通常我們談到物理諾貝爾獎的工作，都有“望塵莫及”的感覺，因為那些工作很多包含了理論或實驗方法的重大創新，只有“內功”深厚的物理學家才可能做到。但是讀完２０１１的得獎工作，我不禁想問：真的只有“天才”或幸運兒方與諾貝爾獎有緣嗎？

２０１１年的物理諾貝爾獎的一半頒給了美國的佩爾馬特（Saul Perlmutter），另一半由澳大利亞的施密特（Brian P. Schmidt）和美國的里斯（Adam G. Riess）分享。這三位物理學家領導了兩個實驗團隊，通過觀測遙遠的超新星發現了宇宙的加速膨脹。關於這個得獎工作，中國天體物理學家陳學雷寫了一篇很好的科普：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3061&do=blog&id=493335 我強烈建議對有關物理感興趣的讀者去看一看。在這裡我就不重複那些精彩的故事和引人入勝的物理原理了，而是非常簡單地介紹一下這個工作的內容。

宇宙加速膨脹是宇宙學中一個重大課題。它提示了“暗能量”的存在。而“暗能量”是廣義相對論中的一個概念。它與引力的作用相反，能引起宇宙的膨脹加速。這聽起來是很艱深專門的理論。但這個得獎工作實際非常簡單易懂：它就是測量了遙遠的超新星的距離和退行速度。

人們很早就發現，有一類超新星（１ａ型），因為其生成原理，它們的亮度都一樣。所以就可以用來作為“標準燭光”，也就是說，由於本體亮度是已知的，觀測到的亮度就可以換算成距離。而這種超新星非常亮，所以我們能看到非常遙遠的星體。通過觀測這些超新星的亮度（反映距離）和頻譜紅移程度（反映退行速度），我們就能得到宇宙膨脹的速度。由於這些遙遠的星體代表了過去的時間，通過觀測在不同距離上星體退行的速度，就能得出宇宙膨脹速度隨時間的變化。以前流行的宇宙學理論認為，在“大爆炸”以後，萬有引力會減慢宇宙膨脹的速度。至於最後宇宙是否由膨脹轉為收縮，則取決於總質量。但是這兩個團隊的超新星觀測卻發現，宇宙膨脹不是減慢，而是加速了。這就支持了當時還處於初級階段的“暗能量”理論。當然“暗能量”的存在及其理論基礎廣義相對論目前都只是多種宇宙學理論的選項之一，其中還有很多懸而未決的重大問題。但“宇宙加速膨脹”這個發現對於宇宙論的巨大影響已經是定論了。

由於超新星的出現持續時間很短而且不可預測，以前很難收集足夠的觀察事件。而佩爾馬特首創了“成批觀測”的方法。他先用比較小型的望遠鏡觀察大片天空，比較幾個星期前後的圖像來發現亮度增加的超新星。因為幾率的原因，這種方法總能找到一些候選者。所以他就有足夠的理由預訂大型望遠鏡（包括哈勃空間望遠鏡）的使用時間來進行追蹤研究。後來別人又發現了超新星本身亮度與其亮度變化時間尺度的關係，從而可以修正本身亮度的不同，使得可用的觀察數據大大增加。施密特小組也通過統計分析找到了通過光譜分析來修正宇宙塵埃吸收造成的亮度偏差的方法。這兩個小組在最後數據分析中，也通過種種佐證和分析排除了一些誤差的可能，並仔細標定了由此測得的宇宙參數的誤差範圍和置信度。最後，由於他們得出的“膨脹加速”的結論是如此出乎意外，只有當兩個小組獨立得出同樣結論時才被學界接受。

從歷史上看，在三十年代發現超新星時，人們就考慮將之用於“標準燭光”。1979年有人定量地證明，使用當時的望遠鏡技術就可以在合理的時間內收集足夠數據解決宇宙膨脹速度變化的問題（當時大家關心的不是暗能量而是宇宙膨脹減速的現象）。八十年代初發現了1a型超新星的亮度更加穩定，這條路就更有希望了。1989年丹麥科學家報告，經過兩年的努力找到了第一個遙遠的1a型超新星。佩爾馬特小組於1988年開始了他們的工作。開始並不順利，到1992年才找到他們的第一顆超新星。但後來在1994年他們想出了“成批觀測”的方法，數據收集速度就大大加快了。1995年他們發表了第一批結果（當時還沒有包括暗能量非零的結論）。也在1995年，佩爾馬特與同事提出，根據別人在1992年發表的公式，由超新星的測量結果可以分別定出宇宙質量與暗能量。而在1997年他們發表了完整的數據和數據分析。而施密特小組從1994年底開始測量，也很快積累了他們的數據。在1998年，兩個小組分別報道了結果，指出宇宙常數等於零的模型不符合觀測結果。

可見，這個工作雖然在物理上有重大意義，但工作本身並不需要對宇宙論的深刻理解，而主要是藉助已有的想法和結果。當然他們在測量儀器，測量方法和數據處理上做了大量工作，包括發現超新星的一些規律並用之來修正觀測數據提高精度。這些工作中，有的也是很好的物理，但不是得獎的領域——宇宙學。

那麼他們得獎只是“命好”嗎？當然不是。首先，他們選擇了一個具有重大物理意義的題目。雖然他們並未預料到會發現宇宙膨脹加速的現象，但通過測量遙遠星體的退行來推算宇宙膨脹速度的變化（當時預料是減速），從而決定宇宙的未來是否會由膨脹轉為收縮，也在宇宙學上具有重大意義。而當時超新星研究的進展為解決這個問題提供了一條新路。其次，在一開始這個工作看起來是希望渺茫的。當時的丹麥科學家團隊在兩年中只找到一顆１ａ型超新星，而且還錯過了測量其亮度的時機。佩爾馬特小組開始工作後，經過四年才發現第一顆超新星，經過六年才發表第一批結果。在開始工作十年以後，他們才得到足夠的數據而能提出結論。而他們能夠鍥而不捨並爭取到資助機構和自己的團隊的長期支持，也與他們對於這個工作之重要性的堅信不移分不開。八十年代以來，天文觀測所用的儀器和數據處理工具飛速進步，而且功能更強大的望遠鏡，包括第一台空間望遠鏡“哈勃”和至今最大的科克（Keck）望遠鏡也在那個階段投入使用。這也給他們工作的成功創造了更好的條件。

宇宙學歷史上另外兩項得獎工作，也值得在這裡提出來比較一下。“大爆炸理論”的被接受，很大程度上得益於１９６４年宇宙背景輻射的發現。這個工作使潘夏斯（Arno Penxias）和威爾森(Robert Wilson)分享了１９７８年一半的諾貝爾物理獎。潘夏斯和威爾森是貝爾實驗室的科學家。他們原來是想用一台退役的衛星地面站天線來觀測銀河系中的某些輻射源。但在調試儀器時，他們發現噪聲水平比預想的稍高。經過一年多的反覆測試，甚至還專門清洗掉了天線上的鴿子遺留物，還是找不到這個“超標”噪聲的來源。後來一個偶然機會他們聽說了普林斯頓一個研究組關於宇宙起源的理論，才把那不到三度的“超標”噪聲與宇宙起源掛上了鈎，從而為“大爆炸理論”提供了有力證據。而２００６年得獎的工作，也是關於宇宙背景輻射的測量。藉助NASA的“宇宙背景探測”（COBE）衛星，他們測量了背景輻射角度分布的精細結構和紅外光譜。前一項測量揭示了宇宙早期的量子漲落，而它是星系產生的原因。後一項工作顯示背景輻射的光譜與黑體輻射非常吻合。這就給出了背景輻射與其他物質相互作用強度的一個上限。這次得獎的兩位研究者斯母特(George F. Smoot)和馬瑟（John C. Mather）都是從研究生時代就對鎖定背景輻射這個物理問題，而且藉助氣球和飛機進行了大量測量並不斷改進自己的儀器。１９７４年他們通過競爭被選入NASA的宇宙背景探測（COBE）衛星項目。１９８９年衛星發射，他們在１９９０年發表了結果。這是個近二十年的努力，主要的挑戰也是測量儀器。比較這兩項工作，雖然一個是“有心栽花”一個是“無心插柳”，但都是通過高超的工程努力，解決了重大的物理問題。

諾貝爾獎所獎勵的是工作結果的意義，而不是付出的努力。所以有的得獎工作是“十年磨一劍”，有的純粹是運氣，大多數是介於兩者之間。然而從科學家個人的角度來看，一個關鍵的問題是：“我怎樣能做到別人所做不到的工作？”其答案可能有很多種。天才，努力，運氣等都是其中的因素。“以人為鏡”，看看超新星觀測的工作，想想他們的長處在哪裡，對我們自己也不無幫助。

諾貝爾本身是可遇不可求的事。做科學不應該以諾貝爾作為最終的追求。這裡只是用諾貝爾來標誌一類科學工作：它的意義不限於這個發現本身，而是會影響到其他很多人的研究方向和方法。當然，也不是說只有作出“重大意義”工作才是好科學家。日常的，漸進的發現對於科學進步也有着重要意義。一個科學家還是應該以好奇心作為最終動力。這篇介紹，只是對這一類工作中的某幾個例子所作的一些觀察和思考。如果你把這類工作作為“成功”的目標的話，也許可以從中得到些啟發。

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