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2020年诺贝尔物理学奖:他们发现了宇宙中最奇怪的形象之一“黑洞”

时间:2021-01-29 19:13作者:admin打印字号:

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北京时间10月6日18时许,瑞典皇家科学院宣布2020年诺贝尔物理学奖获得者有三位:Roger Penrose,由于他发现了“黑洞形成的发现是广义相对论的有力展望”;Reinhard Genzel和Andrea Ghez,由于他们“在银河系中央发现了一个超大质量的致密天体”。

黑洞和银河系最黑黑的隐秘

三位诺贝尔物理学奖得主分享了今年的诺贝尔物理学奖,由于他们发现了宇宙中最奇怪的形象之一——黑洞。Penrose指出,广义相对论导致了黑洞的形成。Genzel和Ghez发现,在银河系中央,一个看不见的、极其重的物体限制着恒星的轨道,现在唯一的注释就是有超大质量黑洞的存在。超大质量黑洞Penrose在他的表明中行使了纤巧的数学手段,表明黑洞是喜欢因斯坦广义相对论的直接效果,固然喜欢因斯坦本身并不坚信黑洞真的存在。1965年1月,也就是喜欢因斯坦死十年后,Penrose表清新黑洞实在能够形成,并对其进走了详细描述:在黑洞的中央,暗藏着一个点,在那里,一切已知的自然法则都停留了,直至今日,他开创性的文章照样被认为是自喜欢因斯坦以来对广义相对论最主要的贡献。

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人类历史上第一张黑洞照片Genzel和Ghez各自领导了一个天文学家幼组,从20世纪90年代初最先,他们就把重点放在了银河系中央一个名为Sagittarius A*的区域上,渐渐绘制出越来越准确的最亮最挨近银河系中央的恒星轨道,这两组的测量效果相反,都发现了一个专门重的、看不见的物体,它牵引着这一团恒星,使它们以令人晕厥的速度四处乱窜,也就是说大约400万个太阳的质量荟萃在一个不比吾们的太阳系大的区域里。行使世界上最大的看远镜,Genzel和Ghez开发了一栽手段,能够穿透星际气体和尘埃构成的重大云团,看到银河系的中央。他们拓展了技术的极限,改进了新技术,以弥补地球大气造成的扭弯,建造稀奇的仪器,并致力于永远的钻研。他们的开创性工行为吾们挑供了迄今为止最令人钦佩的证据,表明银河系中央存在一个超大质量黑洞。“今年获奖者的发现为致密和超大质量物体的钻研开辟了新的周围。但这些奇怪的物体照样挑出了很众题目,必要得到答案,并推动异日的钻研。不光是关于它们内部组织的题目,还有如何在黑洞附近的极端条件下检验吾们的引力理论的题目。”诺贝尔物理学奖委员会主席David Haviland外示。这是诺奖不息两岁暮注在天体物理学周围,往年诺奖颁布给了宇宙学理论和地生手星的发现者。对此,北师大天文系教授张同杰外示:“从往年最先幼幼打破了诺奖的规则,往年颁给宇宙学的James Peeble,只有理论,自然也算是有不都雅测声援,但是不直接,今年的Roger Penrose更是如许。倘若如许的话,霍金倘若异国死也该获得本次诺贝尔奖。另外两位获奖还算说得以前,发现了新天体。今年Roger Penrose的黑洞获奖也算是有不都雅测声援,如引力波双黑洞,但是都不直接。”

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银河系中央区域令人惊叹,这段视频由ESO的甚大看远镜上搭载的HAWK-I红外成像仪拍摄,视频来自ESO。

2020诺贝尔物理学奖获得者

Roger Penrose钻研周围:数学物理1931年出生于英国科尔切斯特,1957年卒业于英国剑桥大学,英国牛津大学教授。Penrose撰写了探讨基础物理与人类(或动物)认识之间相关的一些书籍。在《皇帝新脑》(1989)一书中,他声称已知的物理定律不及以注释认识形象。他挑议新物理学所具有的特性答该能填补经典物理学和量子力学(他本人称之为准确的量子引力理论)之间的理论沟壑。Reinhard Genzel钻研周围:天体物理学1952年生于德国的巴特洪堡,1978年德国波恩大学博士学位,德国添兴马普地外物理钻研所所长,美国添州大学伯克利分校教授。现在,Genzel正在将他们的钻研推向越来越幼的空间尺度和越来越远的距离,以达到在“大爆炸”之后的最初几十亿年中形成的星系。行使新一代的10m级地面看远镜(例如Keck看远镜)以及自适宜光学和干涉测量的新技术,近红外成像和光谱学将在异日十年内放大到附近最深处的中央活跃的星系。如许的高分辨率技术将展现中央黑洞是否存在,它们是如何被馈入,以及在那里是否/如何形成恒星。Andrea Ghez钻研周围:行使和开发高分辨率的成像技术1965年出生于美国纽约,1992年卒业于美国添州理工学院,获博士学位,美国添州大学洛杉矶分校教授。这是百余年来,诺贝尔物理学奖史上第4位女性获奖者。现在,她正在钻研恒星形成和银河中央的大黑洞。在她对恒星形成区域的钻研中,她发现大众数(倘若不是通盘)年轻恒星都有伴星,并且大众数恒星的距离幼于吾们太阳系的大幼。这就挑出了很众趣味的题目:周详的伴星对这些年轻恒星周围的走星形成有什么影响?单颗恒星(例如吾们的太阳)如何形成?什么机制产生众颗恒星编制,什么会影响它们的最后性质?为晓畅决这些题目和其他题目,她在各栽迥异的看远镜上做事,主要不都雅察红外波长的光源。

诺贝尔物理学奖近五年得主

 2019年,诺贝尔物理学奖赋予James Peebles,Michel Mayor和 Didier Queloz,以外彰在宇宙认知的推翻性贡献。美国普林斯顿大学教授James Peebles因“在宇宙物理学上的理论发现”独享一半奖金,英国剑桥大学教授Didier  Queloz和瑞士日内瓦大学教授Michel  Mayor则因“发现一颗环绕类太阳恒星的系生手星”共享另一半。

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2019年诺贝尔物理学奖3位获奖者

2018年,美国科学家亚瑟·阿斯金(Arthur Ashkin)、法国科学家杰哈·莫罗(Gerard Mourou)和添拿大科学家唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)获奖,理由是“在激光物理周围的突破性发明”。

2017年,三名美国科学家雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什获奖,理由是“在LIGO探测器和引力波不都雅测方面的决定性贡献”。

2016年,三位英美科学家大卫·索利斯、邓肯·霍尔丹、迈克尔·科斯特利茨获奖,理由是“理论发现拓扑相变和拓扑相物质”。

2015年,日本科学家梶田隆章与添拿大科学家阿瑟·麦克唐纳获奖,理由是“发现中微子振荡形象,该发现外明中微子拥有质量”。

“数读”诺贝尔物理学奖

统统颁过112次:

1901年以来,诺贝尔物理学奖共颁发过113次。其中有六个年份异国颁发过诺贝尔物理学奖,别离是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。

按照组委会的章程,倘若候选人的贡献异国达到请求,那么奖金将被留至下一年。倘若第二年照样异国正当人选,奖金将被添入到基金会的初首资金中。在两次世界大战期间,诺贝尔奖较少颁出。

共有210人获奖:

1901-2016年,共210人次获得了诺贝尔物理学奖。其中,美国物理学家John Bardeen(约翰·巴丁,1908年5月23日-1991年1月30日)因晶体管效答和超导的BCS理论在1956年、1972年两次获得诺贝尔物理学奖。

25岁与96岁:

在物理学奖得主中,有人登顶已是耄耋之年,但有人获奖时才年逾弱冠。2018年,物理学奖的一半赋予时年96岁的亚瑟·阿斯金(Arthur Ashkin),使他成为诺奖史上最年长获奖者;

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诺贝尔物理学奖最年长的获奖者 亚瑟·阿斯金(Arthur Ashkin)

而1915年,年仅25岁的劳伦斯·布拉格(William Lawrence Bragg)与父亲(William Henry Bragg)一首摘得桂冠。

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诺贝尔物理学家最年轻的获奖者

劳伦斯·布拉格(William Lawrence Bragg)

3位女性获奖者:

除了本次获奖的Andrea Ghez,历史上曾有3名女性获得诺贝尔物理学奖,别离是“居里夫人”玛丽·居里(Marie Curie)、德裔美国物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶(Maria Goeppert-Mayer)和2018年的得主唐娜·斯特里克兰。

其中,玛丽·居里两度获得诺奖。1903年,居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的钻研而共同获得诺贝尔物理学奖。1911年,居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖,成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。

6座华人物理学奖杯:

在这张“星光熠熠”的收获单中,华人占有偏主要位置。在百余年中,物理学奖是华人拿奖最众的奖项,共6位华人科学家获此殊荣:李政道、杨振宁、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。

转折经典物理学中两朵”幼乌云”

1901年,当第一届诺贝尔物理学奖颁发时,经典物理学周围看上往正栖息在一个变态坚实的平台上——早在1687年,牛顿的《自然形而上学的数学原理》就奠定了经典力学,到十九世纪末,它已发展到相等完善的地步。

不过,“在物理学清明天空的遥远,还飘着两朵幼幼的令人担心的乌云”(源自开尔文1900年通知),这是指那时物理学还无法注释的两个实验形象:炎辐射实验,以及迈克耳孙-莫雷实验。

正是这幼幼两朵“乌云”,让经典物理学的限制性最先袒露,同时酝酿出了物理学20世纪的革命风暴。

量子力学的竖立者是1918年获得诺贝尔物理学奖的普朗克。而量子力学的集大成者,被认为是1933年拿到诺奖的狄拉克,1930年,他的《量子力学原理》综相符和发展了那时的钻研收获。

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1927年,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开。由于发轫于这次会议的阿尔伯特·喜欢因斯坦与尼尔斯·玻尔两人的大申辩,这次索尔维峰会被冠以“最著名”的称号。 这张汇聚了物理学界伶俐之脑的“明星照”则成了这次会议的见证。

但在经典物理向量子物理过渡的时期,也引发了物理学界一场意义远大的申辩。在此段公案中,玻尔、玻恩、海森堡、泡利属于一派,在他们迎面站着的,则有喜欢因斯坦、薛定谔及德布罗意。这些行家,因其各自对量子物理的特出贡献而先后荣膺诺贝尔物理学奖。

1999年的诺贝尔物理学奖,颁给了荷兰的胡夫特和韦尔特曼,同样所以外彰他们在量子学周围的贡献——阐清新物理学中弱电相互作用的量子组织。

从宏不都雅走入微不都雅

量子力学让吾们清新,微不都雅粒子具有波粒二象性,它们的活动不克用清淡宏不都雅物体的活动规律来描述。

在20世纪的上半叶,人们已认识到,深入不都雅察微不都雅世界中的新粒子及其相互作用,是晓畅宏不都雅组织的必要过程——包括吾们所在的世界以及更大尺度上的宇宙。时至今日,粒子物理学、天体物理学、宇宙学已被牢牢绑定在一首。

以原子为首点,亚原子的微不都雅世界和人类已知的最幼成分,也在以前的一百年里渐渐的“排泄”到了诺贝尔奖获得者的“作品”之中。

举几个例子。1921年物理学奖得主是著名的喜欢因斯坦,得奖理由是他对理论物理学的收获——稀奇是光电效答定律的发现;

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光电效答暗示图:来自左上方的光子冲击到金属板,将电子逐出金属板,并且向右上方移往。1905年,阿尔伯特·喜欢因斯坦发外论文《关于光产生和变化的一个启发性不都雅点》,给出了光电效答实验数据的理论注释。这个突破性的理论不光能够注释光电效答,也推动了量子力学的诞生。

1935年英国的查德威克因发现中子而获奖,中子自此“投身”到物理学科研做事中;

在此基础上,费米表清新可由中子辐照而产生的新放射性元素的存在,并发现慢中子引发的核逆答,荣膺1938年物理学奖;

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费米夫妇在洛斯阿拉莫斯核物理钻研所的相符影

1939年,美国的劳伦斯因对回旋添速器的发明和发展,以及相关人造放射性元素的钻研收获获奖;

正是这栽机器的问世,1951年,考克饶夫以及沃吞倚赖在用人造添速原子产生原子核嬗变方面的开创性做事捧得以前的奖杯……

相通的发现与传承,在20世纪50年代更众的新粒子被发现后,不乏其人。

那些转折历史的诺贝尔物理学奖

理论与基础钻研自然会对技术设备产生主要影响,但其中有一些,却是划时代的。

一个醒目的例子发生在1965年。三位美国科学家——肖克利、巴丁及布喇顿因对半导体的钻研和发现晶体管效答获得诺奖,正是他们的发现直接导致电子晶体管的革命。

1964年,巴索夫、汤斯和普罗霍罗夫同获诺贝尔物理学奖,理由是在量子电子学周围的基础钻研做出特出贡献,他们的理论收获导致了基于激微波—激光原理建造的振荡器和放大器。

此外,有不少受诺贝尔物理学奖青睐的“作品”,都在那时谁人年代外现出了相等直接的技术行使实力。

1912年瑞典的达伦,因发明用于限制灯塔和浮标中气体积贮器的自动调节阀而获奖;

1953年获奖的荷兰的塞尔尼克,其对相衬法的证实导致发清新相衬显微镜;

1986年,鲁斯卡倚赖第一台电子显微镜获奖,同年和他分享这一奖项的,还有宾宁与罗雷尔。

这些实用技术类的发明,意义之远大并不亚于理论上的突破。要清新,核物理和粒子物理周围的钻研挺进,就不息剧烈地倚赖于先辈的技术——未必甚至成为其背后的驱动力。

近年来,有些技术类发明,也已被表明是当代主要的通信和新闻设备:20世纪的末了的诺贝尔物理学奖的得主之一基尔比,他的发明就为当代新闻技术奠定了基础。

1958年,基尔比制作了第一块集成电路——后来被称为“芯片”,彻底地开辟了电子电路幼型化和大批量生产的道路。他与这一奖项的另两位得主阿尔费罗夫和克勒默,共同创造了一场人们耳熟能详的“IT革命”……

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芯片之父,2000年诺贝尔物理奖获得者基尔比

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基尔比于1958年发明的世界上第一个集成电路

在诺贝尔奖已走过的一个世纪里,物理学通过着学科的革命与随之而来的众数远大思维的碰撞。

尼尔斯·玻尔说:“与清淡真理相作梗的是舛讹;与远大思维相作梗的,则是另一栽远大的思维。”

正是因有如许的发展与争吵、演绎与碰撞,物理学才得以日趋完善和邃密,从而收获了它在诺奖百年中的荣光。

(本文未经造就授权,不准转载。)

编译 | 欢欢版面 | 李莹

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