加州理工學院（上）

加州理工學院（Caltech）在權威的英國《泰晤士高等教育》（Times Higher Education）2012年全球最佳大學排名榜中榮登榜首。這是該刊進行全球高校排名八年來，首次由哈佛大學以外的大學問鼎。

加州理工學院校徽

貝克曼大禮堂（Beckman Auditorium）

為什麼以理工科為主、沒有諸如法學院醫學院管理學院等熱門學科、僅有300名教師和2000學生（包括本科生和研究生）的加州理工學院會獨佔鰲頭呢？

1．山不在高，有仙則靈

加州理工學院（California Institute of Technology or Caltech or CIT）坐落於距加利福尼亞州洛杉磯市東北11英里的帕薩蒂納（Pasadena）。創校120年來，Caltech不盲目擴大或增加學科，保持著小學院（還叫「學院」）的規模，保持著最高的人均學生資源（教師與本科生比例高達1:3），保持著高度的學科對話交流碰撞融合的傳統，持之以恆地走著一條重質不重量的精英路線，達到了「山不在高，有仙則靈」的境界：

-        擁有的學科無不名列前茅，如在《泰晤士高等教育》所列六類學校中的工程與技術類和物理科學兩類排名全球榜首[注1]。

-        Caltech共有31位校友32次贏得諾貝爾獎[注2]，6名校友贏得克拉夫獎（The Crafoord Prize）[注3]。得獎數與教師數的比例傲視全球。

-        56校友獲得美國科學最高榮譽「美國國家科學獎章」。

-        1/3教授（205人次，不少教授是雙料甚至三料院士）為美國國家院士（包括科學院、工程學院及藝術與科學學院）。院士比例為全美大學最高。

-        教授論文被引用率全球最高。

-        人均教授獲得的發明備忘錄為全美大學最高。

-        有近40%的本科生最終拿到博士學位，為全美大學最高。

-         

注1：《泰晤士高等教育》共分以下6類學校：工程和技術（加州理工學院和麻省理工學院並列第一），藝術和人文（斯坦福大學為第一），臨床、臨床前和健康（牛津大學為第一），生命科學（哈佛大學為第一），物理科學（加州理工和普林斯頓大學並列第一），和社會科學（斯坦福大學為第一）。

注2：Caltech校友所贏得的32次諾貝爾獎包括14個物理獎，9個生理學與醫學獎，6個化學獎，2個經濟學獎和1個和平獎（1954年化學獎得主萊納斯·鮑林因其反核努力而獲得1962年和平獎）。

注3：克拉夫獎（Crafoord Prize）由克拉夫夫婦捐資瑞典皇家科學院於1980年設立；1982年開始授獎，授獎範圍是不為諾貝爾獎所涵蓋的三大學科：數學與天文學、地球科學、和生物科學（著重於生態學）。逐年輪流授獎，即每一學科隔3年有一次獲獎。每項獲獎不超過3人，獲獎者必須是仍然健在的科學家，由瑞典國王每年頒獎。以上這些規定都是和諾貝爾獎一致的。截至2011年，共有51人得獎。

貝克曼學院（Beckman Institute）（化學和生物方面的跨學科研究中心）

加州理工學院諾貝爾獎得主包括

-        被公認為歷史上最偉大的化學家之一和20世紀最偉大的科學家之一的萊納斯·鮑林（Linus Pauling）是20世紀對人類貢獻最大的世紀偉人之一。他博學多才，以跨度不同的科學領域———從物理學到化學到分子生物學到醫學領域所取得的非凡成就而著稱。他的名著《化學鍵的本質》被歐洲人奉為《化學聖經》，是科學史上被引述最多的著作之一

-        引發電子革命的晶體管（Transistor）之父威廉·肖克利（William B. Shockley）

-        遺傳學（Genetics）之父染色體的發現者之一托馬斯·亨特·摩爾根（Thomas Hunt Morgan）

-        激光之父查爾斯·湯斯（Charles Townes）

-        量子電動力學之父、歷史上最傳奇最有趣的科學家之一理查德•費曼（Richard Feynman）

-        夸克[注4]之父默里•蓋爾曼（Murray Gell-Mann）

-        宇宙大爆炸的證實者羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）

-        大腦不對稱「左右腦分工理論」的發現者羅傑•斯佩里（Roger Wolcott Sperry）[注5]

-        飛秒化學[注6]之父艾哈邁德·澤維爾（Ahmed H. Zewail）

-        控制細胞周期的特異基因的發現者勒蘭德·哈特韋爾（Leland H. Hartwell）

-        實驗經濟學[注7]之父弗農·史密斯（Vernon Smith），和

-        有機合成中的複分解（Metathesis）先驅羅伯特.格拉布（Dr. Robert H. Grubbs ）。

注4：夸克（Quark），基本粒子理論中的組成粒子。中子、質子這一類強子是由更基本的單元——夸克組成的。一個質子和一個反質子在高能下碰撞，就會產生一對幾乎自由的夸克。它們具有分數電荷，是基本電量的2/3或-1/3倍，自旋為1/2。它是1964年美國物理學家默里·蓋爾曼和G·茨威格各自獨立提出的理論。

注5：斯佩里經過多年的研究發現，人的左右腦有嚴格的工作區分，左腦負責邏輯、工作、學習，右腦負責睡眠、潛意識、感知音樂。

注6：飛秒化學（Femtochemistry）是物理化學的一支，研究在極小的時間內化學反應的過程和機理。這一領域涉及的時間間隔短至約千萬億分之一秒，即1飛秒，這也就是名稱的來源。澤維爾的實驗使用了超短激光技術，即飛秒光學技術。猶如電視節目通過慢動作來觀看足球賽精彩鏡頭那樣，他的研究成果可以讓人們通過「慢動作」觀察處於化學反應過程中的原子與分子的轉變狀態，從根本上改變了我們對化學反應過程的認識。澤維爾通過「對基礎化學反應的先驅性研究」，使人類得以研究和預測重要的化學反應，澤維爾因而給化學以及相關科學領域帶來了一場革命。

注7：實驗經濟學（Experimental Economics）是經濟學家在挑選的受試對象參與下，按照一定的遊戲規則並給以一定的物質報酬，以模擬方法創造與實際經濟相似的一種實驗室環境，不斷改變實驗參數，對得到的實驗數據分析整理加工，用以檢驗已有的經濟理論及其前提假設、或者發現新的理論，或者為一些決策提供理論分析。實驗經濟學迅速發展，逐漸科學化和規範化，成為一個獨立的經濟學分支。

2．三才「天地人」

加州理工學院在中國古人所說的三才「天地人」研究上都傲視同儕：1.「人」。從Caltech的9個諾貝爾生理學與醫學獎得主在遺傳學染色體大腦分工細胞周期複分解等方面的開創性貢獻，就可看出其在生物人類科學的領先地位。

2.「地」（物理地球科學）。Caltech在粒子物理方面人才輩出。譬如在1950至1970年代，就以兩名很可能稱得上當時最偉大的理論粒子物理學家所在的學校而聞名：蓋爾曼和費曼。地球科學則與麻省理工學院並列美國新聞（US News）所評的全美最好科目。那裡地震研究的權威性首屈一指。只要看到校園裡停靠著大量電台新聞車，就知道在全球的某個角落剛剛發生了不小的地震。

3.「天」（天體宇航航空）。眾所周知，Caltech諾貝爾獎的羅伯特·威爾遜證實了宇宙大爆炸。那裡的黑洞研究在全球也是名利前茅。著名理論物理學家、宇宙學家、劍橋大學教授和創下了237周最暢銷書紀錄的《時間簡史：從宇宙大爆炸到黑洞》（Brief History of Time：From the Big Bang to Black Holes）作者史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）對黑洞的開創性研究，主要就是在1974-75訪問加州理工學院一年時進行的。霍金先後與不同學者，提出多項學說，改變人類對宇宙誕生的看法。其中由他與另一名學者彭羅斯（Roger Penrose）合著的奇點定理（singularity theorem），提出時間及宇宙是有起點和終點，肯定了同時代其他人開創的宇宙大爆炸學說，推翻古典物理學有關時空是永恆存在的學說。按照該項定理，他進一步提出具有革命意義的「宇宙無邊論」（No Boundary Proposal），該論說指出，在擴張中的宇宙外，並沒有任何人類認知的「空間」存在。在黑洞研究上，他亦提出多重創見，認為黑洞並非完全漆黑一片，相反，黑洞會發出一種輻射（後來被稱為霍金輻射Hawking radiation），這種輻射（能量）以極緩慢的速度離開黑洞后，亦即意味黑洞能量會耗盡，造成黑洞蒸發現象。霍金也因此將加州理工學院作為英國劍橋之外的家，每年到加州理工學院一個月左右，從事研究並與那裡的教授、博士后及研究生交流。

史蒂芬·霍金《時間簡史：從宇宙大爆炸到黑洞》

歷史上關於黑洞最有名的打賭

說起霍金、黑洞和加州理工學院，不得不提到那個歷史上關於黑洞最有名的（甚至是關於科學探索最有名的）打賭。窮一生精力研究黑洞的霍金，曾擔心黑洞可能只是理論上的概念，而現實中根本不存在。他為免到時自己變得一無所有，1975年在訪問加州理工學院時，與Caltech好友、全球最有名的引力波專家和愛因斯坦廣義相對論在天體物理應用權威索恩（Kip Stephen Thorne）開賭：究竟黑洞是否存在，具體的賭約是指當時一個最有可能疑似為黑洞的天體天鵝座X-1。為了進行「對沖」，霍金很有趣地押注黑洞不存在。如果他「不幸」地贏了，霍金雖然一生心血被毀，但索恩要向他贈上專門踼爆英國皇室醜聞的《私家偵探》（Private Eye）雜誌4年訂閱，如果霍金「幸運」地輸了，他就要贈送索恩色情雜誌《閣樓》（Penthouse）1年贈閱。1990年霍金在加州理工學院演講時，很「傷心」地願賭服輸。當時索恩人在莫斯科，於是霍金大張旗鼓闖入索恩的辦公室拿出當年的賭據來按手指認輸。這件事情還有一個有趣的結局，霍金給索恩訂閱了1年的《閣樓》，這讓索恩的妻子很惱火，原因倒不是因為對閣樓的內容反感，因為他的妻子認為霍金應該訂閱一份對男女都適合的刊物。

史蒂芬·霍金和索恩（右2）

歷史上關於黑洞有四次著名的打賭，都與加州理工學院有關：

第一次是已故的諾貝爾獎獲得者錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）和加州理工學院著名物理學家索恩（Kip Stephen Thorne）關於旋轉黑洞的穩定性問題打的賭。結果是索恩贏得一年的雜誌《花花公子》。但是由於索恩的妻子認為應該訂閱一份對男女都適合的刊物，錢德拉塞卡換成為索恩訂購了《聽眾》雜誌。

第二次是以上霍金和索恩的1975年之賭。

第三次打賭是在1991年，霍金又要求開賭，這次索恩與他站在同一陣線，對賭一方是加州理工學院著名量子力學教授普雷斯基爾（John Preskill）。當時的命題是，奇點應該被黑洞圍繞，但沒有被黑洞包圍的「裸奇點」（naked singularities）是否存在。霍金再次輸了。

第四次打賭是在1997年，霍金同美國物理學家約翰·普雷斯基爾打賭，黑洞是否會摧毀它們吞噬的一切信息？霍金於2004年7月21日當眾表示輸掉了這場科學史上著名的賭賽，並送給普雷斯基爾一套板球百科全書。

鏈接：TEDxCaltech - Stephen Hawking, John Preskill, Rives, Kip Thorne - Finding Things Out

http://www.youtube.com/watch?v=UzMQpZe-j4M

3．噴氣與推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）

加州理工學院在「天」（天體宇航航空）的領先地位也得益於「噴氣與推進實驗室」（Jet Propulsion Laboratory，簡稱JPL）。有5000名全職僱員的JPL是美國國家航空航天局（The National Aeronautics and Space Administration，簡稱NASA）的一個下屬機構，負責開發和管理無人太空探測任務，行政上受NASA的委託由加州理工學院管理。JPL所進行的科研項目中包括了伽利略木星探測任務和火星漫步任務（包括1997年的火星探路者任務和2003年的火星表面探測任務）。JPL已經向太陽系中的每個行星都發射了無人探測器，還進行了對地球準確測量的任務。它控制著全球的深空探測網路，這些設施分別坐落在加利福尼亞的Mojave沙漠，西班牙的馬德里附近和澳大利亞的堪培拉附近。

加州理工學院的「噴氣與推進實驗室」

坐落在聖格布瑞爾山谷（San Gabriel Valley）的「噴氣與推進實驗室」

以下是按時間順序列出的具有重大意義的JPL探測任務：

1 探索者計劃 (Explorer Program) 　　

2 水手計劃 (Mariner Program) 　　

3 先鋒計劃 3和4 (Pioneer 3 and 4) 　　

4 海盜者計劃 (Viking Program) 　　

5 旅行者計劃 (Voyager Program) 　　

6 麥哲倫計劃 (Magellan Program) 　　

7 伽利略計劃 (Galileo Probe) 　　

8 深空 1和2 (Deep Space 1 and 2) 　　

9 火星全球探測者 (Mars Global Surveyor) 　　

10 探測火星大氣的軌道衛星 (Mars Climate Orbiter) 　　

11 卡西尼惠更斯衛星 (Cassini Huygens) 　　

12 星塵計劃 (Stardust) 　　

13 火星奧德賽計劃 (Mars Odyssey) 　　

14 火星探路者計劃 (Mars Pathfinder) 　　

15 火星漫步者計劃 (Mars Exploration Rover Mission) 　　

16 斯皮策深空望遠鏡 (Spitzer Space Telescope) 　　

17 火星探測軌道衛星 (Mars Reconnaissance Orbiter)

噴氣與推進實驗室的「精神號」火星探測車

與地球及金星大小類似的（大小從右到左排列）、太陽系外行星可能存在生命

這是由加州理工學院、加州大學和美國國家航空航天局共同擁有的、坐落於夏威夷島（the Big Island of Hawaii）的、世界最大的天文望遠鏡（the W. M. Keck Observatory）發現的。其中Kepler-20 f 很可能有大氣層。

4．錢學森

噴射推進實驗室的歷史可追溯到1936年加州理工學院古根海姆航空實驗室屬下的一個「草根」課題組「火箭俱樂部」。火箭俱樂部得到了加州理工學院教授、空氣動力學獨一無二的大師西奧多•馮•卡門（Theodore von Karmen）的大力支持。實驗室的創建者包括馮•卡門的得意門生、後來成為美國最著名火箭科學家之一的錢學森和馮•卡門的其他四個學生。由於火箭俱樂部數次轟動全校的爆炸事故，被學生們戲稱為「自殺俱樂部」，並被逐出校園，到8英裡外荒涼的聖蓋博山谷（San Gabriel Valley，後來成為「噴氣與推進實驗室」的所在地）做實驗。

1943年美軍情報部探知德軍正在德國境內建立大規模的火箭發射基地，火速撥巨款300萬美元（相當於現在的4000萬美元）成立加州理工學院噴氣推進實驗室，下設彈道、材料、噴氣、結構四組。錢學森以世界知名的火箭噴氣推進專家理所當然地擔任噴氣研究組組長。中國學者錢偉長、郭永懷、周培源、林家翹先後來到加州理工學院參加了噴氣推進實驗室彈道分析、燃燒室熱傳導、燃燒理論研究等工作。1949年錢學森應聘為加州理工學院正教授，並出任加州理工學院古根海姆噴氣推進研究中心主任，領導美國太空火箭的研究。

任教於加州理工學院的錢學森教授

世界氣體動力學三代掌門人：開山祖師普朗特（左）、馮•卡門少將（右）和錢學森上校（中）

1945年四五月間，錢學森跟隨馮•卡門訊問馮•卡門的老師——著名的空氣動力學家普朗特。這張歷史性的照片是世界氣體動力學三代掌門人的合照，非常有趣。師父和徒弟聯手審訊師祖，更是開歷史的玩笑。

1945年春，盟軍勝利在望，羅斯福總統要求迅速派遣專家前往德國的軍事工業重地探索所有可能的隱密。四月底，馮•卡門組建了一個由三十六位專家組成的「科學諮詢團」前往德國。馮•卡門受聘擔任這個科學諮詢團的團長，被授與少將軍階；錢學森受聘擔任火箭組的主任，被授予上校軍階。一群美國科學家浩浩蕩蕩前往歐洲訊問德國軍事科學家，收繳德國掌握的軍事科技和最新裝備，並且爭取優秀的德國軍事人才來美國效力。

錢學森參與訊問的第一位德國火箭專家就是馮．布勞恩（Wernher von Braun），他是德國 V1 與 V2 飛彈的總設計師。錢學森讓布勞恩寫出【德國液態燃料火箭發展及未來展望概論】，受到美國軍方的重視。美國將布勞恩和他的設計小組都帶到美國。移居美國的布勞恩後來擔任美國國家航空航天局（NASA）的空間研究設計師，主持設計了「阿波羅４號」太空計劃。

不久，錢學森遭受麥卡錫主義迫害（化學界泰斗、諾貝爾化學獎和和平獎雙料得主、加州理工學院的萊納斯•鮑林教授也曾被麥卡錫主義列入黑名單），憤而決定回歸祖國。1950年8月29日，錢學森和趙忠堯夫婦等一起，登上了美國的"威爾遜總統號"。正要啟航時，美國聯邦調查局的特工突然上船搜查。錢學森800多公斤重的書籍和筆記本被扣留，錢學森本人被以"毛的間諜"的「莫須有」罪名，收押在特米諾島（Terminal Island）的監獄里15天。由於加州理工學院（包括當時的校長、曾任杜魯門與尼克松兩任總統的科學顧問的杜布里奇 （Lee Alvin DuBridge））的不懈努力和抗爭，錢學森很快被取保候審。不過在隨後的與美國移民局展開的長達5年的法庭鬥爭期間，錢學森只能涉及一些基礎學科的研究與教學。1955年，在中、美政府長達幾個月的日內瓦雙邊會談之後，錢學森被美國政府釋放並回國，用以交換在朝鮮戰爭中被俘的11名美國飛行員。

5．加州理工學院的中國緣

30-40年代知名加州理工學院中國校友有：

-        錢學森（1911-2009（98歲））：師從馮•卡門的加州理工學院博士、加州理工學院「具有卓越貢獻的校友」獎獲得者（1979年）、噴射推進實驗室創建者之一、世界知名的空氣動力學家、上世紀40年代就已經成為和其恩師馮·卡門並駕齊驅的航空航天領域內最為傑出的代表人物之一、中國航天之父、中國兩彈一星的元勛之一

-        錢偉長（1912-2010（98歲））：馮•卡門的加州理工學院博士后、中國近代力學之父及應用數學之父

-        周培源（1902-1993（91歲））：加州理工學院第一個中國博士、加州理工學院唯一兩次獲得「具有卓越貢獻的校友」獎（1980年和1985年）的校友、27歲成為清華大學最年輕教授、北京大學校長、中國科協主席、中國近代力學奠基人和理論物理奠基人之一

-        郭永懷（1909-1968（59歲））：師從馮•卡門的加州理工學院博士、中國兩彈一星的元勛之一、中國近代力學事業的奠基人之一（1968年空難殉職）

-        林家翹（1916-）：師從馮•卡門的加州理工學院博士、加州理工學院「具有卓越貢獻的校友」獎獲得者（1992年）、國際公認的力學和應用數學權威

-        談家楨（1909-2008（99歲））：師從遺傳學權威摩爾根的加州理工學院博士、加州理工學院「具有卓越貢獻的校友」獎獲得者（1983年）、中國現代遺傳學奠基人

-        核物理學家趙忠堯（1902-1998（96歲））：師從諾貝爾獎獲得者密立根教授的加州理工學院博士、中國核物理的奠基人

-        孟昭英（1906-1992（89歲））：加州理工學院博士、實驗物理學家、中國無線電電子學事業奠基人之一

-        殷宏章（1908-1992（84歲））：加州理工學院博士、加州理工學院「具有卓越貢獻的校友」獎獲得者（1988年）、中國植物生理學家及光合作用研究的先驅

-        胡寧（1916-1997（81歲））：加州理工學院博士、理論物理學家

-        馮元楨（1919-）：加州理工學院博士、加州理工學院「具有卓越貢獻的校友」獎獲得者（1994年）、「生物力學之父」

-        唐有祺（1920-）：師從化學界泰斗、諾貝爾化學獎和和平獎雙料得主萊納斯•鮑林（Linus Pauling）的加州理工學院博士、中國化學學科奠基人

-        鄭哲敏（1924-）：師從錢學森的加州理工學院博士、中國著名力學家、爆炸力學專家

（未完待續）