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本文轉載自公眾號「把科學帶回家」（ID：steamforkids）
一個沒上過大學的貧困藝術生自學大學物理，找到愛因斯坦的一個數學錯誤，得到薛定諤推薦，上了劍橋大學，成為劍橋大學800年歷史上第一個沒有本科學歷的博士。後來，他還提出了和愛因斯坦對著乾的光速可變理論，成為填補宇宙大爆炸理論系統 bug 的有力候選。
參考資料 Einstein wrote back 等
編譯 七君
來源 把科學帶回家（ID：steamforkids）
約翰·莫法特（John Moffat ）的人生經歷會打破你關於你對世界的許多成見。
1932年，莫法特出生在丹麥，他曾經是一個貧窮的藝術生，而且高中成就不太好，也沒有顯示出特別的數學或者科學天賦。
莫法特的父母也不是什麼教育家，他的媽媽是丹麥人，爸爸是英國人。他的爸爸是蘇格蘭的小號手，媽媽是合唱隊的，他們在結婚前互相聽不懂對方的語言。
莫法特的童年非常動蕩，他在二戰中長大， 在他小時候，隨時都有可能在上學途中遭遇納粹襲擊，他本人差一點就在倫敦大轟炸中遇難。他曾經上過13個學校，他的課堂常常是空襲避難所。
16歲的時候，莫法特從哥本哈根的 Kaptain Johnson 中學畢業。一開始，莫法特是想上大學的。但是在二戰的時候，要上大學的話，就必須要先上預科學校 （gymnasium）。預科有面試，但是莫法特遇到的面試官是一個數學家。這次面試的體驗極差，這位數學家把莫法特狠狠地羞辱了一番。
當時，這位預科學校的面試官嘲諷他：「莫法特同學，我可以保證你成不了數學家。」就這樣，莫法特完全失去了上大學的希望。
更不湊巧的是，他爸因為喝了肺結核病人喝過的咖啡，染上肺結核，不能工作，於是莫法特只能做信童、擦窗、送花等很多工作貼補家用。在對未來的迷茫中，莫法特想要成為畫家，於是他攢了錢去巴黎學畫畫。
1949年，17歲的莫法特來到了巴黎，找到了已經小有名氣的畫家塞爾日·波利亞科夫 （Serge Poliakoff），做他的學徒。
俄裔畫家塞爾日·波利亞科夫和他的作品
@lefebregallery
但是見到波利亞科夫本人後莫法特才明白，實際上，波利亞科夫即使已經出名，卻依然生活在貧困中，賣不了幾幅畫，晚上甚至要到咖啡館彈吉他賣藝，唱俄國民謠小曲兒賺錢。
更悲劇的是，莫法特的繪畫事業並不成功，錢燒完了以後，他又回到了哥本哈根。
機緣巧合之下，他讀了第一個在英語世界介紹相對論的人——物理學家亞瑟·愛丁頓 （Arthur Eddington）寫的 The Nature of the Physical World 和 Spacetime and Gravitation 。
莫法特說，愛丁頓的書「讓他腦子裡的開關打開了，使他產生了理解宇宙真相的沖動。」他從哥本哈根大學圖書館借閱了許多相幹的書，並且開始自學本科程度的物理。
愛丁頓的書似乎也讓他的數學開竅了。在2個禮拜裡，他就學會了微積分，不久就自學完了大學程度的物理。再然後，他開始對愛因斯坦的 統一場論（unified field theory）產生興趣。
當時的主流學派量子力學指出，在觀測之前，粒子的位置是不確定的，只能用概率描述，是人類的觀測讓粒子的位置確定下來。
但是愛因斯坦不承認量子力學，他不相信世界基於人類的觀察。他認為量子力學天生殘疾，「你相信月亮隻在人類觀察的時候才出現在那裡嗎？」所以，愛因斯坦想自己建一個理論，來統一引力和電磁力這兩個基本力，吊打量子世界的不合理性。這就是統一場論。
由於學習神速，在駐哥本哈根英國大使館的助理 John Page 的幫助下，莫法特被安排和愛因斯坦的老對手，丹麥物理學家、諾獎獲得者尼爾斯·玻爾會面。
就像愛因斯坦不甩量子力學一樣，玻爾也不是很甩愛因斯坦的理論。在這次面試的過程中，玻爾直接說愛因斯坦已經變成了煉金方士，在錯誤的道路上越走越遠。玻爾還告誡莫法特，「沉迷於愛因斯坦的思想是浪費時間。」
不過因為對這個年輕人有好感，玻爾允許莫法特在他的研究所做了一次關於統一場論的報告。但是，在場的物理學家們並不是很友好，他們對莫法特一頓批。
批完了以後，莫法特心情不是很好， 沖動之下，1953年，20歲的高中輟學生莫法特寫信給了在普林斯頓的愛因斯坦，「我去那裡做演講的主要目的就是打擊我的自信」，還附上了自己的兩篇論文。在信中，莫法特指出了愛因斯坦用來描述電磁力的數學公式有錯誤。
讓他沒有想到的是，愛因斯坦用德語回信了。因為看不懂德語，莫法特讓會說德語的理髮師幫他翻譯。理髮師告訴他：「看起來愛因斯坦大佬很把你當回事兒啊。」
在信中，對於數學公式的錯誤，愛因斯坦說莫法特說的對，他把莫法特看作「智力上的同輩」，並且在接下來的6個月裡和他保持通訊。
而關於自己孤註一擲的統一場論，愛因斯坦在回信裡寫道：「親愛的莫法特，我們目前的狀況是這樣的，我們站在一個打不開的盒子前面，努力地猜測盒子裡有什麼，沒有什麼。」
事後看來，愛因斯坦和這個盒子搏鬥了20年，是沒有成績的20年，因為他拒絕承認量子力學，而且缺乏終極理論的兩個要素。
30年代開始，愛因斯坦在研究的統一場論試圖統一宇宙的兩個基本力：引力和電磁力。但是後來物理學家發現，實際上宇宙還有其他兩種基本力，也就是形成原子核的 強相互作用力，和 弱相互作用力。換言之愛因斯坦要做的菜少了兩個基本的原料，因此當然燒不出正確的味道。
四大基本力（左-右）：電磁力，弱相互作用力，強相互作用力，引力
不過，愛因斯坦的回信還是讓莫法特信心大增，並且開始期望走上正經的學術生涯，成為一名登記在案的物理學家。
接著，當地的一家報紙報導了莫法特和愛因斯坦以及玻爾的事情，這個報導被英國駐哥本哈根領館的人看到了，他們聯絡了倫敦的英國科學及工業研究部，把莫法特帶到都柏林高等研究學院，和薛定諤見面，旅費全包。
莫法特回憶，他到的時候，薛定諤不巧因為支氣管炎病倒了，再加上他老婆和女朋友在廚房吵架（你沒看錯），氣氛令人尷尬，於是病怏怏的薛定諤就決定躺在床上，透過他的人設圓眼鏡觀察這個自學成才的年輕人。
薛定諤
一開始，他倆嘮得不錯，但是提到愛因斯坦以後，薛定諤開始生氣。
薛定諤其實氣的是自己，因為十年前他也曾和愛因斯坦一樣試圖搞出一個統一場論，不過沒搞成。但是現在愛因斯坦居然要重蹈覆轍，你說氣不氣人。
但是，薛定諤罵完人之後，給莫法特寫了推薦信。有了薛定諤的背書，現代宇宙學奠基人丹尼斯·夏瑪 （Dennis Sciama），也就是霍金的導師也提供了幫助。就這樣，劍橋給莫法特發了offer，允許他在沒有本科學位的情況下，在劍橋讀博。
莫法特就這樣一路開掛，進入了劍橋大學。
莫法特在劍橋三一學院讀博
@applycambridge
在這個過程中，他結識了當時世界上，也是物理學史上最著名的物理學家，比如量子力學研究先驅、諾獎物理學家沃爾夫岡·泡利，量子力學的奠基人之一保羅·狄拉克，還有原子彈之父奧本海默，並成功和他們談笑風生。
1958年，莫法特成為劍橋大學800年歷史上，唯一一個在沒有本科學位證書的情況下，拿到物理學博士學位的人。
畢業後，莫法特在英國、美國、歐洲核子研究中心 （CERN）等研究機構工作過一段時間。1963年，31歲的他得到了多倫多大學的教職，一年後，他就成為了終身教授，並在多倫多大學呆了40年。
退休後，莫法特成為了世界著名的物理研究所，加拿大的圓周理論物理研究所的研究者。
圓周理論物理研究所的斯蒂芬·霍金中心
在大半生裡，莫法特一直在挑戰自己的現狀和舒適區，這讓他的職業生涯和理論都顯得離經叛道。
講一個比較著名的。根據愛因斯坦的相對論，光速守恒，但是莫法特卻提出，光速不一直是現在的樣子，光速是可變的。
實際上，這要從宇宙大爆炸理論無法解釋的現象—— 視界問題（the Horizon Problem）說起。
視界問題最初是得克薩斯大學達拉斯分校的物理學家 Wolfgang Rindler 在1956年發現的。如果你家也有天文望遠鏡的話，你也可以發現視界問題。
@uc.edu
你可以在天球中隨便找一個區域，找一個和我們相距130億光年的星系，然後另外在相反的方向找一個地方，再觀察一下同樣遙遠的區域。
這兩個方向相反的星系相距260億光年，而且你看見的它倆是它們130億年前的樣子。另外，如果光要從其中一個星系到達另一星系，要花260億年的時間，光速守恒嘛。
不過呢，宇宙的歷史140億年不到。而根據相對論，沒有物質和資訊的傳播速度能夠快過光速。這樣一波推理就出現一個奇怪的結論了，那就是你隨便找的這兩個星系從來都沒有物理接觸過，從沒有 發生交集，因為連光都到不了的地方，其他東西更到不了了。
這又怎樣了呢？這很奇怪啊，因為宇宙微波背景等觀測數據指出，宇宙各處是同質的，星系的分布、溫度什麼的都差不多。
所以問題就來了。用倫敦帝國理工學院的物理學家喬奧·馬古悠（Joao Magueijo ）的話說，「宇宙各處的星系分布相對均勻，溫度也是一樣的。如果它們沒有接觸過，為什麼會這樣呢？」
打個比方，如果你和世界另一端的一個人長得一摸一樣，你能說你們毫無關係，沒有同一個爸爸嗎？
這個問題讓物理學家們絞盡了腦汁，因此成了關於我們的宇宙形成的主流理論——大爆炸理論（基於廣義相對論的宇宙形成學說）的一個系統 bug，後來許多物理學家提出了各種版本的補丁。
其中的一個著名補丁，叫做 宇宙暴脹（cosmological inflation）。
宇宙暴脹理論指出，宇宙一開始只有一個質子這麼大，物質相互接觸，但是在宇宙誕生後的10 -36 秒，宇宙發生二次爆炸（暴脹），變成之前的10 26 倍那麼大，某些區域互相分離，最後變成我們現在的宇宙，這樣就可以解釋宇宙的勻質性了。
宇宙暴脹目前是解決視界問題的主流補丁，但是它也有許多問題，最大的問題就是缺乏證據。
因此，其他物理學家就推出了另一個補丁—— 光速可變理論（Varying Speed of Light），簡稱 VSL。
光速可變理論指出，如果宇宙誕生時的光速和現在一樣，宇宙兩端的物質就不可能混合，就像茶和奶混合不起來一樣，就不可能變成現在這樣勻質的宇宙奶茶了。光速可變理論繼而提出，在宇宙誕生之初，光速比現在更快，達到了3×10 30 千米/秒，之後慢慢回落到現在的樣子，這就能解釋視界問題了。
但是，如果光速可變，許多物理常數就不是常數了，洛倫茲變換、黑體輻射什麼的都要改，物理的根基將要發生動搖。難怪一開始有人說VSL理論是智障（Very Silly）理論。
1993年，莫法特給《物理學評論D》 （ Physical Review D ）遞交了一篇論文，闡述了他的光速可變的思想。當時，所有的審稿人都反對他的學說，畢竟這太嚇人了，因此他的理論沒辦法發表在這個知名期刊上。
無奈之下，他只能把自己的論文發表在一個不太有名的義大利期刊 International Journal of Modern Physics 上，發表後的幾年裡這篇論文也沒有得到任何回饋。
但是到了1999年，馬古悠和加州大學戴維斯分校的物理學家 Andrew Albrecht 也提出了光速可變的理論，也投稿到了《物理評論》。但這次，他們的文章居然被發表了。
不過因為莫法特的那篇論文不太有名，所以他們不知道已經有人在他們之前提出了光速可變。看到了馬古悠的摘要後，莫法特迅速聯繫了他們，在最後一刻，馬古悠在論文中引用了莫法特的理論。
因為這篇馬古悠的論文，莫法特的論文受到了巨大的關註，目前獲得了400多次的引用。
而後來，噴 VSL 這個版本的補丁的人也開始少起來了，因為物理學家們發現了支持性的證據。其中一個證據，就是 精細結構常數（fine-structure constant）。
精細結構常數和電子的電荷，以及光速，還有普朗克常數——量子力學的基本常數之一有關。一些證據表明精細結構常數會隨時間變化，因此光速或許是可變的。於是乎，VSL 理論開始得到物理學家們的重視。
總之，只有這位大佬可以跟人吹： 「我是畫 畫 不好才來學物理的。 」
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