北京時(shí)間 10 月 3 日下午 5 點(diǎn) 45 分，諾貝爾獎委員會(huì )宣布，將 2017 年諾貝爾物理學(xué)獎授予雷納·韋斯（Rainer Weiss）、巴里·巴里什（Barry C. Barish）和基普·S·索恩（Kip S. Thorne），表彰他們發(fā)起和領(lǐng)導了“激光干涉引力波天文臺”（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO）項目，并在將理論及實(shí)驗物理學(xué)應用于宇宙研究領(lǐng)域做出了重大貢獻。
但除了這三位獲獎?wù)?，有一位先驅的名字同樣值得我們銘記，那就是羅納德·W.P·德雷福（Ronald W.P. Drever）。德雷弗是引力波探測領(lǐng)域的先驅?zhuān)彩羌す飧缮嬉Σㄌ煳呐_（LIGO）創(chuàng )始人之一，他對 LIGO 的實(shí)驗設計做出了重要貢獻。今年 3 月，德雷福在愛(ài)丁堡辭世，享年 85 歲。
以下是本次諾貝爾物理學(xué)獎三位獲獎?wù)咭约跋闰?span>羅納德·W.P·德雷福的簡(jiǎn)介：
基普·S·索恩（Kip S. Thorne）1940 年生于猶他州洛根市（Logan Utah），1962 年在加州理工學(xué)院（Caltech）獲得學(xué)士學(xué)位，1965 年在普林斯頓大學(xué)（Princeton University）獲得博士學(xué)位。兩年博士后研究之后，于1967 年回到加州理工學(xué)院任職助理教授，1970 年升職為理論物理學(xué)教授，1991 年成為費曼理論物理學(xué)教授。
2009 年 6 月，索恩從費曼教授職位退休，成為費曼理論物理學(xué)榮休教授，轉而開(kāi)始從事寫(xiě)作、電影以及繼續科學(xué)研究。目前，索恩的寫(xiě)作主要是與羅杰·布蘭德福德（Roger Blandford）合著(zhù)的《現代經(jīng)典物理學(xué)》教科書(shū)（于 2016 年年底發(fā)表）。他的首部好萊塢電影是由克里斯托弗·諾蘭（Christopher Nolan）執導的 2014 年 11 月 7 日上映的《星際穿越》（Interstellar），索恩是這部電影的科學(xué)顧問(wèn)和執行制片人。索恩目前的主要研究是利用計算機模擬和分析探索彎曲時(shí)空的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)行為。
索恩的研究重點(diǎn)是引力物理和天體物理學(xué)，并且側重于相對論恒星、黑洞和引力波。20 世紀 60 年代末和 70 年代初，索恩的研究為相對論恒星脈動(dòng)理論及其發(fā)出的引力波奠定了基礎。隨后到 80 年代，索恩提出了一種數學(xué)形式體系，使得天體物理學(xué)家能夠分析引力波的產(chǎn)生。索恩與烏拉迪米爾·布拉金斯基（Vladimir Braginsky）、羅納德·德雷福（Ronald Drever）和雷納·韋斯（Rainer Weiss）（Rainer Weiss）密切合作，為探測引力波提出新的技術(shù)思路和計劃。
索恩與韋斯、德雷福是激光干涉引力波天文臺（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory ，LIGO）項目的共同創(chuàng )始人，并且在早期 1984-1987 年作為該項目的指導委員會(huì )會(huì )長(cháng)。在 20 世紀 80 年代、90 年代和21 世紀初，索恩及其研究團隊為 LIGO 項目提供眾多理論支持，包括識別 LIGO 靶向引力波源，為探索引力波的數據分析技術(shù)奠定了基礎，設計引力波束管中控制散射光的擋板，噪聲聲源分析及控制方法，并且與烏拉迪米爾·布拉金斯基團隊為高級引力波探測器發(fā)明了量子非破壞性測量（quantum-nondemolition）。
2015 年 ９ 月 1４ 日，LIGO 項目取得了重大突破，首次探測到遙遠宇宙中發(fā)出并抵達地球的引力波。引力波是由兩個(gè)自旋黑洞相互碰撞和融合所產(chǎn)生的，數據分析顯示該引力波源的性質(zhì)和細節關(guān)鍵依賴(lài)于模擬極端時(shí)空（Simulate eXtreme Spacetimes，SXS）項目的數值相對論模擬，該項目是由索恩和康奈爾大學(xué)（Cornell University）的索爾·圖科斯基（Saul Teukolsky）于 2004 年共同創(chuàng )立的。
羅納德·W.P·德雷福（Ronald W.P. Drever）生于 1931 年，于 2017 年 3 月 7 日逝世。他是一位實(shí)驗物理學(xué)家、加州理工學(xué)院榮休教授，激光干涉引力波天文臺（LIGO）項目共同創(chuàng )始人，激光穩定 Pound–Drever–Hall 技術(shù)的共同發(fā)明人。
德雷福的事業(yè)起步于格拉斯哥大學(xué)（Glasgow University），后被招募到加州理工學(xué)院（Caltech）參與引力波研究項目。
德雷福設計和實(shí)現的 LIGO 干涉儀對于探測引力波所需的極度靈敏條件至關(guān)重要。德雷福近期的研究領(lǐng)域涉及到實(shí)驗儀器隔振系統的磁懸浮光學(xué)平臺開(kāi)發(fā)。
巴里·巴里什（Barry C. Barish）是一位已退休的著(zhù)名物理學(xué)教授，在1994年~1997年之間曾經(jīng)擔任LIGO項目的首席科學(xué)家，并在1997年~2006年間擔任LIGO項目主管一職。1936年出生在美國的奧馬哈。1962年在美國加州大學(xué)伯克利分校獲得博士學(xué)位。
雷納·韋斯（Rainer Weiss）在麻省理工學(xué)院（MIT）獲得物理學(xué)學(xué)士學(xué)位和博士學(xué)位，是MIT 榮休教授。先前，韋斯博士曾在美國塔夫斯大學(xué)（Tufts University）任職助理物理學(xué)教授，自 2001 年起在路易斯安那州立大學(xué)（Louisiana State University）任職副教授。韋斯博士最著(zhù)名的貢獻是其對宇宙微波背景輻射（cosmic microwave background radiation）光譜的開(kāi)拓性測量，發(fā)明了單芯片輔熱測量計和激光干涉引力波探測器，以及作為宇宙背景探測器項目和激光干涉引力波天文臺（LIGO）項目的聯(lián)合創(chuàng )始人和領(lǐng)導人。
韋斯獲得了數不清的 NASA 科學(xué)小組成就獎、MIT 杰出教學(xué)獎、約翰·西蒙·古根海姆基金會(huì )獎學(xué)金（John Simon Guggenheim Memorial Foundation Fellowship）、國家航天俱樂(lè )部科學(xué)獎（National Space Club Science Award）、格魯伯宇宙學(xué)獎（Gruber Cosmology Prize）以及美國物理學(xué)會(huì )愛(ài)因斯坦獎（Einstein Prize of the American Physical Society）。同時(shí)，韋斯博士是美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )（American Association for the Advancement of Science）、美國物理協(xié)會(huì )（American Physical Society）、美國人文和科學(xué)協(xié)會(huì )（The American Academy of Arts and Sciences）的會(huì )員。并且，韋斯博士還是美國天文協(xié)會(huì )（American Astronomical Society）、紐約科學(xué)院（New York Academy of Sciences）、美國科學(xué)研究會(huì )（Sigma Xi）等的會(huì )員。
韋斯博士曾于 1986 年至 2007 年間九次擔任美國國家研究委員會(huì )（NRC）委員，包括 NASA 天體物理學(xué)績(jì)效考核委員會(huì )，粒子物理學(xué)、核物理學(xué)及引力波天體物理學(xué)專(zhuān)家組委員，以及空間天文學(xué)與天體物理學(xué)任務(wù)組委員。
截至目前，LIGO 已經(jīng)分別在 2015 年 9 月 14 日、2015 年 12 月 26 日、2017 年 1 月 4 日單獨發(fā)現了三次引力波事件。2017 年 8 月 14 日，LIGO 與位于意大利的 Virgo 天文臺共同發(fā)現并確認了第四次引力波事件，四次引力波事件均為雙黑洞融合。
在這四起代號分別為 GW150914,、GW151226、 GW170104、GW170814 的引力波事件中，科學(xué)家們發(fā)現，恒星質(zhì)量級雙黑洞系統一旦融合，其質(zhì)量將至少會(huì )是太陽(yáng)的 20 倍。這比以前通過(guò)傳統的X射線(xiàn)所探測到的黑洞質(zhì)量要大得多。觀(guān)測結果也確實(shí)驗證了科學(xué)家們的預測：四次黑洞融合后形成的新黑洞質(zhì)量分別為太陽(yáng)的 62 倍、21 倍、49 倍、53 倍。
時(shí)間退回到 2015 年 9 月 14 日，麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院，與來(lái)自全球各地的科學(xué)家們一道，通過(guò) LIGO 首次直接探測到了抵達地球的引力波。
隨后，麻省理工學(xué)院校長(cháng)拉斐爾·賴(lài)夫（Rafael Reif）致信全校師生，第一時(shí)間通報了這一消息。通常而言，不管多么令人印象深刻，MIT 校長(cháng)都不會(huì )給全校致信祝賀某個(gè)人的研究成果。但鑒于 LIGO 團隊發(fā)現引力波意味著(zhù)愛(ài)因斯坦百年前提出的廣義相對論終于得到了驗證，并將宇宙學(xué)相關(guān)研究帶入了全新時(shí)代，賴(lài)夫校長(cháng)從人類(lèi)的角度出發(fā)，高度贊揚了這一歷史性的科學(xué)發(fā)現。
賴(lài)夫校長(cháng)表示：“即使是最先進(jìn)的望遠鏡也依賴(lài)于光，所以我們無(wú)法看到黑洞融合的壯觀(guān)碰撞，因為我們一直認為，黑洞不會(huì )發(fā)出任何光。然而，憑借 LIGO 的儀器，我們現在有了‘耳朵’可以聽(tīng)到碰撞發(fā)出的‘聲音’。有了這種全新的‘感官’，LIGO 的團隊發(fā)現和記錄了一個(gè)關(guān)于大自然的、迄今未被發(fā)現的基本事實(shí)。但他們利用這個(gè)新工具的探索才剛剛開(kāi)始，這就是為什么人類(lèi)要從事科學(xué)研究！”
那么，LIGO 到底是一套怎樣的系統？它是如何充當人類(lèi)探索宇宙的“耳目”？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，LIGO 系統由兩個(gè)相距 3000 公里（分別位于美國南海岸的 Livingston 和美國西北海岸的 Hanford），且完全相同的探測器組成。每個(gè)探測器包含兩個(gè)長(cháng)度為 4 公里、布置成 L 形的真空管?？茖W(xué)家們通過(guò)真空管來(lái)發(fā)射激光束。每束激光到達真空管末端后，會(huì )被鏡面反射，并沿相反路線(xiàn)返回。
在同等的條件下，兩束激光應該在完全相同的時(shí)間抵達源頭，由于干涉效應，光線(xiàn)不會(huì )抵達光電探測器。然而，如果有引力波穿過(guò)探測器，根據愛(ài)因斯坦 100 年前的預測，會(huì )使兩個(gè)真空管中的空間出現及其微小的拉伸與壓縮，從而破壞了原有的完美平衡，使光線(xiàn)外泄到光電探測器上。這種“失衡”雖然十分短暫，但已足夠讓科學(xué)家們從中發(fā)現引力波的蹤跡。
的確，自從人類(lèi)首次探測到引力波后，該領(lǐng)域相關(guān)研究已經(jīng)往前邁進(jìn)了一大步，尤其是最近這次引力波事件是由 LIGO 的兩個(gè)觀(guān)測站與 Virgo 的一個(gè)觀(guān)測站同時(shí)發(fā)現，通過(guò)三角定位原理，更是將探測精度提高了 10 倍之多！從此將相關(guān)領(lǐng)域研究帶入所謂的“多信使天文學(xué)”（multi-messenger astronomy）時(shí)代。
“多信使天文學(xué)”其實(shí)比較容易理解，即借助多種觀(guān)測手段對某種天文現象進(jìn)行研究。因為傳統的光學(xué)及無(wú)線(xiàn)電天文望遠鏡經(jīng)常會(huì )隨機對著(zhù)茫茫蒼穹發(fā)射信號，但如果觀(guān)測方位相對明確，這類(lèi)望遠鏡可在發(fā)現引力波后的第一時(shí)間對準信號來(lái)源的方向進(jìn)行觀(guān)測。
當然，由于引力波是由黑洞融合所產(chǎn)生的宇宙漣漪，并不會(huì )產(chǎn)生任何形態(tài)的光，所以對于引力波觀(guān)測來(lái)說(shuō)，傳統天文望遠鏡可能并沒(méi)有太大作用。但如果將來(lái)的某一天，LIGO 和 Virgo 的三座天文臺同時(shí)觀(guān)測到了雙星融合，而非黑洞融合現象，那么傳統天文臺就可以根據大致定位方向進(jìn)行進(jìn)一步觀(guān)測了。
眾所周知，引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對論最后一塊未解之謎。二十世紀初愛(ài)因斯坦提出廣義相對論后，時(shí)空的概念也顛覆了大多數人的物理常識。
廣義相對論認為，大到天體，小到人類(lèi)本身，在它們運動(dòng)時(shí)，都會(huì )使周?chē)臅r(shí)空產(chǎn)生漣漪。這是很容易理解的一個(gè)概念，就像船在水中移動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生水波。只是在發(fā)現引力波之前，這一理論還從未被驗證過(guò)。
然而，要觀(guān)測到引力波——這種在宇宙中擴散的漣漪——是一項異常艱難的任務(wù)。打個(gè)比方，如果要在地球上探測某人運動(dòng)時(shí)周?chē)a(chǎn)生的時(shí)空扭曲，基本上是不可能的，因為這種時(shí)空擾動(dòng)太小太小了。
這就是為什么科學(xué)家們創(chuàng )造了 LIGO 和 Virgo 這類(lèi)引力波觀(guān)測天文臺，并通過(guò)其觀(guān)察百萬(wàn)、甚至數億光年外巨大天體快速運動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的強力擾動(dòng)，比如黑洞或中子星融合。這類(lèi)天體在融合時(shí)，每秒會(huì )進(jìn)行相互環(huán)繞的多次旋轉，并最終融合為一個(gè)質(zhì)量極大的全新天體。與此同時(shí)，天體運動(dòng)和碰撞時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)空扭曲，會(huì )表現為引力波形式，并以光速向宇宙的四面八方傳播開(kāi)去。
在抵達地球的過(guò)程中，這些波會(huì )顯著(zhù)衰減，不過(guò)，通過(guò)使用類(lèi)似 LIGO 和 Virgo 這樣最敏感的儀器，我們仍然有希望檢測到它們。LIGO 裝置的大致原理是兩條長(cháng)度相同的探測臂呈 L 型放置，而在兩臂的末端放置一面鏡子來(lái)反射激光。將激光發(fā)射到每個(gè)鏡子上的分裂激光器則位于兩個(gè)隧道相交處。
在正常情況下，兩條長(cháng)臂應該是完全等長(cháng)的，因此激光束在兩條長(cháng)臂中傳播所花費的時(shí)間是一樣的。然而一旦有引力波穿過(guò)探測器，時(shí)空的扭曲會(huì )導致一個(gè)方向上的長(cháng)臂長(cháng)度就會(huì )被壓縮，而在另一個(gè)方向上的長(cháng)臂則會(huì )被拉伸，從而導致兩束激光束傳播的時(shí)間長(cháng)度出現差異，當它們反射回來(lái)并匯合時(shí)，就會(huì )出現干涉條紋。
圖丨Virgo 觀(guān)測臺工作原理
科學(xué)家們通過(guò)這種干涉效應來(lái)測量長(cháng)臂所出現的任何極其細微的空間變化。當然，這樣的長(cháng)度變化將是極其細微的——LIGO 裝置必須能夠測出相當于一個(gè)質(zhì)子直徑萬(wàn)分之一不到的長(cháng)度變化，才可能檢測到引力波信號。
與此同時(shí)，成功完成任務(wù)的三個(gè)觀(guān)測臺正在從“掃描宇宙”的重任中抽身“休息”。在停機期間，LIGO 和 Virgo 的科學(xué)家們將努力提高觀(guān)測站的靈敏度。LIGO 和 Virgo 也將在 2018 年秋天開(kāi)始新的觀(guān)測，一旦這些觀(guān)測活動(dòng)開(kāi)始進(jìn)行，天文學(xué)家們將有望觀(guān)測到更多的引力波現象。
圖丨位于美國 Hanford 和 Livinsgton 的 LIGO，以及位于意大利的 Virgo 天文臺
看到這里，相信大家已經(jīng)對“激光干涉引力波天文臺”相關(guān)技術(shù)，及其對天文學(xué)、物理學(xué)研究的重大意義有所了解了，但你很難想象，在四十年前，LIGO 其實(shí)僅僅只是 MIT 物理學(xué)教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）設計的一項課堂練習。但發(fā)展到現在，LIGO 已涉及來(lái)自美國本土的大學(xué)，如麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院，以及來(lái)自全球 15 個(gè)國家、超過(guò) 950 位科學(xué)家。
雷納·韋斯，1932 年 9 月 29 日出生于德國柏林。麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授，于 1964 年加入麻省理工學(xué)院。韋斯教授發(fā)明了干涉引力波探測器，并聯(lián)合創(chuàng )立了美國國家科學(xué)基金會(huì ) LIGO 項目。他在將理論及實(shí)驗物理學(xué)應用于宇宙研究領(lǐng)域做出了重大貢獻。
圖丨麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）
故事從 1967 年始于麻省理工學(xué)院，當時(shí)的物理學(xué)教務(wù)主任要求韋斯教授設計一門(mén)廣義相對論課程。那時(shí)，廣義相對論已被納入數學(xué)系的研究領(lǐng)域。雖然是引力理論，但絕大多數人認為它與物理學(xué)沒(méi)什么關(guān)系。這主要是因為愛(ài)因斯坦理論預測的可觀(guān)測效應本來(lái)就是無(wú)限小的，這很難用實(shí)驗物理學(xué)去驗證。
愛(ài)因斯坦曾看著(zhù)他的引力公式說(shuō)道：“所要研究的數字和維度都太小了，小到不會(huì )對任何事物造成影響，也沒(méi)有人能夠測量?！?/strong>當你回想 1916 年的技術(shù)條件時(shí)，他可能是正確的。
過(guò)去 100 年發(fā)生了一些大事，天文學(xué)的發(fā)現表明，人們在 1916 年所掌握的有關(guān)緊密壓縮源、無(wú)限密度方面知識是非常有限的。比如中子星和黑洞。但現在，我們已擁有各種技術(shù)去做精確測量。從激光、微波激射器、精密電子儀器、計算機，到大批的科研人員，這些都是那個(gè)年代所不敢想象的。
所以，當韋斯教授和他的團隊準備開(kāi)始尋找引力波時(shí)，人類(lèi)已經(jīng)在技術(shù)和知識方面做好了準備。
1975 年對于 LIGO 來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的一年：因為當時(shí)韋斯教授正在從事 NASA 資助的宇宙背景輻射研究。NASA 要求組織一個(gè)宇宙學(xué)和相對論領(lǐng)域空間研究應用方面的委員會(huì )。正是在這個(gè)委員會(huì )中，韋斯教授結識了來(lái)自加州理工學(xué)院的物理學(xué)家基普·索恩（Kip Thorne）。
當時(shí)，基普·索恩教授已經(jīng)在加州理工學(xué)院建立了一個(gè)頂尖的引力理論研究團隊，并已開(kāi)始著(zhù)手建立引力實(shí)驗研究組。于是兩人攤開(kāi)一大張紙，在上面寫(xiě)下了新的引力研究組能做的一切實(shí)驗，并相互介紹了兩所學(xué)校的最新研究進(jìn)展。韋斯教授和索恩教授當即表示很有興趣合作。這次談話(huà)后，麻省理工學(xué)院和加州理工學(xué)院正式聯(lián)手，這就是后來(lái)的 LIGO。
圖丨雷納·韋斯教授和基普·索恩教授共同出席首次發(fā)現引力波的新聞發(fā)布會(huì )
其實(shí)從第一次發(fā)現引力波事件開(kāi)始，LIGO 就被看作是爭奪諾貝爾物理學(xué)獎的奪標大熱門(mén)，但最終與去年的諾貝爾物理學(xué)獎失之交臂。2017 年 3 月 7 日，作為 LIGO 三位創(chuàng )始人之一的羅納德·德雷福教授（Ronald W.P. Drever）與世長(cháng)辭，沒(méi)能看到自己的研究成果拿下科學(xué)界的最高獎項。
今年，當 LIGO 年事已高的兩位創(chuàng )始人終于拿下諾貝爾物理學(xué)獎時(shí)，雷納·韋斯教授的一句話(huà)可能最能代表 LIGO 研究團隊的心聲：“我感到一種巨大的解脫和喜悅，但其實(shí)更多是解脫。一直以來(lái)，有一只猴子坐在我的肩上長(cháng)達 40 年，它一直在我耳邊嘮叨，說(shuō)：‘嗯，這真的能夠成功嗎？你已經(jīng)把一大堆人拉了進(jìn)來(lái)，但如果它是錯誤的呢？’ 突然，這只猴子跳開(kāi)了，這實(shí)在是巨大的解脫?！?/strong>
1901 年－2016 年最受歡迎的諾貝爾物理獎得主
阿爾伯特·愛(ài)因斯坦
（Albert Einstein）
生于：1879 年 3 月 14 日，德國烏爾姆
卒于：1955 年 4 月 18 日，美國新澤西州普林斯頓
獲獎時(shí)的工作地：凱撒-威爾海姆研究所物理研究院（現馬克斯普朗克研究所），德國柏林
獲獎評語(yǔ)：表彰他“對理論物理學(xué)做出的貢獻，尤其是光電效應定律的發(fā)現”。
研究領(lǐng)域：理論物理
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
阿爾伯特?愛(ài)因斯坦于獎項宣布一年后，即 1922 年，拿到了諾貝爾獎。
生平
愛(ài)因斯坦在慕尼黑長(cháng)大，在那里他的父親成立了一家電機工程公司。從蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院畢業(yè)后，愛(ài)因斯坦進(jìn)入了伯爾尼專(zhuān)利局工作，在此期間他發(fā)表了一系列在物理學(xué)領(lǐng)域具有前瞻性的文章。
后來(lái)他相繼受聘于伯爾尼、蘇黎世和布拉格大學(xué)，1914 年起進(jìn)入柏林大學(xué)工作。納粹黨攫取德國政權后，愛(ài)因斯坦移民到了美國，受雇于新澤西州普林斯頓的高等研究院。愛(ài)因斯坦有過(guò)兩段婚姻，在第一段婚姻中有三個(gè)孩子。
科學(xué)成就
當時(shí)科學(xué)家發(fā)現，當金屬電極暴露于光線(xiàn)下時(shí)有助于金屬電極間產(chǎn)生電火花。要產(chǎn)生這種“光電效應”，光必須高于某特定頻率。然而，根據當時(shí)的物理理論，光的強度才是重要因素。1905 年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了幾篇劃時(shí)代的論文，在其中一篇中，愛(ài)因斯坦提出光由光量子組成——光量子的能量與其所組成的光的頻率有關(guān)。只有當一個(gè)光量子的頻率達到一定閾值時(shí)才能激發(fā)一個(gè)電子。
尼爾斯·亨里克·達維德·玻爾
（Niels Henrik David Bohr）
生于：1885 年 10 月 7 日，丹麥哥本哈根
卒于：1962 年 11 月 18 日，丹麥哥本哈根
獲獎時(shí)的工作地：哥本哈根大學(xué)，丹麥哥本哈根
獲獎評語(yǔ)：表彰他“對原子結構以及從原子發(fā)射出的輻射的研究”。
研究領(lǐng)域：理論核物理
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
科學(xué)成就
19 世紀末出現了關(guān)于電子和輻射的一系列研究，科學(xué)家們建立了不同的原子結構模型。1913 年，波爾根據量子理論提出了氫原子的結構模型，他認為，原子能量如果要發(fā)生改變，只能在不同定態(tài)間以躍遷的方式進(jìn)行。電子會(huì )按照特定軌道圍繞原子核運動(dòng)。當電子躍遷到低能級軌道時(shí)，就會(huì )激發(fā)出光子。波爾的理論解釋了為什么原子只有在特定波長(cháng)照射下才能發(fā)射光子。
瑪麗亞·斯克沃多夫斯卡-居里
（Marie Curie, née Sklodowska）
生于：1867 年 11 月 7 日，俄羅斯帝國（現波蘭）華沙
卒于：1934 年 7 月 4 日，法國薩朗什
獲獎評語(yǔ)：以表彰他們“研究貝克勒爾教授發(fā)現的電離輻射現象時(shí)做的非凡工作”。
研究領(lǐng)域：核物理
獲獎情況：與其他三人共同獲獎
生平
瑪麗?斯克沃多夫斯卡出生于波蘭華沙一個(gè)非常注重教育的教師之家。為了繼續她的學(xué)業(yè)，她移居法國并在那里遇到了皮埃爾?居里。后來(lái)他成為了她的丈夫，也成為了她在放射領(lǐng)域中的研究伙伴。居里夫婦于 1903 年共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。不幸的是，居里夫人在 1906 年失去了她的丈夫，但她沒(méi)有停下他們的研究工作，并再次獲得諾貝爾獎。第一次世界大戰期間，居里夫人成立了移動(dòng) X 射線(xiàn)小組以支持戰地醫院的工作。居里夫人的女兒伊雷娜也同她的丈夫弗雷德里克?約里奧-居里一起獲得過(guò)諾貝爾化學(xué)獎。
科學(xué)成就
1903 年獲獎：受 1896 年貝克勒爾發(fā)現的電離輻射現象的激勵，瑪麗和皮埃爾居里決定進(jìn)一步研究這一現象。他們?yōu)榱双@得放射信號，對很多物質(zhì)和元素進(jìn)行了實(shí)驗。他們發(fā)現瀝青鈾礦比純鈾的放射性更強，因此其中應該含有其他放射性物質(zhì)。從瀝青鈾礦中他們提取出了兩種以前未知的元素——釙和鐳——它們的放射性都強于鈾。
1911 年獲獎：在居里夫婦首次發(fā)現放射性元素釙和鐳以后，居里夫人對他們的性質(zhì)做了更深入的研究。1910 年她成功地分離出鐳，從而證明了鐳的存在，從此再無(wú)質(zhì)疑之聲。她還對了鐳及其化合物的性質(zhì)做了報道。放射性物質(zhì)作為放射源，在科學(xué)實(shí)驗領(lǐng)域和癌癥治療中變得越來(lái)越重要。
詹姆斯·查德威克
（James Chadwick）
生于：1891 年 10 月 20 日，英國曼徹斯特
卒于：1974 年 7 月 24 日，英國劍橋
獲獎時(shí)的工作地：利物浦大學(xué)，英國利物浦
獲獎評語(yǔ)：表彰他“發(fā)現了中子”
研究領(lǐng)域：核物理
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
科學(xué)成就
1930 年當海波特·貝克和瓦爾特·博特將阿爾法粒子(氦原子核)接觸鈹時(shí)，觀(guān)察到了高能的穿透性的輻射現象。當時(shí)一個(gè)假說(shuō)認為這是一個(gè)具有高能量的電磁輻射。然而 1932 年，詹姆斯·查德威克證明阿爾法粒子中含有一個(gè)和質(zhì)子質(zhì)量相當的中性粒子。更早時(shí)期歐內斯特·盧瑟福也認為這種粒子的存在，這種粒子就是現在已經(jīng)被證實(shí)的中子。
約瑟夫·約翰·湯姆孫
（Joseph John Thomson）
生于：1856 年 12 月 18 日，英國曼徹斯特附近的奇塔姆山
卒于：1940 年 8 月 30 日，英國劍橋
獲獎時(shí)的工作地：劍橋大學(xué)，英國劍橋
獲獎評語(yǔ)：表彰他“在電子導電方面的理論和實(shí)驗研究”。
研究領(lǐng)域：原子物理
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
1830 年首次出現了一種觀(guān)點(diǎn)，認為電是通過(guò)原子中存在的微粒進(jìn)行傳導。1890 年，約瑟夫·湯姆孫爵士利用氣體環(huán)境下帶電粒子成功測定了電子質(zhì)量。1897 年，他證明了陰極射線(xiàn)（將兩片金屬電極置于低壓氣體環(huán)境的玻璃管中，其上加載電壓，就有射線(xiàn)產(chǎn)生）含有電子，從而能夠導電。他同時(shí)指出電子是原子的一部分。
埃爾溫·薛定諤
（Erwin Schr?dinger）
生于：1887 年 8 月 12 日，奧地利維也納
卒于：1961 年 1 月 4 日，奧地利維也納
獲獎時(shí)的工作地：柏林大學(xué)，德國柏林
獲獎評語(yǔ)：表彰他“在原子理論中很有用的新形式的發(fā)現”。
研究領(lǐng)域：量子力學(xué)
獲獎情況：與另一人共同獲獎
科學(xué)成就
在波爾的原子理論中，當電子從一個(gè)原子軌道躍遷到另一軌道時(shí)，就會(huì )吸收或發(fā)射特定波長(cháng)的光。這一理論能夠很好的描述氫原子的光譜特征。但是要想描述更復雜的原子和分子，則需要進(jìn)行修正。以物質(zhì)（比如電子）同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性為前提，1926 年薛定諤給出了著(zhù)名的薛定諤方程，從而能夠正確描述波函數的量子行為。
羅伯特·安德魯·密立根
（Robert Andrews Millikan）
生于：1868 年 3 月 22 日，美國伊利諾伊州莫里森
卒于：1953 年 12 月 19 日，美國加利福尼亞州圣馬利諾
獲獎時(shí)的工作地：加利福尼亞理工學(xué)院，帕薩迪納，美國加州
獲獎評語(yǔ)：表彰他“在基本電荷和光電效應中做的工作”。
研究領(lǐng)域：電磁效應，粒子物理
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
科學(xué)成就
19 世紀 90 年代，電子理論的傳播使得電子的概念被大家接受。1910 年密立根成功的精確證明了電荷量的值。他通過(guò)平衡重力與電場(chǎng)力，將油滴懸浮于兩片金屬電極之間。通過(guò)對許多油滴進(jìn)行實(shí)驗后，密立根證明了它們的電荷總是一個(gè)確定值的倍數，因此認定這個(gè)確定值就是電荷值。
維爾納·卡爾·海森堡
（Werner Karl Heisenberg）
生于：1901 年 12 月 5 日，德國維爾茨堡
卒于：1976 年 2 月 1 日，德國慕尼黑
獲獎時(shí)的工作地：萊比錫大學(xué)，德國萊比錫
獲獎評語(yǔ)：表彰他“創(chuàng )立了量子力學(xué)以及由此促進(jìn)的氫的同素異形體的發(fā)現”。
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
科學(xué)成就
在波爾的原子理論中，當電子在原子核的軌道間發(fā)生躍遷時(shí)就會(huì )吸收或者放出特定波長(cháng)的能量。這一理論很好的描述了氫原子的光譜。但是要描述更復雜的原子和分子，則需要做出修訂。
1925 年，維爾納·海森堡基于矩陣法給出了一種量子模型。1927 年，他提出了“不確定性原理”，即一個(gè)運動(dòng)粒子的位置和速度不能被同時(shí)確定。
威廉·康拉德·倫琴
（Wilhelm Conrad R?ntgen）
生于：1845 年 3 月 27 日，普魯士倫內普（現德國雷姆沙伊德）
卒于：1923 年 2 月 10 日，德國慕尼黑
獲獎時(shí)的工作地：慕尼黑大學(xué)，德國慕尼黑
獲獎評語(yǔ)：表彰其“發(fā)現了具有非凡意義的射線(xiàn)并在其中做出了杰出工作，這種新射線(xiàn)定名為倫琴射線(xiàn)”。
研究領(lǐng)域：原子物理，X射線(xiàn)
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
生平
倫琴生于德國倫內普，長(cháng)于荷蘭。他于蘇黎世聯(lián)邦理工血壓畢業(yè)并在那里得到了物理學(xué)博士學(xué)位。為了繼續他的研究，倫琴先后在斯特拉斯堡、吉森、維爾茨堡的大學(xué)工作。在維爾茨堡他獲得了諾貝爾獎。1900 年，倫琴到了慕尼黑大學(xué)并在那里度過(guò)了他的余生，盡管他有計劃要移民到美國。1872 年他與貝塔?路德維希結婚。后來(lái)他們收養了貝塔兄弟的孩子。
科學(xué)成就
1895 年，倫琴把電極加載到兩個(gè)置于真空玻璃管中的金屬片上，用于研究陰極輻射。雖然裝置被覆蓋住，他還是觀(guān)察到當光敏板靠近時(shí)，其上有微弱的光出現。通過(guò)進(jìn)一步試驗，他證實(shí)了這一現象是一種尚未為人所知的具有穿透性的射線(xiàn)產(chǎn)生的。后來(lái)X射線(xiàn)成為了物理研究和人體檢查中的有力工具。
馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克
（Max Karl Ernst Ludwig Planck）
生于：1858 年 4 月 23 日，石勒蘇益格基爾（現屬德國）
卒于：1947 年 10 月 4 日，德國哥廷根
獲獎時(shí)的工作地：柏林大學(xué)，德國柏林
獲獎理由：表彰他“因發(fā)現能量量子而對物理學(xué)的發(fā)展做出杰出貢獻”。
研究領(lǐng)域：量子力學(xué)
獲獎情況：?jiǎn)为毇@獎
當一個(gè)黑體被加熱時(shí)，照射到黑體表面的電磁輻射就會(huì )被黑體吸收并轉化為熱輻射，其光譜特征僅與黑體溫度有關(guān)而與其材質(zhì)無(wú)關(guān)。然而用當時(shí)已知的物理定律計算熱輻射會(huì )得出無(wú)意義的結果：在高頻區的熱輻射能量會(huì )趨于無(wú)窮大。馬克斯?普朗克在 1900 年通過(guò)引入量子這一理論解決了這個(gè)問(wèn)題。也即，任一振子的輻射能量大小跟一個(gè)常量有關(guān)，后人將這個(gè)常量命名為普朗克常數。
該榜單來(lái)自諾貝爾獎官網(wǎng)：http://www.nobelprize.org
諾貝爾物理學(xué)獎的那些事兒
1895 年 11 月 27 日，諾貝爾在其遺囑中寫(xiě)道，諾貝爾物理學(xué)獎應頒發(fā)給“在物理學(xué)界做出了最杰出發(fā)明或發(fā)現的人”。接下來(lái)，就讓我們了解一下從 1901 年到 2016 年關(guān)于諾貝爾物理學(xué)獎的那些事兒。
◆ 諾貝爾物理學(xué)獎的數量
從 1901 年至今，共頒發(fā)了 110 個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎。其中有六年沒(méi)有頒發(fā)，分別是 1916，1931，1934，1940，1941 和 1942 年。
獨享和共享的諾貝爾物理學(xué)獎
47 次諾貝爾物理學(xué)獎?dòng)梢晃猾@獎?wù)擢毾恚?/span>
32 次由兩位獲獎?wù)吖蚕恚?/span>
31 次由三位獲獎?wù)吖蚕恚?/span>
為什么會(huì )出現這樣的情況？我們還是可以在諾貝爾委員會(huì )章程中找到答案：“若有兩個(gè)被提名者的工作都同樣出色難分伯仲，那獎金就可以由他倆平分。如果獲獎成果是由兩到三人共同完成的，那獎金就應授予項目共同完成人。但諾獎不能由超過(guò)三個(gè)人共享?！?/span>
◆ 諾貝爾物理學(xué)獎得獎人數
圖丨1956、1972年諾貝爾物理學(xué)獎得主約翰?巴丁
1901-2016 年間，諾貝爾物理學(xué)獎共授予了 204 人次。其中約翰?巴?。↗ohn Bardeen，如上圖）是唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎的人，因此實(shí)際上有 203 人獲得過(guò)諾貝爾物理學(xué)獎。
◆ 諾貝爾獲獎?wù)叩纳?/span>
有心細的人統計了獲獎?wù)叩纳?，發(fā)現出現最多的兩個(gè)日子是 5 月 21 日和 2 月 28 日。
◆ 平均年齡
1901 年到 2016 年間諾貝爾物理學(xué)獎獲得者平均年齡為 55 歲。
◆ 最年輕的物理學(xué)獎獲得者
圖丨1915 年諾貝爾物理學(xué)獎得主勞倫斯?布拉格
至今為止，最年輕的諾貝爾物理學(xué)獎獲得者是當時(shí)年僅 25 歲的勞倫斯?布拉格（Lawrence Bragg）。他于 1915 年和他的父親一同獲得該獎項。
◆ 最年長(cháng)的物理學(xué)獎獲得者
圖丨2002 年諾貝爾物理學(xué)獎得主小雷蒙德?戴維斯
最年長(cháng)的獲獎?wù)呤切±酌傻?戴維斯（Raymond Davis Jr.），在 2002 年獲獎時(shí)他已經(jīng) 88 歲高齡了。
◆ 女性獲獎?wù)?/span>
圖丨居里夫人
在所有獲獎?wù)咧?，僅有兩名為女性，她們是：
1903 年的物理獎得主瑪麗?居里（Marie Curie ）（大名鼎鼎的居里夫人，她還于 1911 年獲得了諾貝爾化學(xué)獎）；
1963 年的物理獎得主瑪麗亞?格佩特－梅耶（Maria Goeppert-Mayer ）。
圖丨1963 年諾貝爾物理學(xué)獎得主瑪麗亞?格佩特－梅耶
◆ 多次獲獎的大牛
約翰?巴?。↗ohn Bardeen）是唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎的人?，旣?居里（Marie Curie）兩次獲得諾貝爾獎，一次是物理學(xué)獎，另一次是化學(xué)獎。
◆ 被追授的物理學(xué)獎獲得者
在物理學(xué)獎的歷史上，還沒(méi)有出現過(guò)追授已逝者的情況。1974 年開(kāi)始，諾貝爾委員會(huì )章程規定，諾貝爾獎不頒給已過(guò)世的人，除非獲獎?wù)呤窃讵勴椥家院筮^(guò)世的。1974 年以前，僅有兩位逝者被追授了諾貝爾獎：他們是達格?哈馬舍爾德（DagHammarskj?ld ）（1961 年獲諾貝爾和平獎）和埃里克·阿克塞爾·卡爾費爾特 （ErikAxel Karlfeldt）（1931 年獲諾貝爾文學(xué)獎）。
◆ 開(kāi)掛的一家人
夫妻檔：
圖丨居里一家
瑪麗·居里和丈夫皮埃爾·居里（Marie Curie and Pierre Curie）于1903年共同獲得物理學(xué)獎?，旣?居里于1911年再次獲得諾貝爾化學(xué)獎。
（他們的大女兒伊雷娜·約里奧-居里（IrèneJ oliot-Curie ），及其丈夫弗雷德里克·約里奧（ Frédéric Joliot）獲得1935年的諾貝爾化學(xué)獎。）
父子檔：（以下均為物理學(xué)獎獲得者）
布拉格父子：威廉·亨利·布拉格（William Bragg）與威廉·勞倫斯·布拉格（Lawrence Bragg）于 1915 年獲獎；
波爾父子：尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）與奧格·玻爾（AageN. Bohr）分別于1922年和1975年獲獎；
西格巴恩父子：曼內·西格巴恩（Manne Siegbahn）與凱·西格巴恩（Kai M.Siegbahn）分別于1924年和1981年獲獎；
湯姆森父子：約瑟夫·湯姆森（J. J. Thomson）與喬治·佩吉特湯姆森（George Paget Thomson）分別于1906年和1937年獲獎。
◆ 物理學(xué)獎獲獎?wù)叩难芯款I(lǐng)域
◆ 物理學(xué)獎金質(zhì)獎?wù)?/strong>
物理學(xué)獎?wù)掠扇鸬涞窨碳野＠锟?林德貝格（Erik Lindberg）設計，其上刻繪著(zhù)一幅美麗的場(chǎng)景：女神伊希斯從云中浮現，手中握著(zhù)象征豐饒的羊角，一位科學(xué)天才正輕輕揭開(kāi)女神的面紗，露出了她冷峻的面容。
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