J·羅伯特·奧本海默 （J. Robert Oppenheimer，1904-1967）是一個(gè)富有爭(zhēng)議的名人。他因?yàn)轭I(lǐng)導(dǎo)一群科學(xué)家與工程師制造出世界上第一顆原子彈并使其成功爆炸（“曼哈頓工程”）而被公認(rèn)為“原子彈之父”，獲得了巨大的聲望；他又因?yàn)樽约涸诙?zhàn)結(jié)束后反對(duì)美國(guó)制造氫彈而受到軍方與政府的打壓，并因?yàn)榇饲芭c左翼人士的密切關(guān)系而被審查，成為一個(gè)悲情人物。
領(lǐng)導(dǎo)曼哈頓工程期間的奧本海默身份證照片，其ID編號(hào)為K6。圖片來(lái)源：Los Alamos National Laboratory
他與眾多科學(xué)界同行有密切交往與合作，但又因?yàn)椴遄阒辽賰晌缓献髡叩幕橐龆艿降赖聦用娴闹肛?zé)。有些人認(rèn)為他是天才，有些人認(rèn)為他裝腔作勢(shì)，有些人認(rèn)為他是喜愛(ài)勾搭女人的花花公子。
奧本海默復(fù)雜的性格與經(jīng)歷使大部分人忽略了他物理學(xué)家的身份，也因此忽略了他在物理學(xué)與天文學(xué)上的重要貢獻(xiàn)。本文介紹奧本海默的幾個(gè)具有代表性的重要成果，以讓人們更深入了解他對(duì)物理學(xué)與天文學(xué)的貢獻(xiàn)。
早期的學(xué)習(xí)經(jīng)歷
1904年 4月22日，奧本海默出生于紐約市一個(gè)猶太家庭。他的母親艾拉·奧本海默（Ella Oppenheimer，1869-1931）是一名畫(huà)家；他的父親是富裕的紡織品進(jìn)口商朱利葉斯·塞利格曼·奧本海默（Julius Seligmann Oppenheimer，1871-1937）。
1921年，奧本海默中學(xué)畢業(yè)，但因?yàn)楦腥玖私Y(jié)腸炎而病休一年。1922年，奧本海默進(jìn)入哈佛大學(xué)，主修化學(xué)。1925年，他以優(yōu)異成績(jī)畢業(yè)于哈佛大學(xué)，獲得學(xué)士學(xué)位。
奧本海默的天資可能部分來(lái)自遺傳。他父親雖然沒(méi)有上過(guò)大學(xué)，但能力很強(qiáng)。他的弟弟弗蘭克·奧本海默（Frank Oppenheimer，1912-1985）后來(lái)也成為一名物理學(xué)家，研究核物理，在曼哈頓工程中參與鈾濃縮方面的工作。
1924年，奧本海默被劍橋大學(xué)錄取。原本他想跟隨著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)大師盧瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937），但他的大學(xué)導(dǎo)師已經(jīng)在推薦信中說(shuō)他理論強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)弱，盧瑟?？戳诉@個(gè)“逆向推薦信”，自然對(duì)他不感興趣。不過(guò)，他依然在哈佛大學(xué)畢業(yè)后，前往劍橋大學(xué)。
可能經(jīng)過(guò)一番討價(jià)還價(jià)，盧瑟福當(dāng)年的導(dǎo)師湯姆遜（Joseph John Thomson，1856-1940）要了他，條件是奧本海默要完成一門(mén)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。這個(gè)要求差點(diǎn)把奧本海默送走。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)技能太差以及思鄉(xiāng)，他飽受折磨，與這門(mén)課的導(dǎo)師布萊克特（Patrick Blackett，1897-1974）的關(guān)系也急劇惡化。
有一次，奧本海默將注射了毒液的蘋(píng)果放在布萊克特的桌子上，試圖毒死后者。幸好布萊克特沒(méi)吃。
電影《奧本海默》中，反悔的奧本海默奔進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，恰好看到正訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)室的玻爾（Niels ?Bohr，1885-1962）拿起毒蘋(píng)果要吃，奧本海默一把奪下，扔進(jìn)了垃圾桶，說(shuō)蘋(píng)果被蟲(chóng)蛀了。這個(gè)情節(jié)應(yīng)該是虛構(gòu)，因?yàn)檫@么巧的情節(jié)大概也只有影視和小說(shuō)中才會(huì)有。
事實(shí)上，奧本海默因?yàn)槎練?dǎo)師未遂而差點(diǎn)坐牢。奧本海默的父母請(qǐng)求劍橋大學(xué)不要提出刑事指控或?qū)⑺?qū)逐出境。奧本海默最后被判了緩刑，且必須定期與倫敦的精神科醫(yī)生會(huì)面，接受心理治療。如果他真的奪過(guò)毒蘋(píng)果并把它扔了，這事就無(wú)人知曉，他也不會(huì)差點(diǎn)坐牢。
躲過(guò)一劫的布萊克特因?yàn)閷?shí)驗(yàn)物理方面的成就而獲得1948年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
分子連續(xù)譜、分子動(dòng)力學(xué)與化學(xué)鍵
1926年，在劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)室受了一年罪的奧本海默前往當(dāng)時(shí)世界物理學(xué)中心之一的哥廷根大學(xué)，師從量子力學(xué)大師玻恩（Max Born，1882-1970）。此前一年，海森堡（Werner Heisenberg，1901-1976）建立了量子力學(xué)的矩陣形式，量子力學(xué)誕生了；玻恩與約爾當(dāng)（Pascual Jordan，1902 -1980）與海森堡很快在同一年完善了這個(gè)劃時(shí)代的工作。
在哥廷根大學(xué)，奧本海默過(guò)得很愉快。1926年，奧本海默完成關(guān)于分子連續(xù)譜的量子理論。他得到計(jì)算電子躍遷概率的一種方法，并用此計(jì)算了氫和X射線的光電效應(yīng)，獲得了K邊緣的吸收系數(shù)。他的計(jì)算與對(duì)太陽(yáng)的X射線吸收的觀測(cè)吻合，但與實(shí)驗(yàn)室中氦的X射線吸收的觀測(cè)不符合。多年后，人們證實(shí)太陽(yáng)主要由氫組成，他的計(jì)算是正確的。
1927年3月，23歲的奧本海默通過(guò)博士論文答辯，獲得博士學(xué)位。此時(shí)距離他大學(xué)畢業(yè)不到2年，距離他開(kāi)始讀博僅1年。
答辯委員會(huì)主席是弗蘭克（James Franck，1882-1964），他因?yàn)榕c赫茲（Gustav Hertz，1887-1975）進(jìn)行了弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)而聞名，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了玻爾提出的氫原子的能級(jí)理論。二人因此獲得1925年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這里的赫茲是驗(yàn)證了電磁波理論的赫茲（Heinrich Hertz，1857-1894）的弟弟的兒子。
答辯結(jié)束后，弗蘭克說(shuō)：“我很高興，答辯結(jié)束了。是他在提問(wèn)我?！保ㄕＧ闆r下，答辯委員向?qū)W生提問(wèn)，考察學(xué)生的真實(shí)能力。）
1927年，奧本海默與玻恩合作發(fā)表了一篇研究分子動(dòng)力學(xué)的重要論文。（這篇論文于那一年8月被雜志收到，因此是在他博士畢業(yè)之后投的稿。但奧本海默應(yīng)該在博士畢業(yè)之前就已與玻恩合作這項(xiàng)研究。）這篇論文將分子中原子核的運(yùn)動(dòng)與電子的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)，忽略核的運(yùn)動(dòng)，從而可以用量子力學(xué)方法計(jì)算分子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。這個(gè)近似方法被稱為“玻恩-奧本海默近似”（Born–Oppenheimer approximation），這是量子化學(xué)與分子物理學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。
電影《奧本海默》中，奧本海默與海森堡初次相遇時(shí)，后者夸獎(jiǎng)前者在分子方面的工作，指的就是玻恩-奧本海默近似。海森堡雖然只比奧本海默大3歲，但卻因?yàn)榇饲皠?chuàng)立量子力學(xué)而成為當(dāng)時(shí)物理學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一。相比之下，當(dāng)時(shí)的奧本海默的資歷還淺。海森堡以學(xué)術(shù)長(zhǎng)輩的口氣夸獎(jiǎng)奧本海默，是很合理的設(shè)定。
在歐洲期間，奧本海默發(fā)表了十幾篇論文。憑借這些高質(zhì)量論文，他很輕松地在1927 年 9月獲得加州理工學(xué)院 （California Institute of Technology，Caltech）提供的美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)獎(jiǎng)金（United States National Research Council Fellowship）。
在Caltech期間，奧本海默與萊納斯·鮑林（Linus Pauling，1901-1994）建立了親密的友誼。他們合作研究化學(xué)鍵的本質(zhì)，奧本海默進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，鮑林解釋結(jié)果。不過(guò)，二人的友誼很快結(jié)束，因?yàn)閵W本海默與鮑林的妻子約會(huì)。鮑林于1954年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，并于1962年獲得和平獎(jiǎng)，成為雙料諾獎(jiǎng)得主之一。
1928年秋，奧本海默訪問(wèn)荷蘭萊頓大學(xué)（University of Leiden），并用自己剛學(xué)不久的荷蘭語(yǔ)作報(bào)告。在此期間，他獲得Opje的綽號(hào)，后來(lái)他的學(xué)生將其翻譯為英語(yǔ)Oppie。電影《奧本海默》中，朋友稱呼的“Oppie”與學(xué)生集體高呼的“Oppie，Oppie，Oppie……”即來(lái)源于此。
正電子理論
再次回國(guó)后，奧本海默被加州大學(xué)伯克利分校（University of California, Berkeley，UCB）物理系聘為副教授，并應(yīng)Caltech的邀請(qǐng)任兼職。
1928年，狄拉克（Paul Dirac，1902-1984）將量子力學(xué)與相對(duì)論結(jié)合，建立起相對(duì)論性量子力學(xué)。狄拉克發(fā)現(xiàn)這個(gè)方程除了會(huì)導(dǎo)致一個(gè)描述電子的正能解之外，還會(huì)導(dǎo)致一個(gè)負(fù)能解，他認(rèn)為負(fù)能解代表質(zhì)子。
1930年，奧本海默發(fā)表論文《關(guān)于場(chǎng)與物質(zhì)相互作用理論的注記》（Note on the theory of the interaction of field and matter），對(duì)狄拉克的看法提出了異議。他認(rèn)為：負(fù)能解對(duì)應(yīng)的粒子的質(zhì)量應(yīng)與電子相等，而質(zhì)子的質(zhì)量比電子大得多，因此負(fù)能解不可能是質(zhì)子；如果負(fù)能解是質(zhì)子，那么氫原子將迅速自毀。著名的數(shù)學(xué)物理學(xué)家外爾（Hermann Weyl, 1885-1955）于1931年也提出負(fù)能解對(duì)應(yīng)的粒子的質(zhì)量應(yīng)與電子的質(zhì)量相等。
在奧本海默與外爾的推動(dòng)下，狄拉克于1931年提出：負(fù)能解代表一種未被發(fā)現(xiàn)的粒子，它們的質(zhì)量與電子質(zhì)量相等，電荷與電子電荷相反，即帶正電。這就是正電子。實(shí)際上，奧本海默1930年的論文本質(zhì)上已預(yù)言了正電子的存在。
1936年，安德森（Carl David Anderson，1905-1991）在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了正電子，這是人類首次發(fā)現(xiàn)反粒子。安德森因此獲得1936年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
蘭姆移位與量子電動(dòng)力學(xué)
根據(jù)狄拉克方程，氫原子的2S1/2?and?2P1/2這兩個(gè)能級(jí)具有相同的能量（“簡(jiǎn)并”）。1931年，奧本海默與學(xué)生霍爾（Harvey Hall）發(fā)表論文《光電效應(yīng)的相對(duì)論理論》（Relativistic Theory of the Photoelectric Effect），指出這兩個(gè)能級(jí)實(shí)際上的能量不相同。霍爾于1931年獲得博士學(xué)位，是奧本海默名下第一個(gè)畢業(yè)的博士研究生。
1947年，奧本海默的另一位博士生蘭姆（Willis Lamb，1913-2008，1938年在奧本海默的指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位）與雷瑟福（Robert Retherford，1912–1981，蘭姆的博士生，不是前文提到的盧瑟福）利用微波技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出了這兩個(gè)能級(jí)的能量差，這個(gè)差值因此被稱為“蘭姆移位”（Lamb shift）。蘭姆因測(cè)出蘭姆移位而獲得1955年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
在蘭姆移位被發(fā)現(xiàn)的同一年，貝特（Hans Bethe，1906-2005）首次解釋了蘭姆移位的產(chǎn)生機(jī)制，為量子電動(dòng)力學(xué)（QED）的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。貝特在核物理上功底很深；他在恒星內(nèi)部的核反應(yīng)方面進(jìn)行了先驅(qū)性的研究，成為核天體物理領(lǐng)域的權(quán)威，并因此獲得1967年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
貝特在二戰(zhàn)期間也加入曼哈頓工程，擔(dān)任理論組組長(zhǎng)。他在計(jì)算原子彈的“臨界質(zhì)量”與設(shè)計(jì)“內(nèi)爆法”（implosion method）方面起到?jīng)Q定性作用。電影《奧本海默》中，貝特的戲份很重。電影中經(jīng)常出現(xiàn)的圍在核心外的那些碎塊就是內(nèi)爆法所需要的。（這些碎塊爆炸后，產(chǎn)生極度均勻的朝向中心的壓力，強(qiáng)烈的擠壓使放射性物質(zhì)核心的臨界質(zhì)量降低到核心的質(zhì)量以下，從而可以啟動(dòng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，成功爆炸。）
后來(lái)成為QED集大成者之一的施溫格（Julian Schwinger，1918-1994）與奧本海默也有交集。他在21歲那年獲得博士學(xué)位后，于1939年到1941年在UCB做奧本海默的博士后，并因?yàn)樵赒ED領(lǐng)域的貢獻(xiàn)獲得1965年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他在UCB工作期間，可能受到奧本海默的一定影響。
據(jù)說(shuō)奧本海默最喜歡在自己的博士后或博士生給自己當(dāng)助教時(shí)坐在下面提各種問(wèn)題考別人。施溫格兼任其助教時(shí)，奧本海默依然如此；不過(guò)，施溫格用自己的迅速而完美的回答很快就幫奧本海默戒了這個(gè)習(xí)慣（施溫格離開(kāi)后，奧本海默有沒(méi)有恢復(fù)這個(gè)習(xí)慣就不得而知了）。
施溫格是拉比（Isidor Rabi，1898-1988）的得意門(mén)生，拉比是奧本海默的好友，在電影《奧本海默》中的戲份也很重。
奧本海默-菲利普斯過(guò)程
在UCB期間，奧本海默與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)大師勞倫斯（Ernest Lawrence，1901-1958）關(guān)系密切。勞倫斯在電影《奧本海默》中的戲份也很重。
勞倫斯發(fā)明了世界上第一個(gè)回旋加速器，并在UCB建立起輻射實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室后來(lái)成為勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）。奧本海默為勞倫斯團(tuán)隊(duì)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供理論解釋。
LBNL的市內(nèi)通勤車(chē)。圖片來(lái)源：本文作者拍攝于伯克利市區(qū)
1935年，麥克米蘭（Edwin McMillan，1907-1991）、勞倫斯和桑頓（Robert Thornton）使用回旋加速器加速氘核束，并讓其轟擊靶原子核。氘核由一個(gè)質(zhì)子與一個(gè)中子構(gòu)成。氘核轟擊靶原子核時(shí)，其中的質(zhì)子因受到靶原子核中質(zhì)子的排斥力而相對(duì)遠(yuǎn)離，使中子指向靶。當(dāng)氘核速度很高時(shí)，其中的中子會(huì)與較重的靶原子核發(fā)生聚變，剩余的質(zhì)子逃逸。
麥克米蘭等人發(fā)現(xiàn)：氘核能量較低時(shí)或靶原子核較輕時(shí)，結(jié)果與伽莫夫（George Gamow，1904-1968）的理論非常吻合；氘核能量較高時(shí)或靶原子核較重時(shí)，核相互作用的能力低于伽莫夫理論的預(yù)測(cè)。（麥克米蘭后來(lái)也參與了曼哈頓工程，并因他在核物理與化學(xué)中的重要貢獻(xiàn)而獲得1951年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他本科時(shí)的導(dǎo)師是鮑林。）
1935年，奧本海默和他的首批博士生之一菲利普斯（Melba Phillips，1907-2004，1933年獲得博士學(xué)位）發(fā)表論文《氘核嬗變函數(shù)的注記》（Note on the transmutation function for deuterons），提出一個(gè)理論來(lái)解釋這個(gè)結(jié)果。這個(gè)理論采用絕熱近似，即假設(shè)碰撞過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)的熱量沒(méi)有損失。這個(gè)理論后來(lái)被稱為“奧本海默-菲利普斯過(guò)程”（Oppenheimer-Phillips process），它是早期核物理中的一個(gè)重要成果，今天仍在被使用。
中子星的極限質(zhì)量
1936年，32歲的奧本海默成為正教授。大約在這個(gè)時(shí)候，他對(duì)天體物理學(xué)產(chǎn)生了興趣。
1938，奧本海默與他的博士后瑟爾伯（Robert Serber，1909-1997）發(fā)表《關(guān)于恒星中子核的穩(wěn)定性》（On the Stability of Stellar Neutron Cores），研究了穩(wěn)定的中子核心的質(zhì)量上限。
1939年，奧本海默與學(xué)生沃爾科夫（George Volkoff，1914-2000）發(fā)表《關(guān)于大質(zhì)量中子核》（On Massive Neutron Cores），該論文進(jìn)一步證明中子星的質(zhì)量存在一個(gè)極限；超過(guò)這個(gè)極限，中子星將無(wú)法保持穩(wěn)定，而是會(huì)在引力的作用下不受阻礙地收縮。
由于這個(gè)工作以托爾曼（Richard Tolman，1881-1948）1934年與1939年的工作為基礎(chǔ)，這個(gè)極限被稱為“托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限”（Tolman–Oppenheimer–Volkoff limit），簡(jiǎn)稱TOV極限（TOV limit）。
奧本海默與沃爾科夫的論文只考慮了中子之間的簡(jiǎn)并壓，因此得到的TOV極限只有0.7個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。然而，熱壓與中子之間的強(qiáng)作用力被忽略了。后來(lái)的研究考慮了這些因素，得到的TOV極限在1.5到3個(gè)太陽(yáng)之間。
極端致密物質(zhì)的物態(tài)方程非常復(fù)雜，因此TOV極限的精確值一直無(wú)法被確定；現(xiàn)在人們可以肯定這個(gè)值可以超過(guò)2個(gè)太陽(yáng)，因?yàn)橛^測(cè)上已經(jīng)確認(rèn)了這么重的中子星。對(duì)雙中子星并合事件GW170817的研究則表明中子星的TOV極限可以超過(guò)2.17個(gè)太陽(yáng)。
雖然奧本海默與托爾曼是好友，且其工作受到托爾曼的工作的影響，但他還是在后來(lái)插足了托爾曼的婚姻。他與托爾曼的妻子露絲·托爾曼（Ruth Tolman，1893-1957）于1928年認(rèn)識(shí)（1924年，露絲與托爾曼結(jié)婚），二人先是成為朋友，然后在二戰(zhàn)結(jié)束后成為情人。托爾曼是鮑林博士期間的兩位導(dǎo)師之一。他居然先后插足師徒倆的婚姻，也是絕了。
這個(gè)感情并未持續(xù)很久，因?yàn)閵W本海默很快就離開(kāi)Caltech，于1947年開(kāi)始擔(dān)任普林斯頓高等研究所（Institute for Advanced Study，IAS）的所長(zhǎng)。1948年，托爾曼因?yàn)樾呐K病而病逝，奧本海默與露絲繼續(xù)保持?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)的交往。電影《奧本海默》中，奧本海默反駁“托爾曼死于心碎（傷心）”的傳言，即與此相關(guān)。
黑洞：大質(zhì)量天體的持續(xù)收縮
1915年底，愛(ài)因斯坦建立廣義相對(duì)論。不久后，史瓦西（Karl Schwarzschild，1873-1916）得到球?qū)ΨQ靜止天體附近的時(shí)空的度規(guī)（無(wú)窮小距離的平方）的表達(dá)式，即“史瓦西度規(guī)”。
史瓦西度規(guī)的表達(dá)式在兩個(gè)地方成為無(wú)窮大，一處為半徑為零處，另一處為半徑等于2GM/c2處。后者被稱為“史瓦西半徑”、“引力半徑”或球?qū)ΨQ靜止不帶電天體的“事件視界”。此處的無(wú)窮大可以通過(guò)采用其他坐標(biāo)來(lái)消除。不過(guò)，半徑為零處的無(wú)窮大無(wú)法被消除，如果物質(zhì)濃縮到這個(gè)點(diǎn)上，其密度就是無(wú)窮大，這就是“奇點(diǎn)”。（用后來(lái)被發(fā)展出來(lái)的時(shí)空幾何學(xué)的語(yǔ)言描述就是：測(cè)地線在奇點(diǎn)處斷裂。）
球?qū)ΨQ靜止不帶電黑洞（史瓦西黑洞）的示意圖。圖中心紅點(diǎn)為奇點(diǎn)（Singularity），此處密度為無(wú)窮大；邊界為事件視界（Event Horizon），事件視界到中心的距離為史瓦西半徑（Schwarzschild radius）。來(lái)源：Sandstorm de
1939年，愛(ài)因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）發(fā)表論文《關(guān)于大質(zhì)量球?qū)ΨQ靜止系統(tǒng)》（On a Stationary System with Spherical Symmetry Consisting of Many Gravitating Masses），用廣義相對(duì)論證明黑洞不會(huì)產(chǎn)生。
同年，奧本海默與其博士研究生斯奈德（Hartland Snyder，1913-1962）以?shī)W本海默與沃爾科夫不久前的論文為基礎(chǔ)，用廣義相對(duì)論研究了質(zhì)量超過(guò)TOV極限的恒星的收縮，與9月1日發(fā)表了論文《論持續(xù)引力收縮》（On Continuing Gravitational Contraction）。
奧本海默和斯奈德在這篇論文中證明：質(zhì)量足夠大的恒星耗盡核燃料后，將在自身引力作用下持續(xù)收縮，并縮進(jìn)史瓦西半徑以內(nèi)。
在史瓦西半徑處以及其內(nèi)，連光都無(wú)法逃脫，因此整個(gè)天體就成為一片黑。這樣的天體在后來(lái)被稱為“黑洞”。奧本海默和斯奈德的這篇論文實(shí)際上首次在廣義相對(duì)論的框架內(nèi)明確提出黑洞會(huì)形成。
奧本海默和斯奈德在這篇論文中還很具體地指出：在恒星收縮的過(guò)程中，它表面的引力強(qiáng)度也越來(lái)越大，星光受到的引力紅移也越來(lái)越顯著，遠(yuǎn)處的觀測(cè)者探測(cè)到的星光也越來(lái)越紅，逐漸成為長(zhǎng)波輻射；遠(yuǎn)處的觀測(cè)者看到的恒星收縮到史瓦西半徑處的過(guò)程需要耗費(fèi)的時(shí)間將變?yōu)闊o(wú)窮大，因此永遠(yuǎn)看不到這個(gè)結(jié)果；不過(guò)，隨著恒星表面收縮而一起下落的觀測(cè)者（“共動(dòng)觀測(cè)者”）依然會(huì)感受到時(shí)間流逝（本文作者注：前提是沒(méi)有被潮汐力撕碎或弄死），只需要1天左右就可以感受到自己落到史瓦西半徑處。這些結(jié)論至今都沒(méi)有過(guò)時(shí)。
宇航員從外向內(nèi)穿過(guò)黑洞事件視界（對(duì)于球?qū)ΨQ靜止不帶電黑洞，事件視界就是史瓦西半徑）的想象圖。遠(yuǎn)處的觀測(cè)者無(wú)法看到他抵達(dá)事件視界，但他自己可以看到自己接近事件視界并穿入。圖片來(lái)源：Roen Kelly
奧本海默和斯奈德的這篇論文沒(méi)有提到愛(ài)因斯坦幾個(gè)月前的論文，他們很可能在當(dāng)時(shí)還沒(méi)看到愛(ài)因斯坦那篇論文，也可能覺(jué)得不宜或不必直接反駁愛(ài)因斯坦。
電影《奧本海默》展現(xiàn)了奧本海默等人為這篇論文的出版而歡慶的場(chǎng)面。電影借其中的人物之口說(shuō)，希特勒發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)的消息搶走了這篇論文的風(fēng)頭。實(shí)際上，即使沒(méi)有這件大事?lián)岋L(fēng)頭，這篇文章在當(dāng)時(shí)的整個(gè)學(xué)術(shù)界也無(wú)法激起浪花，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的物理學(xué)界普遍在研究與量子力學(xué)有關(guān)的課題，廣義相對(duì)論在當(dāng)時(shí)是一個(gè)冷門(mén)研究領(lǐng)域。
何況，奧本海默和斯奈德的論文得到的結(jié)論在當(dāng)時(shí)也不受研究廣義相對(duì)論的學(xué)者的認(rèn)可?？峙逻B奧本海默自己也不會(huì)為此有多高興，他此后再也沒(méi)有進(jìn)行這個(gè)領(lǐng)域的研究。
直到幾十年后，天文學(xué)家根據(jù)觀測(cè)才逐漸確定宇宙中確實(shí)存在黑洞。2017年，一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)將世界上多個(gè)亞毫米波望遠(yuǎn)鏡（臨時(shí)）組合為“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（Event Horizon Telescope），拍攝了星系M87核心的超大質(zhì)量黑洞，得到了人類的第一張黑洞照片。
事件視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的M87核心的超大質(zhì)量黑洞（圖中心黑色區(qū)域）與其周?chē)l(fā)出大量輻射的物質(zhì)。此圖為偽色圖像，使用不同顏色表示不同溫度的物質(zhì)發(fā)出的亞毫米波輻射。圖片來(lái)源：Event Horizon Telescope
后代物理學(xué)史專家普遍認(rèn)為奧本海默一生中最重要的貢獻(xiàn)就是預(yù)言黑洞必然形成的這個(gè)工作。不過(guò)奧本海默本人卻不這么認(rèn)為，他認(rèn)為他最重要的工作是關(guān)于電子與正電子的。
世界欠他一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)
奧本海默在1946年、1951年和1967年三次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)提名，但未獲獎(jiǎng)。
奧本海默在科學(xué)研究領(lǐng)域獲得的唯一獎(jiǎng)項(xiàng)是1963年的“恩里科·費(fèi)米獎(jiǎng)”（Enrico Fermi Award）。獲獎(jiǎng)理由是他在理論物理學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)與關(guān)鍵年份中在原子彈制造方面的貢獻(xiàn)。泰勒（Edward Teller，1908-2003）提名他作為獲獎(jiǎng)?wù)?，以修補(bǔ)二者之間的裂痕。盡管這個(gè)獎(jiǎng)有為奧本海默進(jìn)行一定程度平反的政治姿態(tài)在內(nèi)，但以他的科學(xué)成就與其對(duì)原子彈制造的貢獻(xiàn)，獲獎(jiǎng)實(shí)至名歸。電影《奧本海默》中，垂垂老矣的奧本海默被掛上獎(jiǎng)?wù)?，摯友拉比蹣跚著走過(guò)來(lái)和他握手；泰勒也過(guò)來(lái)握手，奧本海默與他握手。這是這部電影中最感人的幾個(gè)場(chǎng)景之一。
1968年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主阿爾瓦雷斯（Luis Alvarez，1911-1988）認(rèn)為，如果奧本海默能夠活到黑洞被觀測(cè)證實(shí)，他有可能因?yàn)樗谥凶有桥c黑洞方面的工作而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
但他顯然沒(méi)有等到這一天。他嗜煙如命，因此得了喉癌，在不成功的放射性治療與化學(xué)治療之后，于1967年2月18日病逝，享年62歲（未到63歲生日）。
1946年的奧本海默，煙不離手。圖片來(lái)源：Ed Westcott (U.S. Government photographer)
2020年，彭羅斯（Roger Penrose，1931-）因?yàn)橛脟?yán)格的數(shù)學(xué)方法證明黑洞必然會(huì)形成而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而早在1939年，奧本海默和斯奈德就從物理上首次證明了這個(gè)觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)彭羅斯8歲。
只活到1988年的阿爾瓦雷斯都認(rèn)為奧本海默有資格因?yàn)轭A(yù)言黑洞形成而獲得諾貝爾獎(jiǎng)?，F(xiàn)在，對(duì)比用數(shù)學(xué)方法證明黑洞會(huì)形成而獲諾獎(jiǎng)的彭羅斯，我們更可以肯定：世界確實(shí)欠奧本海默一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
他是優(yōu)秀的物理學(xué)家嗎？
奧本海默的科研生涯并不長(zhǎng)。從1926年開(kāi)始發(fā)表重要論文到1950年停止發(fā)表論文，前后只有大約25年時(shí)間。
在這25年時(shí)間內(nèi)，他的研究還經(jīng)常中斷或被干擾：1942年-1945年，他因?yàn)轭I(lǐng)導(dǎo)曼哈頓工程而基本中斷了自己的研究；1947年開(kāi)始，他成為IAS的所長(zhǎng)，并擔(dān)任美國(guó)原子能委員會(huì)（U.S. Atomic Energy Commission）的綜合咨詢委員會(huì)（General Advisory Committee）主席；1949年與1950年，他參與關(guān)于氫彈的辯論。這些行政職務(wù)與辯論顯然大大壓縮了奧本海默能夠用于做研究的時(shí)間。事實(shí)上，1945年回到Caltech時(shí)，他就發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)無(wú)法靜心做研究了，這應(yīng)該是他后來(lái)樂(lè)于從事管理有關(guān)的職務(wù)的原因。
1942年，領(lǐng)導(dǎo)曼哈頓工程期間的奧本海默（右）與格羅夫斯（Leslie Groves Jr.，1896-1970）將軍（左）。圖片來(lái)源：Los Alamos National Laboratory
可以說(shuō)，奧本海默的最后一個(gè)重要工作是1939年預(yù)言黑洞必然形成的工作。因此他活躍在物理學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域的時(shí)間只有大約14年。即使在這14年間，他也因?yàn)榕d趣過(guò)于廣泛（拉比委婉地說(shuō) “奧本海默在科學(xué)傳統(tǒng)之外的領(lǐng)域受了過(guò)多的教育”）而未能將注意力全部用于物理學(xué)，這是非?？上У?。
回顧他傳奇的一生，他只用1年就讀完博士，指出狄拉克的錯(cuò)誤時(shí)才26歲，在35歲時(shí)就完成了中子星極限質(zhì)量與黑洞形成的先驅(qū)性工作，奠定了他在物理學(xué)領(lǐng)域的地位。
在UCB期間，奧本海默憑借其出色的物理學(xué)才能與管理才能，將UCB的理論物理學(xué)提升到世界一流的水平（電影《奧本海默》中，聽(tīng)證會(huì)上官員問(wèn)他為何去歐洲學(xué)習(xí)，UCB的物理就是一流的。奧本海默回答：是的，那是我建立的。），并培養(yǎng)了眾多博士研究生，其中一部分成為著名的物理學(xué)家。
有人認(rèn)為奧本海默沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何值得發(fā)現(xiàn)的東西，沒(méi)有成為優(yōu)秀的物理學(xué)家。這個(gè)評(píng)價(jià)并不公平。雖然他在物理學(xué)領(lǐng)域的成就比不上愛(ài)因斯坦、玻爾、海森堡等人，但他依然是一位優(yōu)秀甚至杰出的物理學(xué)家。正如上面所說(shuō)，他在黑洞方面的工作就夠得上獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他只是不夠長(zhǎng)命。
不過(guò)，即使他長(zhǎng)命百歲也等不到獲得諾貝爾獎(jiǎng)。2020年，彭羅斯因?yàn)楹诙传@諾獎(jiǎng)時(shí)，如果奧本海默還活著，就是116歲了。至今也沒(méi)有這么長(zhǎng)命的諾貝爾獎(jiǎng)得主。我們只能遺憾地說(shuō)，諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)有時(shí)候過(guò)于謹(jǐn)慎保守了。
盡管如此，我們也應(yīng)該明白，一個(gè)科學(xué)家的貢獻(xiàn)不能以他是否獲得諾貝爾獎(jiǎng)為衡量依據(jù)。如果他做出了足以獲得諾貝爾獎(jiǎng)的工作，就足以說(shuō)明他的杰出，也足以被后世紀(jì)念。
因此，奧本海默對(duì)物理學(xué)與天文學(xué)的重要貢獻(xiàn)值得被后代銘記。
本文轉(zhuǎn)載于公眾號(hào)返樸《電影之外的奧本海默：他不只是原子彈之父，世界還欠他一個(gè)諾獎(jiǎng)》
