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熠熠闪光的,未必是奖章

三月四日是乔治·伽莫夫的生日(George Gamow 19041968),听到名字,也许你还觉得陌生,但如果说他是《从一到无穷大》的作者,你没准就会突然觉得亲切了。的确,《从一到无穷大》是一本风靡世界的知名科普读物,对中国读者而言恐怕更是如此。

七十年代末引进出版的这部科普著作,在国内曾有过持久而深远的影响。数不清的推荐书目里都可以看到它的身影,相信很多中年人、尤其是从知识匮乏年代走过来的人更是印象深刻。记得小时候家里的书架上就有一本,应该是父亲买来读过的,并且曾推荐给我。最早在什么时候读的,现在也已经记不得了。

和很多童年读到这本书的人一样,书中一些片段曾给我留下深刻印象。比如,棋盘上放麦粒的故事,印度的舍罕王要赏赐他的大臣,因为据说这位懂得数学名叫达依尔的大臣发明了国际象棋,获得国王的喜爱。慷慨的国王准许他自己来选择赏赐的方式。聪明的达依尔让国王在第一格棋盘里放一粒麦子,第二格里放两粒,第三格里放四粒,总之下一格是前一格的双倍国王听罢哈哈大笑,心想才区区64格的棋盘,这也太容易了实现了,立刻应允,并马上命人搬来一袋小麦。没想到还不到20格,一袋小麦已经没有了后来当然是无法兑现的,因为如果全放满不仅全印度的小麦不够,恐怕要用到人类2000年小麦的总和,总数并不难算,共为:264 – 1 =18,446,744,073,709,551,615粒。正是这个天文数字,让我在惊叹之余认识到日常经验的错觉。

还有谈到无穷大方面的例子,比如有无穷多房间的旅店已经住满,这时又来了一位新客人,该怎么住呢,可以让一号房间的换到2号,2号换到3号以此类推,就可以住下了。可是,接着又来了无穷多位的客人,能否安排得下呢?其实这些问题涉及到了无穷大的概念与运算,对康托无穷集合等现代数学是一种很好的科普。书中令人记忆犹新的例子还有很多,比如自动莎士比亚印刷机、复数藏宝图除了数学内容,还介绍了爱因斯坦相对论和四维时空概念、并涉及基本粒子、基因、天体星系等微观和宏观的方方面面,是一部相当全面的科普代表作。现在看起来,这类书也许不是那么稀少了,它其中的一些内容也显得有点儿简明与耳熟能详,但经典毕竟还是经典,我完全相信即使一百年后它还会拥有年轻的读者。因为伽莫夫的科普书总是在轻松愉快的气氛中展开,不知不觉你已经踏上了科学的探寻之旅。他并没有对某些公式采取完全回避的态度,对内容的取舍也显示出独特的匠心,幽默风趣的语言更是亮点,体现了扎实的文学功底。有兴趣的朋友不妨抽时间读一读,老读者重温一定也会有一番心得与收获。

伽莫夫不愧是一位优秀的科普大家,在他一生正式出版的25部著作中,据统计有18部是科普作品,其中最具代表性的除了1947年的作品《从一到无穷大:科学中的事实和臆测》(One, Two, Three...Infinity:Facts and Speculations of Science )之外,就要数1965年的《物理世界奇遇记》(Mr.Tompkins in Paperback),在这部作品中,伽莫夫让一位虚构的普通银行职员汤普金斯先生(Mr. Tompkins带着大家开始了科学的奇幻之旅,如同梦游物理奇境。他用形象生动而又诙谐的语言讲述了包括相对论、量子力学、现代宇宙学在内的高深问题,启迪了一代又一代年轻人的科学梦想,并获得了经久不息的追捧与赞誉。这位汤普金斯先生在当时也几乎成为西方家喻户晓的人物。

其实科普写作对伽莫夫来说还是副业,他可是货真价实、成果斐然的物理学家和宇宙学家。他的贡献涉及许多重要领域:从1928年到1932年间他曾先后在德国哥廷根大学、丹麦哥本哈根大学和英国剑桥大学卡文迪许实验室师从玻尔和卢瑟福从事研究工作。1928年伽莫夫成功地应用量子隧穿效应解释原子核的α衰变。因为根据经典力学里,粒子会被紧紧束缚在原子核内,只有获得极大的能量,才可能逃出原子核,因此α衰变一直没有很好的解释。伽莫夫借助量子力学想出一个原子核的势垒模型,即粒子不需要拥有比势垒还高的能量,只需概率性的穿透势垒时,就可以脱离原子核束缚,他凭借这个模型,又推导出一个描述势垒穿透几率的伽莫夫公式,把这个问题很好的解决了。利用势垒穿透来解释 α衰变也成为量子理论应用于研究原子核的最早成就之一。

其次,伽莫夫还是热大爆炸宇宙学模型的创立者之一并预言了宇宙微波背景辐射。我们知道,宇宙大爆炸理论一般认为是在1932年由比利时牧师勒梅特首次提出的。其实早在1924年苏联数学家、气象学家、宇宙学家弗里德曼就发表论文阐述了膨胀宇宙的思想,即宇宙的曲率分别为正、负、零时的三种情况,称为弗里德曼宇宙模型,而弗里德曼正是伽莫夫在圣彼得堡学习时的导师。1940年后,伽莫夫又与两个学生——阿尔菲和赫尔曼将相对论引入宇宙学,研究了大爆炸中元素合成的理论,提出热大爆炸宇宙学模型,也就是宇宙最初的核合成状态,它开始于温度超过几十亿度的高温高密的原始物质。随着宇宙的膨胀,温度逐渐下降,形成了现在的星系等天体。他们还预言了宇宙微波背景辐射的存在。1964年被两名无线电工程师彭齐亚斯和威尔逊偶然发现,并因此获得1978年诺贝尔物理奖,可惜的是伽莫夫早已驾鹤西去无缘获奖。当然好像应该获奖的也不止他一人。

另外,伽莫夫还是最早提出遗传密码模型的人。五十年代他的研究重心转向分子生物学。伽莫夫曾在聆听沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的报告后,写了信件给他们提出自己独特的想法:根据DNA的四种核酸为20种氨基酸进行编码,应该能够建立了一个数学模型。他成为首位以密码学角度来思考DNA的学者。虽然其中许多化学与生物学细节都是错误的,但是根据伽莫夫的启发,沃森和克里克列出了正确的20种氨基酸。伽莫夫在加州伯克利大学还组织了一个不超过二十人的非正式的研究小组,称为RNA领带俱乐部,针对RNA遗传密码进行研究。沃森还写过一本标题都是字母G开头的书——《基因·女郎·伽莫夫》对双螺旋发现后的探索进行了补充,特别对这位爱好威士忌的俄裔物理学家赞许有加。

伽莫夫无疑是位在许多方面都作出杰出贡献的科学人物,特别还全力从事科普写作,这在二十世纪的众多科学家是不多见的,也是格外难能可贵的。他的好友,曾被他推荐给华盛顿大学的匈牙利裔物理学家、后被誉为氢弹之父的爱德华·泰勒曾这样评价他:“伽莫夫头脑中的奇思妙想是不可思议的(fanastic),有对的,也有错的,错的也许比对的还多些,但总归是有趣的;而且有时不仅是对的,还是全新的。”

尽管没有获得诺贝尔奖也许会令他感到些遗憾,但那些一本本影响了几代年轻人、熠熠闪光的科普著作比起金质奖章又何尝失色呢?




科幻里的科学
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