愛因斯坦的奇葩諾貝爾獎

施郁（復旦大學物理學系）

1. 導言

今天*，引力波探測的重要貢獻者雷納·韋斯（Rainer Weiss）、巴里·巴里什（Barry Clark Barish）和基普·索恩（Kip Stephen Thorne）獲得2017年諾貝爾物理學獎。

引力波被視為愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的「拼圖」。一百多年前的1915年，愛因斯坦創立了廣義相對論，次年，在此基礎上，他本人預言了引力波，而施瓦西預言了黑洞。

1922年11月13日，中國上海匯山碼頭[1]。一位德國猶太人從日本客船「北野丸」號上走下來。他就是阿爾伯特·愛因斯坦，是在去日本訪問途中在上海暫停。歡迎的人群中有瑞典駐上海總領事，他通知愛因斯坦獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。是的，前一年的獎。歡迎愛因斯坦的晚宴在書畫家王一亭家舉行，出席者中有上海大學校長於右任、後來做過中央大學校長的張乃燕、大公報的曹谷冰和張季鸞，等等。

愛因斯坦對在上海正式得到的諾貝爾獎通知並不驚訝。他在船上從收音機里已聽到新聞。而且在他出發前，諾貝爾物理學獎委員會主席阿侖尼烏斯和物理學家勞厄都曾寫信給愛因斯坦[2,3]，暗示他將得到諾貝爾獎，勸他考慮要不要去日本。愛因斯坦沒有因此改變計劃，直到次年春天才回到德國。

當時，很多人對愛因斯坦的國籍並不清楚。

1922年11月，瑞典科學院請德國駐瑞典大使代表愛因斯坦接受諾貝爾獎，引起瑞士的不滿，因為愛因斯坦是瑞士公民。

12月4日，德國普魯士科學院確認愛因斯坦是德國公民；一周後，德國外交部又說愛因斯坦是瑞士公民。12月10日，德國大使在諾貝爾獎宴會上表達了德國人民的喜悅，並希望瑞士分享。次年1月23日，德國普魯士科學院再次聲明愛因斯坦是德國公民，因為他是公務員，而公務員必須是公民；幾天後又補充說並不否認他的瑞士國籍。愛因斯坦本人2月7日聲明不反對這一點，但3月和6月又表明自己是瑞士公民，用瑞士護照旅行。

瑞典科學院1922年12月10日致愛因斯坦的信中說（筆者翻譯）[2]：

「瑞典皇家科學院決定授予您去年的諾貝爾物理學獎，這是考慮到您對理論物理，特別是光電效應定律的工作，但是沒有考慮您的相對論與引力理論在未來得到證實之後的價值。」

同樣的說法當然也出現在頒獎詞中。愛因斯坦的相對論包括他1905年創立的狹義相對論，以及他1915年創立的廣義相對論，也就是他的引力理論。

為什麼愛因斯坦1922年獲得1921年的諾貝爾獎？為什麼諾貝爾獎委員會強調給他的獎不是因為相對論與引力理論？本文將梳理這段歷史。

2. 1915年前愛因斯坦被提名情況

1905年，愛因斯坦完成了改變物理學的5篇重要論文，包括狹義相對論。但是學術界有個逐步消化的過程。普朗克和勞厄立即跟進研究相對論，兩年後，艾倫菲斯特和閔科夫斯基也相繼開展相對論研究。愛因斯坦本人關於狹義相對論的後續研究持續到1909年。也是在1909年，愛因斯坦才從專利局轉任第一個全職學術職位，蘇黎世大學副教授。

從1910年開始，愛因斯坦開始被提名諾貝爾獎。除了1911年和1915年，愛因斯坦每年都被提名諾貝爾獎，直到1922年得獎。

下面我把愛因斯坦每年被提名的情況總結成兩個表格，分別列出1910到1914年的情況，和1915年後的情況。1915年，廣義相對論創立。在這之前，狹義相對論就稱作相對論，但是為清晰起見，我用今天的說法稱之為狹義相對論；愛因斯坦的引力理論就是廣義相對論【本文中，著名的物理學家或化學家直接用中文譯名，或者中文加註英文，不熟悉的人名只用英文名】。

可見，從1910到1914年，每個提名的依據都包含狹義相對論。但是諾貝爾獎委員會每次都認為愛因斯坦的理論還有待進一步實驗驗證。

事實上，直到1915年後，學術界才普遍承認，狹義相對論得到了實驗驗證。但是這時人們的注意力又集中到了愛因斯坦1915年創立的廣義相對論。

3. 1915至1921年的被提名情況

1920年阿侖尼烏斯所引用的格爾克和勒納德都是反對猶太人的。1921年，勒納德甚至提名格爾克得諾貝爾物理學獎，因為對水星近日點的另類解釋。

伽爾士德蘭是視光學專家，當時在瑞典有很高地位。1911年，物理學諾貝爾獎委員會和生理學或醫學獎委員會分別決定授予他諾貝爾獎。他選擇了後者。然後物理學獎委員會和他本人簽署了一個文件，決定將當年的物理學獎授予維恩。

4. 1922年的提名情況

1922年，提名愛因斯坦的人數達到空前的數目，包括以前提名過的普朗克、奧辛、艾倫菲斯特、哈達瑪、勞厄、E. Meyer、S. Meyer、Naunyn、Nordstr?m、Warburg以及新加入的布里淵、郎之萬、T. de Donder、R. Emden、E. Wagner、E. Poulton。普朗克建議分別授予愛因斯坦和玻爾1921年和1922年的獎。奧辛再次建議以光電效應授獎。

布里淵寫道（筆者翻譯）：「想像一下，如果愛因斯坦不在諾貝爾獎得主名單中，五十年後，人們會怎麼看。」可以想像，諾貝爾獎委員會遇到了要求給愛因斯坦授獎的很大壓力。

諾貝爾獎委員會請伽爾士德蘭作關於相對論的報告，而奧辛作關於光電效應的報告。奧辛是一位理論家，研究液晶和流體，與伽爾士德蘭同為烏普薩拉大學教授。

伽爾士德蘭堅持他前一年關於相對論的意見。

奧辛則向委員會分析了愛因斯坦光量子和黑體輻射中能量漲落的工作。他強調「光電效應的定律的發現」（筆者翻譯），以突顯與實驗的相關度。還提議按照普朗克的建議，將1921年空缺的獎頒給愛因斯坦。這樣可以將1922年的獎授予在愛因斯坦光電效應工作之後提出原子模型的玻爾。作為奧辛的朋友，伽爾士德蘭沒有反對他的建議。而阿侖尼烏斯這時已經折服於愛因斯坦的魅力。

1922年9月6日，經過投票，諾貝爾獎委員會終於決定因光電效應定律將1921年的獎授予愛因斯坦。正如給愛因斯坦的信中提到，頒獎詞特別說明，這個獎沒有考慮相對論在未來被證實後的價值。

1923年3月，阿侖尼烏斯致信愛因斯坦，建議他7月來參加斯堪的納維亞科學協會在建市300周年之際的瑞典哥德堡召開的大會，而不必等到12月來訪瑞典。阿侖尼烏斯邀請愛因斯坦作一個公眾演講，內容自定，但是又說希望他講相對論。筆者覺得，大概諾貝爾獎委員會以此表達對相對論的敬意。愛因斯坦的演講題目是「相對論的基本思想和問題」（筆者翻譯）。瑞典國王在座，後來與愛因斯坦親切交談。在諾貝爾獎的檔案中，這個演講被當作愛因斯坦的諾貝爾演講。

5. 分析

愛因斯坦的成就是革命性的。越是革命性的理論，遭遇的質疑越多，而且當時諾貝爾獎委員會又對新理論持非常保守的態度。從1911到1922年，5位委員中有3位是從事實驗技術工作的。無論是從價值觀還是從評價能力上說，他們都不能對愛因斯坦的理論貢獻作出足夠全面和正面的判定，他們認為相對論缺少實驗支持、不算髮現自然定律。

1915年之前，諾貝爾獎委員會每次都認為愛因斯坦的理論還有待進一步實驗驗證。1915年之後，在學術界已普遍認為狹義相對論已經被實驗證實的情況下，他們依然持保守態度。

1915年，愛因斯坦又創立了更為抽象的廣義相對論。愛因斯坦創立之時，得到的水星近日點進動計算結果就與當時的觀測數據一致，另外他還相繼預言了光線彎曲、引力紅移（光的波長隨著引力場增強而增加）和引力波。光線彎曲於1919年被愛丁頓和克雷姆林領導的天文學家測到。準確的引力紅移到1954年才從白矮星首次測量到，地面上的引力紅移實驗1959首次完成。引力波則是1974年從脈衝雙星首次間接驗證，2015年首次被LIGO直接探測到。1915年後，在諾貝爾獎委員會討論對愛因斯坦的提名時，引力紅移測量結果確實與廣義相對論不符。

在1915年後，對愛因斯坦的提名中仍然有不少以狹義相對論為依據。這時諾貝爾獎委員會也無視狹義相對論已經公認被實驗證實，而以廣義相對論實驗證實不足為拒絕的理由。筆者猜想，個中邏輯大概是將狹義相對論與廣義相對論視為一體，從而廣義相對論的實驗證據不足也導致對狹義相對論的懷疑。

1919年，光線在太陽附近的彎曲被觀測到與廣義相對論預言一致，愛因斯坦聲名鵲起，成為家喻戶曉的人物。具有超級影響力的洛倫茲也開始提名愛因斯坦，說他已經是有史以來的第一流物理學家。到了1921年和1922年，愛因斯坦的聲望已經如日中天，很多著名物理學家都加入到提名行列。

1919年後，越來越多的對愛因斯坦的提名是以廣義相對論這個比狹義相對論更新更深的理論為提名依據。從提名愛因斯坦的科學家的角度，這是很自然的。但是，從說服保守慎重的諾貝爾獎委員會這個角度來說，這是缺少策略之舉。廣義相對論很抽象，相關的實驗或觀測也少。而且當時還有人視愛因斯坦所受的追捧為自我炒作，還有人反猶太。

另一方面，授予愛因斯坦諾貝爾獎的呼聲越來越高，諾貝爾獎委員會受到越來越大的壓力。

這時奧辛的提名以及他受諾貝爾獎委員會之託所作的報告就顯得很有策略。他對愛因斯坦獲得諾貝爾獎起了關鍵的推動作用。

奧辛的依據是光電效應。雖然也很重要，但在愛因斯坦的貢獻中是較小的一個，只是量子論的一個應用，在愛因斯坦光量子論的文章中只佔很小篇幅。奧辛將之稱為「光電效應定律」，強調了實驗現象。結果奧辛成功了。具有諷刺意味的是，光電效應的實驗是反愛因斯坦的勒納德所做。

另一方面，給光電效應的工作頒發諾獎，又比愛因斯坦對統計力學的貢獻更合適，因為1919年諾貝爾獎委員會已經提出，後者不如愛因斯坦對相對論和量子論的貢獻重要。

所以最終在1922年，愛因斯坦因為對光電效應的理論解釋獲得1921年的諾貝爾物理學獎。而一旦獲獎，在未來獲第二次諾貝爾物理學獎的可能性又變得微乎其微。

考察歷史，筆者覺得，以量子論方面與實驗密切相關的貢獻作為依據，確實是當時給愛因斯坦頒發諾貝爾獎的不二選擇。