如何，且听下集分解。