索尔维会议之后，他决定离开学术界

1927年，比利时布鲁塞尔，参加第五届物理索尔维会议的29人拍下了一张合影。后人称这张照片为“人类历史上最聪明的合影”。前排坐着爱因斯坦、居里夫人、普朗克；中排有玻尔、狄拉克；后排站着薛定谔、海森堡、泡利。这群人正在用他们的头脑，重塑人类对这个世界的认知。

不过我们今天不讨论这些熟悉的人。如果你把目光移向最后一排的最左边，会看到一个长着异乎寻常的长脖子、梳着背头、安静看向镜头的高个子男人。他叫奥古斯特·皮卡尔（Auguste Piccard），时年43岁，布鲁塞尔自由大学的应用物理学教授。

▲第三排第一位便是奥古斯特·皮卡尔

他受邀参加了这场现代物理学史上最重要的会议，说明他在当时的物理学界很有分量。但后来，很少有人会在讲述1927年索尔维会议时想起他。他就像站在那张照片的边缘一样，逐渐成了历史的边缘人。但他其实只是走出了相框，走进了另一部历史。

凡尔纳的孩子

1884年1月28日，奥古斯特·皮卡尔和他的双胞胎兄弟让·费利克斯·皮卡尔出生在瑞士巴塞尔。他们的父亲朱尔斯·皮卡尔（Jules Piccard）是巴塞尔大学的化学教授，最喜欢做的事情是授课与指导学生做实验；叔叔保罗·皮卡尔（Paul Piccard）则是一位杰出的工程师，曾参与设计过尼亚加拉瀑布亚当斯发电厂的涡轮机。在这样的家庭环境中，双胞胎兄弟从小就沉浸在在纯粹的科学与工程之间。

▲朱尔斯·皮卡尔安装在家庭中的电话，他是第一个在瑞士安装电话的人

当同时代其他未来的理论物理学家正沉浸于哲学或古典乐时，皮卡尔兄弟书架上被翻阅得最多的，是法国作家儒勒·凡尔纳的科幻小说。但是不论对他们的父亲还是对两兄弟而言，凡尔纳的作品都不仅仅是单纯的冒险故事，更是包含气压、浮力、密封等工程名词的草图。从他们的父辈到他们的后代，整个家族设想的就是如何将凡尔纳的虚构变成现实。1905年，也就21岁时，他们就已经在草稿纸上构想出了一种“深水潜艇”的概念，这就是后来深海潜水器的雏形。如果你是他们家的邻居，大概会觉得这家人不是在搞物理，而是在计划什么大事情。

▲小时候的兄弟二人（Bertrand Piccard）

进入青年时代后，兄弟俩一同考入了苏黎世联邦理工学院（ETH）。让·皮卡尔继承了父亲的衣钵攻读化学（后来也走上了冒险的道路，是NASA载人航天器中心首任主任吉尔鲁斯的老师），而奥古斯特则选择了物理学。在ETH就读期间，奥古斯特结识了比他年长五岁、几年前刚从该校毕业的校友：爱因斯坦。两人后来合作研制用于测量液体放射性与电磁现象的精密仪器。爱因斯坦使用过的不少实验设备，都出自奥古斯特之手。

▲奥古斯特（右三）与爱因斯坦（Bertrand Piccard）

奥古斯特极其聪明，数学和理论基础扎实，完全具备成为一名顶尖传统学者的素质。但他骨子里那种属于探险家的基因让他无法安心把生命耗费在公式推导上。他需要亲手触碰仪器，让高空的风吹在脸上，需要用身体去感受那些纸面上写不出来的数据。1915年，奥古斯特做出了一个远离传统实验室的决定，他报名加入了瑞士军队的气球观测部队，正式成为了一名军用热气球飞行员。

一战时在军队服役，对许多富家子弟来说可能是消遣或镀金，但那绝不是在气球部队。奥古斯特在气球吊篮里接受了极其严格的飞行训练。他甚至曾与兄弟一起，驾驶着热气球从瑞士苏黎世起飞，一路飞越国境线降落在了法国。

▲奥古斯特·皮卡尔（右）与让·皮卡尔（左）在一战时的合影（瑞士联邦档案馆）

这这段服役经历彻底塑造了奥古斯特：他成了一个手持物理学学位、却偏爱用双手和胆量来拷问自然的人。他也从此明确了自己的信念：如果得不到想要的数据，就自己造仪器或者亲自去能得到数据的地方。

凭借着扎实的学术功底与实验技能，1922年，38岁的奥古斯特成为布鲁塞尔自由大学的应用物理学教授，并在同年受邀参加了第一届化学索尔维会议，正式打入了20世纪初欧洲顶级科学家的核心圈子。

替爱因斯坦上天

20世纪20年代的奥古斯特已经在物理学界颇有声望。他在1917年预言了锕系放射系的始祖应该是一种质量数为235的铀同位素，这个预测在1935年被登普斯特（Arthur Jeffrey Dempster）的实验证实。也是在1917年，他还与皮埃尔·韦斯（Pierre Weiss）合作，首次在实验中观测到磁性材料在磁场中发生温度变化，也就是磁热效应，这一发现后来成为磁制冷技术的科学基础。但真正让其名声大噪的，还是他在1926年进行的一项高空实验，这一实验从工程学和经验数据的角度，直接介入了当时物理学界关于狭义相对论正确性的一场争论。

狭义相对论的物理学基石之一是光速不变原理。这一理论排除了宇宙中存在绝对静止参考系及传光介质“以太”（Aether）的假说。早在1887年，迈克尔逊-莫雷实验便在海平面高度证明了“以太风”的不存在。然而，到了20世纪20年代初，美国实验物理学家戴顿·米勒（Dayton Miller）、宣称自己在威尔逊山上检测到了清晰的光干涉条纹移动，也就是“以太风”存在的证据。

▲迈克尔逊-莫雷实验，让一束光分成两束，一束与地球运动方向平行，另一束垂直。如果“以太”真的存在，两束光的速度就会有差异，干涉条纹应该出现移动。但无论怎么转动实验装置，干涉条纹都没有任何变化。（britannica）

米勒提出了一套能够自洽的物理假设：他认为地球在海平面附近会产生“以太拖拽”效应，导致在地表无法测出漂移；因此，要验证相对论的真伪，必须在受到地表拖拽影响较小的高海拔区域进行测量。如果他的说法成立，相对论就要重写了。

爱因斯坦在审阅米勒的报告后，推测这些干涉条纹的移动其实不是 “以太风”，而是由于仪器在不同环境下的微小热胀冷缩。但理论物理学家的推断无法替代经验数据，为了用证据反驳米勒，学界急需在比威尔逊山更高、气流与温度环境更严苛的地方做一遍实验。

▲米勒并非是什么哗众取宠之人，他在1904年进行的测量以太实验还成为相对论的基础，在此后的时间中，米勒进行了上百万次的以太测量漂移，是这方面的权威专家。但他的确一直对相对论持有反对立场，在知道爱因斯坦的论断后，米勒评论到：爱因斯坦教授的问题在于他对我的成绩一无所知……我可不是那么简单，完全不考虑温度。后来者认为米勒的问题可能是实验者效应导致的观测偏差，也就是倾向于寻找支持自己假设的信息

爱因斯坦写信给奥古斯特，请他帮忙设计一个关键验证实验：在气球上重复米勒的实验。高空中大气干扰更少，测量结果更有说服力。1926年，奥古斯特与其助手埃德加·斯塔赫尔（Edgar Stahel）设计了一套微型化且恒温的迈克尔逊-莫雷干涉仪。奥古斯特亲自驾驶热气球升空。在寒冷又颠簸的高空，他用这套仪器重新进行了迈克尔逊-莫雷实验。同年，他又把仪器搬到了海拔将近1800米的瑞吉山上再次测试。实验结果表明，在严密的恒温机制控制下，光速在各个方向上依然保持绝对恒定。

▲1925年10月14日，奥古斯特给爱因斯坦写信，介绍自己的热气球实验方案（爱因斯坦文集第15卷）

通过这种将自己送上天的方式，奥古斯特为20世纪最伟大的物理理论保驾护航。也正是他在极端实验物理学上的这种地位，他成为了索尔维会议的常客。但这恰恰也是他最终离开的原因。

索尔维会议上的局外人

我们可以试着侧写一下1927年索尔维会议期间奥古斯特的心理状态。会议连续开了好几天，气氛略显诡异。爱因斯坦每天早餐提出一个新的思想实验，试图击溃量子力学的概率解释；玻尔则在晚餐给出反击。“上帝掷不掷骰子”的争论充斥着整个会场。暂且不论奥古斯特能不能听懂那些越来越抽象的论证，更重要的是，这些飘在空气里的对抗，不是他热爱的那种物理学：这物理学怎么就变成这样了？

作为一个需要亲手触碰仪器、需要听到高空风声、习惯用凡士林去堵气球漏气孔的实验者，坐在满是烟味的会议室里听着这些越来越形而上学的争论，他或许感到了一种深刻的割裂。黑板上的物理学，已经彻底走向了抽象的迷宫。而奥古斯特想要的，是物理世界本身。会场太闷了，是时候出去走一走了。

他想要造一个能把自己送进平流层的气球。这当然不是什么心血来潮，此时的他正对宇宙射线感兴趣。当时的物理界对这种来自太空的高能辐射争论不休。有人认为是光子，有人认为是带电粒子，但只要在地面上，由于地球大气层的干扰，根本测不准。要解决这些争论，只有一个办法：到高空去，到对流层的顶端去，到平流层去。

就这样，当会场中的人继续向微观世界的深处走去时，奥古斯特转身走向了天空。

从天空到深海

今天的民航飞机都可以在平流层底部轻松巡航，但是在那个年代，平流层仍然是一个常人无法涉足的死亡领域：气压不足地表的十分之一，气温常年维持在零下50摄氏度。如果在开放式吊篮中升至那个高度，人的体液会在低压下气化。为此，奥古斯特设计了人类历史上第一个高空气球加压密封舱，球舱一侧涂黑以吸收太阳辐射，另一侧涂白以反射热量，他计划在空中用马达旋转舱体来调节温度。

▲奥古斯特与他的球舱（Bertrand Piccard）

但是，理论与现实之间，往往藏着的是机械故障。1931年5月27日凌晨，在德国奥格斯堡的试飞现场，一阵狂风导致地勤绳索意外脱落。巨大的氢气球在未经彻底检查的情况下，带着奥古斯特和助手保罗·基普弗（Paul Kipfer）强行冲入高空。升空仅几分钟，球舱壁发生泄露，奥古斯特顺手抓起凡士林和棉纱混合物，堵住了泄露孔。随后，外部用于旋转舱体的电动机发生短路，涂黑的一面持续对着太阳，舱内温度飙升到了近40摄氏度，饮用水迅速蒸发，两个人只能喝从穹顶滴落的冷凝水。他们想通过让气球排气的方式降落，结果阀门因为低温被冻住了，只能等着日落后氢气遇冷收缩。但是这还没有结束，水银气压计破了，液态的水银会腐蚀铝制舱壁，奥古斯特又利用外部低气压把水银抽出密封舱。

▲出发前两个人戴着缝制的防撞头盔留影 （Bundesarchiv）

就这样，两个人用凡士林、耐心和一些运气，在天空中撑了将近17个小时。当他们终于回到地面时，地上的人早已以为他们遇难了，相关新闻早已被炮制出来。尽管条件极端，他们依然利用静电计记录了平流层的高能射线强度，并获取了高空的气压温度梯度数据。此次飞行创造了人类平流层飞行的新高度，到达了15781米，奥古斯特也被称之为平流层的哥伦布。

▲万人空巷欢迎平流层英雄归来（Bertrand Piccard）

但是奥古斯特觉得这次飞行也太不体面了，次年（1932年8月）他重整旗鼓，在改进散热和阀门系统后再次升空，达到了16201米的新纪录。比利时著名漫画家埃尔热（Hergé）在见到奥古斯特的体貌特征及其实验装置后，以此为原型创作了《丁丁历险记》中的卡尔库鲁斯教授（Professor Calculus）。

▲1932年，奥古斯特再度创造记录（bertrand piccard）

奥古斯特在创造记录之后说过这样一段话：当其他平流层气球飞行员出现并超越我达到的高度时，那将是我伟大的一天。我的目标不是打破记录，更不是保持记录，而是开辟一个新的科学研究和航空导航领域。结果第二年（1933年11月），塞特尔（Thomas G. W. Settle）驾驶着皮卡尔家族的“进步世纪”气球飞跃到了18865米的高空。1934年，受奥古斯特影响，珍妮特·皮卡尔（里德隆）驾驶这个气球到达了17550米的高空，成为第一位进入平流层的女性。这一记录直到航天时代才被瓦莲京娜·捷列什科娃（Валентина Владимировна Терешкова）打破，不过为了表示对珍妮特的敬意，捷列什科娃仍称珍妮特为第一位进入太空的女性。

▲1934年，珍妮特创造世界记录后着陆出舱（wiki）

几次飞行之后，高空物理数据已经足够支撑他的下一个想法，奥古斯特于1930年代中后期将工程设计方向转向了深海探索。他发现，只要将平流层加压舱的物理学参数进行受力反转，再加上一个浮力舱，就能制造出深海潜水器。几十年前兄弟两人的设想，在二战后变成了现实。1953年8月，69岁的奥古斯特与儿子雅克·皮卡尔共同驾驶的里雅斯特号下水，并于同年在地中海完成了3150米深度的载人下潜。一个年近古稀的父亲，和他正值壮年的儿子，挤在一个小小的金属球舱里，家族使命在这里完成了传承。

▲奥古斯特与儿子雅克

1958年，的里雅斯特号被美国海军购买并进行了加固改装。1960年1月23日，雅克与美国海军上尉唐·沃尔什（Don Walsh）驾驶这艘基于奥古斯特图纸设计的深潜器，向马里亚纳海沟下潜。在下潜过程中，舱外一块玻璃因为无法承受巨大的压力，出现了网状裂纹。但奥古斯特的物理计算没有出错，内部的核心钢结构依然维持着绝对的稳定。他们就在这块破裂窗户的后面慢慢下潜，最终到达10916米的海沟最深处。窗外是有生命的。雅克看到了虾，还看到了小丑鱼（后来被认为是幻视）。在人类以为不可能有任何生命存在的深渊里，生命安安静静地游过。在确认深海中也存在洋流后，他警告不要将放射性废料倾倒到海中，因为洋流迟早会把垃圾带到水面。

▲雅克与沃尔什在马里亚纳海沟（NOAA）

这个纪录直到2012年才被导演詹姆斯·卡梅隆追平。但故事到这里还没有结束。奥古斯特的孙子、雅克的儿子贝特朗·皮卡尔（Bertrand Piccard），不仅在1999年完成了人类第一次不间断环球热气球飞行，还在2015到2016年期间，驾驶一架不消耗一滴燃油的太阳能飞机“阳光动力2号”，完成了史无前例的纯太阳能环球飞行。

▲2015年4月21日，贝特朗的飞机从重庆江北机场起飞（新华网）

爷爷飞向了一万六千米的高空。父亲潜入了一万一千米的深海。孙子用不烧一滴油的飞机绕了地球一圈。三代人用同一种精神，完成了对地球立体空间的完全征服。而为了致敬这个不可思议的家族，《星际迷航》的编剧甚至将企业号星舰最著名的舰长，命名为让-卢克·皮卡德（Jean-Luc Picard）。在虚构的未来里，皮卡尔这个名字继续驶向星辰。

▲丁丁历险记与星际迷航

另一条路

现在，让我们再看一眼1927年的那张索尔维会议合影。前排的那些大脑，用他们写在纸上的公式，拆解了原子的秘密，推演了宇宙的诞生，在随后的几十年里引发了核能、半导体和信息革命。

但是这并不是物理学的全部。站在最后一排左上角的奥古斯特·皮卡尔，选了另一条路。他不满足于在公式里推导宇宙，他要用凡士林、铝板、干涉仪、氢气球和汽油，用自己的血肉之躯，去撞击人类生理和工程的极限。他想知道平流层的辐射有多强，就自己飞上去。想知道海沟最深的地方是什么样的，就把加压舱倒过来往下沉。

学术界少了一个可能会写出几篇论文的物理教授，但人类多了一批能够潜入深海、飞入平流层的机器。那张照片留住了物理学最聪明的一群人，但物理学没有留在会议室里，它跟着皮卡尔走出去了。

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.

文章转载自“墨子沙龙”公众号