
不仅数星星能成为天文学家,上房拆烟囱的孩子也可以成为天体物理学家。
还记得今年3月31日,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜FAST正式向世界开放,此举获得了国际众多科学家的高度评价, 1993年诺贝尔物理学奖得主、美国天体物理学家、世界顶尖科学家协会(WLA)会员约瑟夫·泰勒(Joseph H. Taylor, Jr.) 正是其中之一。他认为,射电望远镜可以提供有关宇宙起源和进化方面的信息,而FAST拥有世界上独一无二的天文探测能力,“对这些功能有需求的天文学家和物理学家肯定会充分利用FAST,并从中国的慷慨分享中受益。理想上,基础科学研究是一份没有国界的伟大事业。”
在2006年以普林斯顿大学教授身份退休之际,为纪念泰勒在脉冲星研究上的贡献,国际天文*联学**合会(IAU)将一颗小行星命名为“81859 Joetaylor”。如今,与恩爱妻子养育了三个子女的他已经到了耄耋之年,是7个孩子的爷爷,但他依旧精神奕奕,爱好无线电,自学编程新语言,开发自己的通信软件,还多次参与世界顶尖科学家论坛(WLF),并 预言FAST可能帮助中国科学家获得诺奖 。

约瑟夫·泰勒获得诺贝尔物理学奖 图 | nobelprize.org
因“发现一种新型的脉冲星,为引力研究开辟了新的可能性”,1993年,美国天体物理学家约瑟夫·泰勒与他的学生罗素·赫尔斯(Russell A. Hulse)共同获得了诺贝尔物理学奖。脉冲星是高度磁化的旋转致密星体(通常是中子星,但也有白矮星),其磁极会不断发出电磁脉冲辐射束,是一种罕见的恒星类型,在20世纪60年代之前并不为天文学家所知,而它后来成为了解宇宙如何运作的关键工具。而泰勒他们发现的,是首个双星系统脉冲星PSR B1913+16。
回顾自己几十年的成长之路,泰勒坦言,他更看重的是一个领域能否为自己带来足够的喜悦,而不是去想它是否能带来更好的个人利益。由此,他感觉自己一切的选择都很自然,能够一生探索星星的信号与宇宙的涟漪。他相信,射电天文学是探索外太空信号最合适的手段之一。
“熊孩子”上房鼓捣无线电天线
1941年3月29日,泰勒出生在美国宾夕法尼亚州费城。家*共中**有五个兄弟姐妹,他排行老二。他七岁那年,全家搬到了祖父在新泽西州辛纳明森(Cinnaminson)镇经营、有两个多世纪历史的家庭农场,和年纪相仿的表兄们住进了一栋三层高的维多利亚式房屋。大家庭和宽松的农场环境,给泰勒的童年带来了无穷的乐趣。
“家里的房子很大,房门从来没上过锁”,泰勒回忆,他们一帮孩子就像农场里的桃子和番茄般朝气蓬勃,生机盎然——也非常调皮捣蛋。如同现在的“熊孩子”们,类似上房揭瓦什么的不在话下——泰勒与哥哥哈尔一起,在三层高的屋顶搞了许多大型旋转式业余无线电天线;而有次他们甚至 成功拆卸掉了一部分挡事的砖烟囱 ,让它与屋顶齐平,这令父母惊愕不已。房屋三楼的大部分地方也被他们塞满了由战后剩余设备和废旧电视机混合制成的业余无线电发射器和接收器。

一种维多利亚式的三层建筑以及砖烟囱,足见当年的他们有多“熊” 图 | Pinterest
“哈尔和我还曾建造了一个光学望远镜。不过,我们更多的是用来监视邻居,而不是看星星”,泰勒回忆起自己与天文的缘分便是那时候开始。后来,哥哥哈尔也成为了一名物理学家,而他们俩至今也仍是业余无线电的爱好者。
结缘射电天文,哈佛大学期间最辛苦
入学后的泰勒最早对数学产生了兴趣,以出色的数学成绩毕业于摩尔斯敦(N.J. Friends)高中。但在那时,他尚未意识到物理和化学的重要性,这两门的成绩有些落后。而进入哈弗福德学院(Haverford College)后,他把更多的时间花在足球、篮球、棒球、高尔夫、网球等体育运动中。不过,他认为,这些运动项目并未削弱自己对科学的热情,反而让自己精神更加充沛,有助于后来的“无线电+天文”项目。
“一个迷人的物理学高级荣誉项目,让我能够将射频电子学的工作知识与对科学探究的认识结合起来,并建造了一个可工作的射电望远镜。”泰勒回忆。
在那期间,他阅读了《无线电爱好者手册》(The Radio Amateur's Handbook),还研究了布鲁斯威尔(Bracewell)等诸多专家所著的射电天文学书籍,以及书中一些参考资料;并在一位高级顾问、盲人教授托马斯·本哈姆(Thomas Benham)的指导下,结合电学和无线电技术,最终将 射电望远镜制作了出来 。他花费了约100美元买齐了设备,将其建造在学校旁边的一块地里;仪器足够精确,可探测到天空中的一些主要射电源,包括仙后座A和天鹅座A这两颗星。
在这次尝试后,泰勒感受到了科学带来的乐趣,也产生了对科学探究的向往。尽管这次项目的成果已在多年前由他人完成,他的研究水平也谈不上标准,但他从中学会了各种解决问题的方式,也明确了自己的兴趣所在——他决定在研究生阶段攻读射电天文领域,即以无线电接收技术来观测所有宇宙天体。
不过,兴趣并非“万能钥匙”,该领域有许多要学习的东西,也带来了诸多挑战。“我在哈佛大学天文学、物理学和应用数学系的学习生涯, 是我记忆中最辛苦的 ”,泰德记得,尤其是在研究生一年级,想要有一番作为证明自己时,太难了。
但他努力坚持了下来,并发现,尽管学起来很痛苦,但射电天文学方面的论文研究给他带来了很多喜悦。泰勒的导师艾伦·麦克斯韦(Alan Maxwell)给了他很大的自由度,提供了他需要的指引和启示,引领他结识领域相关“大咖”,还教会了他论文写作时清晰、精心设计的重要性。而布鲁斯威尔的另一本书《傅里叶变换及其应用》(The Fourier Transform and its Applications),不仅为他论文中的数据分析提供了重要见解,还为他理解信号处理技术做了铺垫,而这些,都在他后来的脉冲星研究中发挥了不可或缺的作用,让他与学生罗素·赫尔斯一起,借助阿雷西博望远镜,于1974年发现了脉冲双星系统,间接证明了爱因斯坦广义相对论预言的引力波,并凭此在30年后获得了1993年诺贝尔物理奖。

约瑟夫·泰勒参加世界顶尖科学家论坛 图 | WLF
得奖退休后自学java和C++,重拾无线电爱好
“我当然没有料到。我们一大早就接到了电话,但不是来自瑞典,而是美联社的。”泰勒回忆起1993年10月31日那个幸运的日子,笑着说道,他妻子接到一个记者打来的电话,说泰勒获了诺奖。随后几分钟内,他们就被疯狂的电话声淹没。“我不得不拔掉电话,以便自己能够刷牙,喝杯咖啡,并与妻子交谈。”在这样的混乱中,瑞典科学院甚至无法直接与泰勒取得联系,只能向泰勒当时工作的普林斯顿大学物理系发送了一份传真。
回首这些年,泰勒认为,自己只是很自然地选择了一个能带来乐趣的科研方向,并未考虑太多其它、甚至未来的事情;诺奖也只是他人生中的一个阶段而已。他笑着说自己喜欢脉冲星研究的原因:“普通的恒星、星系、类星体和星云在人的一生中从未变化,它们看起来毫无生气,冷冰冰的。而脉冲星更具自己的个性。”
但光有兴趣也是不够的,“我始终注重亲身投入艰巨工作中;我也乐衷于用新观点重新审视各种问题带来的挑战;我更相信,面对重要的事情,我们大多是自学成才的。”
退休后的泰勒也依旧在自学的路上,他捡起了自己曾经的“小兴趣”——作为无线电台的发烧友,他开始着手圈子里的顶级玩法:“月面弹跳”。
“月面弹跳”即把月球当作一个被动的通信卫星,无线电信号从地球发出,经由月面反射并传回。要完成这一举措,需要顶级的电台、功放、天线与低噪声前置放大器。而为了把这个玩得更好,泰勒决定用软件的方式实现数据的精准比对,因而他自学了java、C++等编程语言,成功开发出了一款通信软件,并将其免费开放给全世界的无线电爱好者。
尽管在退休后,泰勒也渐渐退出了主流物理学的研究工作,但他依旧关注中国建成的世界最大单口径射电望远镜FAST,以及目前物理学的时髦话题“暗物质”“暗能量”等。他说,“天文、物理还有那么多未解之谜,那么多未成熟的研究方向,我一直享受当下,从未感到疲倦。”

约瑟夫·泰勒参加世界顶尖科学家论坛 图 | WLF
特约撰稿 罗水元 作者 冬青子 排版 杨 周 责任编辑 羽 华