诺贝尔物理学奖史演义之二十：巨星崎岖诺贝奖路

作者：魏德勇来源：蝌蚪五线谱发布时间：2021-09-26

直到1921年，爱因斯坦才获得诺贝尔奖。

1922年底，物理学天才巨星爱因斯坦在开往中国上海的轮船上，收到获得前一年诺贝尔物理学奖的消息。他对此事并不感冒。一则此次获奖的光电效应定律，是他几项成就中极普通的一个，也是极不受关注的一个；二是颁奖辞中对他最看重的相对论只字未提，尽管他那篇关于相对论的论文早在1905年就公开发表，1919年欧美物理界又见证其合理性；三是按照之前与前妻米列娃的离婚协议规定，高达22.5万马克的诺贝尔物理学奖奖金将无偿付给对方，他等于白忙活一场。

爱因斯坦的诺贝尔物理学奖之路着实崎岖。虽然，对他而言获诺贝尔物理学奖并非难事，连他的学生都称恩师至少可以获得四个以上的诺贝尔物理学奖，但由于政治、学术等原因，直到1921年他才获此殊荣。要细说其中原由，须把时针回拨到1905年。那一年，被后人称为“爱因斯坦奇迹年”。

石破天惊的论文

1905年春，乍暖还寒。瑞士伯尔尼州伯尔尼专利局的三级技术员爱因斯坦雄心勃勃地给自己订下本年度的物理论文写作计划：要完成4篇以上关于量子论、相对论或分子运动论的文章。

他订下这样的目标并非心血来潮，而是结合自己的实力和处境等多方面考虑的。众所周知，他是科学界的怪才，小时候给人感觉很傻很笨，上学时表现非常另类，喜欢捣蛋，除了数学和物理外其它功课都不及格。然而，他凭着超级出色的数学和物理成绩进入瑞士苏黎世联邦理工学院，并自此一生享受研究数学和物理的快乐。1902年6月，他被瑞士伯尔尼专利局雇佣。工作期间，他结识了诸如普朗克等科学大咖。正常工作之外，他有充分的时间来思考并与同行讨论宇宙之谜。精力无比充沛的他同时向光量子理论、相对论、和分子运动论这三个领域齐头并进。正是一次次不同思想的碰撞、共振，才引出他一系列创造性的火花，并迸发出同时完成多篇高质量论文的念头。

爱因斯坦和他的论文（来源：个人图书馆）

爱因斯坦写的第一篇论文主题是光量子理论。这事说来话长。20世纪以前，按传统的电磁学理论，科学家认为光线是一种波，普朗克结合维因和瑞利公式发现黑体辐射定律，提出光量子论，从而推开了原子物理的大门，他因此获得1918年度诺贝尔物理学奖。

光量子论太过先进，一时间没法证明和应用，只是停留在理论阶段。作为普朗克的好友，爱因斯坦早就关注光量子的应用问题。经过反复思考，他决定展开对光量子的应用研究。

1905年3月，爱因斯坦公开发表了一篇关于光电效应的论文，文中影响后世的内容分为两部分。一部分是光电效应的概念。光电效应即利用光生成电的效应，微观解释就是，金属电子吸收光线能量，就能摆脱束缚脱离金属表面，从而产生电。二部分是光电效应的物理公式，如下：

Kmax= hν– φ

公式中有三个因素，分别是：Kmax是逃逸电子的极限动能，φ是该金属的功函数。具体意义即：金属表层的电子按1：1的比例吸收光子，扣掉轻微的逃逸能量后就是极限动能，逃逸能量又叫功函数。

锌元素的光电效应图解(来源：物理双月刊网)

此论文发表后，爱因斯坦又接连写了几篇关于运动论和相对论的论文，每篇都在科学界引起一定反响。如果他没有研究过相对论，那么很可能在1910年以前就会获得诺贝尔物理学奖。但是，他论文中提到的相对论观点一直无法用实验或实例来验证。这让诺贝尔奖委员会颇感为难：提名吧，反对的浪潮一波接一波；不提吧，显得委员会不够专业！

这种情况持续到14年后那次永载史册的天文观测事件。

震惊欧美的天文观测

1919年11月6日，位于伦敦的柏林顿会馆座无虚席，英国皇家学会的会员们都静等着一个关于相对论的重要结论。原来，几年前爱因斯坦在一篇阐述广义相对论的论文中指出：引力会使光线弯曲。为了证明这个理论，他近一步预言：太阳边缘的某个星团在日食时会偏折1.7弧秒。

1919年“日全食”的最佳观测带(来源：物理双月刊网)

此举无异于向统治百年的牛顿经典力学挑战，因为大科学家牛顿曾预言，此星团发出的光线不会偏折。受英国皇家学会委托，数月前两支由天文学家组成的日食观测队分别前往南美洲的亚马逊森林和非洲的小岛，通过精确的实地检测来证明爱因斯坦的预言是否属实。

当天下午，两支观测队的观测结果先后传到会馆。经过专业人员的计算，星团光线偏折1.64弧秒，与爱因斯坦预言的几乎相同！

用“日全食”观测来解释光线弯曲的原理图(来源：物理双月刊网)

欧美科学界为之震惊：经典物理被推翻，时间空间都可能弯曲，所有事物都是相对的。各国媒体更是竭力宣扬此事。“天堂之光都是歪斜的”，《纽约时报》用这句话作新闻的主标题。

在柏林家中得到此消息的爱因斯坦显得很平静，因为结果早在他预料之中。但为了表示对自己的奖励，他还是花钱买了一把小提琴。

无比聪明的颁奖辞

尽管天文观测证明了爱因斯坦相对论的合理，但诺贝尔奖委员会仍对提名爱因斯坦获诺贝尔物理学奖的存在模棱两可的态度。毕竟相对论的科学理论先过先进，让所有人接受还要些时日，有些保守的科学家甚至恶言相向：如果把奖颁给相对论的创立者，他们就联名退回诺贝尔奖金。

诺贝尔奖委员会对爱因斯坦的提名也分为两类：一类表示支持，以奥斯特瓦尔德、普林斯海姆为主，曾于1909年、1912年等几次进行提名；一类表示坚决反对，以哈塞尔贝里、阿累尼乌斯为主，认为爱因斯坦从未做过实验，所谓相对论不过是推理和猜测，科学界不可助长此种风气。

两派争了许久。1921年底举行的诺贝尔委员会专题会上，众人仍讨论不休：相对论争论太大，不宜颁奖；量子论方面，前两年才颁奖给普朗克，现在颁给爱因斯坦，太过频繁，不妥。争来争去，错过了颁奖时间，结果当年度诺贝尔物理学奖结果没有公布。

有些事情可以延后但不能没有结果。1922年底，普朗克提议当年度诺贝尔物理学奖颁给丹麦物理学家玻尔，同时把前一年度诺贝尔物理学奖补授给爱因斯坦，没想到诺贝尔奖委员会多票通过。有位委员随即提出：为了避免更大的争议，最好授予爱因斯坦光电效应方面的奖励，并建议在颁奖措词上花些功夫。经过委员会的讨论，一条被后世誉为“无比聪明”的颁奖词诞生了：爱因斯坦获奖主要是由于“光电效应定律的发现和物理学方面的其他研究”。于是这才有前文爱因斯坦在开往中国的轮船上获知得奖消息的一幕。