巴里的老婆—巴里·巴里什
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- 1、诺贝尔物理学奖得主 三人因引力波获奖(证实爱因斯坦预言)
- 2、美国物理学家雷纳·韦斯获得哪一度诺贝尔物理学奖?
- 3、诺贝尔奖的获得者有哪些?
- 4、三位诺贝尔物理学奖获得者都是什么来头
- 5、2017年诺贝尔物理学奖获得者主要研究什么?
- 6、引力波之后下个伟大发现会是什么?
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诺贝尔物理学奖得主 三人因引力波获奖(证实爱因斯坦预言)
10月3日,诺贝尔物理学奖在斯德哥尔摩揭晓。瑞典皇家科学院将度诺贝尔物理学奖授予美国麻省理工学院教授雷纳·韦斯、加州理工学院教授基普·索恩和巴里·巴里什。这三位获奖者构思和设计了激光干涉仪引力波天文台LIGO,验证了爱因斯坦百年预言,对直接探测引力波做出杰出贡献。下面就为大家带来详细介绍。
诺贝尔物理学奖
2月11日,美国加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO的研究人员宣布,他们在9月14日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号,这是人类历史上首次发现引力波。
公布首次探测结果后,LIGO就成为了众望所归的诺奖最大热门。然而,诺贝尔奖提名的截止时间是1月31日。外界普遍猜测,诺奖可能推迟到才会花落LIGO,而今年的获奖结果也显示引力波奖项毫无悬念。
引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。引力波是一种时空涟漪,如同石头丢进水里产生的波纹。按照广义相对论计算,双星互相绕转发出引力辐射,它们的轨道周期就会因此而变短。
三位获奖者简介
雷纳·韦斯(Rainer Weiss),1932年9月29日在德国柏林出生,现年85岁。雷纳·韦斯发明的激光干涉引力波探测器是LIGO装置的基础。他首次分析了探测器的主要噪声来源,并领导了LIGO仪器科学的研究,最终使LIGO达到了足够的灵敏度。
基普·索恩(Kip Stephen Thorne),1940年6月1日出生在美国犹他州的洛根市,现年77岁。基普·索恩奠定了引力波探测的理论基础,他开创了引力波波形计算以及数据分析的研究方向,并对LIGO仪器科学做出了重要贡献,特别是提出了量子计量学理论的一系列基本概念。
巴里·巴里什(Barry Clark Barish),出生在内布拉斯加州的奥马哈,现年81岁。巴里·巴里什领导了LIGO建设及初期运行,建立了LIGO国际科学合作,他把LIGO从几个研究小组从事的小科学成功地转化成了涉及众多成员并且依赖大规模设备的大科学,最终使引力波探测成为可能。
历届诺贝尔物理学奖得主名单
1、1901年:威尔姆·康拉德·伦琴(德国)发现X射线
2、1902年:亨德瑞克·安图恩·洛伦兹(荷兰)、塞曼(荷兰)关于磁场对辐射现象影响的研究
3、1903年:安东尼·亨利·贝克勒尔(法国)发现天然放射性;皮埃尔·居里(法国)、玛丽·居里(波兰裔法国人)发现并研究放射性元素钋和镭
4、1904年:瑞利(英国)气体密度的研究和发现氩
5、1905年:伦纳德(德国)关于阴极射线的研究
6、1906年:约瑟夫·汤姆生(英国)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子
7、1907年:迈克尔逊(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究
8、1908年:李普曼(法国)发明彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)
9、1909年:伽利尔摩·马克尼(意大利)、布劳恩(德国)发明和改进无线电报;理查森(英国)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律
10、1910年:范德华(荷兰)关于气态和液态方程的研究 完整名单请看
美国物理学家雷纳·韦斯获得哪一度诺贝尔物理学奖?
美国物理学家雷纳·韦斯获得2017年诺贝尔物理学奖。
2017 年 10 月 3 日北京时间 17 点 45 分许,美国物理学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Thorne)和巴里·巴里什(Barry Barish),因构思和设计激光干涉仪引力波天文台 LIGO,对直接探测引力波做出杰出贡献,荣获2017年诺贝尔物理学奖。
雷纳·韦斯教授(生于1932年9月29日)是美国理论物理学家、麻省理工学院物理学荣誉教授。在他的学术生涯中,最重要的成就是发展出激光干涉术来探测引力波。这项技术是激光干涉引力波天文台(LIGO)装置的基础。韦斯教授首次分析了探测器的主要噪声来源,并领导了LIGO仪器科学的研究,最终使LIGO达到了足够的灵敏度,在人类历史上第一次探测到了引力波。
雷纳·韦斯教授表示,他是第一次来到中国,对量子团队的研究工作印象非常深刻,并建议把量子技术应用到精密测量中,提高引力波探测的精度,他希望潘建伟团队做出更大的贡献。巴里·巴里什教授谈到,虽然没到过科大,但对科大早有耳闻,在他的印象中,来自中国科学技术大学的学生是最优秀的学生之一。
雷纳·韦斯教授首先介绍了引力波的基本概念。与牛顿力学不同,爱因斯坦理论里的引力波来自于有质量的加速物体,并以光速传播。引力波有一种特殊的形式,在两个不同方向上,可能一个膨胀,另一个压缩。人们曾利用这种特性,进行过探测引力波的各种尝试。
在众多方案中,LIGO探测引力波的基本原理是利用两个方向上传播的激光,由于空间的膨胀和压缩,会产生干涉图样的相应变化。但是,对于引力波探测来说,要求的精度至少要达到10的-21次方米,这就需要研究人员开发各种技术提高精度、压制噪声,引力波探测因此而成为了极大的挑战。
诺贝尔奖的获得者有哪些?
历届(1901年-2020年)诺贝尔物理学奖获得者名单如下:
1、1901年:威尔姆·康拉德·伦琴(德国)发现X射线
2、1902年:亨德瑞克·安图恩·洛伦兹(荷兰)、塞曼(荷兰)关于磁场对辐射现象影响的研究
3、1903年:安东尼·亨利·贝克勒尔(法国)发现天然放射性;皮埃尔·居里(法国)、玛丽·居里(波兰裔法国人)发现并研究放射性元素钋和镭
4、1904年:瑞利(英国)气体密度的研究和发现氩
5、1905年:伦纳德(德国)关于阴极射线的研究
6、1906年:约瑟夫·汤姆生(英国)对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子
7、1907年:迈克尔逊(美国)发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究
8、1908年:李普曼(法国)发明彩色照相干涉法(即李普曼干涉定律)
9、1909年:伽利尔摩·马克尼(意大利)、布劳恩(德国)发明和改进无线电报;理查森(英国)从事热离子现象的研究,特别是发现理查森定律
10、1910年:范德华(荷兰)关于气态和液态方程的研究
11、1911年:维恩(德国)发现热辐射定律
12、1912年:达伦(瑞典)发明可用于同燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动调节装置
13、1913年:卡末林-昂内斯(荷兰)关于低温下物体性质的研究和制成液态氦
14、1914年:马克斯·凡·劳厄(德国)发现晶体中的X射线衍射现象
15、1915年:威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格(英国)用X射线对晶体结构的研究
16、1916年:未颁奖
17、1917年:查尔斯·格洛弗·巴克拉(英国)发现元素的次级X辐射特性
18、1918年:马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克(德国)对确立量子论作出巨大贡献
19、1919年:斯塔克(德国)发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象
20、1920年:纪尧姆(瑞士)发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性
21、1921年:阿尔伯特·爱因斯坦(德国)他对数学物理学的成就,特别是光电效应定律的发现
22、1922年:尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔(丹麦)关于原子结构以及原子辐射的研究
23、1923年:罗伯特·安德鲁·密立根(美国)关于基本电荷的研究以及验证光电效应
24、1924年:西格巴恩(瑞典)发现X射线中的光谱线
25、1925年:弗兰克·赫兹(德国)发现原子和电子的碰撞规律
26、1926年:佩兰(法国)研究物质不连续结构和发现沉积平衡
27、1927年:康普顿(美国)发现康普顿效应;威尔逊(英国)发明了云雾室,能显示出电子穿过空气的径迹
28、1928年:理查森(英国)研究热离子现象,并提出理查森定律
29、1929年:路易·维克多·德布罗意(法国)发现电子的波动性
30、1930年:拉曼(印度)研究光散射并发现拉曼效应
31、1931年:未颁奖
32、1932年:维尔纳·海森伯(德国)在量子力学方面的贡献
33、1933年:埃尔温·薛定谔(奥地利)创立波动力学理论;保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克(英国)提出狄拉克方程和空穴理论
34、1934年:未颁奖
35、1935年:詹姆斯·查德威克(英国)发现中子
36、1936年:赫斯(奥地利)发现宇宙射线;安德森(美国)发现正电子
37、1937年:戴维森(美国)、乔治·佩杰特·汤姆生(英国)发现晶体对电子的衍射现象
38、1938年:恩利克·费米(意大利)发现由中子照射产生的新放射性元素并用慢中子实现核反应
39、1939年:欧内斯特·奥兰多·劳伦斯(美国)发明回旋加速器,并获得人工放射性元素
40、1940—1942年:未颁奖
41、1943年:斯特恩(美国)开发分子束方法和测量质子磁矩
42、1944年:拉比(美国)发明核磁共振法
43、1945年:沃尔夫冈·E·泡利(奥地利)发现泡利不相容原理
44、1946年:布里奇曼(美国)发明获得强高压的装置,并在高压物理学领域作出发现
45、1947年:阿普尔顿(英国)高层大气物理性质的研究,发现阿普顿层(电离层)
46、1948年:布莱克特(英国)改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现
47、1949年:汤川秀树(日本)提出核子的介子理论并预言∏介子的存在
48、1950年:塞索·法兰克·鲍威尔(英国)发展研究核过程的照相方法,并发现π介子
49、1951年:科克罗夫特(英国)、沃尔顿(爱尔兰)用人工加速粒子轰击原子产生原子核嬗变
50、1952年:布洛赫、珀塞尔(美国)从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法
51、1953年:泽尔尼克(荷兰)发明相衬显微镜
52、1954年:马克斯·玻恩(英国)在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献;博特(德国)发明了符合计数法,用以研究原子核反应和γ射线
53、1955年:拉姆(美国)发明了微波技术,进而研究氢原子的精细结构;库什(美国)用射频束技术精确地测定出电子磁矩,创新了核理论
54、1956年:布拉顿、巴丁(犹太人)、肖克利(美国)发明晶体管及对晶体管效应的研究
55、1957年:李政道、杨振宁(美籍华人)发现弱相互作用下宇称不守衡,从而导致有关基本粒子的重大发现
56、1958年:切伦科夫、塔姆、弗兰克(苏联)发现并解释切伦科夫效应
57、1959年:塞格雷、欧文·张伯伦(OwenChamberlain)(美国)发现反质子
58、1960年:格拉塞(美国)发现气泡室,取代了威尔逊的云雾室
59、1961年:霍夫斯塔特(美国)关于电子对原子核散射的先驱性研究,并由此发现原子核的结构;穆斯堡尔(德国)从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯堡尔效应
60、1962年:达维多维奇·朗道(苏联)关于凝聚态物质,特别是液氦的开创性理论
61、1963年:维格纳(美国)发现基本粒子的对称性及支配质子与中子相互作用的原理;梅耶夫人(美国人.犹太人)、延森(德国)发现原子核的壳层结构
62、1964年:汤斯(美国)在量子电子学领域的基础研究成果,为微波激射器、激光器的发明奠定理论基础;巴索夫、普罗霍罗夫(苏联)发明微波激射器
63、1965年:朝永振一郎(日本)、施温格、费因曼(美国)在量子电动力学方面取得对粒子物理学产生深远影响的研究成果
64、1966年:卡斯特勒(法国)发明并发展用于研究原子内光、磁共振的双共振方法
65、1967年:贝蒂(美国)核反应理论方面的贡献,特别是关于恒星能源的发现
66、1968年:阿尔瓦雷斯(美国)发展氢气泡室技术和数据分析,发现大量共振态
67、1969年:盖尔曼(美国)对基本粒子的分类及其相互作用的发现
68、1970年:阿尔文(瑞典)磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子物理富有成果的应用;内尔(法国)关于反磁铁性和铁磁性的基础研究和发现
69、1971年:加博尔(英国)发明并发展全息照相法
70、1972年:巴丁、库柏、施里弗(美国)创立BCS超导微观理论
71、1973年:江崎玲于奈(日本)发现半导体隧道效应;贾埃弗(美国)发现超导体隧道效应;约瑟夫森(英国)提出并发现通过隧道势垒的超电流的性质,即约瑟夫森效应
72、1974年:马丁·赖尔(英国)发明应用合成孔径射电天文望远镜进行射电天体物理学的开创性研究;赫威斯(英国)发现脉冲星
73、1975年:阿格·N·玻尔、莫特尔森(丹麦)、雷恩沃特(美国)发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系提出核结构理论
74、1976年:丁肇中、里希特(美国)各自独立发现新的J/ψ基本粒子
75、1977年:安德森、范弗莱克(美国)、莫特(英国)对磁性和无序体系电子结构的基础性研究
76、1978年:卡皮察(苏联)低温物理领域的基本发明和发现;彭齐亚斯、R·W·威尔逊(美国)发现宇宙微波背景辐射
77、1979年:谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格(美国)、阿布杜斯·萨拉姆(巴基斯坦)关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论的贡献,并预言弱中性流的存在
78、1980年:克罗宁、菲奇(美国)发现电荷共轭宇称不守恒
79、1981年:西格巴恩(瑞典)开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;布洛姆伯根(美国)非线性光学和激光光谱学的开创性工作;肖洛(美国)发明高分辨率的激光光谱仪
80、1982年:K·G·威尔逊(美国)提出重整群理论,阐明相变临界现象
81、1983年:萨拉马尼安·强德拉塞卡(美国)提出强德拉塞卡极限,对恒星结构和演化具有重要意义的物理过程进行的理论研究;福勒(美国)对宇宙中化学元素形成具有重要意义的核反应所进行的理论和实验的研究
82、1984年:卡洛·鲁比亚(意大利)证实传递弱相互作用的中间矢量玻色子[[W+]],W-和Zc的存在;范德梅尔(荷兰)发明粒子束的随机冷却法,使质子-反质子束对撞产生W和Z粒子的实验成为可能
83、1985年:冯·克里津(德国)发现量子霍耳效应并开发了测定物理常数的技术
84、1986年:鲁斯卡(德国)设计第一台透射电子显微镜;比尼格(德国)、罗雷尔(瑞士)设计第一台扫描隧道电子显微镜
85、1987年:柏德诺兹(德国)、缪勒(瑞士)发现氧化物高温超导材料
86、1988年:莱德曼、施瓦茨、斯坦伯格(美国)产生第一个实验室创造的中微子束,并发现中微子,从而证明了轻子的对偶结构
87、1989年:拉姆齐(美国)发明分离振荡场方法及其在原子钟中的应用;德默尔特(美国)、保尔(德国)发展原子精确光谱学和开发离子陷阱技术
88、1990年:弗里德曼、肯德尔(美国)、理查·爱德华·泰勒(加拿大)通过实验首次证明夸克的存在
89、1991年:皮埃尔·吉勒德-热纳(法国)把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中
90、1992年:夏帕克(法国)发明并发展用于高能物理学的多丝正比室
91、1993年:赫尔斯、J·H·泰勒(美国)发现脉冲双星,由此间接证实了爱因斯坦所预言的引力波的存在
92、1994年:布罗克豪斯(加拿大)、沙尔(美国)在凝聚态物质研究中发展了中子衍射技术
93、1995年:佩尔(美国)发现τ轻子;莱因斯(美国)发现中微子
94、1996年:D·M·李、奥谢罗夫、R·C·理查森(美国)发现了可以在低温度状态下无摩擦流动的氦同位素
95、1997年:朱棣文、W·D·菲利普斯(美国)、科昂·塔努吉(法国)发明用激光冷却和捕获原子的方法
96、1998年:劳克林、霍斯特·路德维希·施特默、崔琦(美国)发现并研究电子的分数量子霍尔效应
97、1999年:H·霍夫特、韦尔特曼(荷兰)阐明弱电相互作用的量子结构
98、2000年:阿尔费罗夫(俄国)、克罗默(德国)提出异层结构理论,并开发了异层结构的快速晶体管、激光二极管;杰克·基尔比(美国)发明集成电路
99、2001年:克特勒(德国)、康奈尔、卡尔·E·维曼(美国)在“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态”以及“凝聚态物质性质早期基本性质研究”方面取得成就
100、2002年:雷蒙德·戴维斯、里卡尔多·贾科尼(美国)、小柴昌俊(日本)“表彰他们在天体物理学领域做出的先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面的成就。”
101、2003年:阿列克谢·阿布里科索夫、安东尼·莱格特(美国)、维塔利·金茨堡(俄罗斯)“表彰三人在超导体和超流体领域中做出的开创性贡献。”
102、2004年:戴维·格罗斯(美国)、戴维·普利策(美国)和弗兰克·维尔泽克(美国),为表彰他们“对量子场中夸克渐进自由的发现。”
103、2005年:罗伊·格劳伯(美国)表彰他对光学相干的量子理论的贡献;约翰·霍尔(JohnL.Hall,美国)和特奥多尔·亨施(德国)表彰他们对基于激光的精密光谱学发展作出的贡献
104、2006年:约翰·马瑟(美国)和乔治·斯穆特(美国)表彰他们发现了黑体形态和宇宙微波背景辐射的扰动现象
105、2007年:法国科学家艾尔伯·费尔和德国科学家皮特·克鲁伯格,表彰他们发现巨磁电阻效应的贡献
106、2008年:日本科学家南部阳一郎,表彰他发现了亚原子物理的对称性自发破缺机制。日本物理学家小林诚,益川敏英提出了对称性破坏的物理机制,并成功预言了自然界至少三类夸克的存在
107、2009年:美籍华裔物理学家高锟因为“在光学通信领域中光的传输的开创性成就”而获奖;美国物理学家韦拉德·博伊尔和乔治·史密斯因“发明了成像半导体电路——电荷藕合器件图像传感器CCD”获此殊荣
108、2010年:瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2010年诺贝尔物理学奖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
109、2011年: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·施密特以及美国科学家亚当·里斯因“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”获得2011年诺贝尔物理学奖
110、2012年:法国巴黎高等师范学院教授塞尔日·阿罗什、美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学波尔得分校教授大卫·维因兰德因“发现测量和操控单个量子系统的突破性实验方法”获得2012年诺贝尔物理学奖
111、2013年:比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因希格斯玻色子(上帝粒子)的理论预言获2013年诺贝尔物理学奖
112、2014年:日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二,因发明蓝色发光二极管(LED)获2014年诺贝尔物理学奖
113、2015年:日本科学家梶田隆章和加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳,因在发现中微子振荡方面所作的贡献分享2015年诺贝尔物理学奖
114、2016年:三位美国科学家戴维·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以及在拓扑相变方面作出的理论贡献分享2016年诺贝尔物理学奖
115、2017年:三位美国科学家基普·S·索恩、巴里·巴里什以及雷纳·韦斯,因在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献而获得2017年诺贝尔物理学奖
116、2018年:美国科学家亚瑟·阿斯金、法国科学家杰哈·莫罗以及加拿大科学家唐娜·斯特里克兰,因在激光物理领域的突破性发明而获得2018年诺贝尔物理学奖
117、2019年:美国科学家詹姆斯·皮布尔斯因宇宙学相关研究而获得2019年诺贝尔物理学奖,瑞士科学家米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹因首次发现太阳系外行星而获得2019年诺贝尔物理学奖
118、2020年:英国数学物理学家罗杰·彭罗斯,德国天体物理学家莱因哈德·根泽尔和美国天文学家安德里亚·格兹共同获得2020年诺贝尔物理学奖
三位诺贝尔物理学奖获得者都是什么来头
雷纳·韦斯教授(生于1932年9月29日)是美国理论物理学家、麻省理工学院物理学荣誉教授。在他的学术生涯中,最重要的成就是发展出激光干涉术来探测引力波。
基普·索恩教授(生于1940年6月1日 )是美国理论物理学家,2009年以前一直担任加州理工学院费曼理论物理学教授。
巴里·巴里什教授(生于1936年1月27日)是美国实验物理学家,加州理工学院物理系林德教授。
遵照诺贝尔遗嘱,物理学奖和化学奖由瑞典皇家科学院评定,生理学或医学奖由瑞典皇家卡罗林医学院评定,文学奖由瑞典文学院评定,和平奖由挪威议会选出。
2017年诺贝尔物理学奖获得者主要研究什么?
研究的是LIGO探测器和引力波观测。
2017年诺贝尔物理学奖获得者:雷纳·韦斯 、巴里·巴里什、基普·索恩。
瑞典当地时间10月3日上午11点50分,诺贝尔物理学奖评委会委员、瑞典皇家科学院秘书长约兰·汉森宣布,将2017年诺贝尔物理学奖授予3位美国物理学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss) 、巴里·巴里什 (Barry Barish )、基普·索恩(Kip Stephen Thorne),以表彰他们对引力波探测器LIGO的决定性贡献及其对引力波的观察。
900万瑞典克朗(约合人民币733.9万)的奖金一半将授予麻省理工的雷纳·韦斯教授,另一半则由来自加州理工学院的巴里·巴里什和基普·索恩分享。
扩展资料:
引力波:探索宇宙新方式
400多年前,当伽利略第一次将望远镜指向星空,让人类看见清晰的太空时,就再没停止对这个神秘的空间进行探寻。100年前爱因斯坦广义相对论的提出,预言了时空的“涟漪”——引力波的存在。
做加速运动的大质量天体可以剧烈地撼动时空,并且空间扭曲的波动将从波源辐射出去,就是引力波。这些以光速传播的“涟漪”携带了天体源激烈动荡的信息以及关于引力本质的线索。捕捉到引力波,人们就可以用一种前所未有的方式探索宇宙。
但是引力波的测量困难得异乎寻常,虽然天体通过引力波释放的能量是惊人的,但因为它几乎不和物质相互作用,所以引力波总是“率性”而至,似乎什么都阻挡不住它的步伐,因此它包含着源的中心区域最核心的信息。
可是,引力波的“率性”在带来核心信息的同时,也让探测极为困难。直到1974年物理学家约瑟夫·泰勒(Joseph Hooton Taylor, Jr)和拉塞尔·赫尔斯(Russell Alan Hulse)发现了处于双星系统中的脉冲星,该双星系统会以引力波的形式损失能量,这间接证明了引力波的存在。
参考资料:百度百科-诺贝尔物理学奖
引力波之后下个伟大发现会是什么?
从目前来看,引力波已经被探测到,暗物质和暗能量的发现是最受关注的下个伟大发现的候选,还有一个是找到宇宙物质的来源。不过仍然道阻且长,仍需努力。
据国外媒体报道,2015年9月14日,美国中部标准时间凌晨3点50分,一丝微小的振动传递到了美国路易斯安那州利文斯顿的一台大型机器的4公里长臂上。极短的时间之后,同样的振动出现在了华盛顿州汉福德另一台同类机器的长臂上。最终,物理学家证实了这两个振动信号的本质:经过一个世纪的努力工作,科学家终于见到了引力波。他们发现,这些微小的振动来源于15亿年前两个黑洞的相互碰撞。
就在两个月之后,激光干涉引力波天文台(LIGO)就第二次探测到了引力波。然后,在2017年,物理学家又第三次、第四次、第五次和第六次探测到了引力波。利用这些探测结果,他们解决了物理学中一个长期悬而未决的谜题,证实了引力遵循着爱因斯坦的广义相对论。2017年10月,3位引力波研究的先驱者——巴里·巴里什(Barry Barish)、基普·索恩(Kip Thorne)和莱纳·魏斯(Rainer Weiss)——因为这项关键性的工作而赢得了诺贝尔物理学奖。
然而,不要因为这些荣誉就觉得LIGO的成功来得很容易。当20多年前,LIGO团队刚开始建设用于探测的基础设施时,物理学界的许多人都与他们划清界限,有一个同行甚至作证反对国会对该项目进行资助。当然,所有伟大的物理发现都会不可避免地经历缓慢而曲折(而且耗费巨大)的过程,中间充满了科学家的努力和政治争论。下一个伟大发现肯定也是多种因素共同作用的结果,不仅需要科学上的努力工作,而且还要考虑政治和运气因素。因此,物理学家其实并不知道将会迎来什么样的突破。
不过可以确定的是,要取得重大发现就必须投入巨大的资金。美国芝加哥大学的天体物理学家乔舒亚·弗里曼(Joshua Frieman)表示,物理学家已经解决了许多简单一些的宇宙谜题,剩下的问题都足够复杂,需要大量资金来开发多种定制的设备。“我们是自身成功的受害者,”弗里曼说道。
那么,物理学下一个伟大的突破性发现会是什么呢?暗物质和暗能量的发现是最受关注的候选,还有一个是找到宇宙物质的来源。
从1999年就开始搜寻暗物质的芝加哥大学物理学家卢卡·格兰迪(Luca Grandi)说:“我认为人们只会在获得发现的时候想到科学家。”当还在意大利上大学的时候,格兰迪就加入了一个被称为“WArP”的暗物质合作项目,而该项目的使命还可以追溯到60多年前。1933年,弗里茨·兹威基(Fritz Zwicky)首次预测了不可见的“暗物质”的存在,当时他注意到星系的旋转快于其预计质量应有的。几十年之后,薇拉·鲁宾(Vera Rubin)发现了更多暗物质存在于其他星系中的证据。物理学家现在认为,暗物质组成了约85%的宇宙质量。
然而,还是没有人在地球上观测到暗物质。格兰迪已经在这一领域从事了18年的研究,他尝试了好几种方法。2008年,还在美国做博士后的他与其他科学家共同建立了称为“DarkSide”的实验项目,目前该项目仍在进行中。不过,DarkSide实验采用液氩作为探测靶物质的方法已经不是很受青睐,许多研究者转而采用以液氙为基础的探测器,其精确度更高。
格兰迪目前的暗物质研究小组名为“Xenon1T”,已经在制定直到2030年代的计划——首先是把目前3吨的探测器扩展到8吨,最终达到50吨。探测器越大,捕捉到弱相互作用大质量粒子(weakly interacting massive particle,WIMP)的机会就越大。WIMP粒子是被大多数物理学家接受的一种暗物质粒子候选。今年41岁的格兰迪希望能一直坚持下去。“每一天都是不同的,因此我觉得很难会对这个领域感到厌倦,”他说,“你其实有很多的事情要做,从硬件到数据分析,再到解释和统计。因此总是充满了激情。”
这正是获得下一次发现所需要的:旺盛的、能承受数十年失败和官僚体制的好奇心。“我们现在谈论的是20年的时间跨度,从一个项目最初概念的提出,到真正采集数据,”弗里曼说,“这是一段很长的时间,对一个人来说,这是相当可观的一段职业生涯。”
银河系的艺术想象图。科学证据显示,在银河系中心存在一个超大质量黑洞。
弗里曼并不是在谈论寻找暗物质的努力,而是在说一个完全不同的物理学项目:位于智利的大型综合巡天望远镜(Large Synoptic Survey telescope,LSST)。该望远镜于20世纪90年代提出,现在还在建设当中,计划在2022年最终建成,它将被用来寻找困扰物理学家多年的暗能量。天体物理学家认为暗能量导致了宇宙以加速的趋势膨胀——加之快以至于宇宙最终会在几十亿年之后分崩离析。他们将这一宇宙终极命运称为“大撕裂”(The Big Rip)。
LSST的观测将建立在“暗能量调查”(Dark Energy Survey)项目的基础上。该项目由弗里曼领导,从2013年至今已经对3亿个星系进行了监测。弗里曼从零开始为该项目筹集了5000万美元的资金,用于摄像机、软件和人工费用。
在美国国家科学基金会(National Science Foundation)2017年的80亿美元预算中,“暗能量调查”项目的资助金额只能算中等水平,而LIGO累积的开支已经超过10亿美元。然而,物理学家提出的许多项目也有着同样惊人的预算。例如,Xenon实验已经在美国和其他国家筹集了数千万美元的资金,用于建设实验设施。
对于这些数额,“你不应该感到意外,”斯坦福大学的物理学家乔治·格雷塔(Giorgio Gratta)说道。首先,你需要招募一个小组来开展工作。通常情况下,你可以从任职的大学获得一小笔资助,发展你的想法。接着,你要做出原型机或初步成果,并进行宣传,希望以此获得普通大众的关注。
这个过程需要许多年时间,最好的情况是:你具备了足够多的优势,促使政府的科学顾问决定推荐你的项目接受资助。这才是把一个项目从理论真正变成实际所需要的。
格雷塔将这一过程称为“社会化”,在大约5年时间里,他一直在做这样的尝试,为自己的项目筹集资金。该项目被称为“nEXO”,需要2亿美元进行实验升级。他希望通过这一项目找到无中微子双β衰变(neutrinoless double beta decay)的证据。无中微子双β衰变是一种放射性衰变,在衰变过程中,原子核内的两个中子同时变换成两个质子和两个电子——两个物质粒子变成四个,同时不产生任何反物质。
这是一个假想的过程,目前还未曾观测过。如果该过程真的发生,或许能说明宇宙创造的物质比反物质更多。而如果能证实这一点,或许我们就能回答最令人头疼的基本问题:为什么宇宙会存在?
格雷塔和他的同事们在过去几年中一直在“社会化”,目前研究小组已经有了大约150个成员,他们会在学术会议上大胆介绍nEXO项目。目前,研究小组已经有了实验设施的初步设计,即一个重约5吨的圆柱体液氙罐,加上许多精密的电子设备。他们对探测器的特殊部件进行了可行性研究,为设计提供了支持。
然而,格雷塔的研究小组并不能为资助机构提供成果保证。“我是说,你不应该去做那些你知道会有什么结果的实验,”格雷塔说道。他们有可能永远都探测不到无中微子双β衰变,但即使他们没做到,也不代表实验完全没有意义。物理学实验往往会促进一些意想不到的技术产生,例如核安全研究人员已经对暗物质探测器进行了改装,用于寻找丢失的放射性物质。
2015年,格雷塔认为自己终于迈出了重要一步。当时,在美国国家科学基金会和美国能源部资助的一次学术会议中,会务组在一份白皮书中宣布,格雷塔的研究将是一项国家优先项目。然而,即使有了学术会议的支持,格雷塔仍然没有获得资助。他甚至还没有撰写正式的资助申请,因为资助机构告诉他目前还不是合适的时机。大约三年前,他向美国能源部询问是否应该申请,但被告知晚点再来。2017年他又询问了一次,却被告知等到2019年左右再试试。
格雷塔指出,科学的意义正是在于探索未知。“如果真的一无所获会如何?”他说,“那我们就能了解,那里什么都没有。”他很直率地表达了对这一课题的看法:这是一个可能耗费数百万美元的任务,可能持续几十年时间,结果或许能回答最艰深的宇宙谜题,也可能只是一场空.
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