印度天才被政策逼迫棄理學商，卻捧回亞洲首個物理諾獎_風聞

印度，這片神奇的土地上總是發生一些讓我們難以置信的事情。

比如他們的如廁工具一直是左手、骯髒的水也能飲用自如等等。

這些總會讓我們誤以為印度是一個貧窮落後，缺乏一定科學素養的國度。

所以，我們恐怕很難想象：印度是第一個獲得諾貝爾科學獎項的亞洲國家。

這位印度人就是錢德拉塞卡拉·拉曼，於1930年獲得諾貝爾物理學獎。

名字太長可能沒印象，但小學課本早就給我們分享過他的經歷了。

一艘航行在地中海海面的輪船上，小男孩突然問母親海水為什麼是藍色的呀？

母親回答不上來只好向剛好在一旁的拉曼求助。

拉曼緩緩蹲下身來告訴小男孩，那是因為它反映了天空的顏色。

回答完之後，拉曼對這個解釋產生了懷疑，回去研究後發現了拉曼效應。

 

結果是小男孩一個天真無邪的問題，竟幫拉曼問鼎了諾貝爾物理獎。

課文最後告訴我們無論任何時候，永遠都不要因為“已知”而喪失好奇心。

很遺憾，這一經典的勵志故事至今尚無資料證實小男孩是否真實存在。

可這不要緊，現實中的拉曼確實是一個對科學充滿好奇，並勇於探索的科學家。

不只如此，在當時英國殖民統治成長的他一直不卑不亢。

就算被迫轉行做了十餘年財政工作，他也自始至終沒有放棄過自己的科研。

誠然，他的個人經歷比課文精彩多了，成就也遠不止發現海水奧秘那麼簡單。

圖：53年後拉曼的侄子錢德拉塞卡也獲得了諾貝爾物理學獎

拉曼，一個從小就天資聰明，物理才能出眾的印度男孩。

他16歲從大學畢業，18歲在英國權威雜誌《自然》發表物理論文，19歲則就獲得碩士學位了。

好巧不巧，一次偶然的生病竟讓他喪失了前往英國讀博的機會。

似乎像他這樣天才來説，這並不是沒什麼大不了的事兒。

畢竟重新再考或是直接找份科研工作大展抱負，他應該都能輕易辦到。

可當時印度正處在英國殖民下，他作為被統治的一員基本沒有過多的選擇權。

當時就有一項規定：沒有去過英國受訓，就沒有資格在科學文化界任職。

換句話説，只拿着印度本地學校的學歷，儘管你是天才也別想有容身之地。

拉曼對此憤懣不平，暗自下定決心日後做出比歐洲人更大的成就。

無奈之下，他也只好選擇暫時放棄科研，轉而投考國家財政部。

圖：殖民統治時的印度

原來當時只有進入財政行業是可以不用前往英國接受教育的。

半路出家的他竟輕鬆地考取了第一名，還被授予了總會計助理的職務。

自此之後，拉曼乖乖幹着財務工作，不久就當上了重要的財政官員。

但他一有空閒時間，就馬不停蹄地前往實驗室開展他物理方面的研究。

接下來的十多年間，他也獲得了成果，屢屢發表了與物理相關的論文。

加爾各答大學的校長對他的科研決心深感敬佩，並於1917年破例邀請他擔任物理學教授。

拉曼也毅然辭掉高位，全身心地投入到科學事業當中了。

他心裏也明白光靠一己之力是很難振興整個印度科學的。

除了上課和搞研究之外，他還定期集結各方學者進行討論，並形成了以自己為核心的印度科學研究中心。

著名的物理學家沙哈（M.N.Saha）和玻色（S.N.Bose）就位列其中。

經過十餘年的努力，拉曼在國際科學界建立了名望。

圖：印度重要的科學家，拉曼居首位

1921年那一年，年僅33歲的拉曼代表加爾各答大學前往英國講學了。

周圍人認為他既為年少的自己出了口氣，也證明了印度人不必非得去英國才能做出成就。

但在當時的拉曼看來，他在科學上的貢獻還遠遠不夠，要做出比歐洲人高的成就才行。

恰好在前往英國的途中，拉曼被地中海深邃的藍色所吸引了。

並非小學課本上描繪的那般生動，但這次航行確實讓拉曼想要徹底地搞清楚海水顏色的成因。

原來他年少去海邊玩耍時，就發現到了這個獨特又好像理所當然的現象。

明明海水眼中是藍色的，為何偏偏舀起它來卻像白開水一樣透明無色呢？

拉曼為此查閲了大量資料，才算找到一個由英國物理學家瑞利提出的，大家公認的解釋。

瑞利是一位以發現惰性氣體舉世聞名的大科學家，也發現了著名的瑞利散射。

圖：英國物理學家瑞利

我們中學時就學過太陽光是在可見光波長範圍內均勻分佈的光，具有“紅橙黃綠藍靛紫”七種顏色。

但天空本身也是不會發光，透明無色的。

之所以看到有顏色的天空，是大氣層中的氣體分子將太陽光散射到了我們的眼中。

這些分子的直徑遠小於我們可見光的波長，並且在散射陽光時是有選擇性的。

圖：該圖顯示在大氣中，相比於紅光，藍光散射的比例較大

一般而言，它們的散射強度通常與入射光的波長的四次方成反比。

波長較長的紅光，被散射的紅光強度就較弱。而波長較短的藍、紫光，散射強度就強。

由於我們人類的眼睛對紫色光很不敏感，所以我們大多數看到的天空就是藍色的。

在這基礎上，瑞利推斷海水的藍色是反射了天空的顏色導致的。

散射的藍光是偏振的。右邊的圖像是通過偏振濾光鏡拍攝的：偏振器透射在特定方向上線性偏振的光。

可拉曼分明發現，很多時候海水的藍甚至比天空的藍色更深，又怎能説是反射導致的呢？

瑞利的解釋顯然證據不足，不足以使人信服。所以，這次拉曼決定從零開始進行研究。

他用尼科爾稜鏡、光柵等進行分析海水後，結果證明海水的顏色並不是天空反射的，而是海水本身的一種性質。

他將這些成果於撰寫成一篇論文，於1922年《英國皇家學會會報》上發表。

論文最後寫道，瑞利關於藍色天空的結論是正確的，但對藍色海水的解釋不合理。

同時，拉曼發現光的散射遠不止那麼簡單，有必要好好研究一番。

可在不少英國科學家看來，拉曼更像是做不出成就還故意挑刺的科學家。

但拉曼堅信自己的直覺是對的，全力研究光經過固體、液體和氣體等物質時發生的散射現象。

他們反覆改變光源、透鏡、檢測器等來對實驗結果進行驗證。

只是他們的實驗條件實在簡陋，不外乎就是使用簡單水銀燈、聚光透鏡、分光計、濾色鏡等。

但就是這些加起來價值只有幾十美元的器材，便做出一種重大的科學發現。

1928年的一天，拉曼終於做出了一個在光學上具有重要意義的實驗。

他們發現分光鏡裏看到在藍光和綠光的區域裏，有兩根以上的尖鋭亮線；這兩根線的波長比入射光頻率更低。

綜合長期以來的實驗，他得出一個結論：光線照射到樣品表面時，物質中的分子吸收了部分能量，發生不同方式和程度的振動，然後散射出較低頻率的光。

之後，拉曼在印度科學協會成立大會上，作了以《一種新的輻射》為題的報告。

報告中詳細介紹了發現及理論解釋。

除了描述新輻射的特點外，拉曼還採用了量子理論對其進行準確説明。

20世紀初，伴隨着普朗克光量子假設的出現，牛頓的光粒子性學説又開始復甦。

自1924年康普頓效應發現後，海森堡就曾於1925年預言在可見光中可能也有類似的效應存在。

而拉曼居然在這個預言之前早就已開始了關於光散射的研究，並得到了確鑿的結論。

圖：當高能光子（如伽馬或X射線光子）像電子一樣撞擊帶電粒子時，由於非彈性碰撞，光子會失去一些能量而電子會散射。這種由光子引起的電子非彈性散射過程稱為康普頓散射，這種現象稱為康普頓效應

作為量子理論最有力的證據之一，拉曼的新發現很快就被各國科學家接受。

不久之後，英國物理學家普林賽姆提議將這一發現稱為“拉曼效應”。

簡單地來説，拉曼效應講了一種現象：假如有一束頻率為u的光線入射到某種介質。除了部分被吸收之外，其他的光線將被介質的分子散射。

而這種散射線一般分為兩種情況：一種是散射後頻率保持不變，仍為u，因而光線的顏色也保持不變，即是瑞利散射。

但還有另外一種情況是是散射線的頻率變化為v，顏色也有了一定的改變，這也就是所謂的拉曼散射。

此後，拉曼效應傳遍全世界，引起國際科學界極大關注和高度評價。

當然，這也讓當時的英國政府對印度的科研水平刮目相看，英國皇家學會將之稱為“（十九世紀）二十年代實驗物理學最卓越的三四個發現之一（《今日科學》雜誌）”。

在之後的10年中，與拉曼效應相關的論文總數超過了2000篇，所研究的各種化合物達到了2500種以上。

可以發現，拉曼效應在研究分子結構和化學成分方面的重大作用。

在此之前，分子振動能譜和轉動能譜的測量是採用紅外區的吸收來進行的。

但這種測量是異常困難的，只有屈指可數的頂級實驗室才能開展這方面的研究。

當時大多數光譜學家亟需新方法來打開這一領域的大門。

而利用拉曼光譜，能將紅外區的分子能譜移到可見光區進行觀測。

自此之後，普通級別的實驗室也有能力開展分子光譜的研究了。

不光如此，它還廣泛適用於礦物質，聚合物、陶瓷、細胞，蛋白質等物質的研究。

有人統計，在1977到1982這短短的五年中，光是《化學文摘》上標有拉曼一詞的論文就高達10384篇*。其研究的重要性和廣泛性可見一斑。

注：數據來源《震驚世界的100個科學發現》

圖：當年諾獎典禮

拉曼的發現不僅為研究物理結構提供了有效的手段，也為打開了新世界的大門。

正因如此，一直是印度籍的****拉曼也於1930年被授予諾貝爾物理學獎，成為第一個榮獲諾貝爾科學獎項的亞洲人。

據説，當時得知獲獎消息後，正在專心工作的拉曼只是平淡地問了一句話：“是我獨享，還是必須與其他人分享？”

當然，拉曼是當年唯一的獲獎人。

*參考資料

Sir Chandrasekhara Raman.wikipedia. 26 September 2018, at 02:02 (UTC).

Raman effect.wikipedia. 12 September 2018, at 20:30 (UTC).

The Nobel Prize in Physics 1930 Sir Venkata Raman, Official Nobel prize biography, y, nobelprize.org

Smekal, A. (1923). “Zur Quantentheorie der Dispersion”. Naturwissenschaften. 

書籍：《震驚世界的科學發現》

《拉曼，土生土長的科學家》，王大明、郭振華編。