索爾維會議之后，他決定離開學術界

1927年，比利時布魯塞爾，參加第五屆物理索爾維會議的29人拍下了一張合影。后人稱這張照片為“人類歷史上最聰明的合影”。前排坐著愛因斯坦、居里夫人、普朗克；中排有玻爾、狄拉克；后排站著薛定諤、海森堡、泡利。這群人正在用他們的頭腦，重塑人類對這個世界的認知。

不過我們今天不討論這些熟悉的人。如果你把目光移向最后一排的最左邊，會看到一個長著異乎尋常的長脖子、梳著背頭、安靜看向鏡頭的高個子男人。他叫奧古斯特·皮卡爾（Auguste Piccard），時年43歲，布魯塞爾自由大學的應用物理學教授。

▲第三排第一位便是奧古斯特·皮卡爾

他受邀參加了這場現代物理學史上最重要的會議，說明他在當時的物理學界很有分量。但后來，很少有人會在講述1927年索爾維會議時想起他。他就像站在那張照片的邊緣一樣，逐漸成了歷史的邊緣人。但他其實只是走出了相框，走進了另一部歷史。

凡爾納的孩子

1884年1月28日，奧古斯特·皮卡爾和他的雙胞胎兄弟讓·費利克斯·皮卡爾出生在瑞士巴塞爾。他們的父親朱爾斯·皮卡爾（Jules Piccard）是巴塞爾大學的化學教授，最喜歡做的事情是授課與指導學生做實驗；叔叔保羅·皮卡爾（Paul Piccard）則是一位杰出的工程師，曾參與設計過尼亞加拉瀑布亞當斯發電廠的渦輪機。在這樣的家庭環境中，雙胞胎兄弟從小就沉浸在在純粹的科學與工程之間。

▲朱爾斯·皮卡爾安裝在家庭中的電話，他是第一個在瑞士安裝電話的人

當同時代其他未來的理論物理學家正沉浸于哲學或古典樂時，皮卡爾兄弟書架上被翻閱得最多的，是法國作家儒勒·凡爾納的科幻小說。但是不論對他們的父親還是對兩兄弟而言，凡爾納的作品都不僅僅是單純的冒險故事，更是包含氣壓、浮力、密封等工程名詞的草圖。從他們的父輩到他們的后代，整個家族設想的就是如何將凡爾納的虛構變成現實。1905年，也就21歲時，他們就已經在草稿紙上構想出了一種“深水潛艇”的概念，這就是后來深海潛水器的雛形。如果你是他們家的鄰居，大概會覺得這家人不是在搞物理，而是在計劃什么大事情。

▲小時候的兄弟二人（Bertrand Piccard）

進入青年時代后，兄弟倆一同考入了蘇黎世聯邦理工學院（ETH）。讓·皮卡爾繼承了父親的衣缽攻讀化學（后來也走上了冒險的道路，是NASA載人航天器中心首任主任吉爾魯斯的老師），而奧古斯特則選擇了物理學。在ETH就讀期間，奧古斯特結識了比他年長五歲、幾年前剛從該校畢業的校友：愛因斯坦。兩人后來合作研制用于測量液體放射性與電磁現象的精密儀器。愛因斯坦使用過的不少實驗設備，都出自奧古斯特之手。

▲奧古斯特（右三）與愛因斯坦（Bertrand Piccard）

奧古斯特極其聰明，數學和理論基礎扎實，完全具備成為一名頂尖傳統學者的素質。但他骨子里那種屬于探險家的基因讓他無法安心把生命耗費在公式推導上。他需要親手觸碰儀器，讓高空的風吹在臉上，需要用身體去感受那些紙面上寫不出來的數據。1915年，奧古斯特做出了一個遠離傳統實驗室的決定，他報名加入了瑞士軍隊的氣球觀測部隊，正式成為了一名軍用熱氣球飛行員。

一戰時在軍隊服役，對許多富家子弟來說可能是消遣或鍍金，但那絕不是在氣球部隊。奧古斯特在氣球吊籃里接受了極其嚴格的飛行訓練。他甚至曾與兄弟一起，駕駛著熱氣球從瑞士蘇黎世起飛，一路飛越國境線降落在了法國。

▲奧古斯特·皮卡爾（右）與讓·皮卡爾（左）在一戰時的合影（瑞士聯邦檔案館）

這這段服役經歷徹底塑造了奧古斯特：他成了一個手持物理學學位、卻偏愛用雙手和膽量來拷問自然的人。他也從此明確了自己的信念：如果得不到想要的數據，就自己造儀器或者親自去能得到數據的地方。

憑借著扎實的學術功底與實驗技能，1922年，38歲的奧古斯特成為布魯塞爾自由大學的應用物理學教授，并在同年受邀參加了第一屆化學索爾維會議，正式打入了20世紀初歐洲頂級科學家的核心圈子。

替愛因斯坦上天

20世紀20年代的奧古斯特已經在物理學界頗有聲望。他在1917年預言了錒系放射系的始祖應該是一種質量數為235的鈾同位素，這個預測在1935年被登普斯特（Arthur Jeffrey Dempster）的實驗證實。也是在1917年，他還與皮埃爾·韋斯（Pierre Weiss）合作，首次在實驗中觀測到磁性材料在磁場中發生溫度變化，也就是磁熱效應，這一發現后來成為磁制冷技術的科學基礎。但真正讓其名聲大噪的，還是他在1926年進行的一項高空實驗，這一實驗從工程學和經驗數據的角度，直接介入了當時物理學界關于狹義相對論正確性的一場爭論。

狹義相對論的物理學基石之一是光速不變原理。這一理論排除了宇宙中存在絕對靜止參考系及傳光介質“以太”（Aether）的假說。早在1887年，邁克爾遜-莫雷實驗便在海平面高度證明了“以太風”的不存在。然而，到了20世紀20年代初，美國實驗物理學家戴頓·米勒（Dayton Miller）、宣稱自己在威爾遜山上檢測到了清晰的光干涉條紋移動，也就是“以太風”存在的證據。

▲邁克爾遜-莫雷實驗，讓一束光分成兩束，一束與地球運動方向平行，另一束垂直。如果“以太”真的存在，兩束光的速度就會有差異，干涉條紋應該出現移動。但無論怎么轉動實驗裝置，干涉條紋都沒有任何變化。（britannica）

米勒提出了一套能夠自洽的物理假設：他認為地球在海平面附近會產生“以太拖拽”效應，導致在地表無法測出漂移；因此，要驗證相對論的真偽，必須在受到地表拖拽影響較小的高海拔區域進行測量。如果他的說法成立，相對論就要重寫了。

愛因斯坦在審閱米勒的報告后，推測這些干涉條紋的移動其實不是 “以太風”，而是由于儀器在不同環境下的微小熱脹冷縮。但理論物理學家的推斷無法替代經驗數據，為了用證據反駁米勒，學界急需在比威爾遜山更高、氣流與溫度環境更嚴苛的地方做一遍實驗。

▲米勒并非是什么嘩眾取寵之人，他在1904年進行的測量以太實驗還成為相對論的基礎，在此后的時間中，米勒進行了上百萬次的以太測量漂移，是這方面的權威專家。但他的確一直對相對論持有反對立場，在知道愛因斯坦的論斷后，米勒評論到：愛因斯坦教授的問題在于他對我的成績一無所知……我可不是那么簡單，完全不考慮溫度。后來者認為米勒的問題可能是實驗者效應導致的觀測偏差，也就是傾向于尋找支持自己假設的信息

愛因斯坦寫信給奧古斯特，請他幫忙設計一個關鍵驗證實驗：在氣球上重復米勒的實驗。高空中大氣干擾更少，測量結果更有說服力。1926年，奧古斯特與其助手埃德加·斯塔赫爾（Edgar Stahel）設計了一套微型化且恒溫的邁克爾遜-莫雷干涉儀。奧古斯特親自駕駛熱氣球升空。在寒冷又顛簸的高空，他用這套儀器重新進行了邁克爾遜-莫雷實驗。同年，他又把儀器搬到了海拔將近1800米的瑞吉山上再次測試。實驗結果表明，在嚴密的恒溫機制控制下，光速在各個方向上依然保持絕對恒定。

▲1925年10月14日，奧古斯特給愛因斯坦寫信，介紹自己的熱氣球實驗方案（愛因斯坦文集第15卷）

通過這種將自己送上天的方式，奧古斯特為20世紀最偉大的物理理論保駕護航。也正是他在極端實驗物理學上的這種地位，他成為了索爾維會議的常客。但這恰恰也是他最終離開的原因。

索爾維會議上的局外人

我們可以試著側寫一下1927年索爾維會議期間奧古斯特的心理狀態。會議連續開了好幾天，氣氛略顯詭異。愛因斯坦每天早餐提出一個新的思想實驗，試圖擊潰量子力學的概率解釋；玻爾則在晚餐給出反擊。“上帝擲不擲骰子”的爭論充斥著整個會場。暫且不論奧古斯特能不能聽懂那些越來越抽象的論證，更重要的是，這些飄在空氣里的對抗，不是他熱愛的那種物理學：這物理學怎么就變成這樣了？

作為一個需要親手觸碰儀器、需要聽到高空風聲、習慣用凡士林去堵氣球漏氣孔的實驗者，坐在滿是煙味的會議室里聽著這些越來越形而上學的爭論，他或許感到了一種深刻的割裂。黑板上的物理學，已經徹底走向了抽象的迷宮。而奧古斯特想要的，是物理世界本身。會場太悶了，是時候出去走一走了。

他想要造一個能把自己送進平流層的氣球。這當然不是什么心血來潮，此時的他正對宇宙射線感興趣。當時的物理界對這種來自太空的高能輻射爭論不休。有人認為是光子，有人認為是帶電粒子，但只要在地面上，由于地球大氣層的干擾，根本測不準。要解決這些爭論，只有一個辦法：到高空去，到對流層的頂端去，到平流層去。

就這樣，當會場中的人繼續向微觀世界的深處走去時，奧古斯特轉身走向了天空。

從天空到深海

今天的民航飛機都可以在平流層底部輕松巡航，但是在那個年代，平流層仍然是一個常人無法涉足的死亡領域：氣壓不足地表的十分之一，氣溫常年維持在零下50攝氏度。如果在開放式吊籃中升至那個高度，人的體液會在低壓下氣化。為此，奧古斯特設計了人類歷史上第一個高空氣球加壓密封艙，球艙一側涂黑以吸收太陽輻射，另一側涂白以反射熱量，他計劃在空中用馬達旋轉艙體來調節溫度。

▲奧古斯特與他的球艙（Bertrand Piccard）

但是，理論與現實之間，往往藏著的是機械故障。1931年5月27日凌晨，在德國奧格斯堡的試飛現場，一陣狂風導致地勤繩索意外脫落。巨大的氫氣球在未經徹底檢查的情況下，帶著奧古斯特和助手保羅·基普弗（Paul Kipfer）強行沖入高空。升空僅幾分鐘，球艙壁發生泄露，奧古斯特順手抓起凡士林和棉紗混合物，堵住了泄露孔。隨后，外部用于旋轉艙體的電動機發生短路，涂黑的一面持續對著太陽，艙內溫度飆升到了近40攝氏度，飲用水迅速蒸發，兩個人只能喝從穹頂滴落的冷凝水。他們想通過讓氣球排氣的方式降落，結果閥門因為低溫被凍住了，只能等著日落后氫氣遇冷收縮。但是這還沒有結束，水銀氣壓計破了，液態的水銀會腐蝕鋁制艙壁，奧古斯特又利用外部低氣壓把水銀抽出密封艙。

▲出發前兩個人戴著縫制的防撞頭盔留影 （Bundesarchiv）

就這樣，兩個人用凡士林、耐心和一些運氣，在天空中撐了將近17個小時。當他們終于回到地面時，地上的人早已以為他們遇難了，相關新聞早已被炮制出來。盡管條件極端，他們依然利用靜電計記錄了平流層的高能射線強度，并獲取了高空的氣壓溫度梯度數據。此次飛行創造了人類平流層飛行的新高度，到達了15781米，奧古斯特也被稱之為平流層的哥倫布。

▲萬人空巷歡迎平流層英雄歸來（Bertrand Piccard）

但是奧古斯特覺得這次飛行也太不體面了，次年（1932年8月）他重整旗鼓，在改進散熱和閥門系統后再次升空，達到了16201米的新紀錄。比利時著名漫畫家埃爾熱（Hergé）在見到奧古斯特的體貌特征及其實驗裝置后，以此為原型創作了《丁丁歷險記》中的卡爾庫魯斯教授（Professor Calculus）。

▲1932年，奧古斯特再度創造記錄（bertrand piccard）

奧古斯特在創造記錄之后說過這樣一段話：當其他平流層氣球飛行員出現并超越我達到的高度時，那將是我偉大的一天。我的目標不是打破記錄，更不是保持記錄，而是開辟一個新的科學研究和航空導航領域。結果第二年（1933年11月），塞特爾（Thomas G. W. Settle）駕駛著皮卡爾家族的“進步世紀”氣球飛躍到了18865米的高空。1934年，受奧古斯特影響，珍妮特·皮卡爾（里德隆）駕駛這個氣球到達了17550米的高空，成為第一位進入平流層的女性。這一記錄直到航天時代才被瓦蓮京娜·捷列什科娃（Валентина Владимировна Терешкова）打破，不過為了表示對珍妮特的敬意，捷列什科娃仍稱珍妮特為第一位進入太空的女性。

▲1934年，珍妮特創造世界記錄后著陸出艙（wiki）

幾次飛行之后，高空物理數據已經足夠支撐他的下一個想法，奧古斯特于1930年代中后期將工程設計方向轉向了深海探索。他發現，只要將平流層加壓艙的物理學參數進行受力反轉，再加上一個浮力艙，就能制造出深海潛水器。幾十年前兄弟兩人的設想，在二戰后變成了現實。1953年8月，69歲的奧古斯特與兒子雅克·皮卡爾共同駕駛的里雅斯特號下水，并于同年在地中海完成了3150米深度的載人下潛。一個年近古稀的父親，和他正值壯年的兒子，擠在一個小小的金屬球艙里，家族使命在這里完成了傳承。

▲奧古斯特與兒子雅克

1958年，的里雅斯特號被美國海軍購買并進行了加固改裝。1960年1月23日，雅克與美國海軍上尉唐·沃爾什（Don Walsh）駕駛這艘基于奧古斯特圖紙設計的深潛器，向馬里亞納海溝下潛。在下潛過程中，艙外一塊玻璃因為無法承受巨大的壓力，出現了網狀裂紋。但奧古斯特的物理計算沒有出錯，內部的核心鋼結構依然維持著絕對的穩定。他們就在這塊破裂窗戶的后面慢慢下潛，最終到達10916米的海溝最深處。窗外是有生命的。雅克看到了蝦，還看到了小丑魚（后來被認為是幻視）。在人類以為不可能有任何生命存在的深淵里，生命安安靜靜地游過。在確認深海中也存在洋流后，他警告不要將放射性廢料傾倒到海中，因為洋流遲早會把垃圾帶到水面。

▲雅克與沃爾什在馬里亞納海溝（NOAA）

這個紀錄直到2012年才被導演詹姆斯·卡梅隆追平。但故事到這里還沒有結束。奧古斯特的孫子、雅克的兒子貝特朗·皮卡爾（Bertrand Piccard），不僅在1999年完成了人類第一次不間斷環球熱氣球飛行，還在2015到2016年期間，駕駛一架不消耗一滴燃油的太陽能飛機“陽光動力2號”，完成了史無前例的純太陽能環球飛行。

▲2015年4月21日，貝特朗的飛機從重慶江北機場起飛（新華網）

爺爺飛向了一萬六千米的高空。父親潛入了一萬一千米的深海。孫子用不燒一滴油的飛機繞了地球一圈。三代人用同一種精神，完成了對地球立體空間的完全征服。而為了致敬這個不可思議的家族，《星際迷航》的編劇甚至將企業號星艦最著名的艦長，命名為讓-盧克·皮卡德（Jean-Luc Picard）。在虛構的未來里，皮卡爾這個名字繼續駛向星辰。

▲丁丁歷險記與星際迷航

另一條路

現在，讓我們再看一眼1927年的那張索爾維會議合影。前排的那些大腦，用他們寫在紙上的公式，拆解了原子的秘密，推演了宇宙的誕生，在隨后的幾十年里引發了核能、半導體和信息革命。

但是這并不是物理學的全部。站在最后一排左上角的奧古斯特·皮卡爾，選了另一條路。他不滿足于在公式里推導宇宙，他要用凡士林、鋁板、干涉儀、氫氣球和汽油，用自己的血肉之軀，去撞擊人類生理和工程的極限。他想知道平流層的輻射有多強，就自己飛上去。想知道海溝最深的地方是什么樣的，就把加壓艙倒過來往下沉。

學術界少了一個可能會寫出幾篇論文的物理教授，但人類多了一批能夠潛入深海、飛入平流層的機器。那張照片留住了物理學最聰明的一群人，但物理學沒有留在會議室里，它跟著皮卡爾走出去了。

1. David eugster ；Auguste Piccard: Ein Mann der exakten Extreme；

2. Auguste Piccard, Explorer, Is Dead; Auguste Piccard Is Dead at 78; Stratosphere and Sea Explorer；

3. FAI celebrates 90th anniversary of Auguste Piccard breaking the stratospheric barrier；

4.

文章轉載自“墨子沙龍”公眾號