剑桥大学的科学传奇

剑桥大学里雄伟的哥特建筑雕满大大小小的都铎徽章，庞大的教学楼与高耸的教堂交相辉映，蔚为壮观。学院草坪修剪得像地毯，又厚又滑，没有一丝杂草。英国奶牛无处不在，悠闲地吃草。剑河里满是撑篙（Punting）的游人，世界各地的游客徜徉在剑桥的各条街道，把纪念品商店和快餐店全部挤爆。午夜时分的酒吧，全是游客，大家挤在狭小酒吧间，手捧一杯杜松子酒，兴奋地交谈，三天三夜不停歇。这就是夏天的剑桥，当重庆的温度已达40摄氏度，这里只有19度。穿过国王学院，从三一学院走过，左边是冈维尔学院，右边是圣约翰学院。此刻正值仲夏时节，晚霞一片金黄，高纬度日照一直到晚上9点还在。正如徐志摩所言：“夏阳晚照，泼翻一海纯金，淹没了寺塔钟楼。”我已来到了牛顿、达尔文、霍金的地方，弥尔顿、拜伦、华兹华斯的母校。

除了古老的建筑和精巧的花园，就是那些伟大的剑桥学子。这里是名人的“故乡”，伟人的发源地。剑桥简直就是一个巨大的名人堂，不管你走到哪里，听到的都是文学名家的故事，看到的都是科学巨子的传奇。三一学院的牛顿、拜伦、培根、德莱顿、萨克雷、丁尼生、麦克斯韦、卢瑟福、怀特海、罗素、维特根斯坦，基督学院的弥尔顿、达尔文，国王学院的福斯特、图灵、凯恩斯，冈维尔学院的哈维、霍金、李约瑟，彭布罗克学院的斯宾塞、格雷，彼得豪斯学院的惠特尔、巴贝奇、卡文迪什，苏塞克斯学院的克伦威尔，圣约翰学院的华兹华斯、狄拉克。剑桥大学曾一度是世界上诺贝尔获奖者最多的大学，依据刘亮的《剑桥大学史》（上海交通大学出版社，2012年版）的统计数据，那时的剑桥大学一共诞生了88位诺贝尔获奖者，仅三一学院就有32位获奖者。实际上，诺贝尔奖是20世纪才设立的奖项，可剑桥的光辉早在17世纪就已照耀世界了。

牛顿1660年进入三一学院，1666年发现万有引力、三大运动定律、微积分基本原理，并完成光谱的测定。这一年被称为牛顿奇迹年（Anni Mirabiles），人类科学迎来一个黄金时代。1687年牛顿出版《自然哲学的数学原理》，建立了时间和空间的第一个数学模型，并用这个模型解释了宇宙运行的原理。他仅用几个方程式，就把炮弹的飞行轨迹和行星的运动轨道，精确地描述出来。《自然哲学的数学原理》被抢购一空，大家争先购买，有人买不到书，就将五百页的书亲手抄写一遍。为了让更多的读者理解他的思想，牛顿又用通俗语言写成了《论宇宙的体系》，他用极少的数学知识，阐述了万有引力的普遍性，解释了地球形状、海洋潮汐、月球运动、彗星轨道的原因，甚至计算出移动大海的精确引力数值。

牛顿在计算椭圆轨道的时候，发现了微积分的基本原理，德国数学家莱布尼茨也在同一时间发现微积分。为纪念两人的发现，数学上把微积分的基本公式称为牛顿—莱布尼茨公式。微积分的发现，是人类科学史上的重大发现，其伟大意义即使到21世纪的今天，依然难以穷尽。微积分的发现导致一系列重大科学事件，包括无理数e的发现。这个数因为收敛迅速，极快地趋近一个特定值：2.718281828……而成为一个常数。e跟π一样重要，都是无限不循环小数，ex的微分和积分不变的特征，是其他任何函数都不具备的。这是数学发展史上的重要里程碑，对自然科学产生深刻影响。

牛顿是一位闭门不出的教授，不散步、不消遣、不娱乐，什么活动都不参加。他常常工作到凌晨两三点，甚至忘记吃饭，如果提醒他还没有吃饭，他就走到餐桌前吃上两三口。他的性格孤独内向，极少露面，终身未婚，是个心不在焉的典型。他在剑桥授课不受欢迎，听课的人很少，听懂的人更少。他极少到学院进餐，即使去了，也是拖着鞋子，从不梳头。奇怪的是，如此糟糕的生活习惯却没有损坏他的健康，牛顿身体一直很好，似乎从未患过病，比爱因斯坦还要长寿。晚年依然耳聪目明，从不戴眼镜，只掉过一颗牙。牛顿1703年当选英国皇家学会会长，1705年受封爵士，1727年病逝于伦敦，享年85岁。哈雷赞叹：“牛顿，缪斯垂青的人，他充满了神力，比任何一个凡人更接近神。”蒲柏诗云：“自然规律浸没在黑暗中；上帝说，让牛顿诞生！于是，世界大放光明。”

哲学家怀特海曾说：17世纪是天才的世纪。他开列出一长串名单：开普勒、伽利略、笛卡尔、帕斯卡、惠更斯、牛顿、波义耳、洛克、莱布尼茨、斯宾诺莎。这是从柏拉图、亚里士多德、欧几里得、阿基米德之后，一个新的数学和物理学高峰，重新定义人类的整个知识体系。在这些巨人中，牛顿无疑是最耀眼的那颗明星，他却谦虚地说：“我不过是一个在海滨嬉戏的小孩，偶尔拾起几个美丽的贝壳，至于真理的大海，还远未发现呢！”

19世纪著名物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦也来自三一学院。这位25岁苏格兰青年发表了3篇论文，用微积分重新表达了法拉第和安培的电磁定律，创立麦克斯韦方程组，推导出波动方程，预言了电磁波的存在，指出电和磁能以光速运动。在接下来一个世纪，这一发现深刻地改变了世界面貌。1871年麦克斯韦筹建卡文迪什实验室，担任第一任实验室主任，这里成为近代物理学的发源地，培养出29位诺贝尔获奖者，产生大量影响人类进步的科学成果。电子、中子、质子、原子核在这里相继被发现，DNA双螺旋结构、脉冲星（Pulsar）也在这里被发现。J. J. 汤姆生、卢瑟福、玻尔、威尔逊、沃尔顿、查德威克皆来自这个实验室。剑桥大学卡文迪什物理学教授和卢卡斯数学教授，成为全世界最瞩目的学术头衔。

20世纪核物理学家卢瑟福（E. Rutherford）也来自三一学院，他在放射线和原子结构方面做出重大贡献，被誉为核物理之父。他观察到α和β粒子以及γ射线，发现了原子核和质子，证明了原子模型。卢瑟福是最早意识到原子秘密的人，他说如果用原子制造炸弹，威力之大“足以使这个旧世界在烟雾中消失”。他不仅是一位卓越科学家，还培养出许多才华横溢的学生，11位学生获得诺贝尔物理学奖。卢瑟福1919年成为卡文迪什物理学教授，1925年当选英国皇家学会会长。

20世纪量子物理学家保罗·狄拉克来自圣约翰学院，他是量子力学的创建者之一。他推导出狄拉克方程，提出反物质概念，与德国的海森堡和奥地利的薛定谔并称为量子力学（Quantum mechanics）三剑客，31岁就获得诺贝尔物理学奖，担任卢卡斯数学教授长达37年。和牛顿一样，他性格孤僻，闭门不出，几乎不与人交往，是传记作家的噩梦。

古今之大学问者，皆以自然为师；旷世名著的诞生，多在孤寂中完成。剑桥远离大城市的喧嚣，保持着中世纪的建筑，一条蜿蜒的小河，穿过森林草场和无边无际的旷野。30多个深深庭院，造就了隐士们的天堂，孤独避世者的家园。

剑桥大学物理学一直引领近代物理学的发展方向，从牛顿天体力学到麦克斯韦电磁学，从卢瑟福核物理到狄拉克量子力学。同时我们还需铭记：从1939年到1945年，卡文迪什实验室多名科学家参加美国“曼哈顿计划”，在原子弹制造方面和德国人展开生死攸关的竞赛，并在这一竞赛中获得胜利。

剑桥大学的史蒂芬·霍金来自冈维尔学院，被认为是爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家，他和罗杰·彭罗斯在1969年用广义相对论的数学模型证明了宇宙必须有一个开端，提出大爆炸理论。他研究黑洞、时间旅行、虫洞和外星人，这些魔幻话题让全世界的人痴迷不已。1979年剑桥大学委任他为卢卡斯数学教授，英国女王授予他大英帝国勋章。各种迹象表明：宇宙起源于138亿年前的一场大爆炸，太阳起源于50亿年前的超新星爆炸，地球诞生于45亿年前的行星碰撞，大约35亿年前生命诞生，大约二百万年前人类从直立人演化而来，大约1万年前人类文明诞生。

霍金21岁患上肌肉渐冻症，医生告诉他只有两年时间，但他一直活了下来，直到2018年去世，并生育3个子女。他在轮椅上用3根手指完成科学研究，撰写销量突破1000万册的《时间简史》和《果壳中的宇宙》。不管“时间有没有尽头”，他说：“活着就有希望。”2014年好莱坞把霍金故事拍成电影，《万物理论》获得奥斯卡最佳影片提名奖，但是诺贝尔评奖委员会一直小心翼翼地对待霍金，虽然他的影响力巨大，但是他的理论学说一直缺乏直接的科学观测证据。直到2019年人类历史上首张黑洞照片拍摄成功，这个黑洞位于M87星系中心，质量是太阳的65亿倍。2020年姗姗来迟的诺贝尔物理学奖授予他的合作伙伴罗杰·彭罗斯和发现黑洞的科学家莱茵哈德·根策尔，而他永远地错过了这一奖项。或者可以说，诺贝尔奖又一次完美地错过了一位伟大的科学家，制造了又一个伟大的遗憾。艺术家约翰·泰勒把圣体钟安装在剑桥大学圣体学院，霍金生前出席了开幕仪式，为这个可怕的时钟揭幕。表盘用深水炸药一体成型，三个同心圆象征宇宙大爆炸，一只凶猛的蚱蜢象征时间。铭文选自拉丁文圣经：尘世繁华，转瞬即逝！

2014年的好莱坞似乎特别偏爱剑桥学子的故事，另一部获奖影片《模仿游戏》讲述了剑桥大学另一位传奇人物的故事。艾伦·图灵25岁提出“丘图理论”，奠定计算机理论模型，“二战”时期担任布莱切利庄园英军顾问，研制出功能强大的“图灵甜点”（Turing Bombe）。这台机器可以用1.5亿种方法破译密码，而德国人的密码系统只能提供1720万种组码方式，因此图灵只需10分钟就能找出正确意思。丘吉尔声称这是他的超级机密和终极武器，破译的大量情报保障了北非战役、斯大林格勒战役、太平洋潜艇战和诺曼底登陆战的胜利。图灵掌握的情报甚至超出军方的想象，成为安放在希特勒话筒边的一个麦克风。根据一些历史学家的说法，他的工作至少使第二次世界大战提前两年结束，大约2400万生命被挽救。

图灵被公认为计算机科学创始人，但是情报工作给他带来巨大的痛苦。1952年，图灵因同性恋取向被定罪，接受了“ 化学阉割”，身心受到极大的伤害。1954年6月图灵在家中咬下一个含氰化物的苹果自杀，年仅42岁。1966年，美国计算机协会（ACM）设立“图灵奖”（Turing Award），奖励那些对计算机事业做出重要贡献的人，该奖被誉为“计算机界的诺贝尔奖”。苹果公司以一个残缺的苹果为标志，据说是乔布斯对图灵的敬意。2012年英国政府为图灵之死道歉，女王为他颁布赦免状，2014年的电影《模仿游戏》演绎至深，把图灵压抑而痛苦的世界呈现在世人眼前，揭开一位英雄人物的悲剧人生。

剑河流水静悄悄，冬去春来，剑桥学子的故事轰轰烈烈，一切都不会消逝。历史上的牛顿、达尔文、麦克斯韦、卢瑟福、狄拉克、图灵、霍金都是在22岁到32岁时期做出了惊人的发现。1831年22岁的达尔文以博物学家身份登上“贝格尔号”，开始5年航程，发现大量化石，促使他思考物种变异的可能性。1953年25岁的詹姆斯·沃森和克里克发现DNA双螺旋结构，标志着基因时代的到来。1993年安德鲁·怀尔斯在剑桥大学牛顿研究所宣布证明了费马大定律，解决了国际数学界358年悬而未决的难题，两百多位数学家报以经久不息的掌声。2016年来自剑桥大学的吉米·哈萨比斯和他的深度思维（Deep Mind）公司研发出“阿尔法围棋大师版”（Alpha Go），掀起人机大战，以绝对优势战胜围棋冠军李世石和柯洁，成为人工智能（AI）标志性事件，震动全球。这些剑桥学子让我惊叹，何以一个弹丸之地，竟会涌现出如此数量众多的科学才俊？