新知 | 谁偷走了勒梅特的奶酪?

中科院之声2019-01-09 14:50:42

出生于1894年7月17日的乔治·勒梅特(Georges Lemaitre)是天文学与宇宙学发展史长河中一颗耀眼的星。维基百科是这样介绍他的:

 

勒梅特是比利时天主教神父、天文学家及天主教鲁汶大学物理学教授。他提出了宇宙膨胀的理论,其贡献在很大程度上被张冠李戴到了美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)的头上。他是第一位推导出现在被称作“哈勃定律”的人,率先估算了现在被称作“哈勃常数”的大小,其论文发表于1927年,比哈勃的论文早两年。勒梅特还提出了宇宙起源的大爆炸(big bang)理论,他本人称之为“太古原子(primeval atom)假说”或“宇宙之卵(cosmic egg)假说”。


勒梅特


既然勒梅特比哈勃早两年认识到了宇宙膨胀的基本规律,为什么他的工作没有得到学界的广泛认可呢?换句话说,是谁偷走了本应属于勒梅特的奶酪呢?

 

2011年11月10日,美国天体物理学家马里奥·利维奥(Mario Livio)在《自然》(Nature)杂志撰文揭开了这个谜团,他的文章题目是“解开章节遗漏之谜”(Mystery of the missing text solved)。

 

故事的起因其实并不复杂。勒梅特的论文最初是以法语发表在了比利时的《布鲁塞尔科学学会年鉴》(Annals of the Scientific Society of Brussels)期刊上,题目是“具有恒定质量与扩展半径的均匀宇宙:解释河外星云的径向速度”(法译英的标题:A homogeneous universe of constant mass andgrowing radius accounting for the radial velocity of extragalactic nebulae)。可当年德语和英语才是科学论文的主要语言,因此他的这一重要工作没有得到国际同行的注意,似乎情有可原。

 

在这篇论文中,勒梅特发现了爱因斯坦广义相对论方程的一个严格解,并就此推导出后来被称为“哈勃定律”的方程,即星系退行的速度正比于它与我们之间的距离,而相应的比例系数,就是著名的“哈勃常数”。利用维斯托·斯莱弗(Vesto Slipher)当时观测的星系退行速度数据和哈勃发表的星系距离数据,勒梅特求得两者的比例大约等于每秒每百万秒差距625千米。他还在论文中指出,观测数据的精度不足以验证他所发现的星系退行速度与距离之间的线性正比关系。

 

两年之后,哈勃在《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发表了题为“河外星云中距离与径向速度之间的关系”(A relation between distance and radialvelocity among extragalactic nebulae)的论文。他和他的助手利用更精确的观测数据确立了“哈勃定律”的有效性,并计算出“哈勃常数”的数值:约为每秒每百万秒差距500千米。很显然,哈勃的结果验证了勒梅特的工作,因此发现“哈勃定律”的荣誉似乎应该主要归属勒梅特,至少两个人应该分享这块“奶酪”。那么,为什么哈勃独享了“奶酪”?差错究竟出在哪里呢?


哈勃


根据利维奥教授的考证,英国《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)的编辑威廉·斯玛特(William Smart)曾于1931年2月17日致信勒梅特,表达了如下几层意思:第一、皇家天文学理事会认为勒梅特发表于1927年的论文没有得到学界应有的重视,希望能得到允许,在《皇家天文学会月报》上重新发表该论文的英文版;第二、如果勒梅特想要在自己的论文中增加新的内容,只需要对新增的内容标注清楚即可;第三、希望勒梅特本人完成法文英译的工作。

 

毫无疑问,勒梅特以及《布鲁塞尔科学学会年鉴》杂志社都同意了斯玛特编辑的建议,因为他的论文英文版在当年的三月份顺利发表在了《皇家天文学会月报》上。但令人不可思议的是,法文原版中的部分内容却不翼而飞,其中包括勒梅特描述“哈勃定律”、推导宇宙膨胀率和估算“哈勃常数”的段落。也就是说,即便学术界的同仁注意到了勒梅特的论文英文版,仍旧无法获得他早于哈勃所做出的重要科学贡献的证据。

 

于是才有学者一直对勒梅特的论文英文版所缺失的段落持有“阴谋论”的观点,认为要么是负责法文英译的人做了手脚,要么是《皇家天文学会月报》编辑部做了手脚,从而达到抹杀勒梅特的原初贡献,抬高哈勃身价的目的。甚至有学者怀疑,哈勃本人也可能为了一己之私而插手此事。



最终让这件事真相大白的关键证据,来自利维奥教授所发现的一封信,即勒梅特于1931年3月9日写给斯玛特编辑的回信!这封信传递了如下几方面的信息:第一、他很高兴自己那篇法语论文能够以英语重新发表;第二、他亲自动手做了法文英译的工作,但是恐怕翻译得不够好,希望编辑部能够帮助审阅修改;第三、他认为讨论径向速度等内容是不明智的,因此在翻译过程中删除了有关段落;第四、公式和表格没有变动;第五、他通过新的方法得到了膨胀宇宙的方程式,但不打算添加到英文版中,而是准备另外写成文章发表;第六、他很想成为皇家天文学会的会士,希望得到对方以及亚瑟·埃丁顿(Arthur Eddington)教授的推荐。

 

原来偷走了勒梅特的奶酪的“罪魁祸首”就是勒梅特本人,于是“阴谋论”的猜测就不攻自破了。与勒梅特相比,虽然哈勃的工作得到了更广泛的认可,但他最终也没有获得诺贝尔奖。究其原因,当年的诺贝尔物理学奖并不承认天文学方面的杰出工作。


致谢:本文的写作受到了周顺研究员在北大高能中心所做的学术报告的启发,在此对他表示感谢。


来源:中国科学院高能物理研究所



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