科技骗局10：1967年贝尔发现脉冲星被导师窃取诺奖

人类科技史、金融史、战争史上不乏骗局，从古代到今天、估计未来一直都会有。虚假的证据、论文、技术、产品层出不穷，许多名人、学者、专家深陷“造假门”、“欺骗门”、“剽窃门”等不端行为。种种恶行像警钟一样告诫后来者——科研没有捷径。严谨的科研，需要多一点认真与负责，多一点复现和普及。如果不能复现、质疑、讨论、普及，那将被个别人利用或作恶。国内外的科技骗局还时不时在上演，虽然未被曝光、没有广泛传播的不为人知，但很多被广泛报道的事件轰动一时，令世人震惊。下面罗列一些典型的著名骗局。

10 | 1967年贝尔发现脉冲星被导师窃取诺奖

被遗忘的脉冲星发现者——诺贝尔委员会的性别歧视案。1967年8月8日，剑桥射电天文台的女研究生苏珊·乔斯林·贝尔在长长的记录纸带上发现一个奇怪的“干扰”信号。直到11月28日，贝尔才成功地记录下这个射电源的节奏：它每隔1.33秒向地球发出一个脉冲。她的导师休伊什认为这有可能是地外文明——外星“小绿人”——发出的信号。可进一步观测表明，那是一种新型的天体。这个天体发出脉冲的频率精确得令人难以置信。贝尔在过去的观测资料中又找出了3个脉冲星。1968年2月，贝尔和休伊什联名在《自然》杂志上报告脉冲星的发现，认为脉冲星就是物理学家预言的中子星。这是20世纪的重大发现，可是1974年诺贝尔物理学奖桂冠却只戴在导师休伊什的头上，贝尔竟被完全忽略了。诺贝尔委员会的这一行为受到很多科学家的指责，成为诺贝尔奖历史上著名的丑闻。

图18：脉冲星之母，英国皇家学会院士乔瑟琳•贝尔

【脉冲星是什么？】

脉冲星，就是旋转的中子星，有很多特点都超出人类的想象，甚至可以用惊人来描述，脉冲星的密度大、温度高、压力大、磁场强，已经超出科学家们的认知，打开了一个全新的领域。脉冲星是宇宙最为神秘的天体，科学家对于脉冲星的兴趣甚至大过黑洞，研究脉冲星也具有极大的科学意义。例如，验证爱因斯坦预言的引力波的存在，验证科学家预测的更多的脉冲星的存在。

1967年，乔瑟琳·贝尔(Jocelyn Bell)博士在检测射电望远镜收到的信号时，无意中发现狐狸星座有一颗星会发出一种周期性的电波、有规律的脉冲信号。它们的周期十分稳定，起初还以为是外星人发来的信号，但是在接下来的时间里，又陆续发现数个同样的脉冲信号。后来经过仔细分析，科学家确认这是一类新的未知天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，就把它命名为脉冲星。后来为了纪念真正的发现者，这颗脉冲星被命名为贝尔脉冲星CP 1919。

时至今日，人类发现第一颗脉冲星已过去54年。1967年10月的一个夏日，剑桥大学射电天文台正在进行星空无线电信号流量变化研究，即射电闪烁，负责执行望远镜观测和数据分析的科研人员是乔瑟琳•贝尔 (Jocelyn Bell)，一位来自爱尔兰的24岁女博士研究生。她夜以继日地工作，在大量并纷乱的记录纸带上仔细摸索射电闪烁信号的特征，这是太阳系带电介质干扰星空无线电传播的结果，其流量呈现出秒量级的准周期变化。此现象可以类比于“天上的星星在眨眼”，这源于地球大气层扰动引发的光学波段的闪烁。然而，贝尔偶然察觉到一个奇怪而且周期极其规则的“干扰”信号——每隔1.33秒的精准时间的脉冲信号。这令她十分诧异，难道宇宙的“心电图”存在“人为故意”的钟表准时效应？

得知这一令人难以置信的观测分析，她的导师剑桥大学卡文迪许实验室的安东尼·休伊什(Antony Hewish)教授猜想这可能是外星“小绿人”发出的摩尔斯电码，在向地球呼叫。然而，进一步查找观测数据表明，这个脉冲信号的频率极其精确；接下来，贝尔和同事又发现不同天区的另外3个周期各异的脉冲信号源；所以这排除了外星人信号，因为不可能有三个“小绿人”在不同方向、同时向地球发射不同的脉冲信号。再经过射电望远镜的色散测量，贝尔给出脉冲星距离地球大约是几万光年，这意味着脉冲信号源于银河系起源的天体。经过一番努力，贝尔和休伊什在英国《自然》杂志上发表脉冲星发现的论文，并认为脉冲星就是物理学家预言的超级致密的中子星(也许是夸克星或其它核物态致密星)。消息很快轰动了世界科学界，这是不曾奢望而极其意外的发现，堪称是20世纪的一个重大发现，为天文学和天体物理研究开辟了新的领域，而且对现代物理学的验证产生了深远影响，并被誉为20世纪天文学的四大发现之一(另三个发现是：星际分子，类星体，宇宙微波背景辐射)。

【脉冲星有什么特点？】

1.小得出奇

脉冲星无例外地都是很小的，它的典型直径只有10公里，也就是说，小小中子星的“腰围”只有30多公里，相当于一辆汽车以普通速度行驶1小时的距离。可是，就是这么颗小个子恒星，却有那么多的极端的物理条件，也真是够惊人的！

2.脉冲周期短

已观测到的最长的脉冲周期，只有4.3秒，最短的约2毫秒，即千分之二秒。换句话说，脉冲星的自转都特别快，从4.3秒转一圈到1秒钟转500圈！发射脉冲的持续时间大致是其周期的1/10至1/100。

3.密度大

密度一般用1立方厘米有多少克来表示，如果我们从脉冲星上面取下1立方厘米物质，称一下，它可重1亿吨以上、甚至达到10亿吨。假定我们地球的密度也达到这种闻所未闻的惊人程度的话，那它的平均直径就不是12740公里，而是一二百米或更小。

4.温度高

据估计，脉冲星的表面温度就可以达到1000万度，中心还要高数百倍，譬如说达到60亿度。我们以太阳来作比较，就可以有个稍具体的概念：太阳表面温度6000摄氏度不到，越往里温度越高，中心温度约1500万度。

5.压力大

我们地球中心的压力大约是300多万个大气压，即我们平常所说的1标准大气压的300多万倍。脉冲星的中心压力据认为可以达到10000亿亿亿个大气压，比地心压力强30万亿亿倍，比太阳中心强3亿亿倍。

6.辐射强

太阳一刻不停地向四周辐射出大得惊人的能量，到达地球的只是其中的22亿分之一。即使如此，地球生物和我们人类获益匪浅。而脉冲星的辐射能量平均为太阳的百万倍。

7.强磁场

在地球上，地球磁极的磁场强度最大，但也只有0.7高斯，太阳黑子的磁场更是强得不得了，约1000～4000高斯，而大多数脉冲星表面极区的磁场强度就高达10000亿高斯，甚至20万亿高斯。

【脉冲星有多可怕？】

天文学家曾发现过一颗有史以来最明亮的脉冲星，他们几乎误把它当成一个黑洞。在测量它的输出后，天文学家震惊了！它的输出能量相当于1000万个太阳。也就是说，它拥有匹敌黑洞的能量，但质量却要少得多，不可思议。脉冲星会周期性发射脉冲信号，如果地球略过它的身边，它不会像黑洞那样直接把地球吸进去，而是在吸引地球的同时，将地球几乎撕裂成碎片，强大的脉冲也会周期性给地球强烈的震动，地球会在无尽的折磨中被融化于脉冲星中。

【脉冲星研究的意义】

脉冲星都是我们银河系内的天体，距离一般都是几千光年，最远的达55000光年左右。根据一些学者的估计，银河系内脉冲星的总数至少应该在20万颗以上，到80年代末，已经发现的还不到估计数的千分之五。脉冲星从发现至今，只有短短二三十年的时间，尽管如此，不论在推动天体演化的研究方面，在促进物质在极端条件下的物理过程和变化规律的研究方面，它已经为科学家们提供了非常丰富而不可多得的观测资料。同时，它也在这个新开拓的领域内，向人们提出一连串的问题和难解的谜。

1.脉冲星为什么是宇宙的灯塔和空间天然实验室：

50年来，天文学家已经观测到2700多颗各种类型的脉冲星，它们是转动的中子星，而最快转动的周期居然达到毫秒量级，1.4毫秒。现在已知，中子星是大质量恒星的演化产物，相当于十几个太阳的恒星在其核能燃烧耗尽以后，将经历超新星爆发，期间星体的核心部分塌缩成高度致密的中子星，其质量大约一个太阳，而半径只有约10千米。形象地比喻：中子星相当于太阳系的全部质量压缩到北京市区的范围。其密度惊人的高，一个乒乓球大小的中子星物质相当于喜马拉雅山的质量！其磁场也是超高，达到万亿高斯，即地磁场的万亿倍。所以，脉冲星可以作为天然的实验室，用来检验极端物理环境下的物质运动规律，诸如验证强引力场的爱因斯坦广义相对论效应，包括引力波现象。中子星的高度致密物质物态还是检验核物理理论的极佳场所；其强磁场导致的电磁辐射现象也是等离子体物理的研究领域。

脉冲星为什么发射脉冲信号？研究发现，电磁辐射来自于其强磁场的极冠区，当中子星转动时，磁极冠发出的电磁信号像海岸上的灯塔一样，扫过星空。每当脉冲星辐射扫过地球，地面的射电望远镜就收到一个信号，因此天文学家记录到像“心电图”一样的系列脉冲。此外，脉冲星的转动是高度稳定的，其周期变慢一秒大约需要千万年时间，这与实验室制备的氢原子钟一样稳定，堪称宇宙最精准的钟或“宇宙灯塔” 。基于这一性质，脉冲星可以作为导航时间信标参考。不久前我国发射的脉冲星导航试验卫星XPNAV-1就是应用案例。50年来的观测表明，脉冲星在射电、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等多个电磁波频段产生辐射，为此天文学家在地面和太空设置大量的探测设备，用于监测和研究其运动和演化性质，例如：在我国贵州已经落成的500米口径射电望远镜(FAST)；这一方面提升人类认识宇宙的能力，另一方面，通过这些高科技设施和装置的建设，提升我国工业体系的现代化能力。

2.脉冲星如何验证爱因斯坦预言和引力波的存在：

在地球上和太阳系里，爱因斯坦广义相对论的四个预言得到验证，包括光线在引力场偏折，近星点进动，引力红移，雷达回波延迟；2016年，引力波的直接证据被美国激光干涉引力波天文台(LIGO)所证实。在此之前，天文学家采用脉冲星双星系统间接展示了轨道收缩现象，这是爱因斯坦引力波的预言。1974年，激动人心的消息来自美国波多黎各山谷的阿雷西博天文台(Arecibo Observatory)，这里安装了当时世界最大的单口径(300米)射电望远镜。两名普林斯顿大学天文学家泰勒(J.Taylor)和赫尔斯(R. Hulse)首次发现脉冲星双星系统(命名PSR1913+16)。此发现是一个天赐良机，可用它来检验爱因斯坦关于引力波的预言。双星绕转运动将辐射引力波，导致能量和角动量损失，双星轨道收缩。这个效应很小，无法在太阳系测到，但在脉冲星双星系统应当可以测到，对于脉冲星双星系统，其轨道收缩量每年几个厘米，就可以由射电望远镜测量出来。脉冲星双星系统PSR1913+16由两颗中子星组成，其中一颗发射脉冲信号，它们轨道周期为7.75小时，通过对其周期变率的测定后得到与爱因斯坦理论预言符合的结果。此消息一经传出，世界为之轰动，在地面上不易验证的爱因斯坦理论，在遥远的脉冲星系统找到了证据。这好比牛顿关于苹果下落的猜想，印证月球围绕地球转动的理论。为此，泰勒和赫尔斯获得了1993年度诺贝尔物理学奖。一种天体的发现能获2次诺贝尔奖，绝无仅有。这次诺贝尔奖委员会已有前车之鉴，赫尔斯发现脉冲双星时也是学生，但这次与导师一起获奖。

2004年，不负众望，天文学家又取得了突破性进展。澳大利亚帕克斯(Parkes) 64米口径天文望远镜发现了一对互相绕行的脉冲星，命名为PSRJ0737-3039A/B，距离地球2000光年。它们轨道周期仅为2.4小时，相距100万公里的这两颗中子星都发射电磁波，这是已知的唯一一对相互环绕的可观测射电脉冲双星系统。与先前发现的脉冲双星相比，PSRJ0737-3039A/B轨道周期更短，引力辐射更强，是一个优越的引力波实验室。美国GBT望远镜(Green Bank Telescope，100米口径)对双脉冲星长达三年的精确测量，得到双星的间距以每天7毫米的速度变小，这与广义相对论引力波预言的结论一致，其测量误差在0.05%以内，这是目前为止对广义相对论最精确的检验。

3.中国建成世界最大单口径射电望远镜研究脉冲星

2011年3月25日开工建设，2016年9月25日落成启用，2021年3月31日正式对全球科学界开放，迄今世界最大且最灵敏的单口径射电望远镜——被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)，灵敏度是此前世界第二大的美国阿雷西博望远镜2.5倍以上。天文学家根据灵敏度测算，它能有效探索的空间范围扩大约4倍，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限，目前已能接收到100多亿光年以外的电磁信号。“中国天眼”就像一口大锅，其身形：(1)大——反射面由4450个反射单元构成，总面积为25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。如果把它看成是一口盛满水的锅，容量够全世界每个人分到4瓶水。(2)巧——30吨的馈源舱通过6根钢索控制，可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位。(3)强——能看见更遥远暗弱的天体，它1分钟就能发现的星体，即使把坐标提供给百米口径的射电望远镜，对方也要9分钟才能看见。(4)精——500米的尺度上测量角度精确到8角秒，10毫米的定位精度要求最高做到了3.8毫米。

截至目前，“中国天眼”已发现300多颗脉冲星，脉冲星就是旋转的中子星，因不断地发出电磁脉冲信号而得名，其密度每立方厘米相当于1万艘万吨巨轮的质量压缩起来，那是一个地球上无法想象的、类似科幻小说《三体》里“水滴”的世界，从脉冲星中遴选出脉冲信号稳定的毫秒脉冲星，将来有望应用于星际导航。如果你要走到火星甚或走出太阳系、银河系，根本无法用地球上的GPS去导航，但如果能知道宇宙中很多脉冲星的位置，就可以通过它来定位、导航。

2017年10月10日，国家天文台召开发布会，宣布探测到数十个优质脉冲星候选体，其中6颗通过国际认证。(其余的正在用其它望远镜逐个认证)不过这次发布会是几周前准备的，所以这次只宣布了两颗，一颗编号 J1859-0131 (又名FP1-FAST pulsar #1)，自转周期为1.83秒，据估算距离地球1.6万光年；一颗编号 J1931-01 (又名FP2)，自转周期0.59秒，据估算距离地球约4100光年。两颗脉冲星分别由FAST于今年8月22日、25日在南天银道面通过漂移扫描发现。这是中国人第一次使用自己的望远镜找到新的脉冲星。

1967年乔瑟琳·贝尔(Jocelyn Bell)博士人类历史上发现第一颗脉冲星CP 1919的50年后，中国人才用自己的射电望远镜FAST发现了第一颗新脉冲星。而在如此短时间内发现这么多颗脉冲星，足见“天眼”实力之强。未来5年这一数字有望达到1000颗，甚至有望帮助人类发现银河系外的第一颗脉冲星。

【诺贝尔奖的脉冲星发现者】

划时代的科学发现意义重大，诺贝尔奖委员会选出的脉冲星发现者竟然是她的导师。1974年，贝尔的导师休伊什因发现脉冲星独自享受诺贝尔物理学奖，这次授奖引起国际天文学界和英国媒体的轩然大波。巨大的荣誉分歧浮出水面，这被认为是诺贝尔奖历史上最不公平的结果之一，以至于媒体将其称为“名副其实的诺贝尔奖”，其英文表述耐人寻味"The No Bell - Nobel Prize"，中文意思是“没有贝尔的诺贝尔奖”。

显而易见，诺贝尔奖引发舆论一片哗然，脉冲星发现的皇冠只戴在导师休伊什的头上，完全忽略贝尔的研究贡献。英国著名天文学家霍伊尔爵士(Sir Fred Hoyle)在伦敦《泰晤士报》发表谈话，他认为，贝尔应同休伊什共享诺贝尔奖，并对诺贝尔奖委员会授奖前的调查工作欠周密提出批评，甚至认为是诺贝尔奖历史上一桩丑闻、性别歧视案。霍伊尔还认为，贝尔的发现是非常重要的，但她的老板竟把这一发现的原始资料扣压半年，从客观上讲就是一种盗窃。更有学者调侃，“贝尔小姐做出的卓越发现，让他的导师休伊什赢得了诺贝尔物理奖”。英国焦德尔班克(Jodrell Bank)射电天文台的天文学家史密斯(F. Smith)指出，脉冲星是贝尔发现的，但休伊什在这一发现过程中发挥了重要作用。著名天文学家曼彻斯特(R. Manchester)和泰勒(J. Taylor，1993年诺贝尔奖得主)所著《脉冲星》一书的扉页上写道：“献给乔瑟琳•贝尔，没有她的聪明和执着，我们不能获得脉冲星的喜悦。”凡此评论，不胜枚举。关于脉冲星真正发现者的争论和对诺贝尔奖委员会的质疑，也经历了50年的众说纷纭。回首往事，作为导师的休伊什认为学生的发现是外星人的呼叫信号，真是滑稽。但他却隐瞒原始资料半年多并获得诺贝尔奖，真正的发现这些贝尔失去殊荣，令人深感惋惜。如果没有贝尔对“干扰”信号一丝不苟的追究，人类可能推迟或错过脉冲星的发现。

贝尔曾访问北京，并谈起脉冲星的发现经历和对诺贝尔奖的看法。她感慨万分，脉冲星发现后不久，她就被迫离开了剑桥大学。沉默一段时间后，她有了下面的陈述。1960年代，剑桥大学乃至英国存在导师忽视学生科学贡献的倾向，特别是女学生欠缺公正待遇。1993年，两位美国天文学家因发现脉冲星双星而荣获诺贝尔奖时，这次诺贝尔奖委员会格外小心，特别邀请她参加了颁奖仪式，算是一种补偿吧。离开剑桥后，她和休伊什从来没有再合作，直到1980年代，她们才在一次国际会议上相见，并握手言和；在2007年纪念脉冲星发现40年的国际会议上，她们一起出席会议，在大会开幕式上，与会者全体起立鼓掌向贝尔致礼。脉冲发现以来，虽然错失诺贝尔物理学奖，她荣获了十几项世界级科学奖，成为英国的“科学大使”。贝尔仍然被学术界尊称为“脉冲星之母”，50年来她获得诸多奖章和头衔，诸如，曾担任英国皇家物理学会会长、英国皇家天文学会会长，被英国伊丽莎白女王授予“女爵士”头衔，2014年起她担任爱丁堡皇家学会会长。贝尔女士曾经多次来华访问，一直关注我国500米口径射电望远镜的建设，并给予科学与技术方面的指导意见。

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