伊西多·艾萨克·拉比

伊西多·艾萨克·拉比:称量原子核的杂货店之子

在生命接近尾声时,医生为伊西多·艾萨克·拉比(Isidor Isaac Rabi)进行检查时,将他推进了磁共振成像仪——这台设备的存在归功于他在20世纪30年代哥伦比亚大学实验室进行的分子束实验。“我在那台机器里看到了我自己,”他说,“我从未想过我的工作会演变成这样。”他花了五十年的时间建立仪器、实验室和机构,其中大部分至今仍在运行。

从雷马努夫到布朗斯维尔

他于1898年7月29日出生在奥匈帝国加利西亚的雷马努夫(Rymanów),是一个波兰正统犹太家庭的孩子,婴儿时期随父母移居美国。他们住在下东区的一间两居室公寓里,在家说意第绪语;1907年,他们搬到了布鲁克林布朗斯维尔,经营一家杂货店。他的名字是移民过程中的一个意外:一位学校官员听到了“伊齐”(Izzy),便写下了正式的对应名字:伊西多(Isidor)。

他与传统的决裂发生得很早且彻底。在读过关于哥白尼和日心说太阳系的知识后,这个男孩用一句话向父母宣布了他的无神论:“这一切都很简单……谁需要上帝?”为了他的成人礼,他折中地用意第绪语发表了一篇关于电灯的演讲。

康奈尔、哥伦比亚大学与游学经历

他于1916年进入康奈尔大学学习电气工程,后转入化学系,并于1919年6月毕业,毕业论文是关于锰的氧化态。1922年,他以化学研究生的身份回到哥伦比亚大学,随后转向物理学,并于1926年在阿尔伯特·威尔斯(Albert Wills)的指导下获得博士学位,论文题目是关于晶体的主要磁化率。

接下来的两年成就了他。作为巴纳德研究员,他拿着1500美元前往欧洲,在埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)、阿诺·索末菲(Arnold Sommerfeld)、维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)、尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)、沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)以及汉堡的奥托·斯特恩(Otto Stern)——这至关重要——的指导下工作。斯特恩的分子束技术成为了拉比毕生的事业,但形式与斯特恩的不同。

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该方法

拉比的改进是一种纯粹的实验优雅。斯特恩的方法需要笨拙的非均匀磁场;拉比用成一定角度的均匀磁场取代了它们,使原子像光穿过棱镜一样发生偏转。设备更少,精度更高。

回到哥伦比亚大学——他于1929年加入教职,担任讲师,年薪3000美元,并于1937年成为正教授——他建立了分子束实验室,并在20世纪30年代与格雷戈里·布雷特(Gregory Breit)共同开发了布雷特-拉比方程,测量了钠、锂化合物、氢和氘的核磁矩。1937年至1939年间,他与波利卡普·库什(Polykarp Kusch)、西德尼·米尔曼(Sidney Millman)和杰罗德·扎卡里亚斯(Jerrold Zacharias)一起完善了核磁共振:利用微弱的振荡场来读取原子核的磁特性。结果令人震惊。质子的磁矩为2.785核磁子,而不是预测的1——这一差异迫使理论必须进行重构以适应它。随后,他获得了1944年诺贝尔物理学奖,“以表彰他记录原子核磁特性的共振方法”。

雷达、三位一体试验与拒绝

1940年,他加入了麻省理工学院辐射实验室,于1942年3月成为副主任兼第4部门负责人。他推动了三厘米磁控管的开发,并在诺曼·拉姆齐(Norman Ramsey)的领导下,建立了一个先进小组,于1941年5月生产出第一台三厘米波导雷达——这是H2X轰炸雷达和高分辨率舰载雷达背后的技术。

他为曼哈顿计划提供咨询,但拒绝搬到洛斯阿拉莫斯。他和罗伯特·巴彻(Robert Bacher)说服奥本海默(Oppenheimer),实验室必须由平民而非军方管理,这塑造了实验室运作的一切方式。1945年7月在三位一体试验中,他赢得了产量赌注,预测为18千吨,而实际为18.6千吨。

1950年,通用咨询委员会一致反对开发氢弹;拉比走得比大多数人更远,与恩里科·费米(Enrico Fermi)一起在道德和技术层面上反对它。杜鲁门推翻了他们的意见。“我永远不会原谅杜鲁门在压力下屈服,”拉比说。“他根本不明白这是怎么回事。”在奥本海默1954年的安全听证会上,他是最尖锐的辩方证人:“我们已经有了原子弹,还有一整套,我们还有一整套超级炸弹,你还想要什么,美人鱼吗?”

机构建设者

从1945年到1949年,他担任哥伦比亚大学物理系主任,该系拥有两位诺贝尔奖得主和十一位未来的获奖者。1947年1月,他和诺曼·拉姆齐完成了一个由九所大学组成的联盟,创建了布鲁克海文国家实验室。作为1950年的联合国教科文组织代表,他提议建立区域性国际实验室;1952年在佛罗伦萨举行的会议促成了欧洲核子研究中心(CERN)的成立,来自玻尔、海森堡和阿马尔迪(Amaldi)的祝贺信被装裱挂在他的家庭办公室里。他于1952年至1956年担任原子能委员会通用咨询委员会主席,1956年至1957年担任科学咨询委员会主席,他在1957年10月斯普特尼克危机期间向艾森豪威尔提供的建议促成了总统科学咨询委员会作为一个永久性机构的建立。

为什么伊西多被称为天才

所展示的才能是实验设计的经济性——即观察仪器并看到隐藏在其中的更简单机器的能力。斯特恩的分子束需要难以塑造和控制的磁场;拉比的洞察力在于,倾斜的均匀磁场可以用更少的硬件和更高的精度完成同样的工作,这种想法一旦有人提出就显得显而易见,但在那之前却无人想到。从这一单一的简化中,产生了核磁矩的测量、迫使理论家重新思考原子核的异常质子结果、诺贝尔奖,以及最终的磁共振成像。第二个更罕见的才能是对人和结构的判断力:他组建的哥伦比亚大学物理系拥有十三位过去和未来的诺贝尔奖得主,共同创立了布鲁克海文实验室,促成了欧洲核子研究中心的诞生,并将科学建议制度化于美国总统府内。

反面论据必须被提出,而他自己提供了大部分。公认的是,他是一位糟糕的老师——诺曼·拉姆齐称他的讲座“相当糟糕”;威廉·尼伦伯格(William Nierenberg)说他“简直是一位糟糕的讲师”。他的奖项是针对一种方法而不是一项定律;他没有发现任何新的自然原理,而使他的工作成名的成像技术是在几十年后由他人实现的。而且,他对科学界的女性持有明显的歧视性观点,认为她们不能成为物理学家:他从未指导过女性博士或博士后学生。无论“天才”这个词涵盖什么,显然它并不包括在识人方面总是正确的。

遗产

他的荣誉包括1939年的纽科姆·克利夫兰奖和1942年的埃利奥特·克雷森奖章,1944年的诺贝尔奖,1948年的功绩勋章和英国国王勋章,1956年的法国荣誉军团军官勋章,1967年的尼尔斯·玻尔国际金质奖章和原子和平奖,1982年的奥斯特奖章,1985年的公共福利奖章和1986年的万尼瓦尔·布什奖。哥伦比亚大学于1964年任命他为首位大学教授。他于1967年退休,并于1988年1月11日在河滨大道的家中去世。在欧洲核子研究中心有一条以他名字命名的道路,哥伦比亚大学有一个学者项目,而在发达国家的几乎每家医院里都有核磁共振扫描仪。

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