2019年诺贝尔物理学奖获奖者解读：三位宇宙探索者

原标题：2019年诺贝尔物理学奖颁出：殊荣属于三位宇宙探索者！

北京时间 10 月 8 日下午 5 点 50 分左右，2019 诺贝尔物理学奖评选结果揭晓——诺贝尔委员会宣布，将此奖项颁发给 James Peebles、Michel Mayor、Didier Queloz，以表彰他们在宇宙理论领域、系外行星的发现。

自从米歇尔·马约尔（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）有效开辟这一领域以来，天文学家已经发现了数千颗系外行星。对太阳系以外的世界的发现不仅改变了我们对银河系的认识，而且也真正改变了我们对其中银河系的了解。

James Peebles 于 1935年 4 月 25 日出生在加拿大曼尼托巴省的温尼伯，是一位加拿大裔的美国物理学家和理论宇宙学家，

目前是普林斯顿大学的阿尔伯特·爱因斯坦科学名誉教授。 他在曼尼托巴大学获得了学士学位。 1958 年秋天，他离开曼尼托巴进入普林斯顿大学，在 Robert Dicke 的指导下完成了博士学位。 他整个职业生涯都留在了普林斯顿。

James Peebles

自 1970 年以来，他被广泛认可是“世界上领先的理论宇宙学家之一”，

其对原始核合成、暗物质、宇宙微波背景和结构形成做出了重要的理论贡献。 Peebles 编写过三本教科书，包括 1971 年的《物理宇宙学》，1980 年的《宇宙的大规模结构》和1993 年的《物理宇宙学原理》均已成为该领域的标准参考书。

Michel G. E. Mayor

Michel G. E. Mayor 于 1942 年 1 月 12 日出生在瑞士洛桑，是一名瑞士天体物理学家，也是日内瓦大学天文学系名誉教授。他于 2007 年正式退休，但目前仍活跃在日内瓦天文台担任研究员。

Mayor 在 1966 年获得了瑞士洛桑大学的物理学硕士学位，并在 1971 年获得了日内瓦天文台的天文学博士学位。他曾发表过一篇"关于太阳附近恒星的运动学特性的论文：与银河系螺旋结构的可能关系"文章。1971 年，他在剑桥大学天文研究所担任研究员。随后，他在智利北部的欧洲南方天文台（ESO）和夏威夷大学系统的天文研究所度过了休假学期。

学术成就：他发现第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星。同时，Michel Mayor 是 2010 年 Viktor Ambartsumian 国际奖的共同获奖者, 同时他在 2015 年还获得了京都奖（Kyoto Prize）。

在 1995 年，他与 Didier Queloz 一起发现了飞马座 51b（51 Pegasi b），这是第一颗绕太阳状恒星运行的太阳系外行星。系外行星的发现，对于现代天文学来说，如同开辟了新的大航海时代。

虽然在 1992 年就有人用脉冲星自转的细微变化推算出两颗系外行星（后来增加到四颗），但真正掀起革命的还是 1995 年 Mayor 发现的飞马座 51b。这是被发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星，同时也是热木星的原型。

同时，此发现也是人类第一次发展出实用而系统的探测系外行星的方法：利用行星对恒星位置的微扰产生的恒星光谱多普勒频移推算出行星/恒星的质量比。

Didier Queloz

Didier Queloz 出生于 1966 年 2 月 23 日，是一名瑞士的天文学家。他在剑桥卡文迪许实验室的天体物理学小组以及日内瓦大学发现太阳系外行星方面拥有着丰富的记录。

Queloz 于 1995 年获得日内瓦大学的博士学位。作为日内瓦大学的一名学生，他和博士生导师 Michel Mayor 一同发现了第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星——飞马座 51b（51 Pegasi b）。同时，Queloz 使用径向速度测量（多普勒光谱仪）对飞马座 51b 进行了分析，惊讶地发现了一个轨道周期为 4.2 天的行星。飞马座 51b 的发现，挑战了当时公认的行星形成观点。

学术成就：他因开发新的天文仪器和实验技术从而首次观察了太阳系以外的行星，与 Michel Mayor 共同获得了 2011 年 BBVA 基础科学知识前沿奖。2017 年，他获得了沃尔夫物理学奖。

1901年 ~ 2018年最受欢迎的诺贝尔物理奖得主

阿尔伯特·爱因斯坦

（Albert Einstein）

生于：

1879 年 3 月 14 日，德国乌尔姆

卒于：

1955 年 4 月 18 日，美国新泽西州普林斯顿

获奖时的工作地：

凯撒-威尔海姆研究所物理研究院（现马克斯普朗克研究所），德国柏林

获奖评语：

表彰他“对理论物理学做出的贡献，尤其是光电效应定律的发现”

研究领域：

理论物理

获奖情况：

单独获奖

作为一名传奇科学家，阿尔伯特∙爱因斯坦于只获得过 1921 诺贝尔物理学奖，获奖原因或许也是他众多理论中，相对“最小”的一个。而诸如他在时空、引力理论等方面的成就，在当时，甚至即便在如今都显得“过于超前”的，这可能也是诺贝尔奖只就“解释光电效应”给他颁奖的原因吧。

爱因斯坦在慕尼黑长大，在那里他的父亲成立了一家电机工程公司。从苏黎世联邦理工学院毕业后，爱因斯坦进入了伯尔尼专利局工作，在此期间他发表了一系列在物理学领域具有前瞻性的文章。

科学成就：

当时科学家发现，当金属电极暴露于光线下时有助于金属电极间产生电火花。要产生这种“光电效应”，光必须高于某特定频率。然而，根据当时的物理理论，光的强度才是重要因素。1905 年，爱因斯坦发表了几篇划时代的论文，在其中一篇中，爱因斯坦提出光由光量子组成——光量子的能量与其所组成的光的频率有关。只有当一个光量子的频率达到一定阈值时才能激发一个电子。

尼尔斯·亨里克·达维德·玻尔

（Niels Henrik David Bohr）

生于：

1885 年 10 月 7 日，丹麦哥本哈根

卒于：

1962 年 11 月 18 日，丹麦哥本哈根

获奖时的工作地：

哥本哈根大学，丹麦

获奖评语：

表彰他“对原子结构以及从原子发射出的辐射的研究”

研究领域：

理论核物理

获奖情况：

单独获奖

科学成就：

19 世纪末出现了关于电子和辐射的一系列研究，科学家们建立了不同的原子结构模型。1913 年，波尔根据量子理论提出了氢原子的结构模型，他认为，原子能量如果要发生改变，只能在不同定态间以跃迁的方式进行。电子会按照特定轨道围绕原子核运动。当电子跃迁到低能级轨道时，就会激发出光子。波尔的理论解释了为什么原子只有在特定波长照射下才能发射光子。

玛丽亚·斯克沃多夫斯卡-居里

（Marie Curie, née Sklodowska）

生于：

1867 年 11 月 7 日，俄罗斯帝国（现波兰）华沙

卒于：

1934 年 7 月 4 日，法国萨朗什

获奖评语：

以表彰他们“研究贝克勒尔发现的电离辐射现象时的非凡工作”

研究领域：

核物理

获奖情况：

与其他二人共同获奖

玛丽∙斯克沃多夫斯卡出生于波兰华沙一个非常注重教育的教师之家。为了继续她的学业，她移居法国并在那里遇到了皮埃尔∙居里。后来他成为了她的丈夫，也成为了她在放射领域中的研究伙伴。居里夫妇于 1903 年共同获得了诺贝尔物理学奖。不幸的是，居里夫人在 1906 年失去了她的丈夫，但她没有停下他们的研究工作，并再次获得诺贝尔奖。

科学成就：

1903 年获奖：受 1896 年贝克勒尔发现的电离辐射现象的激励，玛丽和皮埃尔居里决定进一步研究这一现象。他们为了获得放射信号，对很多物质和元素进行了实验。他们发现沥青铀矿比纯铀的放射性更强，因此其中应该含有其他放射性物质。从沥青铀矿中他们提取出了两种以前未知的元素：钋和镭，它们的放射性都强于铀。 1911 年获奖：在居里夫妇首次发现放射性元素钋和镭以后，居里夫人对他们的性质做了更深入的研究。1910 年她成功地分离出镭，从而证明了镭的存在，从此再无质疑之声。她还对了镭及其化合物的性质做了报道。放射性物质作为放射源，在科学实验领域和癌症治疗中变得越来越重要。

詹姆斯·查德威克

（James Chadwick）

生于：

1891 年 10 月 20 日，英国曼彻斯特

卒于：

1974 年 7 月 24 日，英国剑桥

获奖时的工作地：

利物浦大学，英国

获奖评语：

表彰他“发现了中子”

研究领域：

核物理

获奖情况：

单独获奖

科学成就：

1930 年当海波特·贝克和瓦尔特·博特将阿尔法粒子(氦原子核)接触铍时，观察到了高能的穿透性的辐射现象。当时一个假说认为这是一个具有高能量的电磁辐射。然而 1932 年，詹姆斯·查德威克证明阿尔法粒子中含有一个和质子质量相当的中性粒子。更早时期欧内斯特·卢瑟福也认为这种粒子的存在，这种粒子就是现在已经被证实的中子。

约瑟夫·约翰·汤姆孙

（Joseph John Thomson）

生于：

1856 年 12 月 18 日，英国曼彻斯特附近的奇塔姆山

卒于：

1940 年 8 月 30 日，英国剑桥

获奖时的工作地：

剑桥大学，英国

获奖评语：

表彰他“在电子导电方面的理论和实验研究”

研究领域：

原子物理

获奖情况：

单独获奖

科学成就：

1830 年首次出现了一种观点，认为电是通过原子中存在的微粒进行传导。1890 年，约瑟夫·汤姆孙爵士利用气体环境下带电粒子成功测定了电子质量。1897 年，他证明了阴极射线（将两片金属电极置于低压气体环境的玻璃管中，其上加载电压，就有射线产生）含有电子，从而能够导电。他同时指出电子是原子的一部分。

埃尔温·薛定谔

（Erwin Schrödinger）

生于：

1887 年 8 月 12 日，奥地利维也纳

卒于：

1961 年 1 月 4 日，奥地利维也纳

获奖时的工作地：

柏林大学，德国

获奖评语：

表彰他“在原子理论中很有用的新形式的发现”

研究领域：

量子力学

获奖情况：

与另一人共同获奖

科学成就：

在波尔的原子理论中，当电子从一个原子轨道跃迁到另一轨道时，就会吸收或发射特定波长的光。这一理论能够很好的描述氢原子的光谱特征。但是要想描述更复杂的原子和分子，则需要进行修正。以物质（比如电子）同时具有波动性和粒子性为前提，1926 年薛定谔给出了著名的薛定谔方程，从而能够正确描述波函数的量子行为。这也是大家熟悉的“薛定谔的猫”的来源。

罗伯特·安德鲁·密立根

（Robert Andrews Millikan）

生于：

1868 年 3 月 22 日，美国伊利诺伊州莫里森

卒于：

1953 年 12 月 19 日，美国加利福尼亚州圣马利诺

获奖时的工作地：

加利福尼亚理工学院，帕萨迪纳，美国加州

获奖评语：

表彰他“在基本电荷和光电效应中做的工作”

研究领域：

电磁效应，粒子物理

获奖情况：

单独获奖

科学成就：

19 世纪 90 年代，电子理论的传播使得电子的概念被大家接受。1910 年密立根成功的精确证明了电荷量的值。他通过平衡重力与电场力，将油滴悬浮于两片金属电极之间。通过对许多油滴进行实验后，密立根证明了它们的电荷总是一个确定值的倍数，因此认定这个确定值就是电荷值。

维尔纳·卡尔·海森堡

（Werner Karl Heisenberg）

生于：

1901 年 12 月 5 日，德国维尔茨堡

卒于：

1976 年 2 月 1 日，德国慕尼黑

获奖时的工作地：

莱比锡大学，德国

获奖评语：

表彰他“创立了量子力学以及由此促进的氢的同素异形体的发现”

研究领域：

量子物理

获奖情况：

单独获奖

科学成就：

在波尔的原子理论中，当电子在原子核的轨道间发生跃迁时就会吸收或者放出特定波长的能量。这一理论很好地描述了氢原子的光谱。但是要描述更复杂的原子和分子，则需要做出修订。 1925 年，维尔纳·海森堡基于矩阵法给出了一种量子模型。1927 年，他提出了“不确定性原理”，即一个运动粒子的位置和速度不能被同时确定。

威廉·康拉德·伦琴

（Wilhelm Conrad Röntgen）

生于：

1845 年 3 月 27 日，普鲁士伦内普（现德国雷姆沙伊德）

卒于：

1923 年 2 月 10 日，德国慕尼黑

获奖时的工作地：

慕尼黑大学，德国

获奖评语：

表彰其“发现了具有非凡意义的射线并在其中做出了杰出工作，这种新射线定名为伦琴射线”

研究领域：

原子物理，X射线

获奖情况：

单独获奖

伦琴生于德国伦内普，长于荷兰。他于苏黎世联邦理工学院毕业并在那里得到了物理学博士学位。为了继续他的研究，伦琴先后在斯特拉斯堡、吉森、维尔茨堡的大学工作。在维尔茨堡，他获得了诺贝尔奖，这也是首届的诺贝尔物理学奖。1900 年，伦琴到了慕尼黑大学并在那里度过了他的余生。

值得一提的是，尽管 X 射线为他带来了诺贝尔奖，但他把奖金全部捐给了维尔茨堡大学，也放弃了其专利权，最终在贫困中死于癌症。

科学成就：

1895 年，伦琴把电极加载到两个置于真空玻璃管中的金属片上，用于研究阴极辐射。虽然装置被覆盖住，他还是观察到当光敏板靠近时，其上有微弱的光出现。通过进一步试验，他证实了该现象是一种尚未为人所知的具有穿透性的射线产生的。后来 X 射线成为了物理研究和人体检查中的有力工具。

马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克

（Max Karl Ernst Ludwig Planck）

生于：

1858 年 4 月 23 日，石勒苏益格基尔（现属德国）

卒于：

1947 年 10 月 4 日，德国哥廷根

获奖时的工作地：

柏林大学，德国

获奖理由：

表彰他“因发现能量量子而对物理学的发展做出杰出贡献”

研究领域：

量子力学

获奖情况：

单独获奖

科学成就：

当一个黑体被加热时，照射到黑体表面的电磁辐射就会被黑体吸收并转化为热辐射，其光谱特征仅与黑体温度有关而与其材质无关。然而用当时已知的物理定律计算热辐射会得出无意义的结果：在高频区的热辐射能量会趋于无穷大。马克斯∙普朗克在 1900 年通过引入量子这一理论解决了这个问题。也即，任一振子的辐射能量大小跟一个常量有关，后人将这个常量命名为普朗克常数。

该榜单来自诺贝尔奖官网：http://www.nobelprize.org

关于诺贝尔物理学奖的“幕后故事”

1895 年 11 月 27 日，诺贝尔在其遗嘱中写道，诺贝尔物理学奖应颁发给“在物理学界做出了最杰出发明或发现的人”。接下来，就让我们了解一下从 1901 年到 2018 年关于诺贝尔物理学奖的“幕后故事”。

◆ 诺贝尔物理学奖的数量

从 1901 年至今，共颁发了 112 个诺贝尔物理学奖。其中，由于战争原因有六年没有颁发，分别是 1916，1931，1934，1940，1941 和 1942 年。

独享和共享的诺贝尔物理学奖：

47 次由一位获奖者独享；

32 次由两位获奖者共享；

33 次由三位获奖者共享。

为什么会出现这样的情况？我们可以在诺贝尔委员会章程中找到答案：“若有两个被提名者的工作都同样出色难分伯仲，那奖金就可以由他俩平分。如果获奖成果是由两到三人共同完成的，那奖金就应授予项目共同完成人。但诺奖不能由超过三个人共享。”

◆ 诺贝尔物理学奖得奖人数

图丨1956、1972年诺贝尔物理学奖得主约翰∙巴丁

1901~2018 年间，诺贝尔物理学奖共授予了 210 人次。其中约翰∙巴丁（John Bardeen）是唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人，因此实际上有 209 人获得过诺贝尔物理学奖。

◆ 平均年龄

1901 年到 2018 年间诺贝尔物理学奖获得者平均年龄为 55 岁。

◆ 最年轻的物理学奖获得者

至今为止，最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是当时年仅 25 岁的劳伦斯∙布拉格（Lawrence Bragg）。他于 1915 年和他的父亲一同获得该奖项。

◆ 最年长的物理学奖获得者

最年长的获奖者是 2018 年获奖人之一：亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）。他出生于 1922 年 9 月 2 日，在获奖时已经是 96 岁高龄了。

◆ 女性获奖者

图丨1963 年诺贝尔物理学奖得主玛丽亚·格佩特·梅耶

在所有获奖者中，仅有三名为女性，她们是：

1903 年的物理奖得主玛丽·居里（Marie Curie ）（大名鼎鼎的居里夫人，她还于 1911 年获得了诺贝尔化学奖），1963 年的物理奖得主玛丽亚·格佩特·梅耶（Maria Goeppert-Mayer ），以及 2018 年的物理奖得主唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）。

◆ 全家一起“牛”的获奖者

夫妻&子女档：

图丨居里一家

玛丽·居里和丈夫皮埃尔·居里（Marie Curie and Pierre Curie）于1903年共同获得物理学奖。玛丽∙居里于1911年再次获得诺贝尔化学奖。

而且，他们的大女儿伊雷娜·约里奥-居里（IrèneJ oliot-Curie ），及其丈夫弗雷德里克·约里奥（ Frédéric Joliot）获得1935年的诺贝尔化学奖。

获得物理学奖的父子档：

布拉格父子：威廉·亨利·布拉格（William Bragg）与威廉·劳伦斯·布拉格（Lawrence Bragg）于 1915 年获奖；

玻尔父子：尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）与奥格·玻尔（AageN. Bohr）分别于1922 年和 1975 年获奖；

西格巴恩父子：曼内·西格巴恩（Manne Siegbahn）与凯·西格巴恩（Kai M.Siegbahn）分别于 1924 年和 1981 年获奖；

汤姆森父子：约瑟夫·汤姆森（J. J. Thomson）与乔治·佩吉特汤姆森（George Paget Thomson）分别于 1906 年和 1937 年获奖。

◆ 上届诺贝尔物理奖得主

亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）

出生：1922 年 9月 2 日

获奖时的所属机构：家中的实验室（曾任职于 AT&T 贝尔实验室）

获奖原因：“用于光学镊子及其在生物系统中的应用”

奖金份额：1/2

杰哈·莫罗（Gérard Mourou）

出生：1944 年 6 月 22 日

获奖时的所属机构：密歇根大学

获奖原因：“生成高强度，超短光脉冲的方法”

奖金份额：1/4

唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）

出生：1959 年 5 月 27 日

获奖时的所属机构：加拿大滑铁卢大学

获奖原因：“生成高强度，超短光脉冲的方法（曾是杰哈·莫罗的学生）”

奖金份额：1/4

◆ 物理学奖金质奖章

物理学奖章由瑞典雕刻家埃里克∙林德贝格（Erik Lindberg）设计，其上刻绘着一幅美丽的场景：女神伊希斯从云中浮现，手中握着象征丰饶的羊角，一位科学天才正轻轻揭开女神的面纱，露出了她冷峻的面容。