“脈沖星之母”喬瑟琳·貝爾：憾失諾貝爾物理學獎

1974年，脈沖星的發現者、英國天文學家喬瑟琳·貝爾無緣獲得諾貝爾物理學獎一事，引起國際天文學界的巨大爭議，被認為是科學史上最不公平的一次頒獎事件。

喬瑟琳是脈沖星的第一發現人，她在發現和研究神秘的脈沖信號過程中有著無可取代的貢獻。雖然無緣諾貝爾物理學獎，但她的聰慧和百折不撓的精神沒有被忽視，人們仍然將她奉為“脈沖星之母”。

“木星來的喬瑟琳”

1943年6月，喬瑟琳·貝爾出生在英國北愛爾蘭的貝爾法斯特，她還有兩個妹妹和一個弟弟。父親是建筑師，平日喜歡閱讀，家中有許多藏書。母親十分重視孩子的教育問題。他們的家在鄉村，周圍有廣袤的農田。或許正是優美的田園生活，塑造了喬瑟琳開朗、樂觀、淡然的性情。

父親的書架上有幾本關于天文學的科普讀物，但是年幼的喬瑟琳對天文世界還沒有多大興趣。轉折發生在她的中學時代。那年，父親承包了北愛爾蘭阿麥天文臺的設計建造工程，喬瑟琳因此接觸到一些天文臺的工作人員。少年喬瑟琳十分好學，她去阿麥天文臺玩耍時，這些工作者給她講了天文學中許多神秘的學說和偉大的發現，使她對天文學產生了極大的興趣。同時，喬瑟琳有了在天文臺的大型圖書館里閱讀天文學相關書籍的機會。

不過后來談及自己的科學之路，喬瑟琳卻打趣道：“我是從失敗開始的。”她十一歲小學畢業時，在升入中學的考試中居然名落孫山。父母不得不承受更大的經濟壓力，把她送去一所教會寄宿制學校繼續學業。在這里，喬瑟琳遇到了一位很好的物理老師，將她往后來的天文學之路推了一把。

1961年，喬瑟琳高中畢業，報考了蘇格蘭的格拉斯哥大學。這是英國一所老牌名校，設有在英國極少見的天文學專業。但她到校注冊的時候卻改變了主意，進了物理系。按照她的說法，這樣既有機會進行天文學研究，找工作又不會太難。

在格拉斯哥大學，喬瑟琳是物理系唯一的女生。她走在校園中，身后不時會跟隨成群的男生，并發出貓一樣的怪叫聲。他們還給喬瑟琳起了一個綽號——“木星來的喬瑟琳”，意思是說她是外星人，不食人間煙火。后來，喬瑟琳在一次數學考試中得了最高分，男同學們被“鎮”住了，從此再也不敢嘲笑她。

1965年，喬瑟琳從格拉斯哥大學畢業，獲得理學學士學位。喬瑟琳準備繼續上學，攻讀天文學的博士學位。她向曼徹斯特大學的焦德雷爾班克天文臺提出了申請，但沒有成功。同時，她還向劍橋大學和澳大利亞一所大學提出了申請。其實喬瑟琳沒對劍橋大學抱多大希望，她已經準備去澳大利亞了，不料居然被劍橋大學研究生院錄取了。從此，喬瑟琳正式走上了天文學研究之路。

初到劍橋便參與建造“射電望遠鏡”

來到劍橋大學后，出于對天文學的興趣，喬瑟琳選擇了天文學家安東尼·休伊什作為自己的導師。休伊什自1952年在劍橋大學取得博士學位后，就一直在這里工作。

1960年前后，天文學家在茫茫星海中發現了類星體，這類天體距離地球非常遙遠，體積比星系小很多，卻能發出比星系明亮千倍的射電波段（主要是無線電波）的輻射，其天文學性質十分怪異。普通的望遠鏡無法捕捉這種射電波，要以無線電接收技術為觀測手段的望遠鏡才可以。這種望遠鏡接收、捕捉的不是可見光波，而是無線電波，因此被稱為“射電望遠鏡”。

當時，許多天文學家對天空中閃爍不定的射電源（發射無線電波的天體）非常感興趣，休伊什也不例外。他認為，弄清楚閃爍現象背后的原因，可能會得到一些重要發現。為此，休伊什申請了一筆科研經費，打算建造一座大型射電望遠鏡，這需要有龐大的無線電網和精密放大器的巨型接收機，以收集和放大極其微弱的電波。作為一種新玩意兒的射電望遠鏡，為了接收射電輻射，需要使用一堆金屬天線。當來自太空的無線電信號與金屬天線相遇時，金屬天線會產生振蕩電流，這些電流被放大后記錄下來，天文學家就可以進行分析處理。金屬天線越長，截取的無線電信號就越多，產生的振蕩電流也就越大。

休伊什計劃中的射電望遠鏡主要是由大量金屬天線組成的一片廣闊的天線網陣，其借助地球的自轉，每周可以掃描大部分天空，以便畫出那些閃爍的射電源在天空中的位置。

由于射電天文學剛剛興起，射電望遠鏡建造起來頗有難度。初來劍橋，喬瑟琳就趕上休伊什的這項科研項目啟動，她便成了建造射電望遠鏡的主力軍。當時休伊什需要不少勞力，也有人猜測這或許是喬瑟琳被劍橋大學錄取的重要原因。

喬瑟琳的主要任務就是和另外五名學生一起，把長達一百二十千米的天線正確組裝上去，連接起來。他們幾乎每天與鉗子、錘子、扳手為伴，足足干了兩年半時間的苦力活，才把天線正確地安裝并連接起來，還為之裝配了精密的信號放大器和信號接收器。

1967年7月，這座新型的射電望遠鏡正式投入使用。喬瑟琳做了兩年多艱苦的“體力勞動”后，終于可以成為在室內工作的“腦力勞動者”了。所幸，她還有充裕的時間，可以按計劃完成她的博士學位論文。她準備的博士論文正好是射電天文學方面的內容。

繁重的“腦力勞動”任務

喬瑟琳得到的“腦力勞動”任務，是用射電望遠鏡掃描天空，獲取觀測數據，并分析這些數據。這是一項極為煩瑣且耗費精力的任務。但喬瑟琳以一種無比虔誠的激情，投入這項近乎神秘的探索。

這座射電望遠鏡每四天將整個天空掃描一次，自動記錄儀每天會產生三十多米長的圖紙，喬瑟琳需要分析圖紙上的數據，并力圖從中找出具有規律性的、可能代表著某種天體物理現象的數據。

在20世紀60年代，用計算機做數據處理尚未成為主流，并且考慮到有些數據需要經人腦分析才能發現其意義所在，無法用計算機程序自動分析，只能靠刻意使用的紙帶記錄儀，再加上手工計算和分析。這樣的工作是對毅力、科學精神和專業水準的綜合考驗，因為來自某個天體的信號可能非常微弱、短暫，一次恍惚或偷懶，或對這樣的信號不夠敏感，都可能錯過重要發現。

實踐出真知，喬瑟琳在分析了總長達一百多米的記錄紙后，已經能夠根據數據區分出哪些是天體傳來的閃爍信號，哪些是電視臺、飛行器的發射或汽車點火系統等人造設備的干擾信號，以至于她能干凈利落地拋棄那些干擾信號，從中找到所需要的來自宇宙深空的閃爍信號。她后來回憶說：“這座射電望遠鏡非常靈敏，能捕捉到宇宙傳來的微弱電信號；但這也意味著會輕易受到地面無線電波的干擾。幸好閃爍信號和干擾信號通常在圖紙上顯現出不同的特性，我能將它們很快地區分開來。”

雖然她很快就適應了新的工作，但分析這些圖紙上的數據，卻是一件艱苦而繁重的事情，尤其面對著一臺源源不斷吐著數據的設備。在之后的兩個月里，喬瑟琳盡量追趕記錄儀每天吐出的紙帶，但仍然落后一點。難能可貴的是，處于這些如汪洋大海般的數據里，喬瑟琳沒有頭昏腦漲，她依然保持著清醒的頭腦和敏銳的洞察力，并且一絲不茍地繼續進行工作。

1967年8月6日晚上，細心的喬瑟琳在圖表記錄機器打出的曲線中發現了異常，一組“奇怪的信號”出現了。這組信號既不能歸入已知天體閃爍的信號，也不能被解釋為人類制造的干擾信號。這就是喬瑟琳在一百二十多米長的數據帶發現的一段一百二十毫米長的奇怪圖案。它會周期性地出現，意味著一種神秘的脈沖信號正有規律地每隔一點三三秒重復出現。

后來喬瑟琳回憶道：“我首先注意到的是在記錄中，有些信號我不能對它們進行分類，它們既不來自閃爍信號，也不是人為干擾引起；它們在四百英尺（約一百二十米）的圖紙中占半英寸（一點二七厘米）大小的長度；經過多次重復以后，我發現這些奇怪的信號從天空相同的部位發出，基本上保持著二十三小時五十六分的間距，也就是和恒星的旋轉保持一致。地球相對于太陽自轉一周的時間為二十四小時，但相對其他恒星則為二十三小時五十六分鐘。這個時間單一的準確性是發現脈沖星的關鍵。”

功夫不負有心人

對此異常信號，喬瑟琳無法予以解釋。幾天后，她把這個發現告訴了休伊什，說數據中有“一些稀奇的東西”，即神秘的脈沖信號。休伊什看過之后，憑經驗迅速做出了結論，認為那不過是天空中某種人造飛行器（比如衛星）發出的干擾信號，但休伊什同意她繼續觀察。喬瑟琳并不太相信休伊什給出的解釋，她也決定繼續跟蹤下去。

不幸的是，他們正好需要更換記錄儀。到了9月份，新的記錄儀開始使用，但她卻再也找不到那奇怪的信號了。休伊什聽到再也找不到那信號，就埋怨說：“它已經死亡或消失了。唉！你錯過它了。”

喬瑟琳沒有放棄，她還在關注著這個奇怪的信號。直到11月28日晚上，她終于再次找到了幾個月尋覓不到的奇怪信號，即發現在同一時間、同一天空區域，相同的脈沖信號再次出現。這組信號每隔二十三小時五十六分鐘被記錄一次，出現得非常準時。這個時間恰好是地球自轉一周的時間，也就是說，每當射電望遠鏡掃描到這個位置的時候，就會出現這個特殊的信號。喬瑟琳馬上將這一情況告訴了休伊什。第二天晚上，正當這個射電源經過望遠鏡的視場時，休伊什來到現場，目睹了那些脈沖信號。

這么規律的信號在天文觀測中還沒有過先例。喬瑟琳的發現很快引起了小圈子的內部討論，有人甚至開玩笑說：這些脈沖信號可能是“小綠人”（常常用來指外星人）從太空深處向地球發送的編碼信息。

為了弄清楚奇異的信號到底是從哪兒發射的，臨近圣誕節的一天，喬瑟琳去找導師休伊什。當她走進休伊什辦公室的時候，卻發現辦公室里正在開會，她就找個地方坐下來。他們正好在討論喬瑟琳想探尋的問題，但會上有人認為，既然不能證明奇怪的信號的確是自然界產生的，那“小綠人”的猜測也不能斷然放棄；甚至還有人興致勃勃地說，如果真有可能發現地外文明發來的信號，那么這個信息就得慎重對待，不可大意。

喬瑟琳聽到會上的這種猜測，心中忽然十分不快，因為她并不喜歡“小綠人”這樣的解讀，后來她在回憶錄中寫道：“這天下午的討論沒有結果，我十分困惑地回了家。我本來應當寫我的博士論文，可不知從哪里冒出來這些稀奇古怪的小綠人，偏偏挑中我的天線連同我觀測到的頻率，還愣要和我聯絡通信……”

盡管如此，喬瑟琳繼續埋頭分析她的紙堆。功夫不負有心人，喬瑟琳在紙堆中又找出另外三組類似的脈沖信號，發現分別來自完全不同的太空方位。至此，縈繞在喬瑟琳心頭的疑問被解開了：如果信號來源不是外星人，那一定是一種全新的天體，而自己則有幸第一次發現了它們。

是時候公布這些發現了

此時，圣誕節凌晨的天空已經微微發亮，喬瑟琳寫下一張便條，連同在實驗室進行的這一年最后一次“獨立夜戰”得到的那份全新的觀測記錄一起，放在了休伊什的辦公桌上。她這才走出實驗室，匆促起程，趕往愛爾蘭父母家中過圣誕節假期。那一刻，她如釋重負。

節后，休伊什等天文學家最終證實，喬瑟琳觀測到的神秘信號來源于一種新型的天體，也就是物理學家曾預言的超致密、接近黑洞的奇異天體，具有超強的引力和磁場。后來，這類天體被正式命名為“脈沖星”。脈沖星是中子星的一種，直徑大多為十千米左右，自轉極快。它的快速自轉帶來了周期性發射的脈沖信號。喬瑟琳還通過射電望遠鏡的色散測量，估測出了脈沖星距離地球的大概距離——幾萬光年。

在此之前，休伊什還不敢公布他們的發現，他回憶說：“我感到必須保持沉默，直到有某種確定的結果。”毋庸置疑，1967年12月的那幾個星期，有了喬瑟琳上述這些新的發現，不但“小綠人”的猜想被徹底否定，而且幾乎可以肯定他們發現了某種確定的結果。由此休伊什覺得，是時候公布這些發現了。

1968年1月，一篇題為《對一個快速脈沖射電源的觀測》的論文投遞給了英國《自然》雜志。論文共有五位作者，休伊什是第一作者，喬瑟琳為第二作者。僅僅兩周后，這篇論文就發表了。這篇文章如此迅速地被發表，在《自然》雜志中并不常見，這也說明了這篇文章的重要性。而在文章發表的前幾天，休伊什在劍橋大學召開的學術會議上宣布了這個新的發現，這在天文學界引起了震動。與媒體爆炒的“小綠人”不同，學界將解釋指向衰老的恒星。

在那個時代，人們已經對恒星的演化過程有了比較可靠的認識。幾經論證，美國天文學家戈爾德的中子星理論最終形成了共識——喬瑟琳和休伊什發現的信號來自中子星，而且信號呈現一閃一閃的脈沖形式，乃是由于中子星高速自轉而引起的，即喬瑟琳和休伊什發現的這種天體是脈沖星。

脈沖星的發現不僅為天文學和天體物理研究開辟了新的領域，而且對現代物理學的驗證產生了深遠影響。極端物理環境下的物質運動規律，如強引力場的愛因斯坦廣義相對論效應、引力波現象等，都可利用脈沖星來檢驗。也正因如此，脈沖星的發現與星際有機分子、類星體、宇宙微波背景輻射的發現，并稱為 20 世紀天文學的四大發現。

這一年，喬瑟琳順利通過了畢業論文的答辯，拿到了博士學位。然后，她離開了劍橋大學，從天文學界銷聲匿跡，不見了蹤影。原來，也就在1968年，在天文學界點燃了焰火之后的喬瑟琳結婚了，她的丈夫叫馬丁·伯內爾，喬瑟琳也因此獲得了她名字最后的那個姓氏，成了喬瑟琳·貝爾·伯內爾。

馬丁·伯內爾是政府部門的工作人員，常常到處調動。婚后，喬瑟琳不得不隨著丈夫在英國各地遷來遷去，不久他們還有了孩子。在彼時的英國，女子結婚之后是很少工作的，為人母后更是如此。盡管喬瑟琳并不想成為終日空守宅院的家庭主婦，但也只能在家附近找些兼職的教學工作，偶爾涉足一點研究。不過，這段婚姻在1993年時結束了。

沒有貝爾（No-Bell）的諾貝爾（Nobel）獎

雖然喬瑟琳淡出了人們的視野，但人們并沒有忘記她。1973年，素以嚴格著稱的美國富蘭克林研究所把該年度的“邁克爾遜獎章”頒發給了休伊什和喬瑟琳。“邁克爾遜獎章”作為諾貝爾獎的風向標之一，人們紛紛預測諾貝爾獎很有可能會在不久后頒發給他們師生二人。

然而，1974年，諾貝爾委員會把物理學獎授予休伊什和賴爾兩位天文學家。這是首次將物理學獎頒發給天文學家。賴爾得獎的原因是在射電天文學上的整體研究，休伊什則是因為“在發現脈沖星的過程中所起的決定性作用”而獲獎。而最先發現脈沖星的喬瑟琳，則無緣諾貝爾獎。

這一消息被公布后，許多人感到非常驚訝：喬瑟琳為什么沒有同時獲獎？人們本來以為喬瑟琳肯定會與休伊什共同獲得這個獎項的。盡管休伊什確實做出了很大貢獻，包括準備觀測設備和方案，以及指導和把握研究節奏，但把脈沖星第一發現人喬瑟琳排除在獎項外，至今仍然令人匪夷所思。

由于喬瑟琳的落選，那一屆諾貝爾物理學獎引起了國際天文學界巨大的爭議。著名科普作家格里賓毫不客氣地指出，諾貝爾委員會把喬瑟琳排除在外，乃是“最令人震驚的決定之一”。美國普林斯頓的天文學家奧斯瑞克說得更狠，他說：“休伊什只不過為實驗室申請到一筆經費，而脈沖星信號卻是喬瑟琳在實驗室里發現的。”著名天體物理學家霍伊爾則嚴厲指責休伊什“偷了”諾貝爾獎。因為休伊什曾說喬瑟琳是他的學生，研究成果和榮譽當然歸他這個導師所有。霍伊爾的憤怒恐怕與此有關。就連首先提出脈沖星解釋的戈爾德教授，也為喬瑟琳打抱不平：“如果是喬瑟琳第一個認識到脈沖星的出現間隔是恒星時間，僅此她就應該獲得這個獎項的主要榮譽。”霍伊爾還調侃說，那一屆的諾貝爾（Nobel）物理學獎就是“沒有貝爾（No-Bell）”獎。

對此，喬瑟琳反倒比較冷靜。在此后的幾十年間，她經常被問起自己對錯失諾貝爾獎的看法，然而她本人并不愿意卷入爭議之中，很少表態。她說：“脈沖星的發現已經給我帶來了巨大的快樂和一些我不應得到的名聲。”不過后來，喬瑟琳曾向媒體表示，她認為當時的諾貝爾委員會甚至不知道她的存在。

喬瑟琳的嚴謹態度和細心觀測，以及對脈沖星發現起到的重要作用，最終贏得了世人的尊敬。天文學家泰勒和曼徹斯特在合著出版的《脈沖星》一書中特別寫道：“獻給喬瑟琳·貝爾博士，如果沒有她的聰慧和百折不撓，我們無法分享到研究脈沖星的快樂。”

天文學界仍將喬瑟琳譽為“脈沖星之母”。1978年，喬瑟琳獲得“奧本海默紀念獎章”；1989年，獲英國皇家學會頒發的“赫歇爾獎章”；2018年9月，喬瑟琳獲得了科學界獎金最豐厚的獎項——基礎物理學特別突破獎，獎金三百萬美元。

然而喬瑟琳決定將此三百萬美元獎金全數捐出，利用這筆錢為科學領域受忽視的群體創建博士研究生獎學金。喬瑟琳沒有獨享這頂物理學王冠的光輝，她選擇讓這光輝去照亮更多在科學之路上前行的學生的路。