奖,部分原因是他精确测量了兰姆移位,这是量子电动力学发展的关键一步。
在这些年里,奥本海默撰写了众多重要的甚至是开创性的论文,内容涉及宇宙射线、伽马射线、电动力学和正负电子对簇射。在核物理学领域,他和梅尔巴·菲利普斯计算出了氘核诱导的核反应会产生质子。菲利普斯出生于1907年,她在印第安纳州的农场长大,是奥本海默的第一位博士生。他们的这一计算广为人知,被称为“奥本海默-菲利普斯过程”。“他是个智多星,”菲利普斯回忆道,“他从来没有做过伟大的物理学研究,但是看看他和他的学生一起提出的那些奇思妙想吧。”
当今的物理学家一致认为,奥本海默最令人惊叹的、最具独创性的工作是在20世纪30年代末完成的关于中子星的研究,天文学家直到1967年才第一次观测到这种天体。最初是他与理查德·托尔曼的友谊激发了他对天体物理学的兴趣,托尔曼把他介绍给了在帕萨迪纳的威尔逊山天文台工作的天文学家。1938年,奥本海默与罗伯特·瑟伯尔合著了一篇题为“恒星中子核的稳定性”的论文,探讨了被称为“白矮星”的高度压缩的恒星的某些特性。几个月后,他与学生乔治·沃尔科夫合作,发表了一篇题为“关于大质量中子核”的论文。奥本海默和沃尔科夫用计算尺千辛万苦地得出了他们的计算结果,他们认为这些中子星的质量存在一个上限——现在被称为“奥本海默-沃尔科夫极限”。超过这个限度,它们就会变得不稳定。
9个月后,也就是1939年9月1日,奥本海默和另一位合作者,也是他的另一位学生哈特兰·斯奈德,发表了一篇名为“论持续的引力收缩”的论文。当然,历史上这一天最为人所知的是希特勒入侵波兰,二战全面爆发。虽然这篇论文没有引起很大反响,但它的发表也堪称一件大事。物理学家和科学史学家杰里米·伯恩斯坦称之为“20世纪最伟大的物理学论文之一”。当时它几乎没有引起什么注意,直到几十年后,物理学家们才明白1939年奥本海默和斯奈德打开了21世纪物理学的大门。
在论文的开篇,他们提出了一个问题:一颗质量巨大的恒星在耗尽燃料开始衰竭时会发生什么?他们的计算表明,恒星核心质量超过一定限度(现在被认为是两三个太阳的质量)后,它将在自身重力的作用下不断收缩,而不是坍缩成一颗白矮星。根据爱因斯坦的广义相对论,他们认为这样的恒星会在“奇点”崩溃,即使是光波也无法逃脱其周围引力的拉拽。从远处观察的话,这样的恒星将从视野中消失,与宇宙的其他部分截然不同。“剩下的只有它的引力场。”奥本海默和斯奈德写道。也就是说,它会变成一个黑洞,尽管他们自己没有使用这个术语。这是一个有趣但怪异的想法,可是这篇论文没能引起什么反响,因为人们一直把其中的计算当作一种纯粹的数学探讨。
直到20世纪70年代早期,天文观测技术赶上了理论的发展,天文学家才发现了许多这样的黑洞。当时,计算机和射电望远镜的技术进步使黑洞理论成为天体物理学的核心。加州理工学院的理论物理学家基普·索恩说:“回想起来,奥本海默和斯奈德的工作是非常完整的,是对黑洞塌缩的精确数学描述。那个时代的人们很难理解这篇论文,因为从数学计算中得出的结论与人们头脑中对宇宙运行规则的认识大相径庭。”
然而,奥本海默并不会花时间去完善这个结论背后的理论,他将这一成就留给了几十年后的研究者。让人疑惑不解的是他为何屡屡如此,答案可能与他的个性有关,奥本海默缜密的批判性思维让他总是心存疑虑,一旦有任何想法就会立即看到其中的不足之处。然而有些物理学家会大肆宣扬他们的新想法,无视它们的错漏之处,这不禁让人立刻想到了爱德华·泰勒。瑟伯尔回忆说:“奥比总是对所有想法持悲观态度。”他的才华反过来也困扰着他,让他缺乏坚定的信念,有时这种信念对于探索和建立原创理论必不可少。不过,他的质疑精神总能把他推向下一个问题。在做出了最初的跨越式创新后——这一次是黑洞理论,奥本海默很快又转向了下一个新课题——介子理论。
多年后,物理学界那些推崇奥本海默的朋友和同行开始思考一个问题,那就是为什么他从未获得诺贝尔物理学奖。“奥比的物理学知识渊博,”利奥·内德尔斯基回忆说,“论物理学学识的博大精深,也许只有泡利能超越奥比。”然而就像人生中的许多事情一样,能否获得诺贝尔奖涉及诸多因素,包括努力、策略、能力、时机,当然还有运气。奥本海默致力于前沿的物理学研究,解决他感兴趣的问题,他当然不缺能力,但他没有恰当的策略,时机也不对。最后,诺贝尔物理学奖授予的是那些取得具体成就的科学家。相比之下,奥本海默的优势在于他整合整个研究领域的能力。1934—1936年曾跟随奥本海默学习的博士后埃德温·尤林回忆说:“奥比是一个充满想象力的人,他掌握的物理学知识非常全面。我认为他未必是没有做出诺贝尔物理学奖水准的工作,只是他取得的成就并没有令诺贝尔奖委员会眼前一亮。”
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