加州理工学院（上）

加州理工学院（Caltech）在权威的英国《泰晤士高等教育》（Times Higher Education）2012年全球最佳大学排名榜中荣登榜首。这是该刊进行全球高校排名八年来，首次由哈佛大学以外的大学问鼎。

加州理工学院校徽

贝克曼大礼堂（Beckman Auditorium）

为什么以理工科为主、没有诸如法学院医学院管理学院等热门学科、仅有300名教师和2000学生（包括本科生和研究生）的加州理工学院会独占鳌头呢？

1．山不在高，有仙则灵

加州理工学院（California Institute of Technology or Caltech or CIT）坐落于距加利福尼亚州洛杉矶市东北11英里的帕萨蒂纳（Pasadena）。创校120年来，Caltech不盲目扩大或增加学科，保持着小学院（还叫“学院”）的规模，保持着最高的人均学生资源（教师与本科生比例高达1:3），保持着高度的学科对话交流碰撞融合的传统，持之以恒地走着一条重质不重量的精英路线，达到了“山不在高，有仙则灵”的境界：

-        拥有的学科无不名列前茅，如在《泰晤士高等教育》所列六类学校中的工程与技术类和物理科学两类排名全球榜首[注1]。

-        Caltech共有31位校友32次赢得诺贝尔奖[注2]，6名校友赢得克拉夫奖（The Crafoord Prize）[注3]。得奖数与教师数的比例傲视全球。

-        56校友获得美国科学最高荣誉“美国国家科学奖章”。

-        1/3教授（205人次，不少教授是双料甚至三料院士）为美国国家院士（包括科学院、工程学院及艺术与科学学院）。院士比例为全美大学最高。

-        教授论文被引用率全球最高。

-        人均教授获得的发明备忘录为全美大学最高。

-        有近40%的本科生最终拿到博士学位，为全美大学最高。

-         

注1：《泰晤士高等教育》共分以下6类学校：工程和技术（加州理工学院和麻省理工学院并列第一），艺术和人文（斯坦福大学为第一），临床、临床前和健康（牛津大学为第一），生命科学（哈佛大学为第一），物理科学（加州理工和普林斯顿大学并列第一），和社会科学（斯坦福大学为第一）。

注2：Caltech校友所赢得的32次诺贝尔奖包括14个物理奖，9个生理学与医学奖，6个化学奖，2个经济学奖和1个和平奖（1954年化学奖得主莱纳斯·鲍林因其反核努力而获得1962年和平奖）。

注3：克拉夫奖（Crafoord Prize）由克拉夫夫妇捐资瑞典皇家科学院于1980年设立；1982年开始授奖，授奖范围是不为诺贝尔奖所涵盖的三大学科：数学与天文学、地球科学、和生物科学（着重于生态学）。逐年轮流授奖，即每一学科隔3年有一次获奖。每项获奖不超过3人，获奖者必须是仍然健在的科学家，由瑞典国王每年颁奖。以上这些规定都是和诺贝尔奖一致的。截至2011年，共有51人得奖。

贝克曼学院（Beckman Institute）（化学和生物方面的跨学科研究中心）

加州理工学院诺贝尔奖得主包括

-        被公认为历史上最伟大的化学家之一和20世纪最伟大的科学家之一的莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）是20世纪对人类贡献最大的世纪伟人之一。他博学多才，以跨度不同的科学领域———从物理学到化学到分子生物学到医学领域所取得的非凡成就而著称。他的名著《化学键的本质》被欧洲人奉为《化学圣经》，是科学史上被引述最多的著作之一

-        引发电子革命的晶体管（Transistor）之父威廉·肖克利（William B. Shockley）

-        遗传学（Genetics）之父染色体的发现者之一托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan）

-        激光之父查尔斯·汤斯（Charles Townes）

-        量子电动力学之父、历史上最传奇最有趣的科学家之一理查德•费曼（Richard Feynman）

-        夸克[注4]之父默里•盖尔曼（Murray Gell-Mann）

-        宇宙大爆炸的证实者罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）

-        大脑不对称“左右脑分工理论”的发现者罗杰•斯佩里（Roger Wolcott Sperry）[注5]

-        飞秒化学[注6]之父艾哈迈德·泽维尔（Ahmed H. Zewail）

-        控制细胞周期的特异基因的发现者勒兰德·哈特韦尔（Leland H. Hartwell）

-        实验经济学[注7]之父弗农·史密斯（Vernon Smith），和

-        有机合成中的复分解（Metathesis）先驱罗伯特.格拉布（Dr. Robert H. Grubbs ）。

注4：夸克（Quark），基本粒子理论中的组成粒子。中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克组成的。一个质子和一个反质子在高能下碰撞，就会产生一对几乎自由的夸克。它们具有分数电荷，是基本电量的2/3或-1/3倍，自旋为1/2。它是1964年美国物理学家默里·盖尔曼和G·茨威格各自独立提出的理论。

注5：斯佩里经过多年的研究发现，人的左右脑有严格的工作区分，左脑负责逻辑、工作、学习，右脑负责睡眠、潜意识、感知音乐。

注6：飞秒化学（Femtochemistry）是物理化学的一支，研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒，这也就是名称的来源。泽维尔的实验使用了超短激光技术，即飞秒光学技术。犹如电视节目通过慢动作来观看足球赛精彩镜头那样，他的研究成果可以让人们通过“慢动作”观察处于化学反应过程中的原子与分子的转变状态，从根本上改变了我们对化学反应过程的认识。泽维尔通过“对基础化学反应的先驱性研究”，使人类得以研究和预测重要的化学反应，泽维尔因而给化学以及相关科学领域带来了一场革命。

注7：实验经济学（Experimental Economics）是经济学家在挑选的受试对象参与下，按照一定的游戏规则并给以一定的物质报酬，以仿真方法创造与实际经济相似的一种实验室环境，不断改变实验参数，对得到的实验数据分析整理加工，用以检验已有的经济理论及其前提假设、或者发现新的理论，或者为一些决策提供理论分析。实验经济学迅速发展，逐渐科学化和规范化，成为一个独立的经济学分支。

2．三才“天地人”

加州理工学院在中国古人所说的三才“天地人”研究上都傲视同侪：1.“人”。从Caltech的9个诺贝尔生理学与医学奖得主在遗传学染色体大脑分工细胞周期复分解等方面的开创性贡献，就可看出其在生物人类科学的领先地位。

2.“地”（物理地球科学）。Caltech在粒子物理方面人才辈出。譬如在1950至1970年代，就以两名很可能称得上当时最伟大的理论粒子物理学家所在的学校而闻名：盖尔曼和费曼。地球科学则与麻省理工学院并列美国新闻（US News）所评的全美最好科目。那里地震研究的权威性首屈一指。只要看到校园里停靠着大量电台新闻车，就知道在全球的某个角落刚刚发生了不小的地震。

3.“天”（天体宇航航空）。众所周知，Caltech诺贝尔奖的罗伯特·威尔逊证实了宇宙大爆炸。那里的黑洞研究在全球也是名利前茅。著名理论物理学家、宇宙学家、剑桥大学教授和创下了237周最畅销书纪录的《时间简史：从宇宙大爆炸到黑洞》（Brief History of Time：From the Big Bang to Black Holes）作者史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）对黑洞的开创性研究，主要就是在1974-75访问加州理工学院一年时进行的。霍金先后与不同学者，提出多项学说，改变人类对宇宙诞生的看法。其中由他与另一名学者彭罗斯（Roger Penrose）合着的奇点定理（singularity theorem），提出时间及宇宙是有起点和终点，肯定了同时代其他人开创的宇宙大爆炸学说，推翻古典物理学有关时空是永恒存在的学说。按照该项定理，他进一步提出具有革命意义的「宇宙无边论」（No Boundary Proposal），该论说指出，在扩张中的宇宙外，并没有任何人类认知的「空间」存在。在黑洞研究上，他亦提出多重创见，认为黑洞并非完全漆黑一片，相反，黑洞会发出一种辐射（后来被称为霍金辐射Hawking radiation），这种辐射（能量）以极缓慢的速度离开黑洞后，亦即意味黑洞能量会耗尽，造成黑洞蒸发现象。霍金也因此将加州理工学院作为英国剑桥之外的家，每年到加州理工学院一个月左右，从事研究并与那里的教授、博士后及研究生交流。

史蒂芬·霍金《时间简史：从宇宙大爆炸到黑洞》

历史上关于黑洞最有名的打赌

说起霍金、黑洞和加州理工学院，不得不提到那个历史上关于黑洞最有名的（甚至是关于科学探索最有名的）打赌。穷一生精力研究黑洞的霍金，曾担心黑洞可能只是理论上的概念，而现实中根本不存在。他为免到时自己变得一无所有，1975年在访问加州理工学院时，与Caltech好友、全球最有名的引力波专家和爱因斯坦广义相对论在天体物理应用权威索恩（Kip Stephen Thorne）开赌：究竟黑洞是否存在，具体的赌约是指当时一个最有可能疑似为黑洞的天体天鹅座X-1。为了进行「对冲」，霍金很有趣地押注黑洞不存在。如果他「不幸」地赢了，霍金虽然一生心血被毁，但索恩要向他赠上专门踼爆英国皇室丑闻的《私家侦探》（Private Eye）杂志4年订阅，如果霍金「幸运」地输了，他就要赠送索恩色情杂志《阁楼》（Penthouse）1年赠阅。1990年霍金在加州理工学院演讲时，很“伤心”地愿赌服输。当时索恩人在莫斯科，于是霍金大张旗鼓闯入索恩的办公室拿出当年的赌据来按手指认输。这件事情还有一个有趣的结局，霍金给索恩订阅了1年的《阁楼》，这让索恩的妻子很恼火，原因倒不是因为对阁楼的内容反感，因为他的妻子认为霍金应该订阅一份对男女都适合的刊物。

史蒂芬·霍金和索恩（右2）

历史上关于黑洞有四次著名的打赌，都与加州理工学院有关：

第一次是已故的诺贝尔奖获得者钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）和加州理工学院著名物理学家索恩（Kip Stephen Thorne）关于旋转黑洞的稳定性问题打的赌。结果是索恩赢得一年的杂志《花花公子》。但是由于索恩的妻子认为应该订阅一份对男女都适合的刊物，钱德拉塞卡换成为索恩订购了《听众》杂志。

第二次是以上霍金和索恩的1975年之赌。

第三次打赌是在1991年，霍金又要求开赌，这次索恩与他站在同一阵线，对赌一方是加州理工学院著名量子力学教授普雷斯基尔（John Preskill）。当时的命题是，奇点应该被黑洞围绕，但没有被黑洞包围的「裸奇点」（naked singularities）是否存在。霍金再次输了。

第四次打赌是在1997年，霍金同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌，黑洞是否会摧毁它们吞噬的一切信息？霍金于2004年7月21日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛，并送给普雷斯基尔一套板球百科全书。

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

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

3．喷气与推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）

加州理工学院在“天”（天体宇航航空）的领先地位也得益于“喷气与推进实验室”（Jet Propulsion Laboratory，简称JPL）。有5000名全职雇员的JPL是美国国家航空航天局（The National Aeronautics and Space Administration，简称NASA）的一个下属机构，负责开发和管理无人太空探测任务，行政上受NASA的委托由加州理工学院管理。JPL所进行的科研项目中包括了伽利略木星探测任务和火星漫步任务（包括1997年的火星探路者任务和2003年的火星表面探测任务）。JPL已经向太阳系中的每个行星都发射了无人探测器，还进行了对地球准确测量的任务。它控制着全球的深空探测网络，这些设施分别坐落在加利福尼亚的Mojave沙漠，西班牙的马德里附近和澳大利亚的堪培拉附近。

加州理工学院的“喷气与推进实验室”

坐落在圣格布瑞尔山谷（San Gabriel Valley）的“喷气与推进实验室”

以下是按时间顺序列出的具有重大意义的JPL探测任务：

1 探索者计划 (Explorer Program) 　　

2 水手计划 (Mariner Program) 　　

3 先锋计划 3和4 (Pioneer 3 and 4) 　　

4 海盗者计划 (Viking Program) 　　

5 旅行者计划 (Voyager Program) 　　

6 麦哲伦计划 (Magellan Program) 　　

7 伽利略计划 (Galileo Probe) 　　

8 深空 1和2 (Deep Space 1 and 2) 　　

9 火星全球探测者 (Mars Global Surveyor) 　　

10 探测火星大气的轨道卫星 (Mars Climate Orbiter) 　　

11 卡西尼惠更斯卫星 (Cassini Huygens) 　　

12 星尘计划 (Stardust) 　　

13 火星奥德赛计划 (Mars Odyssey) 　　

14 火星探路者计划 (Mars Pathfinder) 　　

15 火星漫步者计划 (Mars Exploration Rover Mission) 　　

16 斯皮策深空望远镜 (Spitzer Space Telescope) 　　

17 火星探测轨道卫星 (Mars Reconnaissance Orbiter)

喷气与推进实验室的“精神号”火星探测车

与地球及金星大小类似的（大小从右到左排列）、太阳系外行星可能存在生命

这是由加州理工学院、加州大学和美国国家航空航天局共同拥有的、坐落于夏威夷岛（the Big Island of Hawaii）的、世界最大的天文望远镜（the W. M. Keck Observatory）发现的。其中Kepler-20 f 很可能有大气层。

4．钱学森

喷射推进实验室的历史可追溯到1936年加州理工学院古根海姆航空实验室属下的一个“草根”课题组“火箭俱乐部”。火箭俱乐部得到了加州理工学院教授、空气动力学独一无二的大师西奥多•冯•卡门（Theodore von Karmen）的大力支持。实验室的创建者包括冯•卡门的得意门生、后来成为美国最著名火箭科学家之一的钱学森和冯•卡门的其他四个学生。由于火箭俱乐部数次轰动全校的爆炸事故，被学生们戏称为“自杀俱乐部”，并被逐出校园，到8英里外荒凉的圣盖博山谷（San Gabriel Valley，后来成为“喷气与推进实验室”的所在地）做实验。

1943年美军情报部探知德军正在德国境内建立大规模的火箭发射基地，火速拨巨款300万美元（相当于现在的4000万美元）成立加州理工学院喷气推进实验室，下设弹道、材料、喷气、结构四组。钱学森以世界知名的火箭喷气推进专家理所当然地担任喷气研究组组长。中国学者钱伟长、郭永怀、周培源、林家翘先后来到加州理工学院参加了喷气推进实验室弹道分析、燃烧室热传导、燃烧理论研究等工作。1949年钱学森应聘为加州理工学院正教授，并出任加州理工学院古根海姆喷气推进研究中心主任，领导美国太空火箭的研究。

任教于加州理工学院的钱学森教授

世界气体动力学三代掌门人：开山祖师普朗特（左）、冯•卡门少将（右）和钱学森上校（中）

1945年四五月间，钱学森跟随冯•卡门讯问冯•卡门的老师——着名的空气动力学家普朗特。这张历史性的照片是世界气体动力学三代掌门人的合照，非常有趣。师父和徒弟联手审讯师祖，更是开历史的玩笑。

1945年春，盟军胜利在望，罗斯福总统要求迅速派遣专家前往德国的军事工业重地探索所有可能的隐密。四月底，冯•卡门组建了一个由三十六位专家组成的「科学谘询团」前往德国。冯•卡门受聘担任这个科学谘询团的团长，被授与少将军阶；钱学森受聘担任火箭组的主任，被授予上校军阶。一群美国科学家浩浩荡荡前往欧洲讯问德国军事科学家，收缴德国掌握的军事科技和最新装备，并且争取优秀的德国军事人才来美国效力。

钱学森参与讯问的第一位德国火箭专家就是冯．布劳恩（Wernher von Braun），他是德国 V1 与 V2 飞弹的总设计师。钱学森让布劳恩写出【德国液态燃料火箭发展及未来展望概论】，受到美国军方的重视。美国将布劳恩和他的设计小组都带到美国。移居美国的布劳恩后来担任美国国家航空航天局（NASA）的空间研究设计师，主持设计了「阿波罗４号」太空计划。

不久，钱学森遭受麦卡锡主义迫害（化学界泰斗、诺贝尔化学奖和和平奖双料得主、加州理工学院的莱纳斯•鲍林教授也曾被麦卡锡主义列入黑名单），愤而决定回归祖国。1950年8月29日，钱学森和赵忠尧夫妇等一起，登上了美国的"威尔逊总统号"。正要启航时，美国联邦调查局的特工突然上船搜查。钱学森800多公斤重的书籍和笔记本被扣留，钱学森本人被以"毛的间谍"的“莫须有”罪名，收押在特米诺岛（Terminal Island）的监狱里15天。由于加州理工学院（包括当时的校长、曾任杜鲁门与尼克松两任总统的科学顾问的杜布里奇 （Lee Alvin DuBridge））的不懈努力和抗争，钱学森很快被取保候审。不过在随后的与美国移民局展开的长达5年的法庭斗争期间，钱学森只能涉及一些基础学科的研究与教学。1955年，在中、美政府长达几个月的日内瓦双边会谈之后，钱学森被美国政府释放并回国，用以交换在朝鲜战争中被俘的11名美国飞行员。

5．加州理工学院的中国缘

30-40年代知名加州理工学院中国校友有：

-        钱学森（1911-2009（98岁））：师从冯•卡门的加州理工学院博士、加州理工学院“具有卓越贡献的校友”奖获得者（1979年）、喷射推进实验室创建者之一、世界知名的空气动力学家、上世纪40年代就已经成为和其恩师冯·卡门并驾齐驱的航空航天领域内最为杰出的代表人物之一、中国航天之父、中国两弹一星的元勋之一

-        钱伟长（1912-2010（98岁））：冯•卡门的加州理工学院博士后、中国近代力学之父及应用数学之父

-        周培源（1902-1993（91岁））：加州理工学院第一个中国博士、加州理工学院唯一两次获得“具有卓越贡献的校友”奖（1980年和1985年）的校友、27岁成为清华大学最年轻教授、北京大学校长、中国科协主席、中国近代力学奠基人和理论物理奠基人之一

-        郭永怀（1909-1968（59岁））：师从冯•卡门的加州理工学院博士、中国两弹一星的元勋之一、中国近代力学事业的奠基人之一（1968年空难殉职）

-        林家翘（1916-）：师从冯•卡门的加州理工学院博士、加州理工学院“具有卓越贡献的校友”奖获得者（1992年）、国际公认的力学和应用数学权威

-        谈家桢（1909-2008（99岁））：师从遗传学权威摩尔根的加州理工学院博士、加州理工学院“具有卓越贡献的校友”奖获得者（1983年）、中国现代遗传学奠基人

-        核物理学家赵忠尧（1902-1998（96岁））：师从诺贝尔奖获得者密立根教授的加州理工学院博士、中国核物理的奠基人

-        孟昭英（1906-1992（89岁））：加州理工学院博士、实验物理学家、中国无线电电子学事业奠基人之一

-        殷宏章（1908-1992（84岁））：加州理工学院博士、加州理工学院“具有卓越贡献的校友”奖获得者（1988年）、中国植物生理学家及光合作用研究的先驱

-        胡宁（1916-1997（81岁））：加州理工学院博士、理论物理学家

-        冯元桢（1919-）：加州理工学院博士、加州理工学院“具有卓越贡献的校友”奖获得者（1994年）、“生物力学之父”

-        唐有祺（1920-）：师从化学界泰斗、诺贝尔化学奖和和平奖双料得主莱纳斯•鲍林（Linus Pauling）的加州理工学院博士、中国化学学科奠基人

-        郑哲敏（1924-）：师从钱学森的加州理工学院博士、中国著名力学家、爆炸力学专家

（未完待续）