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3位科学家因引力波研究获得诺贝尔物理学奖
2017-10-03 17:51:54

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  引力波不负众望斩获本年诺奖!当地时间10月3日中午11点50分,瑞典皇家科学院宣布将2017年诺贝尔物理学奖授予3位美国科学家雷纳·韦斯(Rainer Weiss),巴里·巴里什(Barry Clark Barish),基普·索恩(Kip Stephen Thorne),用以表彰他们在引力波研究方面的贡献,三人将共享900万瑞典克朗(约合人民币738万元)。

  2016年2月12日,激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,LIGO)合作组宣布,他们于2015年9月14日探测到了引力波,它来自一个质量为36太阳质量的黑洞与一个29太阳质量的黑洞的碰撞,然后并合为一个62太阳质量的黑洞,失去的3太阳质量转化为引力波的能量。“太阳质量”是天体质量的单位,1个太阳质量意思就是说,它的质量等于太阳的质量。2015年12月26日,2017年1月4日,2017年8月14日,LIGO又先后三次探测到黑洞并合产生的引力波。

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  颁奖前,瑞典皇家科学院院长向获奖人致电,通知他们获得了诺贝尔奖。

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  颁奖仪式现场

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  【获奖人简介】

  基普·索恩(Kip Stephen Thorne)

  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。父亲维恩·索恩是农艺学专家,母亲艾莉森·索恩是经济学家。索恩早年在学术道路上顺风顺水,成为了加州理工历史上最年轻的正教授之一。他于1962年获得加州理工的学士学位,在1965年获得普林斯顿大学的博士学位。1967年索恩回到加州理工被聘任为副教授,三年后晋升为理论物理的教授。

  雷纳·韦斯(Rainer Weiss)

  雷纳·韦斯(Rainer Weiss),1932年9月29日在德国柏林出生,现年85岁。为了躲避政治动荡,一家在1932年末搬家到布拉格,后在1938年搬家到美国。他年轻时在纽约市度过,曾就读于哥伦比亚文法学校。他在1955年获得麻省理工学士学位和1962年获得麻省理工学院博士学位。他于1960至1962年执教于美国塔夫斯大学,1962至64年是普林斯顿大学的博士后学者,后于1964年加入麻省理工任教。

  巴里·巴里什(Barry Clark Barish)

  巴里·巴里什(Barry Clark Barish),出生在美国内布拉斯加州的奥马哈,现年81岁。他在南加州长大,高中就读于洛杉矶。1957年获得物理学学士,1962年获得加州大学伯克利分校的实验高能物理的博士学位。1963年他加入加州理工。巴里什在美国自然科学基金会国家科学委员会批准资助该项目中发挥了重要作用,并对LIGO的建造和交付使用发挥了重要作用。他还创建了LIGO的科学合作组织(LIGO Scientific Collaboration),目前全球的合作者已经超过1000个。(资料来源:知识分子微信公号)

  关于引力波你需要知道这些

  2016 年 2 月 11日,在爱因斯坦预测引力波存在的100 年之后,LIGO宣布人类首次探测到了引力波。13亿年前,两个黑洞并合,其搅动时空产生的引力波信号开始了漫漫的星际旅途;2015年9月14日,刚刚升级完毕的LIGO捕捉到了这个信号,并将之命名为GW150914。目前,人类已经分别在2015年9月、2015年12月、2017年1月和2017年8月完成了四次引力波的观测,在最近一次引力波的观测中,由位于美国和意大利的三处天文台同时观测到这种黑洞融合现象

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  引力波动画示意 图片来源:NASA

  1915年,爱因斯坦创立了广义相对论,并在次年首次预言了引力辐射——引力波的存在。当有质量的物体的空间分布发生一些特定变化时,就会引起时空的波动,向外界辐射能量,这就是引力波。他指出,与电磁辐射的最主要贡献来源于电偶极矩不同,引力波辐射的最主要贡献来源于质量的四极矩。一般来说,由于四极矩形变要比偶极矩小很多,再加上引力的耦合常数——万有引力常数G 的数值非常小,所以引力波的观测非常困难。因此直到一个世纪之后的2015年9月14日,引力波才第一次被LIGO合作组所观测到。

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  LIGO装置实拍图 图片来源:LIGO

  LIGO的全称是激光干涉仪引力波天文台,是加州理工学院主导,与麻省理工大学合作的引力波观测试验组。它的本质其实就是我们高中物理中曾学过的迈克尔逊干涉仪。当引力波经过时,干涉仪的双臂长度会有微小的改变,导致产生光程差,科学家们再通过精密测量技术,在各种噪声中将微弱的信号捕捉出来。由于探测到的引力波信号可能与传播的方向有关,LIGO建造了两个位于不同位置的观测站。

  LIGO的三位联合创始人,雷纳·维斯(RainerWeiss)、吉普·索恩(Kip Thorne)和罗纳德·德雷弗(RonaldDrever)在LIGO的设计和运作中居功至伟,这也一度使他们成为了获诺贝尔奖呼声最高的人选。不幸的是德雷弗于今年3月7日因病逝世。

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  eLISA装置构想图 图片来源:NASA

  LIGO的成功探测极大地激发了各国对引力波探测项目的兴趣。除LIGO外,现有的引力波研究装置还有位于德国的GEO600,位于意大利的Virgo和日本的KAGRA。我国的“太极计划”和“天琴计划”和“阿里实验计划”也正在开展。LIGO在设计时是专门针对探测双中子星或双黑洞系统产生的引力波的频率而设计的,而空间探测装置(如计划中的eLISA)相比LIGO这样的地面装置探测而言,可以设计更远的干涉臂长,所以能够探测更低频段的信号,而更多的天体活动产生的引力波都属于这一频段。所以,空间探测计划会预期比地面装置探测到更多的事例。引力波的信号记录着宇宙中遥远天体活动的信息,是我们认知这些神秘天体的有力途径,引力波的成功探测标志着一个引力波天文学的新时代正在开启。

  近十年诺贝尔物理学奖情况

  2016年诺贝尔物理学奖被授予David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J.Michael Kosterlitz以奖励他们在拓扑相和拓扑相变方面的杰出贡献。了解详情请点击这里。

  2015年诺贝尔物理学奖被授予日本科学家梶田隆章和Arthur B. McDonald以表彰他们分别发现了大气中微子和太阳中微子的振荡,证明了中微子有质量。

  2014年诺贝尔物理学奖被授予日本科学家赤崎勇、日裔美国科学家中村修二(60岁)及日本科学家天野浩。他们开发了蓝色发光二极管(LED),使节电的高亮度照明器材成为可能,极大改变了人们的生活,并因此受到高度评价。

  2013年诺贝尔物理学奖被授予比利时理论物理学者Fran ois Englert和英国理论物理学家Peter W. Higgs,两人因预测被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在而获奖。

  2012年诺贝尔物理学奖被授予法国科学家Serge Haroche与美国科学家David J. Wineland,两位物理学家分别因为在量子光学领域束缚并用原子操控光子的量子态和束缚并用光子操控带电离子的量子态而获奖。

  2011年诺贝尔物理学奖被授予Saul Perlmutter, 以及Brian P. Schmidt 和Adam G. Riess一组合作者,表彰他们通过观察远处超新星发现宇宙的加速膨胀。

  2010年诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是目前已知材料中最薄的一种,被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业的再次革命。

  2009年诺贝尔物理学奖被授予英国华裔科学家高锟及美国科学家Willard S. Boyle和George E. Smith。高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就。后两者发明了半导体成像器件——电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

  2008年诺贝尔物理学奖被授予美国科学家Yoichiro Nambu和两位日本科学家小林诚、利川敏英。Yoichiro Nambu因为发现粒子物理中的对称性自发破缺机制而获奖,日本科学家小林诚、利川敏英因发现对称性破缺的来源而获此殊荣。

  2007年诺贝尔物理学奖被授予法国科学家Albert Fert和德国科学家Peter Grünberg,表彰他们先后独立发现了“巨磁电阻”效应。(资料来源:中科院物理所)

来源:人民日报客户端 编辑:刘丽

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