2014年12月28日 星期日

DDS060-「哈爾遜」和「格斯」博士(II)

(承前文)另外有一個發生在他身上的真實故事。有天他突然接到「基金委」的電話,告訴他有兩位加州大學柏克萊分校的學生,讀了他發表有關在南極「微中子」的論文後,佯裝應徵他們鑽探冰層的工作,在鑽探工作結束後,偷取了一些光學上的偵測小儀器。「基金委」的人認為,他一定是幕後的嗾使者,經他再三解釋,他根本不認識這兩位學生。過了一會,打電話這個人(其實是美國「極區研究計畫(polar program)」的負責官員)跟他説:「我覺得這個研究其實相當有意思」,並約他到華府一見。他依約前往,到了該官員的辦公室後,先閒聊了下他的構想,並同時問該官員:「我需要寫個計畫申請書嗎?」該官員回說:「嗯,不用,因為你這種計畫,要是依一般程序審查的話,絕對是不可能通過的。我們給你一㸃小錢(5 萬美元),你就去做便是。」之後又給了他 8 萬美元,他的南極計畫就是這樣開始的。至於那兩位學生,一位工作了相當長的時間後,離職他就,另一位目前則任教於加州大學。

針對「基礎科學(basic science)」和「應用科學(applied science)」研究,孰輕孰重?他也有自己的獨到看法。以手機為例,假如一個國家只強調「應用科學」,最終這個國家頂多只能成為,手機最大的製造國,但絶不可能是手機的研發大國(大家都知道,手機的原理和功能使用,還是來自那些所謂「基礎科學」的研究成果)。日本和美國早已認知到「基礎科學」對「應用科學」的重要性,例如美國政府近年來,已把科研預算(包括「基金委」)提高了一倍。他認為,刪減「基礎科學」預算,是最愚蠢和短視的決策,「基礎科學」的影響成效,絕對遠遠超過對它投資。最後,以他叧外一句名言,做為介紹他的結束:「從事科研工作的人,不太可能致富,因此,需要的是一種熱情(passion)。」

(二)接下來,讓我們再來看看「格斯」的一些生活和工作中的軼事。由於他早年的「宇宙遽膨/劇脹(cosmic inflation)」理論,以及日漸明朗的「引力波(gravitational waves)」觀測成果(參見前文DDS045-「引力波(II)」),物理學界咸信,他遲早會獲頒「諾貝爾獎物理學獎」的。對於目前有關 BICEP2 團隊觀測到「引力波」的種種紛擾,他在接受媒體訪問時,也不願多談,只淡淡地說:「他這輩子從沒想到能看到這一天」。

他出身於一個傳統的猶太人家庭,父母都沒上過大學,家先是開了間雜貨店,後來因火災把店燒了,改開了一家乾洗店。當時一般家庭的父母,都是希望孩子能上大學,他當然也不例外,高中畢業後,進了美國麻州理工學院(MIT)。有人後來問他,為什麼不進哈佛大學,他說:「因為當時他姊姊的男朋友是 MIT 的」。他自高中開始,就深對科學著迷,因為他認為科學能有助於了解事物背後的道理,而物理學正是其一,因此他就決定主修物理學,並完成了博士學位。之後,他前後在普林斯頓(Princeton)、哥倫比亞(Columbia)和康乃爾(Cornell)大學擔任了九年的博士後(postdoctoral)研究工作,他後來回顧時,認為這正是他的資產,因為這讓他認識了更多傑出的同行。

談到他的「遽膨/劇脹」理論,他認為主要是來自 1978 年,他在普林斯頓大學時聽了一個演講,其中提到宇宙的膨脹速率,必須要精準到小數㸃第 14 位數,才能如今天我們所觀測到的大小,要是膨脹速率稍大一㸃,整個宇宙就炸開了(blasted itself apart),要是稍小一㸃,則宇宙根本就因引力作用而崩塌了(fallen in on itself)。隔年,他又聽了另外兩個有關宇宙「大爆炸」的演講(由諾貝爾物理學獎得主 Steven Weinberg 所給),腦海中就逐漸地浮現了,後來在「遽膨/劇脹」理論中「遽膨/劇脹」這個的字。加上之前,他在康乃爾的同事 Henry Tye,有次要他幫忙看看,宇宙源自「大爆炸」的説法,還有那些問題未決?經他研究後,發現其中問題可真不少,要能部分解決這些問題,宇宙的年齡大約只能有 1 萬年左右,但大家都知道宇宙年齡有 138 億年之久,因此這裡面一定「大有文章」。另外,他也發現,假如宇宙當時開始膨脹的溫度,只有目前所知的十萬分之一的話,目前存在的問題就可大大地減少,因為這樣就可以替宇宙形成的瞬間(10-32 秒)爭取到一㸃㸃時間,來修補這些問題。這個念頭的出現,他自承是他後來「遽膨/劇脹」説發現的最重要時刻("This was a eureka moment" )。後來,他也了解到他的「遽膨/劇脹」理論,也可以用來說明,「宇宙是平的」以及「宇宙是均質的」,這兩個科學家們長久以來,一直困惑不解的問題。

由於他這「遽膨/劇脹論」的發軔,一夕間他變成炙手可熱,對他而言,這是好事一椿,因為他還只是「博士後」,他需要一份固定的工作。但他自知有兩個麻煩,一是他寫科學論文的速度太慢,二是他只知道「遽膨/劇脹」如何開始,但並不知道它如何結束。1980年一月,他受邀到哈佛大學演講,遇上貴人(哈佛著名物理學家 Sidney Coleman),大加讚賞他的理論,並四處替他宣揚,自此之後,工作機會也隨之而來。四月間,他到馬里蘭大學(University of Maryland)面試,晩間學校循例招待他在一家中國餐館用餐,餐後他拿了個幸運餅(fortune cookie),打開一看上面寫著:「鼓起勇氣,好運正等著你(An exciting opportunity awaits you if you are not too timid)」。於是他寫了一信給他在 MIT 的舊識,跟他說,我知道你們並不在找新教授,但是假如你們提供我一個職缺,我會非常樂意到你們那工作。隔天,MIT 打來電話,同意聘任他,一直到現在。他自嘲說,自己出道慢(當了近十年「博士後」研究工作),而後來的工作生涯(MIT 教授)的發軔,靠的居然是中國餐館的幸運餅。

1980 年「格斯」教授提出「宇宙遽膨/劇脹」的理論,到現在已整整超過了三十年,其間也歷經了近十年的沉寂,後來因其他相關研究的一再證實(如宇宙持續膨脹、宇宙微波輻射及最近引力波的偵測等),使得他的「遽膨/劇脹論」,已成為討論宇宙起源,不可或缺的一環。為表彰他對「宇宙遽膨/劇脹」理論的貢獻,今年九月他和其他兩位學者Andrei Linde Alexei Starobinsky,共同獲得由挪威國王親自頒發的「卡夫里奬(Kavli Prize)」(見下圖中最左邊第一人;此獎被認為是和「諾貝爾獎」打對台的最高學術榮譽獎;from: http://www.kavliprize.org/prizes-and-laureates/prizes/2014-kavli-prize-laureates-astrophysics)。(全文完)



〔敬告讀者:時間真的過的很快,2014 歲末腳歩已近,在此先預祝大家新的一年,健康快樂、圓滿成功。這篇短文是我近兩年來,為文「部落格」的第 60 篇,也是今年的最後一篇。由於個人因素,這篇短文也是我的「封筆」之作,藉此機會,再三感謝所有讀者過去對我貼文的喜愛和支持,在此就和各位別過,還請大家攝自珍重。〕

2014年12月9日 星期二

DDS059-「哈爾遜」和「格斯」博士(I)

為了給大家來㸃不一樣的震撼教育,這次我先把「哈爾遜(Francis Halzen)」和「格斯(Alan Guth)」兩位教授的近照分別附示於下(上幅為「哈爾遜」,下幅為「格斯」;照片來源見文末之參考文獻)。各位讀者從其照片中的神態,可以發現兩人有一個共同的特徴,那就是:沈穏厚重又充滿自信,也就是說,他們具備了真正偉大科學家或知名學者,所應有的人格特質。我常説:要成為一個成功的「科研工作者」其實不難,因為只要你肯努力、專注、有恆,而且要耐得了寂寞,不出十到二十年,你一定可以達到的,但是要成為一個受人敬重的「學者」,那除了以上條件外,你還得設法,讓自己脫胎換骨,沛然成一種你自個兒的人格特質,也就是這種特有的人格特質,區分了「科研工作者」和「學者」,就如同「教授」和「先生」之不同,「教授」是你的職稱,「先生」可是蘊含了千百年來的歷史文化積澱。不容易,我知道,但不開始,那是絕不可能達到的,特別是年輕學者,這是我能給你的唯一箴言,也是我對你的深深期許。



其次,該兩幅照片,其背景皆佈滿了深奧的數學方程式,那又是我常說的:一個好的科學,必須從好的數理邏輯出發,不是說你的工作必須一定要有數學,但是你的科研成果,必須能經得起數理邏輯的檢驗。其實,數學才是真正的基礎科學,其他科學,主要靠的是實驗和觀測,而數學是邏輯的推理,這也就是為什麼,近代物理學幾乎全都是數學。另外一個癥結在於,實驗和觀測必須看得到、摸得到,但數理邏輯的推理,卻可以帶你走向另外一個完全不同的視野之外,要不是這樣(比方說),哪來的「相對論」和「量子力學」呢?因此,我苦口婆心,總是告誡大家,你要嘛不做科學,要做科學,一定要把數學學好,要不,你遲早會落得像我這樣,一輩子苦哈哈的!

好了,該說的也說了,接下來就給大家介紹「哈爾遜」和「格斯」這兩位學者,重點不在他們了不起的科學成就(請分別參閱前文DDS054-「微中子(I)」和 DDS055-「微中子(II)」以及 DDS045-「引力波(II)」 ),而是看看他們的一些成長歷練和生活軼事。

(一)先說「哈爾遜」教授(如上照片所示),當他面對你時,總是雙眼正視著你,雙臂盤在胸前,面露微笑,態度優雅、和善、自信又深具威嚴。他是備受學界敬重的理論物理學家,也是發現星際間「微中子(neutrinos)」的第一人,由於他的奔走策劃,催生了目前正在南極偵測「微中子」望遠鏡的建造和後繼研究(即前文DDS055-「微中子(II)」的 IceCube 計畫),也兼任該研究計畫的發言人。他的研究被評選為 2013 年度,最重大的科學發現之一,雖然如此,他永遠把功勞(credits)歸諸同僚,而且細靡遺指出每一個人在不同環節上的貢獻。

他指導研究生的名言是:「少讀書,多做事(Don’t read too many books, do things!)」,他説這話可是其來有自的,讀者不要馬上就斷章取義,先耐心看下去。話說當年他剛滿 15 歲時,有本「水和冰的光學(The optics of water and ice)」的標準教科書,論及光在冰中的穿透性和水中相比差了許多,最多只能達 30 公尺遠(或深)。假如當時他看了那本書,也相信書中所說,他就不可能提出目前正在南極的研究計畫了(見前文DDS055-「微中子(II)」),而事實上,在南極冰中,光的穿透可深達 200 公尺以上,而且和原來水的純淨度有關,愈純透光性愈好。另外,該書也說,冰下 400 公尺,就沒有氣泡,但結果是 1400 公尺下才沒有。這個光在冰中的「穿透深度」和「氣泡存留深度」,是決定他南極實驗成敗,兩個最重要的因素,所以他一直認為自己很幸運,就是因為當時沒讀那本書,要不怎麼可能提出現在正在進行的 IceCube 計畫。因此,他的深意是:「盡信書,不如無書」。

另外,他也回顧當年他申請「美國科學基金委員會(NSF)」計畫的過程,其中有頗多值得我們深思的地方。當時(現在依然如此)「基金委」,保留一小部分經費,專門用來支助一些,有風險但又可能會有重大突破的研究,當時的主委名為 Ken Lane,他非常支持這種政策,甚至認為:「大科學多少要有㸃賭性才行(Great science could need a bit of gambling)」。剛開始時,他的這個 IceCube 計畫,當然就是屬於這一類,讓他最讚賞的是,這一類計畫,完全沒有制式的審查程序(如書面審查、召開審查委員會等等),任何人都可以提出任何種計畫,只要一旦他們決定支助你,就把錢給你,更不會要求你要做什麼,反正就是把鈔票給你,讓你去賭就是!

他想要強調的重㸃是:「基金委」要是連鷄毛蒜皮的事都要管(如計畫進度、成果報告、論文發表篇數等等),只會讓計畫執行者,提出那種沒有風險的計畫,因為這樣對正在執行中的計畫成果較有把握,而且也有利於接下來計畫的申請。但是,就是因為沒有風險,當然就不可能有任何驚人的重大發現,就這㸃而言,「奚氏玻子(Higgs Bosons;見前文DDS003-2013年的「Pi Day」)」的研究是屬於買了保險的研究,但「微中子」的偵測,則算是賭性堅強了。他的另一句名言:「你不敢去賭,你怎麼知道是幸還是不幸?」他還有另外一句名言,那就是:「發表研究論文的人有兩種,一種是探討他自己深信的科學問題,另一種只是想告訴你,他有多聰明。」他自承他早期的論文,屬於第二種,有夠坦白的吧?!對於有人誇讚他,能把南極團隊領導管理這麽好,他的回應是:「科學家的平均心理年齡只有 12 歲,要讓大家各盡其職,但又能通力合作,成為一個有效率的團隊,確是不易。」(待續)

參考文獻:
1. Francis Halzen: I always advise to my students ‘don’t read too many books, do things!http://www.jotdown.es/2014/05/francis-halzen-i-always-advise-to-my-students-dont-read-too-many-books-do-things/
2. Alan Guth: Waiting for the Big Banghttp://news.nationalgeographic.com/news/innovators/2014/06/140630-alan-guth-profile-inflation-cosmology-science/?sf3535113=1