劍橋大學(xué)的科學(xué)傳奇

劍橋大學(xué)里雄偉的哥特建筑雕滿大大小小的都鐸徽章，龐大的教學(xué)樓與高聳的教堂交相輝映，蔚為壯觀。學(xué)院草坪修剪得像地毯，又厚又滑，沒(méi)有一絲雜草。英國(guó)奶牛無(wú)處不在，悠閑地吃草。劍河里滿是撐篙（Punting）的游人，世界各地的游客徜徉在劍橋的各條街道，把紀(jì)念品商店和快餐店全部擠爆。午夜時(shí)分的酒吧，全是游客，大家擠在狹小酒吧間，手捧一杯杜松子酒，興奮地交談，三天三夜不停歇。這就是夏天的劍橋，當(dāng)重慶的溫度已達(dá)40攝氏度，這里只有19度。穿過(guò)國(guó)王學(xué)院，從三一學(xué)院走過(guò)，左邊是岡維爾學(xué)院，右邊是圣約翰學(xué)院。此刻正值仲夏時(shí)節(jié)，晚霞一片金黃，高緯度日照一直到晚上9點(diǎn)還在。正如徐志摩所言：“夏陽(yáng)晚照，潑翻一海純金，淹沒(méi)了寺塔鐘樓。”我已來(lái)到了牛頓、達(dá)爾文、霍金的地方，彌爾頓、拜倫、華茲華斯的母校。

除了古老的建筑和精巧的花園，就是那些偉大的劍橋?qū)W子。這里是名人的“故鄉(xiāng)”，偉人的發(fā)源地。劍橋簡(jiǎn)直就是一個(gè)巨大的名人堂，不管你走到哪里，聽(tīng)到的都是文學(xué)名家的故事，看到的都是科學(xué)巨子的傳奇。三一學(xué)院的牛頓、拜倫、培根、德萊頓、薩克雷、丁尼生、麥克斯韋、盧瑟福、懷特海、羅素、維特根斯坦，基督學(xué)院的彌爾頓、達(dá)爾文，國(guó)王學(xué)院的福斯特、圖靈、凱恩斯，岡維爾學(xué)院的哈維、霍金、李約瑟，彭布羅克學(xué)院的斯賓塞、格雷，彼得豪斯學(xué)院的惠特爾、巴貝奇、卡文迪什，蘇塞克斯學(xué)院的克倫威爾，圣約翰學(xué)院的華茲華斯、狄拉克。劍橋大學(xué)曾一度是世界上諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)咦疃嗟拇髮W(xué)，依據(jù)劉亮的《劍橋大學(xué)史》（上海交通大學(xué)出版社，2012年版）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，那時(shí)的劍橋大學(xué)一共誕生了88位諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)撸瑑H三一學(xué)院就有32位獲獎(jiǎng)?wù)摺?shí)際上，諾貝爾獎(jiǎng)是20世紀(jì)才設(shè)立的獎(jiǎng)項(xiàng)，可劍橋的光輝早在17世紀(jì)就已照耀世界了。

牛頓1660年進(jìn)入三一學(xué)院，1666年發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力、三大運(yùn)動(dòng)定律、微積分基本原理，并完成光譜的測(cè)定。這一年被稱(chēng)為牛頓奇跡年（Anni Mirabiles），人類(lèi)科學(xué)迎來(lái)一個(gè)黃金時(shí)代。1687年牛頓出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，建立了時(shí)間和空間的第一個(gè)數(shù)學(xué)模型，并用這個(gè)模型解釋了宇宙運(yùn)行的原理。他僅用幾個(gè)方程式，就把炮彈的飛行軌跡和行星的運(yùn)動(dòng)軌道，精確地描述出來(lái)。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》被搶購(gòu)一空，大家爭(zhēng)先購(gòu)買(mǎi)，有人買(mǎi)不到書(shū)，就將五百頁(yè)的書(shū)親手抄寫(xiě)一遍。為了讓更多的讀者理解他的思想，牛頓又用通俗語(yǔ)言寫(xiě)成了《論宇宙的體系》，他用極少的數(shù)學(xué)知識(shí)，闡述了萬(wàn)有引力的普遍性，解釋了地球形狀、海洋潮汐、月球運(yùn)動(dòng)、彗星軌道的原因，甚至計(jì)算出移動(dòng)大海的精確引力數(shù)值。

牛頓在計(jì)算橢圓軌道的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了微積分的基本原理，德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨也在同一時(shí)間發(fā)現(xiàn)微積分。為紀(jì)念兩人的發(fā)現(xiàn)，數(shù)學(xué)上把微積分的基本公式稱(chēng)為牛頓—萊布尼茨公式。微積分的發(fā)現(xiàn)，是人類(lèi)科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)，其偉大意義即使到21世紀(jì)的今天，依然難以窮盡。微積分的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致一系列重大科學(xué)事件，包括無(wú)理數(shù)e的發(fā)現(xiàn)。這個(gè)數(shù)因?yàn)槭諗垦杆伲瑯O快地趨近一個(gè)特定值：2.718281828……而成為一個(gè)常數(shù)。e跟π一樣重要，都是無(wú)限不循環(huán)小數(shù)，ex的微分和積分不變的特征，是其他任何函數(shù)都不具備的。這是數(shù)學(xué)發(fā)展史上的重要里程碑，對(duì)自然科學(xué)產(chǎn)生深刻影響。

牛頓是一位閉門(mén)不出的教授，不散步、不消遣、不娛樂(lè)，什么活動(dòng)都不參加。他常常工作到凌晨?jī)扇c(diǎn)，甚至忘記吃飯，如果提醒他還沒(méi)有吃飯，他就走到餐桌前吃上兩三口。他的性格孤獨(dú)內(nèi)向，極少露面，終身未婚，是個(gè)心不在焉的典型。他在劍橋授課不受歡迎，聽(tīng)課的人很少，聽(tīng)懂的人更少。他極少到學(xué)院進(jìn)餐，即使去了，也是拖著鞋子，從不梳頭。奇怪的是，如此糟糕的生活習(xí)慣卻沒(méi)有損壞他的健康，牛頓身體一直很好，似乎從未患過(guò)病，比愛(ài)因斯坦還要長(zhǎng)壽。晚年依然耳聰目明，從不戴眼鏡，只掉過(guò)一顆牙。牛頓1703年當(dāng)選英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，1705年受封爵士，1727年病逝于倫敦，享年85歲。哈雷贊嘆：“牛頓，繆斯垂青的人，他充滿了神力，比任何一個(gè)凡人更接近神。”蒲柏詩(shī)云：“自然規(guī)律浸沒(méi)在黑暗中；上帝說(shuō)，讓牛頓誕生！于是，世界大放光明。”

哲學(xué)家懷特海曾說(shuō)：17世紀(jì)是天才的世紀(jì)。他開(kāi)列出一長(zhǎng)串名單：開(kāi)普勒、伽利略、笛卡爾、帕斯卡、惠更斯、牛頓、波義耳、洛克、萊布尼茨、斯賓諾莎。這是從柏拉圖、亞里士多德、歐幾里得、阿基米德之后，一個(gè)新的數(shù)學(xué)和物理學(xué)高峰，重新定義人類(lèi)的整個(gè)知識(shí)體系。在這些巨人中，牛頓無(wú)疑是最耀眼的那顆明星，他卻謙虛地說(shuō)：“我不過(guò)是一個(gè)在海濱嬉戲的小孩，偶爾拾起幾個(gè)美麗的貝殼，至于真理的大海，還遠(yuǎn)未發(fā)現(xiàn)呢！”

19世紀(jì)著名物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋也來(lái)自三一學(xué)院。這位25歲蘇格蘭青年發(fā)表了3篇論文，用微積分重新表達(dá)了法拉第和安培的電磁定律，創(chuàng)立麥克斯韋方程組，推導(dǎo)出波動(dòng)方程，預(yù)言了電磁波的存在，指出電和磁能以光速運(yùn)動(dòng)。在接下來(lái)一個(gè)世紀(jì)，這一發(fā)現(xiàn)深刻地改變了世界面貌。1871年麥克斯韋籌建卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，擔(dān)任第一任實(shí)驗(yàn)室主任，這里成為近代物理學(xué)的發(fā)源地，培養(yǎng)出29位諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)撸a(chǎn)生大量影響人類(lèi)進(jìn)步的科學(xué)成果。電子、中子、質(zhì)子、原子核在這里相繼被發(fā)現(xiàn)，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、脈沖星（Pulsar）也在這里被發(fā)現(xiàn)。J. J. 湯姆生、盧瑟福、玻爾、威爾遜、沃爾頓、查德威克皆來(lái)自這個(gè)實(shí)驗(yàn)室。劍橋大學(xué)卡文迪什物理學(xué)教授和盧卡斯數(shù)學(xué)教授，成為全世界最矚目的學(xué)術(shù)頭銜。

20世紀(jì)核物理學(xué)家盧瑟福（E. Rutherford）也來(lái)自三一學(xué)院，他在放射線和原子結(jié)構(gòu)方面做出重大貢獻(xiàn)，被譽(yù)為核物理之父。他觀察到α和β粒子以及γ射線，發(fā)現(xiàn)了原子核和質(zhì)子，證明了原子模型。盧瑟福是最早意識(shí)到原子秘密的人，他說(shuō)如果用原子制造炸彈，威力之大“足以使這個(gè)舊世界在煙霧中消失”。他不僅是一位卓越科學(xué)家，還培養(yǎng)出許多才華橫溢的學(xué)生，11位學(xué)生獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。盧瑟福1919年成為卡文迪什物理學(xué)教授，1925年當(dāng)選英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。

20世紀(jì)量子物理學(xué)家保羅·狄拉克來(lái)自圣約翰學(xué)院，他是量子力學(xué)的創(chuàng)建者之一。他推導(dǎo)出狄拉克方程，提出反物質(zhì)概念，與德國(guó)的海森堡和奧地利的薛定諤并稱(chēng)為量子力學(xué)（Quantum mechanics）三劍客，31歲就獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，擔(dān)任盧卡斯數(shù)學(xué)教授長(zhǎng)達(dá)37年。和牛頓一樣，他性格孤僻，閉門(mén)不出，幾乎不與人交往，是傳記作家的噩夢(mèng)。

古今之大學(xué)問(wèn)者，皆以自然為師；曠世名著的誕生，多在孤寂中完成。劍橋遠(yuǎn)離大城市的喧囂，保持著中世紀(jì)的建筑，一條蜿蜒的小河，穿過(guò)森林草場(chǎng)和無(wú)邊無(wú)際的曠野。30多個(gè)深深庭院，造就了隱士們的天堂，孤獨(dú)避世者的家園。

劍橋大學(xué)物理學(xué)一直引領(lǐng)近代物理學(xué)的發(fā)展方向，從牛頓天體力學(xué)到麥克斯韋電磁學(xué)，從盧瑟福核物理到狄拉克量子力學(xué)。同時(shí)我們還需銘記：從1939年到1945年，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室多名科學(xué)家參加美國(guó)“曼哈頓計(jì)劃”，在原子彈制造方面和德國(guó)人展開(kāi)生死攸關(guān)的競(jìng)賽，并在這一競(jìng)賽中獲得勝利。

劍橋大學(xué)的史蒂芬·霍金來(lái)自岡維爾學(xué)院，被認(rèn)為是愛(ài)因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家，他和羅杰·彭羅斯在1969年用廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)模型證明了宇宙必須有一個(gè)開(kāi)端，提出大爆炸理論。他研究黑洞、時(shí)間旅行、蟲(chóng)洞和外星人，這些魔幻話題讓全世界的人癡迷不已。1979年劍橋大學(xué)委任他為盧卡斯數(shù)學(xué)教授，英國(guó)女王授予他大英帝國(guó)勛章。各種跡象表明：宇宙起源于138億年前的一場(chǎng)大爆炸，太陽(yáng)起源于50億年前的超新星爆炸，地球誕生于45億年前的行星碰撞，大約35億年前生命誕生，大約二百萬(wàn)年前人類(lèi)從直立人演化而來(lái)，大約1萬(wàn)年前人類(lèi)文明誕生。

霍金21歲患上肌肉漸凍癥，醫(yī)生告訴他只有兩年時(shí)間，但他一直活了下來(lái)，直到2018年去世，并生育3個(gè)子女。他在輪椅上用3根手指完成科學(xué)研究，撰寫(xiě)銷(xiāo)量突破1000萬(wàn)冊(cè)的《時(shí)間簡(jiǎn)史》和《果殼中的宇宙》。不管“時(shí)間有沒(méi)有盡頭”，他說(shuō)：“活著就有希望。”2014年好萊塢把霍金故事拍成電影，《萬(wàn)物理論》獲得奧斯卡最佳影片提名獎(jiǎng)，但是諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)一直小心翼翼地對(duì)待霍金，雖然他的影響力巨大，但是他的理論學(xué)說(shuō)一直缺乏直接的科學(xué)觀測(cè)證據(jù)。直到2019年人類(lèi)歷史上首張黑洞照片拍攝成功，這個(gè)黑洞位于M87星系中心，質(zhì)量是太陽(yáng)的65億倍。2020年姍姍來(lái)遲的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予他的合作伙伴羅杰·彭羅斯和發(fā)現(xiàn)黑洞的科學(xué)家萊茵哈德·根策爾，而他永遠(yuǎn)地錯(cuò)過(guò)了這一獎(jiǎng)項(xiàng)。或者可以說(shuō)，諾貝爾獎(jiǎng)又一次完美地錯(cuò)過(guò)了一位偉大的科學(xué)家，制造了又一個(gè)偉大的遺憾。藝術(shù)家約翰·泰勒把圣體鐘安裝在劍橋大學(xué)圣體學(xué)院，霍金生前出席了開(kāi)幕儀式，為這個(gè)可怕的時(shí)鐘揭幕。表盤(pán)用深水炸藥一體成型，三個(gè)同心圓象征宇宙大爆炸，一只兇猛的蚱蜢象征時(shí)間。銘文選自拉丁文圣經(jīng)：塵世繁華，轉(zhuǎn)瞬即逝！

2014年的好萊塢似乎特別偏愛(ài)劍橋?qū)W子的故事，另一部獲獎(jiǎng)影片《模仿游戲》講述了劍橋大學(xué)另一位傳奇人物的故事。艾倫·圖靈25歲提出“丘圖理論”，奠定計(jì)算機(jī)理論模型，“二戰(zhàn)”時(shí)期擔(dān)任布萊切利莊園英軍顧問(wèn)，研制出功能強(qiáng)大的“圖靈甜點(diǎn)”（Turing Bombe）。這臺(tái)機(jī)器可以用1.5億種方法破譯密碼，而德國(guó)人的密碼系統(tǒng)只能提供1720萬(wàn)種組碼方式，因此圖靈只需10分鐘就能找出正確意思。丘吉爾聲稱(chēng)這是他的超級(jí)機(jī)密和終極武器，破譯的大量情報(bào)保障了北非戰(zhàn)役、斯大林格勒戰(zhàn)役、太平洋潛艇戰(zhàn)和諾曼底登陸戰(zhàn)的勝利。圖靈掌握的情報(bào)甚至超出軍方的想象，成為安放在希特勒話筒邊的一個(gè)麥克風(fēng)。根據(jù)一些歷史學(xué)家的說(shuō)法，他的工作至少使第二次世界大戰(zhàn)提前兩年結(jié)束，大約2400萬(wàn)生命被挽救。

圖靈被公認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)創(chuàng)始人，但是情報(bào)工作給他帶來(lái)巨大的痛苦。1952年，圖靈因同性戀取向被定罪，接受了“ 化學(xué)閹割”，身心受到極大的傷害。1954年6月圖靈在家中咬下一個(gè)含氰化物的蘋(píng)果自殺，年僅42歲。1966年，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）設(shè)立“圖靈獎(jiǎng)”（Turing Award），獎(jiǎng)勵(lì)那些對(duì)計(jì)算機(jī)事業(yè)做出重要貢獻(xiàn)的人，該獎(jiǎng)被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”。蘋(píng)果公司以一個(gè)殘缺的蘋(píng)果為標(biāo)志，據(jù)說(shuō)是喬布斯對(duì)圖靈的敬意。2012年英國(guó)政府為圖靈之死道歉，女王為他頒布赦免狀，2014年的電影《模仿游戲》演繹至深，把圖靈壓抑而痛苦的世界呈現(xiàn)在世人眼前，揭開(kāi)一位英雄人物的悲劇人生。

劍河流水靜悄悄，冬去春來(lái)，劍橋?qū)W子的故事轟轟烈烈，一切都不會(huì)消逝。歷史上的牛頓、達(dá)爾文、麥克斯韋、盧瑟福、狄拉克、圖靈、霍金都是在22歲到32歲時(shí)期做出了驚人的發(fā)現(xiàn)。1831年22歲的達(dá)爾文以博物學(xué)家身份登上“貝格爾號(hào)”，開(kāi)始5年航程，發(fā)現(xiàn)大量化石，促使他思考物種變異的可能性。1953年25歲的詹姆斯·沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著基因時(shí)代的到來(lái)。1993年安德魯·懷爾斯在劍橋大學(xué)牛頓研究所宣布證明了費(fèi)馬大定律，解決了國(guó)際數(shù)學(xué)界358年懸而未決的難題，兩百多位數(shù)學(xué)家報(bào)以經(jīng)久不息的掌聲。2016年來(lái)自劍橋大學(xué)的吉米·哈薩比斯和他的深度思維（Deep Mind）公司研發(fā)出“阿爾法圍棋大師版”（Alpha Go），掀起人機(jī)大戰(zhàn)，以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)勝?lài)骞谲娎钍朗涂聺崳蔀槿斯ぶ悄埽ˋI）標(biāo)志性事件，震動(dòng)全球。這些劍橋?qū)W子讓我驚嘆，何以一個(gè)彈丸之地，竟會(huì)涌現(xiàn)出如此數(shù)量眾多的科學(xué)才俊？