诺奖远去25载,他回归那个热爱无线电的火腿少年

科技工作者之家 2018-11-23

“你介意我一边吃冰淇淋一边说吗?”当记者来到约定的咖啡厅,约瑟夫·泰勒(Joseph Taylor)教授笑着冲我轻晃了晃手中的冰淇淋杯。眉心烙着的川字纹也随之舒展开,显出几分活泼的神气。

这位77岁的脉冲双星系统发现者西装革履,戴着银边眼镜,看上去与1993年在瑞典领取金质奖章时的照片并无太大差别,只是头发已全然雪白。上海深秋的阳光从玻璃屋顶洒下,映照出流动的光彩。退休后,泰勒仍在普林斯顿大学保留着办公室,但已不再从事与天体物理有关的教学与研究。比起诺贝尔物理学奖得主,泰勒目前生活中最重要的身份是“K1JT”——这是他无线电台的呼号。从少年时代起,泰勒就是个业余无线电爱好者,英语把这个群体称为“火腿”(HAM)。

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图说:1993年诺贝尔物理学奖得主约瑟夫·泰勒(Joseph Taylor) 

“我学习通信工程有一段时间了,也许将来也会做出点贡献。在强背景噪音中解码人类信号,其实和寻找脉冲星差不多。”他说道。新英格兰口音对元音的强调,凸显出泰勒叙说时的沉稳而郑重。

当记者询问目前是否有所进展,他顿了顿,回答道:“没有。我只能说我在尽量地利用自己。学习新的东西总是令人激动。”

毕竟,早在利用阿雷西博射电望远镜在发现脉冲双星,为引力波的存在提供第一个直接证据之前,少年泰勒就学会拆掉烟囱铺设天线,接收人类第一颗人造卫星的信号了。

火腿少年

泰勒1941年出生于费城,随后在新泽西郊区的一座桃园中长大。泰勒和他的哥哥、后来也成为物理学家的哈尔度过了相当“放肆”的童年。他们自制过光学望远镜,只是“看邻居的时候比看星星多”;他们拆掉烟囱,在屋顶上平铺巨大的旋转天线,遭到了父母的训斥。

很难说有一件具体的事物触发了他的“火腿”基因,泰勒回忆道:“一定要说的话,那差不多是苏联刚发射第一颗人造卫星的时候。用自制的业余天线接收人造卫星的信号,这对十几岁的男孩子来说是件够酷的事情了。”

泰勒家族世代信奉基督教贵格会,高中毕业后,他就近进入了历史悠久的贵格会顶级文理学院——哈弗福德学院。在那里,泰勒遇到了一位盲人教授,并在他的指导下将无线电和望远镜这两个兴趣合二为一——自制一台接受无线电的射电望远镜作为毕业设计。

购置所有的原材料花了大约100美元,其中数百英尺长的同轴电缆占了大头。泰勒把这段电缆埋在地下一英尺(约0.3米)深,两头各自连接着天线,这样就能实现一个大望远镜的功能。泰勒用它接收到了著名的仙后座A和天鹅座A。前者是天空中除太阳之外的最强射电源,后者两侧则有两个神秘的射电“圆斑”。

很多年以后,当哈弗福德学院打算新建一栋楼时,施工人员发现地下有一段烦人的电缆怎么挖也挖不完。

即使如今功成名就、德高望重,记者还是能隐隐捕捉到泰勒的“技术宅”气质:他在采访时长久地盯住录音笔上稳定跳动的时间,这通常不是热爱社交的表现。

1963年,泰勒进入哈佛大学攻读天文学博士,利用月掩星现象(月球经过小直径射电源和地球中间时,遮挡住了射电源)定位宇宙中的射电源。

1968年初,泰勒完成了博士论文,对月掩星颇有些厌倦,跃跃欲试新的领域。就在几个月前,24岁的英国剑桥大学女研究生乔斯林·贝尔(Jocelyn Bell)在她导师安东尼·休伊什(Antony Hewish)的指导下发现了脉冲星。

双星共舞

中子星是宇宙中的一种“极端”天体,几乎完全由中子构成,一茶匙就抵得上整座喜马拉雅山的重量。而脉冲星本质上是高速旋转的中子星,在旋转过程中周期性地发射出电磁波。当贝尔一开始从狐狸星座读取到这种有规律的信号时,人们一度以为那是外星人的来电。直到现在,一些科学项目依然尝试用射电望远镜来寻找地外生命的线索,包括中国天眼“FAST”。

对此,泰勒微笑道:“我想如果有一天人类真的发现了外星文明,那也更可能出自偶遇,而非按图索骥。”

一股脉冲星热在天文学界扩展开来。“当我跑去波多黎各的阿雷西博天文台工作的时候,岁数只有现在的三分之一。”直径305米的阿雷西博,在FAST建成前一直是世界上最大的射电望远镜。

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图说:泰勒与阿雷西博望远镜

那也正是计算机正在走向小型化和廉价化的时期,泰勒拥有了极大的自由,得以利用实验室级别的计算机扫描脉冲星信号。

“我想要找到一颗绕着另一颗星星旋转的脉冲星,这样我就能计算脉冲星到底有多重了。”他说道。

1974年9月,泰勒的研究生罗素·胡尔斯找到了异常的信号:一颗脉冲星的脉冲相比其他更为不规律。他当即致电正在马萨诸塞大学安姆斯特分校授课的泰勒,两人分析后认为,那正是一颗正在围绕另一天体旋转的脉冲星,它与地球的相对运动也因此产生了多普勒效应。

脉冲双星系统对检验爱因斯坦的理论尤为重要。根据广义相对论的叙述,双星在共舞的过程中会不断释放出引力波,使得系统能量减少,双星距离愈来愈近,最终并合为一。

通过对泰勒和胡尔斯发现的脉冲双星系统的精确计算,爱因斯坦预言的引力波得到了第一个确凿的证明。

泰勒随后也曾长期研究过这种时空的涟漪。当他在2016年得知LIGO直接探测到引力波的消息,激动万分:“不得不说,一百多年的等待就此终结。这可能是这百年来最重要的物理学发现。”

月面弹跳

2016年9月,中国天眼FAST在贵州平塘的大窝凼中落成,泰勒现场参与了仪式。“FAST会成为世界上解码微弱脉冲信号和引力波信号的最强工具。它是一群富有创新力的工程师缔造的奇迹。”回忆这段时,他一度口误说成了“广州”,随后立即更正为“贵州”。

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图说:泰勒参与FAST落成仪式

问起对FAST最大的期许,泰勒脱口而出:“那肯定是要先发现一千颗新的脉冲星,其中可能包括几百颗毫秒脉冲星(每秒自转上百次)。它们是天然的时钟,比我们目前所有的计时设备都要精准。”

FAST登顶世界最大射电望远镜的宝座,也意味着给了泰勒诺贝尔奖的阿雷西博望远镜卸下50多年的冠冕。

事实上,即使没有FAST,经费艰难的阿雷西博早也岌岌可危。美国政府急于甩手,望远镜年久失修,2017年的玛丽亚飓风更增添“暗风吹雨入纱窗”的萧瑟。

谈起这个垂垂老矣的老朋友,泰勒的语气没有太多波澜。他认为,人类的创新思想迟早会带来望远镜的更新换代,所幸的是,FAST应该会保持很多年的领先地位。

泰勒曾在2010年4月重回阿雷西博,与几个同为无线电发烧友的科学家朋友玩了一把“月面弹跳”,即把月球当作一个被动的通信卫星,无线电信号经月面反射传播回地球。这个把戏堪称所有“火腿”的终极梦想。

一群已过巅峰之年的科学家在一座已过巅峰之年的天文台召开无线电派对,吸引了全球上百个“火腿”参与进来分享信号,其中许多人的入场券仅仅是一台手持的八木天线。

与脉冲星较劲了一辈子的泰勒,最终回归一个纯粹的无线电发烧友。

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图说:一群热爱无线电的科学家在阿雷西博玩月面弹跳,左二为泰勒。

时间拨回到1995年,诺奖的喧嚣刚刚沉淀2年,泰勒在接受媒体采访时表示:“我不是没想过换方向。但每次我想做点别的,脉冲星领域就又会蹦出一些新的发现刺激到我。普通的星星、星系、类星体、星云在人类短暂的生命中岿然不变,看上去了无生气,冰冷无情。而脉冲星是有个性的。”

2018年,诺奖已渺渺如20年多前的云烟,泰勒说:“脉冲星仍有许多未解之谜,但我发现我的兴趣变了,进化了。我不再带学生和讲课,我想试点新的,做点不一样的。”

另一方面,在强噪音中解码无线电信号,与在茫茫宇宙背景中聆听脉冲星的心跳,其实也颇有相通之处。

退休后的泰勒日常仍待在普林斯顿的办公室,鼓励和建议年轻的同事们。这是他回馈大学和院系的方式。“我不能再像二三十年前那样做出突破性的贡献了,但我想老一辈的科学家应该指导年轻的科学家们,帮助他们最好地把握住眼前的机会 。”

“我总觉得这是我莫大的福气:每天早起迫不及待地去工作、去忙碌。我希望每个年轻科学家都能找到这样的感觉。”泰勒微笑说道。

作者:虞涵棋

来源:澎湃新闻

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