解读宇宙的起源_2006年诺贝尔物理学奖简介

解读宇宙的起源———

2006年诺贝尔物理学奖简介

张新民

2006年度诺贝尔物理学奖授

予了在宇宙学研究领域取得杰出

成果的美国科学家约翰?马瑟和乔

治?斯穆特。他们发现的宇宙微波

背景辐射的黑体谱和各向异性强

烈支持了大爆炸宇宙学模型并开

启了“精确宇宙学”时代的大门。

COB E之后宇宙学研究取得了一

系列重大进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力地支持了大爆炸宇宙学模型,并对物理学提出尖锐的挑战,诸如什么是暗物质、暗能量的物理本质是什么。

2006年10月3日,瑞典皇家科学院秘书长贡纳尔?厄奎斯特和诺贝尔委员会主席佩尔?卡尔森宣布,本年度诺贝尔物理学奖将授予美国科学家约翰?马瑟(John C.Mather)和乔治?斯穆特(G eorge F. Smoot)。他们是因为“发现宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性”而荣获该奖的。这个发现被认为是支持大爆炸宇宙学的有力证据,并开启了“精确宇宙学”时代的大门。

约翰?马瑟生于1945年,在加州大学伯克利分校获物理学博士学位。随后在纽约戈达德学院(G oddard College)从事宇宙学方面的博士后研究工作,在此期间他提出了关于探测宇宙微波背景辐射的建议。1976年,他在NASA所属的戈达德航天中心得到研究科学家(study scientist)的职位,随后成为项目科学家(project scientist),并在此取得宇宙微波背景辐射领域的突破性成果。从1995年起,他成为韦伯空间望远镜的资深项目科学家。斯穆特生于1945年,1970年在麻省理工学院获物理学博士,随后在加州大学伯克利分校成为一名科研工作者,开始大爆炸宇宙学方面的研究。他在加州大学工作至今,目前参与“普朗克探测器”计划,该计划将更精密研究宇宙微波背景辐射,并将于2008年初发射升空。

宇宙微波背景辐射

大爆炸宇宙学模型告诉我们,大约137亿年前,

大爆炸发生的那一刻,宇宙处于

一个极致密、极高温的状态,之后

宇宙逐渐膨胀、冷却并演化至今。

在此过程中,宇宙经历了原初轻元

素合成、光子退耦和中性原子形

成、第一代恒星形成等几个重要时

期。

宇宙微波背景辐射产生于大爆炸发生之后大约35万年。那时宇宙的温度非常高,宇宙气体处于高度热平衡,发出的辐射光子带有明显特征,高度符合普朗克的黑体谱。之后随着宇宙的持续膨胀,其温度逐渐降至今天的217K。这就是宇宙微波背景辐射。

早在20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师阿尔诺?彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特?威尔逊(Robert Wilson)就发现了宇宙微波背景辐射,并因此获得1978年诺贝尔物理学奖。而针对宇宙微波背景辐射的探测工作一开始都是在地面上进行,由于大气层的影响,很难做到精确测量。

1974年,马瑟提出宇宙微波背景探测卫星(C os2 mic Background Explorer,COB E)计划,并和斯穆特展开合作。在COB E项目中,马瑟负责总体协调,斯穆特则主要负责测量宇宙微波背景辐射的各向异性。参与项目的研究队伍非常庞大,共有1000人之多。由于种种原因,这颗卫星直到1989年才得以升空。3年后,研究成果首次公布。整个项目花费约2亿～3亿美元。

在投入运行后不久,COB E就记录了宇宙微波背景辐射谱,它非常精确地符合温度为21728±01004K的黑体辐射谱。COB E的这一发现比阿尔诺?彭齐亚斯和罗伯特?威尔逊的工作更令人信服,确证了大爆炸宇宙学模型。

COB E还有更重要的发现。宇宙微波背景辐射大致上应该是均匀的,但是在这种单调的背景中也应该存在微小的变化,其幅度大约只有1/105,科学家称其为各向异性。目前公认的理论认为,这个温

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度涨落起源于早期宇宙的暴涨过程(Inflation)的量子涨落,正是这一原初涨落造成了宇宙物质分布不均匀,最终得以形成诸如星系团等的宇宙结构。

COB E的工作开启了“精确宇宙学”时代的大门。自COB E以后,特别是1998年以来,宇宙学取得了一系列重大进展。例如1998年通过超新星发现宇宙在加速膨胀,揭示了暗能量的存在;2000年Boomerang和MAXIMA气球实验对宇宙微波背景辐射温度功率谱第一峰位置的测量揭示宇宙是平坦的;2002年DASI第一次发现宇宙微波背景辐射的极化;特别是2003年以来威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,简称WMAP)对宇宙微波背景辐射的精确测量以及斯隆数字巡天(SDSS)大尺度结构的观测等也坚实有力地支持了大爆炸宇宙学模型。

即将升空的普朗克卫星将更精密地测量宇宙微波背景辐射,并检验暴涨理论。同时用宇宙微波背景辐射测量可取得新的物理成果。例如,2006

中国科学院高能物理所和国家天文台的中青年科学家组成的研究小组,

射偏振检验电荷-宇称-时间反演(CPT)对称性的新方法,使检测灵敏度大大提高。在用这种方法分析美国WMAP卫星和Boomerang南极气球实验发表的最新数据后,该小组发现存在CPT对称性破缺的迹象。如果这一发现被未来实验进一步证实,将大大加深人类对自然界对称性的认识。

精确宇宙学和物理学新挑战

近年各种天文观测对宇宙学参数的精确测量不仅证实了大爆炸宇宙学模型,同时对物理学也提出了挑战。今年初WMAP公布了对宇宙微波背景辐射精确测量3年的结果,它告诉我们,宇宙中普通物质只占4%,20%的物质为非重子暗物质、76%是暗能量。结合SDSS及超新星观测数据的整体拟合分析也给出类似的结果。从物质基本结构的观点出发,普通物质,如树木、桌子以及我们人类本身,都是由分子、原子构成。然而分子、原子不是最基本的,目前已知的基本粒子是由粒子物理标准模型所描述的夸克和轻子以及传递相互作用的规范玻色子。什么是暗物质呢?暗物质是不发光的,但是它有显著的引力效应。比如,对于一个星系考虑距其中心远处的旋转速度,如果物质存在的区域和光存在的区域是一样的话,由牛顿引力定律可知,距离中心越远,速度应该越小。可是天文观测事实不是这样的,这就说明当中有看不见的暗物质。目前各种天文观测和结构形成理论强有力地支持宇宙中约1/4的物质是暗物质。中微子是一种暗物质粒子,但WMAP和SDSS等的结果说明,它的质量应当非常小,在暗物质中只能占微小的比例,绝大部分应是所谓的冷暗物质。它们究竟是什么,目前还不清楚。理论物理学家猜测,至少有两种可能性,一种是轴子(Axion),另一种是中性伴随子(Neutralino)。轴子是由罗伯特?派切(Roberto Peccei)和海伦?奎因(Helen Quinn)为解决强相互作用中的电荷共轭-宇称(CP)破坏问题而引进的。中性伴随子是超对称理论中最轻的超对称伴随子,它是稳定的,在宇宙演化过程中像微波背景光子一样被遗留下来。另外,这种暗物质粒子也可由一些超重粒子或宇宙相变过程产生的一些拓扑缺陷(如宇宙弦)衰变而产生。目前世界各国科学家,例如中国和意大利科学家合作组DAMA,正在进行各种加速器和非加速器实验,试图找到这种暗物质粒子。

暗能量是近年宇宙学研究的一个里程碑性的重大成果。一种可能性是宇宙学常数,它是1917年爱因斯坦为建立一个静态的宇宙模型而引进的。当他得知哈勃关于宇宙膨胀的结果后称,宇宙学常数是他一生中最大的错误。需要指出的是,在当今宇宙学研究中宇宙学常数有更深层的意义,它包含真空能。在量子场论中“真空”是不“空”的。根据协变性要求,真空的能-动量张量正比于度规张量,等效于爱因斯坦引进的宇宙学常数。在实验测量中,二者不可区分。这种能量在日常生活和科学实验中感觉不到,却支配着宇宙的演化,驱动宇宙的加速膨胀。而目前量子场论的理论预言值远远大于观测值。如果认为爱因斯坦广义相对论和粒子物理标准模型在普朗克标度以下都有效的话,理论计算的真空能将比观测值大10120倍。这一理论与实验的冲突,即宇宙学常数问题,是当代物理学面临的一大挑战。

暗能量也是一种随时间变化的动力学场的能量。最简单的是一个具有正则动能的标量场,在文献中它被称为“Quintessence”(精质),直译为“第五元素”。在古希腊哲学中,宇宙由水、火、土、空气及第五种元素组成。除此之外,目前国内外科学家还提出多种暗能量的物理诠释,例如Phantom(幽灵)、Quintom(精灵)、Tachyon(快子),基于高维空间理

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?现代物理知识

论或全息原理等的模型。

目前天文观测显示宇宙学常数作为暗能量与实验数据基本一致,但动力学暗能量模型没有被观测排除,而且数据略微支持精灵暗能量模型。

暗能量的本质决定宇宙的命运。如果加速膨胀是由真空能(即宇宙学常数)引起的,那么宇宙将永远延续这种加速膨胀的状态。宇宙中的物质和能量将变得越来越稀薄,星系之间互相远离的速度将变得非常快,新的结构不可能再形成。如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是动力学的,那么宇宙的未来将由暗能量场的动力学决定,有可能会永远加速膨胀下去,也有可能重新进入减速膨胀的状态,甚至可能收缩。然而目前已知的理论都不能圆满解释暗能量,而且存在灾难性的宇宙学常数问题。解决这一问题需要新的理论,这样的理论一旦被找到,很可能是人们长期追求的包括引力在内的各种相互作用统一的量子理论。这将是一场重大的物理学革命。

我国探测暗物质和暗能量的可能性

在暗物质和暗能量的理论研究方面,我国科学家近年来取得了一定成果。在实验探测方面,羊八井地面观测站和LAMOST 天文望远镜具有探测暗物质和研究暗能量的一定潜力。

目前人们主要通过两种方案来探测暗物质粒子:“直接探测”实验,探测的是地球周围暗物质与探测器物质发生碰撞所产生的信号;“间接探测”实验,探测暗物质粒子湮灭的产物,如高能伽马射线、中微子、反质子和正电子等。

羊八井地面观测站位于西藏羊八井海拔4300米处,兼有地热资源和交通便利等有利条件,已成功开展了15年的宇宙线观测。随着羊八井实验的升级和灵敏度的提高,其宇宙线观测能用来寻找暗物质粒子湮灭所产生的信号,从而间接探测暗物质。

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LA 2MOST )是一架横卧于南北方向的中星仪式反射施密特望远镜。应用主动光学技术控制反射施密特改正板,使它成为大口径兼大视场光学望远镜的世界之最。LAMOST 具有4米口径和5度视场。焦面上放置多达4000根光纤,将遥远天体的光分别传输到16台光谱仪中,同时获得它们的光谱,成为世界上光谱获取率最高的望远镜。大量天体光学光谱的获得为解决天体物理和宇宙学诸多前沿问题提供了关键信息。LAMOST 将对上千万个星系、活动星系核以及恒星进行光谱巡天观测,它将为研究宇宙中的暗物质、暗能量、大尺度结构、星系的形成和演化、银河系的形成、结构和演化等当代天文学和物理学的重大科学问题做出独特贡献,使我国在大视场、大样本天文学研究上居于国际领先地位。

近年来,随着一些新技术的出现和天文学的发展,国际上正在酝酿建设新一代射电望远镜。作为国际平方千米阵列(Square K ilometer Array ,

SKA )的一种概念设计,我国天文学家对利用贵州的喀斯特地貌建设大型固定式球面天线进行了长期研究,目前已解决了许多工程技术方面的关键性问题,并提出建造500米大口径天线(FAST )的计划。一旦建成,将大大提高对弱源的观测灵敏度,可用于研究星系的大尺度分布,这将提供物质分布和暗能量演化信息,寻找黑暗星系,同时也可研究类星体(大质量黑洞)的演化、脉冲星的性质等。

(中国科学院高能物理研究所　100049)

此文转载于2006年第6期《自然杂志》。

(上接48页)发展,操作精度从微米量级缩小到纳米

量级。光镊也为分子生物学、细胞生物学等生命科

学及介观物理学、微机电系统提供了一种有效的研究手段。可以预见,光镊在生物、物理、化学等多个领域必将得到越来越广泛的应用,并帮助人类揭示生命奥秘,促进人类向光子时代和生物时代进发。 (山东省泰安市泰山学院物理与电子科学系271021)

Ξ

当温度接近绝对零度时,杂乱无章的原子会突然束聚于一个最低的单一量子态的状态,这叫做玻色-爱因斯坦凝聚。

图3　双光镊对肌动蛋白进行打结示意图

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【历届诺贝尔奖得主(五)】1956年物理学奖得主

物理学奖 美国,布拉顿(WalterHouserBrattain1902-1987),研究半导体、发明晶体管 获奖理由:因对半导体的研究和发现了晶体管效应，与肖克利和巴丁分享了1956年度的诺贝尔物理学奖金。 简历 布拉顿（Brattain,WalterHouser)美国物理学家。1902年2月10日生于中国（父母是美国人）厦门。布拉顿的少年时期是在牧场上度过的。他1924年毕业于惠特曼学院（在华盛顿州沃拉沃拉），1929年在明尼苏达大学取得博士学位。同年，他进入贝尔电话实验室，成为一名物理学研究人员。第二次世界大战期间，他在那里从事潜艇磁探测的工作。他同肖克利和巴丁共同获得1956年诺贝尔物理学奖。1967年，他接受惠特曼学院的聘请，担任了自己母校的教授。 美国,巴丁(JohnBardeen1908-1991),研究半导体、发明晶体管 生平 1908年5月23日生于威斯康星州麦迪逊城，1923年入威斯康星大学电机工程系就学，毕业后即留在该校担任电机工程研究助理。1930-1933年在匹兹堡海湾实验研究所从事地球磁场及重力场勘测方法的研究。1928年获威斯康星大学理学士学位，1929年获硕士学位。1936年获普林斯顿大学博士学位。1933年到普林斯顿大学，在E·P·维格纳的指导下，从事固态理论的研究。1935-1938年任哈佛大学研究员。1936年以《金属功函数理论》的论文从普林斯顿大学获得哲学博士学位。1938-1941年任明尼苏达大学物理学助理教授，1941-1945年在华盛顿海军军械实验室工作，1945-1951年在贝尔电话公司实验研究所研究半导体及金属的导电机制、半导体表面性能等基本问题。1947年和其同事W·H·布喇顿共同发明第一个半导体三极管，一个月后，W·肖克莱发明PN结晶体管。这一发明使他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖，巴丁并被选为美国科学院院士。 科研方向与获奖情况 1951年迄今，他同时任伊利诺伊大学物理系和电机工程系教授。他和L·N·库珀、J·R·施里弗合作，于1957年提出低温超导理论(BCS理论)，为此，他们三人被授予1972年诺贝尔物理学奖，在同一领域(固态理论)中，一个人两次获得诺贝尔奖，历史上还是第一次。 晚年他研究如何用简单而基本的成分理解大自然非常复杂的性质，对整个近代理论物理学发展提出明确的见解。1980年他发表题为《物质结构的概念统一》的总结性论文，强调相同的基本物理概念可以广泛地用于表面上似乎悬殊的各个问题上，包括固体、液晶、核物质、高能粒子等领域。 巴丁发明了晶体管.1956年和肖拉克一起获得了诺贝尔物理学奖.1972年巴丁,库柏,施里弗一起获得了诺贝尔物理学奖. 巴丁于1991年1月30日上午8时45分去世 美国,肖克利(WilliamBradfordShockley1910-1989),研究半导体、发明晶体管 发明创造 获奖理由：因对半导体的研究和发现了晶体管效应，与巴丁和布拉顿分享了1956年度

宇宙的形成与演化论文

宇宙的形成与演化论文。 前言：这学期我们选修了宇宙的形成与演化这门课程，在这一个学期的时间里，我们跟随徐老师进行学习，了解了宇宙的形成过程，星系的组成，宇宙的演化过程等很多知识，同时，徐老师也经常给我们播放相关的视频，使一些宇宙相关理论变得更加生动和易于理解。我对天文学向来报有一种强烈的好奇与好感，选择这门课程我感到很开心。接下来，我会结合老师的讲课以及自己的课外拓展，谈一谈我对宇宙的了解和认识。 （一）宇宙的起源 目前关于宇宙的起源的理论影响较大的便是大爆炸理论。老师在课堂上给我们放过宇宙起源的主题教育片，给我影响比较深刻的便是其中几位美国学者的那种独特的思想观点。 大爆炸理论是目前人们普遍认可的一种理论。这种理论是这样解释的，宇宙在爆炸之后开始不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。 现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论下星系如何产生，大爆炸时发生的物理过程，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。这个理论首先是建立了两个基本假设：物理定律的普适性和宇宙学原理。同时也比较自然地说明了许多观测现象，而且理论和观测结果能较好地相符。具有很强的科学性。该理论最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。在课堂上，我们了解了星系谱线红移这个新的知识概念。根据哈勃定律。天文学家通过观测星系的谱线红移量，就能求出星系的视向速度，进而能得出它们的距离。 大爆炸理论的科学性令人信服，但它也存在一些问题，比如视界问题，均匀度问题和重子不对称等，其中最突出的是“原始火球”是从哪里来的? 而目前另一种理论是定宇宙永恒说。这种理论认为宇宙是处于一种稳定的状态，这就是说，一些星体湮没了，在另一处会有新的星体产生。宇宙只是在局部发生变化，在整体范围内是稳定的。我相信，随着科学的发展和研究的深入，这两种理论将不断地接受新的考验。可能会被新的理论证实，也可能被新的疑点推翻。当然也有可能产生更加科学的新的理论。不断怎样，我相信，我们对宇宙的起源的了解，会不断的更新，不断地接近最终实际。 星系的形成与分类 在宇宙中，我们把由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体叫做星系。 目前，我们对星系形成演化过程比较流行的看法就是：在原始星系云收缩过程中，第一代恒星出现，在原星系的中心区，收缩快，密度高，恒星形成率也高，形成漩涡星系的星系核或形成椭圆星系整体。漩涡星系和椭圆星系内部所包含的能量是经常会发生物理变化，用自身的自传离心力阻止赤道的进一步收缩。因而让它们的扁率各不相同，气体的随机运动和恒星辐射加热等因素，使部分气体未结合成成星胚，并因碰撞作用而沉向赤道面，从而形成旋涡星系和不规则星系，结果使星系从形成之初就已经定形并保持下来，不再显著变化。在几亿年期间，由原星系形成的为年轻星系最终变成了我们现在所熟悉的宇宙星系。 美国天文学家哈勃是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，同时也是河外天文学的奠基人。他把宇宙中的星系按其形态或叫结构类型划分成了四类：（1）、椭圆星系。椭圆星系是从圆球星系发展演化而成的（2）、旋涡星系。旋涡星系在宇宙中也有多种形态，而且也有一个发展演化的过程。一开始从不规则的形态向规则形态逐步发展演化（3）、不规则星系。不规则星系也能逐渐发展演化为规则星系。

对诺贝尔物理学奖获得者的统计与分析

对诺贝尔物理学奖获得者的统计与分析 物理是一门神奇的学科，在努力学好规定课程外，还应该多了解一些课外知识，随着2012年诺贝尔奖揭晓仪式将于10月8日起陆续举行，物理学奖于2012年10月9日揭晓。我们对历届诺贝尔物理学将获得者是否有一些共性产生了兴趣，为此组成了课题组对历届诺贝尔物理学奖获得者进行了统计与分析。 诺贝尔物理学奖是根据诺贝尔遗嘱而设立的五个基本奖项之一，旨在奖励那些在物理学领域里做出突出贡献的科学家。自1901年首届诺贝尔物理学奖颁发至2012年112年间，除了1916 年因第一次世界大战，1931年和1934 年因世界经济大萧条，以及1940～1942年因第二次世界大战未颁发外，一共授奖106次，共有192人次，191人获得此项殊荣。其中美国科学家巴丁是唯一一位两次荣获诺贝尔物理学奖的物理学家。他分别在1956年因发明晶体管及对晶体管效应的研究以及时隔16年后与库伯、施里弗创立BCS超导微观理论而两次获此殊荣。获奖者中有2名女科学奖。她们是法国的居里夫人1903年因发现自发放射性和在放射学方面的深入研究和杰出贡献而获奖，以及美国的迈耶夫人1963年因对原子核和基本粒子理论所做的贡献，特别是对称性基本原理的发现和应用获得该奖，其余186人皆为男性。对女性科学家的关注不够是造成这种现象的重要原因。而居里夫妇也是这112年中唯一一对获得该奖的夫妻，更令世人对他们的甜蜜爱情和同登科学高峰的研究精神羡慕钦佩。在这112年中，最年轻的物理学奖得主是1915年获此殊荣的英国物理学家劳伦斯·布拉格，时年25岁；最年长的物理学奖得主是2002年获得该奖的美国物理学家雷蒙德·戴维斯，他得奖时已是85岁高龄。112年中曾出现过布拉格父子、汤姆孙父子、玻尔父子和西格班父子等四对父子获得诺贝尔物理学奖，他们父子情深、追求卓越、同攀科学高峰的精神彪炳史册，为世人学习和铭记。 一、诺贝尔获奖者所处的环境 影响诺贝尔物理学奖获得者的环境因素很多，经过查阅资料发现诺贝尔物理学奖获得者所处的环境的几个共同点是：开放的国家环境、稳定的社会环境、激发创造活力的教育环境与和谐的人际关系。以马克斯·玻恩为例（1954年获奖），在获奖前,他的主要经历是1907年哥廷根大学获得博士，1908年剑桥大学学习物理知识，1909年至1915年先后在哥廷根大学，及印度科学院学习和工作。后来在爱丁堡大学工作17年。许多获奖物理学家都有相似的经历,而这样的经历又只有在开放的国家环境中才能实现。稳定的社会环境是科学家潜心研究的必要条件战争和动乱是对科学研究的最大干扰,对科学家的身心也是极大的磨损和消耗。以德国为例，1933年希特勒上台后，德国在22年里无一人获奖，其中奥托·斯特恩、马克斯·玻恩、贝蒂、加波等四位科学家是在希特勒执政时离开德国分别在美英继续研究。可见一个稳定的社会环境对科学研究时多么的重要。富有创造活力的教育环境是科学幼苗成长为科学巨匠的适宜土壤。因发现泡利不相容原理而于1945年获诺贝尔物理学奖的泡利其成长经历就是一例，证上中学时18岁的泡利就写了一篇关于相对论的论文讨论了引力场动量一能量张量的能量分量，他把论文带到了慕尼黑经过著名物理学家索末菲的推荐发表在德国期刊上，此后他继续研究了广义相对论问题发表的论文引起了同行们的注意。随后又和数学家克莱因合作编写《数理科学全书》第五卷，不久泡利就写出了一篇250页左右的综述文章。克莱因看完文章后，把著作权给了泡利。这篇稿子成了全面论述爱因斯坦的数学思想和物理观念的最早论著之一,而且至今仍是有关相对论的重要经典。 192位获奖者不仅在物理学研究领域有很高的造诣而且大多表现出了高尚的人格魅力和处理人际关系的艺术，师生关系和谐、合作伙伴关系和谐、家庭，和谐是科学家研究取得突破的重要基础。例如居里夫妇，劳伦斯·布拉格父子等等。

历年诺贝尔物理学奖得主(1901-2016)汇总

历年诺贝尔物理学奖得主(1901-2016)年份获奖者国籍获奖原因 1901年威廉·康拉德·伦琴德国“发现不寻常的射线，之后以他的名字命名”（即X 射线，又称伦琴射线，并伦琴做为辐射量的单位） 1902年亨得里克·洛仑兹荷兰 “关于磁场对辐射现象影响的研究”（即塞曼效应）彼得·塞曼荷兰 1903年亨利·贝克勒法国“发现天然放射性” 皮埃尔·居里法国“他们对亨利·贝克勒教授所发现的放射性现象的 共同研究” 玛丽·居里法国 1904年约翰·威廉·斯特拉斯英国“对那些重要的气体的密度的测定，以及由这些研究而发现氩”（对氢气、氧气、氮气等气体密度的测量，并因测量氮气而发现氩） 1905年菲利普·爱德华·安 东·冯·莱纳德 德国“关于阴极射线的研究” 1906年约瑟夫·汤姆孙英国"对气体导电的理论和实验研究" 1907年阿尔伯特·迈克耳孙美国“他的精密光学仪器，以及借助它们所做的光谱学和计量学研究” 1908年加布里埃尔·李普曼法国“他的利用干涉现象来重现色彩于照片上的方法” 1909年古列尔莫·马可尼意大利 “他们对无线电报的发展的贡献”卡尔·费迪南德·布劳恩德国 1910年范德华荷兰“关于气体和液体的状态方程的研究”1911年威廉·维恩德国“发现那些影响热辐射的定律” 1912年尼尔斯·古斯塔夫·达伦瑞典“发明用于控制灯塔和浮标中气体蓄积器的自动调节阀” 1913年海克·卡末林·昂内斯荷兰“他在低温下物体性质的研究，尤其是液态氦的制成” 1914年马克斯·冯·劳厄德国“发现晶体中的X射线衍射现象” 1915年威廉·亨利·布拉格英国 “用X射线对晶体结构的研究”威廉·劳伦斯·布拉格英国 1917年查尔斯·格洛弗·巴克拉英国“发现元素的特征伦琴辐射” 1918年马克斯·普朗克德国“因他的对量子的发现而推动物理学的发展” 1919年约翰尼斯·斯塔克德国“发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下谱线的分裂现象” 1920年夏尔·爱德华·纪尧姆瑞士“他的，推动物理学的精密测量的，有关镍钢合金的反常现象的发现” 1921年阿尔伯特·爱因斯坦德国“他对理论物理学的成就，特别是光电效应定律的发现” 1922年尼尔斯·玻尔丹麦“他对原子结构以及由原子发射出的辐射的研究”1923年罗伯特·安德鲁·密立根美国“他的关于基本电荷以及光电效应的工作” 1924年卡尔·曼内·乔奇·塞格 巴恩 瑞典“他在X射线光谱学领域的发现和研究”[3]

宇宙起源和演化学说简史

宇宙起源和演化学说简史 王为民（四川南充龙门中学） 今天我本想在帖吧转发我的“宇宙大爆炸的缺陷”一文，因为这篇文章刚刚见报，其兴奋之情溢于言表。 人类从牛顿时代习惯万有引力主宰宏观宇宙的现象，却对于宇宙三大力学(电磁力、强核力、弱核力)的电荷、色荷、弱荷中性视而不见。人们习惯于上帝的安排，很少去问上帝，这样安排宇宙秩序的原因是什么? 我们知道，原子是电中性的，原子核中的质子数总是等于核外电子数。问题是我们的宇宙质子数为什么也等于电子数，我们的宇宙也是电中性的。 如若不然，电力比万有引力强一万亿亿亿亿倍是不容许万有引力支配天体运动的。但事实是，牛顿万有引力和爱因斯坦的时空弯曲理论却能够很好地解释行星围绕太阳运动的轨迹。完全不需要电磁力来帮忙。 宇宙大爆炸学说好像不屑于这种解释，它的理由就是宇宙本来就是如此，甚至前一个收缩宇宙死亡以后，再次爆发都是如此，没有理由来解释这个质子数等于电子数的理由。 质子有反质子，电子有正负电子之分，每一个基本粒子都有其反粒子，光子的反粒子是它自身。 宇宙大爆炸最初正反粒子数是相等的，如果永远保持正反粒子数相等，那么正反粒子将湮灭为2～3个光子，宇宙只是光子的海洋，不会出现物质粒子。 但事实是，我们的宇宙主要是由质子、中子、电子等物质组成的，反物质的反质子、反中子、正电子在宇宙射线中有极少数来自强烈的恒星内部核聚变过程，它们遇到物质可以湮灭物质的质子、中子、电子等，并不能湮灭宇宙，因为，我们的宇宙是物质的，而不是反物质的。 在正负电子对撞机中，科学家将正电子和电子分别加速到接近光速，然后进行对撞。由于对撞能量非常高，激发真空产生更多的正负电子，同时还产生了正反π介子、正负μ子，正反质子，正反中子等。对于带电粒子，科学家用磁场将它们进行分离。 我提出的“正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律”能够解释所有这些问题。所以，我感到非常高兴。 按照“正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律”应该是正反物质的宇宙大分离。就像人类的起源。为什么我们大中华全是黄种人，欧洲是白人，非洲是黑人，东南亚是棕色种人?这就是人类起源大分离。 1922年，弗里德曼根据宇宙学原理，宇宙天体在大尺度空间分布均匀，各向同性，将罗伯逊——沃克度规代入爱因斯坦含宇宙项的引力方程得到弗里德曼方程，在此基础上，科学家建立了宇宙膨胀、收缩或震荡的各种宇宙流体演化模型。 根据“科普中国”介绍:“大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Georges Lema?tre）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末，对Ia超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀，因为宇宙可能大部分由暗能量组成。

1998年诺贝尔物理学奖

·1998年诺贝尔物理学奖——分数量子霍耳效应的发现 1998年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的劳克林（Robert https://www.wendangku.net/doc/9b12738463.html,ughlin，195O—），美国纽约哥伦比亚大学与新泽西州贝尔实验室的施特默（Horst L.St rmer，1949—）和美国新泽西州普林斯顿大学电气工程系的崔琦（Daniel C.Tsui，1939—），以表彰他们发现了一种具有分数电荷激发状态的新型量子流体，这种状态起因于所谓的分数量子霍耳效应。 量子流体早在研究极低温状态下的液氦和超导体时就已有所了解。在这些领域里，已经有好几位物理学家获得过诺贝尔物理学奖。例如，卡末林－昂内斯由于液氦的研究和超导电性的发现获1913年诺贝尔物理学奖；朗道由于液氦和超流理论获1962年诺贝尔物理学奖；巴丁、库珀和施里弗由于提出超导电性的BCS 理论获1972年诺贝尔物理学奖；卡皮查由于发现氦的超流动性获1978年诺贝尔物理学奖；柏诺兹和缪勒由于发现高温超导获1987年诺贝尔物理学奖；戴维·李、奥谢罗夫和R.C.里查森则因发现氦－3的超流动性获1996年诺贝尔物理学奖。这么多的物理学家受到如此殊荣，说明凝聚态物理学在20世纪有极大的发展，而低温和超导在这一领域内又具有特殊重要的地位。分数量子霍耳效应正是继高温超导之后凝聚态物理学又一项崭新课题。 分数量子霍耳效应是继霍耳效应和量子霍耳效应①的发现之后发现的又一项有重要意义的凝聚态物质中的宏观量子效应。冯·克利青由于在1980年发现了量子霍耳效应而于1985年获得诺贝尔物理学奖。图98－1表示冯·克利青所得霍耳电阻随磁场变化的台阶形曲线。台阶高度等于物理常数h/e2除以整数i。e 与h是自然的基本常数——e是电子的基本电荷，h是普朗克常数。h/e2值大约 为25kΩ。图中给出了i＝2，3，4，5，6，8，10的各层平台。下面带峰的曲线表示欧姆电阻，在每个平台处趋于消失。量子数i也可用填充因子f 代替，填 充因子f由电子密度和磁通密度确定，可以定义为电子数N与磁通量子数Nφ（＝φ/φ0）之比，即f＝N/Nφ，其中φ为通过某一截面的磁通，φ0为磁通量子， φ0＝h/e＝4.1×10-15Vs.当f是整数时，电子完全填充相应数量的简并能级（朗 道能级），这种情况的量子霍耳效应叫做整数量子霍耳效应，以与分数量子霍耳效应相区别。

“天文学”简介含义起源 历史与发展

天文学 翻开人类文明史的第一页，天文学就占有显著的地位。巴比伦的泥碑，埃及的金字塔，都是历史的见证。在中国，殷商时代留下的甲骨文物里，有丰富的天文记录，表明在黄河流域，天文学的起源可以追溯到殷商以前更为古远的世代。 几千年来，在人类社会文明的进程中，天文学的研究范畴和天文的概念都有很大的发展。为了说明我们今天对天文这门学科的理解，本文将在第一节里首先介绍一下天文研究的特点。本文的第二节──星空巡礼，是对目前所认识的天文世界的几笔速写。在第三节里，我们举出伽利略-牛顿时代天文学的一次飞跃，来对照当前天文研究的形势，希望借此探讨天文学发展的规律，并强调说明一次新的飞跃正近在眼前。 我们不准备、也不可能用这篇短文囊括天文学悠久的历史和丰富的内容（这是本书这一整卷的任务），而只是对它的特征、现状和趋向作一个概括性的描述。为使读者对天文学的轮廓有一个认识，本文的第四节，用简单的图解方式介绍当前天文学科各分支之间的相互关系。 天文学研究的特点 天文学是一门古老的学科。它的研究对象是辽阔空间中的天体。几千年来，人们主要是通过接收天体投来的辐射，发现它们的存在，测量它们的位置，研究它们的结构，探索它们的运动和演化的规律，一步步地扩展人类对广阔宇宙空间中物质世界的认识。 作为一颗行星，地球本身也是一个天体。但是，从学科的分野来说，“天”是相对于“地”的。地面上实验室里所熟悉的那些科学实验方法，很多不能搬到天文学领域里来。我们既不能移植太阳，也无法解剖星星，甚至不可能到我们所瞩目的研究对象那边，例如，到银河系核心周围去看一看。从这个意义上来说，天文学的实验方法是一种“被动”的方法。也就是说，它只能靠观测（“观察”和“测量”）自然界业已发生的现象来收集感性认识的素材，而不能像其他许多学科那样，“主动”地去影响或变革所研究的对象，来布置自己的实验。

【精品】地球的起源与演化

【关键字】精品 3 地球的起源与演化 3．1 地球的起源和圈层分异 地球起源问题自18世纪中叶以来同样存在多种学说。目前较流行的看法是，大约在46亿年前，从太阳星云中开始分化出原始地球，温度较 低，轻重元素浑然一体，并无分层结构。原始地球一旦形成，有利于继续吸积太阳星云物质使体积和质量不断增大，同时因重力分异和放射性元素蜕变而增加温度。当原始地球内部物质增温达到熔融状态时，比重大的亲铁元素加速向地心下沉，成为铁镍地核，比重小的亲石元素上浮组成地幔和地壳，更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始的水圈和大气圈。从此，行星地球开始了不同圈层之间相互作用，以及频繁发生物质-能量交换的演化历史。 正是由于地球形成以来经历过复杂的改造和变动，原始地球刚形成时的物质记录已经破坏殆尽。我们是怎样推测它已经有46亿年寿命的？这 需要从地球自身的最老物质记录、太阳系内原始物质年龄和相邻月球演化史几方面来探讨。 3．2 地球的年龄 地球上已知最老的岩石（石英岩，一种由石英颗粒组成的沉积岩，后来遭受过温度、压力条件变化）出露于澳大利亚西南部，根据其中所含矿物（锆石）的形成年龄测定，证明已有41～42亿年历史。根据地质学研 究，这种岩石和矿物只能来自地壳的硅铝质部分（见第四章1），而且必须经过地表水流的搬运、筛选和沉积。所以我们可以据此作出推论，地球的圈层分异在距今42亿年前已经完成。 地质学领域较精确的测定年龄方法，主要根据放射性同位素的衰（蜕）变原理：放射性元素的原子不稳定，必然衰变为它种原子（如238U衰变 为206Pb等），而且衰变速率不受外界温压条件变化影响（如238U经过 45亿年后其一半原子数衰变为206Pb，故称为半衰期）。我们只需在岩石中测出蜕变前后元素的含量，就可以获得母体岩石形成的年龄。 不同放射性元素半衰期的长短有很大差异，其测年的精度也存在重要区别（表2-2）。因此，要根据研究对象实际情况选择测试物质，采用合适的方法。例如，时代很新的湖南长沙马王堆考古发掘中，西汉初期（约200BC）的棺木保存完好，可以用14C法测得木材的绝对年龄数值与古墓 内的文史资料相当符合。至于地球漫长演化史中保存的物质记录（岩石和矿物），只能采用238U－206Pb、87Rb－87Sr等方法，精度误差允许达到几个百万年。实际操作中包含复杂的技术因素，如测试手段的误差，测年方法使用条件的偏离，野外采样不当（标本已受风化影响，不够新鲜），

人类的起源与发展史

人类的起源与发展史 人类起源与发展 从生物学的意义上讲，人是一种动物，人属于哺乳动物纲，灵长目，人科，人属。类人猿与人在进化上有亲缘关系，因此可以说它是人的祖先。大约在20万～300万年以前，人类就已经出现在地球上了。人类是从古猿变来的。但是类人猿和人，在进化 史上都很年轻，如果以地球现在的年龄为12小时，那么人的寿命还不到半分钟。 科学的人类起源理论是从18世纪的拉马克开始的，并经过达尔文开始形成。在古代和18世纪以前，关于人类起源的问题只能做一些猜测。古代生物学家虽然指出了人类与动物在结构上的相似现象，但还不能提出什么系统的理论来阐述人类起源的奥秘。 18世纪著名瑞典生物学家林耐，在他创立的生物分类学的基础上，特别是在研究 动物分类时，把人和猿做了比较。他不仅发现了人和猿都有二心耳、二心室，都是胎生，而且发现人、猿、猴都有两对门齿，胸前都有一对乳房。由于这种惊人的相似， 所以他在进行动物分类时，就把人、猿、猴归入一类，名曰灵长类，即都是灵敏的高 等哺乳动物。 法国博物学家拉马克提出了由猿变人的理论，这是拉马克在研究了现代猿的身体 构造和生活习性的基础上第一次提出来的。他假设，由于生活条件改变，下到地面生 活的类人猿必须用后肢行走，促使手足分工，使前肢发展得更加灵巧有力。这种在发 展变化中的猿人渐渐进化成新的物种，最后变成了原始人。由猿变人论，比起林耐的 人与猿同类论，大大地前进了一步，揭示了猿和人之间前后相继的发展联系。 法国生物学家居维叶首先从比较解剖学方面证明，所有脊椎动物。从最低等的鱼 类到最高等的人类，其主要特征都基本相同。从而说明人起源于猿。他通过解剖学证明，从两栖动物到人的四肢骨骼原来都是由一定数目的骨片在同一格式上构成的，并 指出“两条腿的鸟和人本来都是四肢动物”。由此，居维叶进而证明猿是人的直接祖先，并初步阐述了人类起源的机制。 赫胥黎从达尔文的启示中得到启发，他用达尔文的进化论作为说明从猿到人的武器。他研究了前人发现的人类头骨化石，找到了古猿到人类的桥梁。他曾指出了鱼类、两栖类、爬虫类、鸟类、哺乳类和人类早期胚胎的相似性是它们共同祖先的证明。这 就从胚胎学上揭示了人类与猿类的亲缘关系。他的结论是：人类“是和猿类由同一祖先 分支而来”。人与猿同祖理论首次被赫胥黎提出来了，这比拉马克的猿变人论又前进了

历届诺贝尔物理学奖

历届诺贝尔物理学奖 1901年威尔姆·康拉德·伦琴（德国人）发现X 射线 1902年亨德瑞克·安图恩·洛伦兹、P. 塞曼（荷兰人）研究磁场对辐射的影响 1903年安东尼·亨利·贝克勒尔（法国人）发现物质的放射性皮埃尔·居里（法国人）、玛丽·居里（波兰人）从事放射性研究 1904年J.W.瑞利（英国人）从事气体密度的研究并发现氩元素 1905年P.E.A.雷纳尔德（德国人）从事阴极线的研究 1906年约瑟夫·约翰·汤姆生（英国人）对气体放电理论和实验研究作出重要贡献1907年 A.A.迈克尔逊（美国人）发明了光学干涉仪并且借助这些仪器进行光谱学和度量学的研究 1908年加布里埃尔·李普曼（法国人）发明了彩色照相干涉法（即李普曼干涉定律）1909年伽利尔摩·马可尼（意大利人）、K . F. 布劳恩（德国人）开发了无线电通信O.W.理查森（英国人）从事热离子现象的研究，特别是发现理查森定律 1910年翰尼斯·迪德里克·范德华（荷兰人）从事气态和液态议程式方面的研究1911年W.维恩（德国人）发现热辐射定律 1912年N.G.达伦（瑞典人）发明了可以和燃点航标、浮标气体蓄电池联合使用的自动节装置 1913年H·卡末林—昂内斯（荷兰人）从事液体氦的超导研究 1914年马克斯·凡·劳厄（德国人）发现晶体中的X射线衍射现象 1915年威廉·亨利·布拉格、威廉·劳伦斯·布拉格（英国人）借助X射线，对晶体结构进行分析 1916年未颁奖 1917年 C.G.巴克拉（英国人）发现元素的次级X 辐射的特征 1918年马克斯·卡尔·欧内斯特·路德维希·普朗克（德国人）对确立量子理论作出巨大贡献 1919年J.斯塔克（德国人）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 1920年 C.E.纪尧姆（瑞士人）发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性

【历届诺贝尔奖得主(八)】1983年物理学奖

1983年12月10日第八十三届诺贝尔奖颁发。 物理学奖 美国科学家昌德拉塞卡因对恒星结构方面的杰出贡献、美国科学家福勒因与元素有关的核电应方面的重要实验和理论而共同获得诺贝尔物理学奖。 苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡是一位印度裔美国籍物理学家和天体物理学家。钱德拉塞卡在1983年因在星体结构和进化的研究而与另一位美国体物理学家威廉·艾尔弗雷德·福勒共同获诺贝尔物理学奖。他也是另一个获诺贝尔奖的物理学家拉曼的亲戚。钱德拉塞卡从1937年开始在芝加哥大学任职，直到1995年去世为止。他在1953年成为美国的公民。钱德拉塞卡兴趣广泛，年轻时曾学习过德语，并读遍自莎士比亚到托马斯·哈代时代的各种文学作品。 人物简介 苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（SubrahmanyanChandrasekhar，1910年10月19日 —1995年8月15日），在恒星内部结构理论、恒星和行星大气的辐射转移理论、星系动力学、等离子体天体物理学、宇宙磁流体力学和相对论天体物理学等方面都有重要贡献。1983年因在星体结构和进化的研究而获诺贝尔物理学奖。他是另一个获诺贝尔奖的物理学家拉曼的亲戚。 他一生中写了约四百篇论文和诸多书籍。他兴趣广泛，年青时曾学习德语，读遍自莎士比亚到托马斯·哈代的文学作品。 1937年起钱德拉塞卡在芝加哥大学工作，1953年取得美国国籍。晚年他曾研读牛顿的《自然哲学的数学原理》，并写了《Newton'sPrincipiafortheCommonReader》。此书出版后不久他便逝世了。 他算过白矮星的最高质量，即钱德拉塞卡极限。所谓“钱德拉塞卡极限”是指一颗白矮星能拥有的最大质量，任何超过这一质量的恒星将以中子星或黑洞的形式结束它们的命运。 人物生平 钱德拉塞卡于1910年出生在英属印度旁遮普地区拉合尔（现在的巴基斯坦），在家中排名第3，父亲为印度会计暨审计部门的高阶官员。 钱德拉塞卡的父亲也是一位技术娴熟的卡纳蒂克音乐（Carnaticmusic）演奏者与一些音乐学著作的作者。他的母亲则是一位知识份子，并曾将亨利克·易卜生的剧作《玩偶之家》翻译成泰米尔语。 钱德拉塞卡起初在家中学习，后来则进入清奈的高中就读（1922年至1925年间）。他在1925年至1930年进入了清奈的院长学院（PresidencyCollege），并获得学士学位。钱德拉塞卡在1930年7月获得印度政府的奖学金，于是前往英国剑桥大学深造。他后来进入剑桥三一学院就读，并成为劳夫·哈沃德·福勒（RalphHowardFowler）的学生。在保罗·狄拉克的建议下，钱德拉塞卡花费一年的时间在哥本哈根进行研究，并且认识了尼尔斯·玻尔。 钱德拉塞卡在1933年夏天获得剑桥大学的博士学位，并且在当年十月成为三一学院的研究员（1933年－1937年），他在这段时期认识了天文学家亚瑟·爱丁顿与爱德华·亚瑟·米尔恩（EdwardArthurMilne）。 钱德拉塞卡在1936年与LalithaDoraiswamy结婚。 学术生涯 苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡，1930年毕业于印度马德拉斯大学，1933年获得英国剑桥大学三一学院博士学位。 1930～1934年在英国剑桥大学三一学院学习理论物理。

1918年诺贝尔物理学奖——能量子的发现

1918年诺贝尔物理学奖——能量子的发现 1918年诺贝尔物理学奖授予德国柏林大学的普朗克（Max KarlErnst Ludwig Planck ，1858—1947），以承认他发现能量子对物理学的进展所作的贡献。 1895年前后，普朗克正在德国柏林大学当理论物理学教授，由于鲁本斯（H.Rubens ）的介绍，经常参加以基本量度基准为主要任务的德国帝国技术物理研究所（Physikalisch Technische Reichsanstalt ，简称PTR ）有关热辐射的讨论。这时PTR 的理论核心人物维恩（W.Wien ）因故离开PTR ，PTR 的实验研究成果需要有理论研究工作者的配合，普朗克正好补了这个空缺。 维恩在1893年提出了关于辐射能量分布的定律，即著名的维恩分布定律： T a e b u --=5λ 其中u 表示能量随波长λ分布的函数，也叫能量密度，T 表示绝对温度，a ，b 是两个任意常数。 维恩分布定律发表后引起了物理学界的注意。实验物理学家力图用更精确的实验予以检验；理论物理学家则希望把它纳入热力学的理论体系。普朗克认为维恩的推导过程不大令人信服，假设太多，似乎是凑出来的。于是从1897年起，普朗克就投身于这个问题的研究。他企图用更系统的方法以尽量少的假设从基本理论推出维恩公式。经过二三年的努力，终于在1899年达到了目的。他把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用，通过熵的计算，得到了维恩分布定律，从而使这个定律获得了普遍的意义。 然而就在这时，PTR 成员的实验结果表明维恩分布定律与实验有偏差。1899年卢梅尔（O.R.Lummer ）与普林舍姆（E.Pringsheim ）向德国物理学会报告说，他们把空腔加热到800K ～1400K ，所测波长为0.2μm ～6μm ，得到的能量分布曲线基本上与维恩公式相符，但公式中的常数，似乎随温度的升高略有增加。第二年2月，他们再次报告，在长波方向（他们的实验测得8μm ）有系统偏差。 根据维恩公式，应有：lnu=ln （bλ-5）T a λ- 从而lnu ～T 1曲线应为一根直线。但是，他们却发现温度越高，偏离得越厉害。 接着，鲁本斯和库尔班（F.Kurlbaum ）将长波测量扩展到5.2μm 。他们发现在长波区域辐射能量分布函数（即能量密度）与绝对温度成正比。 普朗克刚刚从经典理论推导出的辐射能量分布定律，看来又需作某些修正。正在这时，瑞利（Lord Rayleigh ）从另一途径也提出了能量分布定律。

近五年诺贝尔物理学奖简介

2008年至2012年诺贝尔物理学奖获得者及其主要贡献简介 获奖年度：2012年 获奖者：沙吉·哈罗彻（Serge Haroche）大卫·温兰德（David J. Wineland） 获奖者简介：沙吉·哈罗彻１９４４年生于摩洛哥的卡萨布兰卡，现为法 国籍。他１９７１年在巴黎第六大学获得博士学位，曾任职于法国国家科研中心和法国综合理工大学，现为法兰西学院和巴黎高等师范学院教授。 大卫·温兰德１９４４年生于美国密尔沃基，１９７０年在哈佛大学获得博士学位，现任职于美国国家标准与技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校。 获奖原因 瑞典皇家科学院授予这二人奖项的原因是他们在“突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能”。 塞尔日·阿罗什和大卫·维因兰德独立地发明并拓展出能够在保持个体粒子的量子力学属性的情况下对其进行测量和操控的方法，而这在之前被认为是不能实现的。 在不破坏单个量子粒子的前提下实现对其直接观测，两位获奖者以这样的方式为量子物理学实验新纪元开辟了一扇大门。对于单个光子或物质粒子来说，经典物理学定律已不再适用，量子物理学开始“接手”。但从环境中分离出单个粒子并非易事，而且一旦粒子融入外在世界，其神秘的量子性质便会消失。因此，许多通过量子物理学推测出来的现象看似荒诞，也不能被直接观测到，研究人员也只能进行一些猜想实验，试图从原理上证明这些荒诞的现象。 通过巧妙的实验方法，阿罗什和维因兰德与研究小组一起成功地实现对量子碎片的测量和控制，颠覆了之前人们认为的其无法被直接观测到的看法。这套新方法允许他们检验、控制并计算粒子。 两位获奖者均在量子光学领域研究光与物质间的基本相互作用，这一领域自1980年代中期以来获得了相当多的成就。他们的突破性的方法，使得这一领域的研究朝着基于量子物理学而建造一种新型超快计算机迈出了第一步。就如传统计算机在上世纪的影响那样，或许量子计算机将在本世纪以同样根本性的方式改变我们的日常生活。极端精准的时钟在他们研究的推动下应运而生，有望成为未来新型时间标准的基础，而其精准度超越现代铯时钟百倍以上。

关于宇宙形成与演化的几种理论

关于宇宙形成与演化的几种理论 引言：宇宙学是一门年轻又古老的学科，人类对宇宙的起源在不断地探索着。 当我们回望人类漫长的探索宇宙的进程时,在我国历史上最早认识宇宙，是有“科圣”之称的伟大的科学家张衡。也可以说是人类历史上认识宇宙的先驱。在后来主要是西方国家对宇宙探索有很大的进展，尤其是近几百年，其中对宇宙的形成与演化有很多的著名的观点，主要形成的观点有相对论原理、宇宙膨胀模型、大爆炸宇宙论等。霍金在《时间简史》中比较全面的描述了整个宇宙的图景，他还还提出了自己的很多观点，本着一种好奇心,想了解一下关于宇宙学的观点 , 所以借助史蒂芬·霍金的《时间简史》及其他书籍，将宇宙学的一些观点在这里罗列出来。在这里主要写了膨胀中的宇宙、大爆炸宇宙理论以及黑洞中的奇点与量子效应观点，这些观点在宇宙学中都具有重大的意义。 希望我们对宇宙理论有更多的认识和了解，宇宙学是一门古老而年轻的学科, 希望更多的人去了解宇宙学、研究宇宙学、了解我们所处的宇宙空间。让我们更早的回答出我们一直想知道的问题：我们从何而来，又到何处去? 1、宇宙膨胀模型 在人们认为宇宙是膨胀之前爱因斯坦曾提出过静态的宇宙模型。广义相对论主要的是把强大的引力场解释成为时空弯曲的几何特征，所以它也是一种引力理论。爱因斯坦根据自己建立的广义相对论对宇宙进行了考察，他引入了一个常数——“反引力”，此力和其他力是不一样，没有什么源引起，是时空中固有的。爱因斯坦认为时空有膨胀的趋势，但刚好可以用此力平衡宇宙中所有物质与物质间的作用力，因此爱因斯坦设想这样一个有限无边的静态宇宙模型。 在宇宙空间中，物质分布是均匀的，宇宙大尺度特征不随时间变化而变化（又物质没运动）[1]。静态宇宙模型虽与事实不相符合，但它为现代宇宙学研究开启了新的起点。就在爱因斯坦和其他一些物理学家讨论非静态宇宙的预言时，1922年俄国物理学家、数学家弗里德曼用广义相对论着手解释它，他根据广义相对论方程解得的动态解，认为宇宙是不稳定的，有可能是脉动的。（他曾对宇宙提出过一个非常简单的设想：我们不管从哪个方向看，也不管从何地进行观察，宇宙看起来都是一样的。弗里德曼指出，仅从这两观念出发，就可以预言宇宙是不稳定的。此观点在后来不久被哈勃证明了。[2]）后来天文学家勒梅特又一次独立的的到这样一个模型：得到宇宙中的物质在均匀的同时在向各个方向膨胀或者是在收缩的宇宙模型。 1924年现代宇宙图像才被奠定，这一年哈勃证明了除我们所处的这个星系，还有许多其他的星系，在他们之间是一个巨大的空虚的空间，也称为太空。哈勃用100英寸的望远镜在威尔孙山对太空进行观测时，埃德温·哈勃发现恒心在整个空间之中不是均匀分布的，而是有很多的恒心大量地集中在星系之中。埃德温·哈勃对来自星系的光利用多普勒效应进行了测量，这样就可以对星系是蓝移还是红移进行确定。哈勃曾预想对于我们现在正所处在的星系中来看宇宙中的其他星系，飞向我们星系和离开我们星系的其他星系是一样多的。这是存在于一个不变的宇宙中应该有的，但是事实总是给人惊奇，埃德温·哈勃测量出的结果发现，所有的星系几乎都是在红移，而且，哈勃发现当星系离我们越远时，他离我们而去的速度越快，也就是说红移的大小与星系离我们的距离是正比，这也是著名哈勃定律。[3]也就是说，宇宙不是人们想象的那样宇宙是静态的，它是随着时间在不断的变化，它是在膨胀，所有的星系之间的距离不断的增加。从而静态

1983年诺贝尔物理学奖——天体物理学的成就

1983年诺贝尔物理学奖——天体物理学的成就 1983年诺贝尔物理学奖一半授予美国伊利诺斯州芝加哥大学的钱德拉塞卡尔（Subrahmanyan Chandrasekhar，19l0—1995），以表彰他对恒星结构和演变有重要意义的物理过程的理论研究；另一半授予加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的W.A.福勒（William AlfredFowler，1911—1995），以表彰他对宇宙中化学元素的形成有重要意义的核反应的理论和实验研究。 钱德拉塞卡尔是另一诺贝尔物理学奖获得者拉曼（SirChandrasekhara Venkata Raman）的外甥，1910年10月19日出生于巴基斯坦的拉合尔，1930年毕业于印度马德拉斯大学，后在英国剑桥大学学习和任教。1937年移居美国。 钱德拉塞卡尔的主要贡献是发展了白矮星①理论。 白矮星的特性是大约在1915年由美国天文学家亚当斯（W.S.Adams）发现的。1925年英国物理学家R.H.福勒（R.H.Fowler）用物质简并假说解释了白矮星的巨大密度。物质简并假说称，电子和电离的核在极大的压力下组成高度密集的物质。1926年爱丁顿（A.S.Eddington ）建议，氢转变为氦是恒星能量的可能泉源，这就为恒星演化理论奠定了基础。 1930年—1936年，钱德拉塞卡尔在剑桥大学三一学院工作期间，就投入到了白矮星的研究之中。他找到了决定恒星生命的基本参数，通过应用相对论和量子力学，利用简并电子气体的物态方程，为白矮星的演化过程建立了合理的模型，并作出了如下预测： 1.白矮星的质量越大，其半径越小； 2.白矮星的质量不会大于太阳质量的1.44倍（这个值被称为钱德拉塞卡尔极限）； 3.质量更大的恒星必须通过某些形式的质量转化，也许要经过大爆炸，才能最后归宿为白矮星。 钱德拉塞卡尔的理论解释了恒星演化的最后过程，因此对宇宙学作出了重大贡献。1939年他在全面研究了恒星结构的基础上出版了《恒星结构研究导论》一书，系统总结了他的白矮星理论。他还在恒星和行星大气的辐射转移理论、星系动力学、等离子体天体物理学、宇宙磁流体力学等方面进行了许多工作。 钱德拉塞卡尔1995年8月21日由于心脏病发作而去世，享年84岁。他在晚年时潜心研究牛顿的《自然哲学的数学原理》。1995年3月20日他还在美国物理学会圣何塞年会上做过题为“牛顿…原理?的一些命题”的特邀报告。当时他正在写一本有关牛顿的书。 W.A.福勒1911年8月9日出生于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。由于从事与

历届诺贝尔化学奖得主

历届诺贝尔化学奖得主简介(1901-2009) 自1901年诺贝尔奖首次颁奖起，至2006年为止，全世界有476人获得诺贝尔奖，其中诺贝尔化学奖得主有162人。在这476位诺贝尔奖得主中，有四位曾两次获奖。 其中，波兰裔法国女物理学家、化学家Marie Sklodowska Curie（玛丽?居礼）（即居礼夫人）获得1903年的诺贝尔物理奖与1911年诺贝尔化学奖 美国物理学家John Bardeen（约翰?巴丁）获得1956年与1972年的诺贝尔物理奖。 在所有得奖科学家中，有三对夫妻共同得奖。 法国物理学家Pierre Curie（皮耶?居礼）和Marie Sklodowska Curie （玛丽?居礼）夫妇获得1903年物理奖。 在所有得奖科学家中，包含有5对父子。共同得到1915年物理奖的是William Henry Bragg & William Lawrence Bragg(布拉格父子)；分别得到1906年物理奖和1937年物理奖的是Joseph John Thomoson & George Paget Thomson(汤姆逊父子)；分别得到1922年物理奖和1975年物理奖的是Niels Bohr & Aage Niles Bohr(波尔父子)；分别得到1924年物理奖和1981年物理奖的是Karl Manne Georg Siegbahn & Kai Manne Borje Siegbahn(赛格巴恩父子)。 在所有得奖科学家中，有10位女性科学家。其中得到物理奖的是1903年得奖的Marie Sklodowska Curie(玛丽?居礼)与1963年得奖的

第三章-宇宙的起源与宇宙大爆炸

第三章宇宙的起源与宇宙大爆炸 教学目的：了解古今描述宇宙的模型，掌握银河系和宇宙膨胀的发现，理解大爆炸的证据 教学重点：宇宙的起源，宇宙的演化，宇宙大爆炸 教学难点：宇宙的起源 课时分配：一、人类对宇宙的认识0.5课时 二、宇宙的起源0.5课时 三、宇宙的演化0.5课时 四、宇宙大爆炸0.5课时 课后讨论：1．叙述“哈勃定律”的内容和公式，谈谈它的作用和意义。 2．简述发现宇宙膨胀的原理及途径。 3．试论述从现代宇宙理论的创立到宇宙大爆炸模型的建立过程及重要人物。 一、人类对宇宙的认识 1．宇宙的概念 早在2300多年前，我国战国时代的思想家庄子（大约公元前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挟宇宙”。其实中文的“宇”、“宙”二字原指“屋檐”和“栋梁”，都是指人居住的地方，后来才延伸为“天地四方（空间）、古往今来（时间）的总称。它超越了东西南北的方位，无边无际；超越了一朝一夕的时间，无穷无尽。与“宇宙”混用的“世界”二字则出于佛教的说法，也是时间（世代）和空间（边界）的合称。 在西方，以英语为例也有两个词表达“宇宙”，即cosmos和university。cosmos原意指秩序，引申为“有秩序的宇宙体系”；university则表示包罗万象、无所不容的宇宙全体。 2．人类对宇宙的认识 (1).局限于太阳系的宇宙说──地心说 古代的人们首先注意到的宇宙现象，如昼夜交替、月亮圆缺、日食月食、天体位置随季节的变化以及行星在星空背景上的移动等等，实际上只是太阳、地球、月亮、行星等太阳系天体运动的反映。因此，以这些现象为基础建立起来的宇宙理论，无论是中国古代“天圆如张盖，地方如棋局”的盖天说，“天体圆如弹丸，地如鸡子中黄”的浑天说，还是古希腊以地球为中心，依次排列月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星等“九重天“的地心说，都没超出太阳系的范围。恒星在这些宇宙理论中的地位，只不过是个一成不变的布景或陪衬。 (2).局限于太阳系的宇宙说──日心说 16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。这不仅直接为以后开普勒总结出行星运动定律，伽利略、牛顿建立经典力学体系铺平了道路，而且从根本上动摇了人类中心论等宗教教义不可冒犯的神话。它作为自然科学第一次从神学桎梏下解放出来的“独立宣言”，在人类思想史以至社会发展史上作出了不可磨灭的贡献。 (3).从太阳系到广阔的恒星世界 18，19世纪是太阳系天文学发展的鼎盛时期。借望远镜的帮助，人们不仅发现了天王星、大量的小行星、行星卫星等太阳系成员，还根据天王星实际观测位置与理论计算位置的偏差，用天体力学理论准确地预言了海王星的存在和位置，并最终发现了海王星、冥王星，从而有力地证明了当时的宇宙理论同太阳系的客观实际是相符的。与此同时，人类的视野也逐渐由太阳系扩展到更为广阔的恒星世界。 17l8年，哈雷将自己的观测同1000多年前托勒玫时代的观测结果相比较，发现有几颗恒星的位置已有明显变化，首次指出所谓恒星不动的观念是错误的。 1837年，斯特鲁维测定了织女星的周年视差（由于地球绕日公转而产生的天体方向变化）为0.125角秒，这意味着它与太阳的距离为日地距离（1．5亿公里）的165万倍，远远超出了太阳系的边界（日地距离的40倍）。 1912年，勒维特发现造父变星（其亮度由于星体的膨胀收缩运动而发生周期性变化的一类变星）的光变周期同光度之间存在确定的关系，使测定包含这类变星的遥远恒星集团的距离成为可能。 6年后，沙普利分析当时已知的100多个球状星团的距离和视分市资料，得出银河系是一个直径达10万光年的庞大的透镜形天体系统，太阳并不处于其中心的正确结论。