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2019年诺贝尔物理学奖揭晓!他们的发现颠覆了对宇宙的认知!并照亮寻找外星人之路

  2019年诺贝尔物理学奖揭晓!

  当地时间10月8日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔物理学授予吉姆·皮布尔斯(James Peebles)、米歇尔·麦耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz),以奖励他们在天体物理学方面的发现。

  诺贝尔奖官网称,本次物理学奖是为奖励“对我们理解宇宙的演化和地球在太空中的位置所做出的贡献”。

  美国学者吉姆·皮布尔斯(James Peebles)因“关于物理宇宙学的理论发现”获奖,将获得今年诺贝尔物理学奖奖金的一半。

  而两位瑞士学者米歇尔·麦耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)因“发现行星绕太阳系外的太阳型恒星运行”获奖,将各获得总奖金的1/4。

  诺贝尔物理学奖是1900年6月根据诺贝尔的遗嘱设立的,属诺贝尔奖之一。

  该奖项旨在奖励那些对人类物理学领域里作出突出贡献的科学家。由瑞典皇家科学院颁发奖金,每年的奖项候选人由瑞典皇家自然科学院的瑞典或外国院士、诺贝尔物理和化学委员会的委员、曾被授予诺贝尔物理或化学奖金的科学家、在乌普萨拉、隆德、奥斯陆、哥本哈根、赫尔辛基大学、卡罗琳医学院和皇家技术学院永久或临时任职的物理和化学教授等科学家推荐。

  这三位诺奖得主是谁?

  这三位新晋诺奖得主拥有怎样的科研生涯?

  为什么他们的贡献如此关键?

  詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)

  詹姆斯·皮布尔斯是加拿大裔美国物理学家和理论宇宙学家,目前是美国普林斯顿大学阿尔伯特·爱因斯坦科学名誉教授。

  他 1935 年 4 月 25 日出生于加拿大曼尼托巴省温尼伯,并在曼尼托巴大学(University of Manitoba)获得了学士学位,1958 年离开曼尼托巴进入普林斯顿,于1962 年获得普林斯顿大学博士学位。

  皮布尔斯为大爆炸模型(Big Bang model)做出了许多重要的贡献。

  他与罗伯特·迪克(Robert H。 Dicke)等人一起预测了宇宙微波背景(CMB)辐射;

  为大爆炸核合成、暗物质和暗能量做出了重大贡献;

  此外他还是1970 年代宇宙结构形成理论的主要先驱。

  一直以来,皮布尔斯都在不断创新基本观念,例如,他在 1987 年提出了原初等曲率重子模型(primordial isocurvature baryon model);在 1970 年代初期为暗物质问题的创立作出了贡献。他还因奥斯特里克-皮布尔斯判据(Ostriker-Peebles criterion)而闻名,该判据与银河系形成的稳定相关。

  获奖经历:

  爱丁顿奖章(Eddington Medal,1981);

  海因曼奖(Heineman Prize,1982);

  皇家学会会员(Fellow of the Royal Society,1982);

  亨利·诺里斯·罗素讲座(Henry Norris Russell Lectureship,1993);

  布鲁斯奖章(Bruce Medal,1995);

  奥斯卡·克莱因奖章(Oskar Klein Medal,1997);

  英国皇家天文学会金奖( Gold Medal of the Royal Astronomical Society,1998);

  格鲁伯宇宙学奖(Gruber Prize in Cosmology,2000);

  哈维奖(Harvey Prize,2001);

  邵逸夫奖(Shaw Prize,2004);

  克拉福德奖(Crafoord Prize,2005);

  狄拉克奖章(Dirac Medal,2013);

  诺贝尔奖(2019)。

  米歇尔·梅耶(Michel G。 E。 Mayor)

  米歇尔·梅耶是瑞士天文学家,他 2007 年退休前任教于日内瓦大学天文学系,目前仍以荣誉退休教授身份继续在日内瓦天文台进行研究。

  梅耶 1942 年生于瑞士沃州埃沙朗。1966 年在洛桑大学取得物理学士学位之后,他于 1971 年在日内瓦大学取得天文学博士学位。1971 年他在剑桥大学天文研究所工作,随后以休假方式在智利的欧洲南方天文台和夏威夷的夏威夷大学天文研究所进行研究。

  他和迪迪埃尔·克罗兹于 1995 年一起发现了第一个环绕类太阳恒星飞马座51的行星:飞马座51b。此后,他的研究聚焦在搜寻系外行星上。

  获奖经历:

  1998 年 8 月,梅耶获得了专门颁发给瑞士籍或有瑞士居留权科学家的马塞尔·本努瓦奖;

  同年获得法国天文学会颁发最高奖项皮埃尔·让森奖。

  2000 年,他获得巴仁奖;

  2004 年获得阿尔伯特·爱因斯坦奖章、法国荣誉军团勋章骑士勋位。

  2005 年他获得邵逸夫奖的天文奖。

  2010 年,梅耶获得维克托·安巴楚勉国际奖(Viktor Ambartsumian International Prize)和德国天文学会卡尔·史瓦西奖章。

  2015 年 1 月他获得英国皇家天文学会颁发最高荣誉金质奖章。

  迪迪埃尔·克罗兹(Didier Queloz)

  迪迪埃尔·克罗兹 1966 年 2 月出生,他是瑞士天文学家,卡文迪许实验室和日内瓦大学的物理学教授。

  1995 年,克罗兹在日内瓦大学攻读博士学位期间,与他的导师米歇尔·梅耶一起发现了太阳系外的第一个巨行星,这一发现挑战了当时公认的行星形成观点,为行星形成和演化理论带来了一场革命。

  从那时起,克罗兹就参与了一系列成功的精密光谱仪开发工作,极大地提高了多普勒技术的精度。

  2007 年,在新兴的行星轨道探测领域,他与英国的 WASP 团队建立了成功的国际合作,为光谱确认、精确的光度跟踪和新行星的确认提供了新的研究方法。他还积极参与过境行星的探测工作。

  因为开发出了新的观察太阳系外行星的天文学仪器和实验技术,2011 年克罗兹(和他的博士导师梅耶)获得了 BBVA 基础科学前沿知识奖,2017 年,克罗兹获得了沃尔夫物理学奖。

  2013年,他成为剑桥大学教授,负责领导一项全面的研究计划,目的是使我们进一步了解系外行星的形成,结构和宜居性,并促进和分享这一点的兴奋性。

  他的研究兴趣为系外行星、恒星物理学和宇宙生命。

  2019年诺贝尔物理学奖:

  重新认识我们在宇宙中的位置

  今年的诺贝尔物理学奖授予重新认识宇宙结构和历史的研究,以及首个围绕类太阳恒星旋转的系外行星的发现。

  詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)对物理宇宙学的洞见丰富了整个研究领域,为过去五十年宇宙学研究从推测转化成科学奠定了基础。他在 20 世纪 60 年代中旬发展的理论框架如今已成为我们理解宇宙的基础。

  大爆炸模型描述了大约 140 亿年前宇宙诞生之初的状态,当时的宇宙拥有极高的温度和密度。在此之后,宇宙不断膨胀,变得越来越庞大,也越来越冷。大爆炸之后仅仅过了 40 万年,宇宙已经变得透明,让光线得以穿过。即使在今天,这一古老的辐射仍然包围着我们,宇宙的许多秘密就隐藏其中。皮布尔斯利用理论工具和计算,诠释了宇宙早期留下的痕迹,并发现了新的物理过程。

  这些结果对我们展示了这样一个宇宙——我们只了解了它的 5%,这些物质构成了恒星、行星、树木与我们。剩余的 95% 是仍然未知的暗物质和暗能量,这是现代物理学所面临的谜团和挑战。

  1995 年 10 月,米歇尔·梅耶(Michel G。 E。 Mayor)和迪迪埃尔·克罗兹(Didier Queloz)宣布发现了第一颗太阳系之外的行星,即系外行星。它位于我们所处的银河系中,围绕一颗类太阳恒星运行。在法国南部的上普罗旺斯天文台(Haute-Provence Observatory),他们用专门定制的望远镜发现了飞马座51b(51 Pegasi b),这是一颗气态行星,体量与太阳系最大的气态巨行星——木星相当。

  这一发现掀起了天文学的一场革命,此后我们在银河系中发现了 4000 多颗系外行星。奇特的新世界仍在被发现,它们有着各种各样的大小、形态和轨道,差异之大令人难以置信。它们挑战了我们关于行星系统的陈旧观念,迫使科学家们修改了行星起源背后的物理过程的理论。已经有更多的计划开始寻找系外行星,我们最终可能会找到一个永恒问题的答案,那就是宇宙中是否还有其他生命。

  今年的获奖者改变了我们对宇宙的看法。

  詹姆斯·皮布尔斯的理论发现有助于我们理解大爆炸之后宇宙的演化,米歇尔·梅耶和迪迪埃尔·奎洛兹搜寻未知的行星,探寻了我们的宇宙“邻居”。他们的发现已经永远改变了我们对世界的认知。

  诺贝尔物理学奖的事实和趣闻

  诺贝尔奖官网今天为我们分享了1901年至2019年诺贝尔物理学奖的相关事实和趣闻。

  奖章介绍

  诺贝尔奖的奖章正面是诺贝尔先生的头像,区别在于奖章背面。物理奖和化学奖的奖章是一样的,如下面的图。

  诺贝尔物理学奖奖章由瑞典雕刻家和雕刻师埃里克·林德伯格设计。

  奖章图案大致如下:女神伊西斯从云中浮现,圣母握着象征财富和科学智慧的号角,轻轻拉开女神的面纱,露出她冷峻的面容,象征人类文明的不断进步与发展。伊西斯是埃及女神,后来在希腊、罗马的神话体系中也有她的位置,她被奉为自然和魔法的守护神。

  奖牌上的拉丁语“Inventas vitam iuvat excoluisse per artes”源自古罗马诗人维吉尔的《埃涅阿斯纪》,大意是“发明让世间生活变得更美好”。

  113次

  自1901年以来,诺贝尔物理学奖共颁发了113次,其中1916、1931、1934、1940、1941和1942年这6年没有颁奖。

  212人

  1901年到2019年期间,诺贝尔物理学奖已颁发213块奖章,其中美国物理学家约翰·巴丁两次摘得此项殊荣,是世界上仅有两位在同一领域两次获得诺贝尔奖的科学家之一(英国生物化学家弗雷德里克·桑格曾经在1958年、1980年两度获得诺贝尔化学奖)。因此,1901年到2019年期间,有212人获得了诺贝尔物理学奖。其中1人、2人、3人荣膺该奖的次数分别为47次、32次和34次。

  25岁和96岁

  迄今为止,最年轻的诺贝尔物理学奖得主是英国物理学家劳伦斯·布拉格1915年,他摘得诺贝尔物理学奖桂冠时年仅25岁。

  迄今最年长的诺贝尔物理学奖得主则是美国科学家阿瑟·阿什金,他在2018年获得诺贝尔奖时已96岁,他的获奖理由是光学镊子的开发及其在生物系统中的应用,再一次生动诠释了:“只要活着,就有好事发生”。

  巴丁两次获奖

  1956和1972年,巴丁分别因晶体管效应和超导的BCS理论((B:巴丁;C:利昂·库珀;S:约翰·施里弗)两次获得诺贝尔物理学奖。

  晶体管是20世纪当之无愧最重要的划时代发明,人类因此直接迈进了数字时代。“凡有井水处,皆能歌柳词”,只要我们能想得到的电子产品,几乎都运用了晶体管技术;而超导理论,也被认为是自量子理论发展以来对理论物理最重要的贡献之一。

  巴丁第二次获奖还有一件小趣事。在提出BCS理论后,考虑到自己因晶体管已经获得过诺贝尔奖了,巴丁单独提名库珀和施里弗两人为诺贝尔奖候选人。因为在过去,还未出现过在同一领域获得两次诺贝尔奖的先例。

  但上天保佑善良的人!瑞典皇家科学家为巴丁打破了惯例,他们三人一同获得了1972年的诺贝尔物理学奖。不过,获得两次诺贝尔奖对巴丁来说,兴奋的程度也不过是一次“一杆进洞”罢了(巴丁喜欢打高尔夫球)。

  3位女性

  在212位获得诺贝尔物理学奖的个人中,三位是女性。

  其中,法国著名波兰裔科学家玛丽·居里(著名的居里夫人)由于对放射性的研究而获得1903年诺贝尔物理学奖(居里夫人后来因发现了镭元素获得1911年诺贝尔化学奖);美国物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶因发展了解释原子核结构的数学模型而获得1963年的诺贝尔物理学奖;加拿大科学家唐娜·斯特里克兰由于1985年的“激光啁啾脉冲放大”研究而摘得2018年诺贝尔物理学奖的桂冠。

  1对夫妇

  玛丽·居里和丈夫皮埃尔·居里于1903年被授予诺贝尔物理学奖。

  三对子承父业

  所谓“虎父无犬子”、“相门有相,将门有将”,在诺贝尔物理学奖百年沧桑历程中,也不乏子承父业,青出于蓝而胜于蓝者。其中有三对父子。

  布拉格父子

  威廉·亨利·布拉格和儿子威廉·劳伦斯·布拉格通过对X射线谱的研究,提出晶体衍射理论,建立了布拉格公式,并改进了X射线分光计,父子二人因此共同获得1915年诺贝尔物理学奖。

  父子两人同获一个诺贝尔奖,在历史上绝无仅有。除了研究方向相同,共同获得诺贝尔物理学奖外,父子两人还有着共同的求学之地:剑桥大学三一学院。

  玻尔父子

  1922年,第72号元素铪的发现证明了尼尔斯·玻尔的理论,尼尔斯·玻尔由于对于原子结构理论的贡献获得诺贝尔物理学奖。此后,其子阿格·玻尔因发现原子核内集体运动和粒子运动之间的联系以及基于这一联系而发展的原子核结构理论,摘得1975年诺贝尔物理学奖的桂冠。

  汤姆逊父子

  1897年,英国著名物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊在研究稀薄气体放电实验时证明了电子的存在,测定了电子的荷质比,轰动整个物理学界,并借此获得1906年诺贝尔物理学奖。其子乔治·汤姆逊则因在实验中发现电子在晶体中的干涉现象,与戴维逊分享了1937年诺贝尔物理学奖。

  除了同样从事物理学研究、获得了诺贝尔物理学奖之外,乔治与父亲还有很多共同点,比如都获得了爵士封号;都曾担任剑桥学院院长,更巧合的是父子俩都在84岁高龄去世,算得上是“子承父业”的最好证明。

  诺贝尔奖物理学奖历届得主一览

  作为根据诺贝尔遗嘱设立的五大奖项之一,诺贝尔物理学奖在百余年的历史上,有着诸多优秀的获奖者。

  21世纪以来的诺贝尔奖物理学奖得主的情况如下:

  2018年,诺贝尔物理学奖被授予美国科学家阿瑟阿什金、法国科学家热拉尔穆鲁及加拿大科学家唐娜斯特里克兰,以表彰其在激光物理学领域取得的突破性贡献。

  2017年,雷纳韦斯(Rainer Weiss),巴里巴瑞斯(Barry C。 Barish)和吉普索恩(Kip S。 Thorne)因引力波探测研究获奖。

  2016年,英国科学家大卫索利斯、邓肯霍尔丹和迈克尔科斯特利茨,因在理论上发现了物质的拓扑相变和拓扑相而荣获该奖项。

  2015年,日本科学家梶田隆章和加拿大科学家亚瑟麦克唐纳共同诺贝尔物理学奖。两人因发现中微子振荡,证明中微子有质量而获得了这一奖项。

  2014年,诺贝尔物理学奖得主是日本科学家赤崎勇、日裔美国科学家中村修二(60岁)及日本科学家天野浩。他们开发了蓝色发光二极管(LED),使节电的高亮度照明器材成为可能,极大改变了人们的生活,并因此受到高度评价。

  2013年,诺贝尔物理学奖授予比利时理论物理学者弗朗索瓦恩格勒和英国理论物理学家彼得希格斯,两人因预测被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在而获奖。

  2012年,诺贝尔物理学奖由法国科学家塞尔日阿罗什与美国科学家大卫维因兰德获得,两位物理学家因为在量子光学领域对光与物质间的密切关系和相互作用的研究而获得表彰。

  2011年,诺贝尔物理学奖被授予美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔波尔马特、美国/澳大利亚物理学家布莱恩施密特及美国科学家亚当里斯,表彰他们“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。

  2010年,诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是目前已知材料中最薄的一种,被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业的再次革命。

  2009年,诺贝尔物理学奖被授予英国华裔科学家高锟及美国科学家威拉德博伊尔和乔治史密斯。高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就。博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件——电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

  2008年,诺贝尔物理学奖被授予美国科学家南部阳一郎和两位日本科学家小林诚、利川敏英。南部阳一郎因为发现次原子物理的对称性自发破缺机制而获奖,日本科学家小林诚、利川敏英因发现对称性破缺的来源而获此殊荣。

  2007年,诺贝尔物理学奖由法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔分享。这两名科学家获奖的原因是先后独立发现了“巨磁电阻”效应。

  2006年,美国科学家约翰马瑟和乔治斯穆特因发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获奖。

  2005年,美国科学家罗伊格劳伯、约翰霍尔和德国科学家特奥多尔亨施因为“对光学相干的量子理论的贡献”和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。

  2004年,诺贝尔物理学奖归属美国科学家戴维格罗斯、戴维波利策和弗兰克维尔切克。他们发现了粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象。

  2003年,拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼莱格特因在超导体和超流体理论上作出了开创性贡献而获奖。

  2002年,美国科学家雷蒙德戴维斯、日本科学家小柴昌俊和美国科学家里卡尔多贾科尼获得诺贝尔物理学奖。他们在天体物理学领域作出了先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面取得的成就。

  2001年,美国科学家埃里克康奈尔、卡尔维曼和德国科学家沃尔夫冈克特勒分享诺贝尔物理学奖。他们根据玻色-爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态——“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚”。

(文章来源:21世纪经济报道)

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