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    發布時間:2017-10-10 13:56 原文鏈接: 諾貝爾獎親睞壽星?

      諾貝爾獎親睞壽星?

      施郁(復旦大學物理學系教授)

      1. 為什么引力波諾獎得主年齡較大

      2017年諾貝爾物理學獎授予了對首次直接探測引力波作出杰出貢獻的雷納·韋斯(Rainer Weiss)、巴里?巴里什(Barry Clark Barish)和基普·索恩(Kip Stephen Thorne),這三位科學家分別出生于1932年9月、1936年1月、1940年6月,因此獲獎時分別是85歲、81歲、77歲。

      雖然引力波的首次直接探測從論文發表到獲諾貝爾獎時間很短,但是獲獎人年齡還是比較大了。另外一位LIGO的重要人物羅納德·德雷弗(Ronald Drever)生于1931年,去年3月不幸去世。

      根本原因就是引力波探測的漫長歷史。LIGO的先驅韋斯、德雷弗和索恩從上世紀六七十年代開始就投身用激光干涉儀探測引力波,LIGO項目1984年開始。2002年,LIGO開始工作。

      引力波傳到地球以后,效應很微弱,非常難測。事實上,LIGO測到干涉儀的臂發生了0.0……04米的長度改變(小數點后面18個0),這相當于質子大小的千分之一。這個測量當然依賴于相關的科學技術,比如激光、精密測量、噪聲控制、量子測量等等。因此只有在相關科學技術成熟到一定程度,才能成功探測到引力波。2015年9月14日LIGO首次探測到引力波,正好是在探測器完成一次升級后兩天。這也反映了,在升級之前很難成功。

      巴里什原本從事實驗粒子物理,1994年開始任LIGO主任。他建立LIGO國際合作組織,使之成為大科學,從而保證了LIGO的成功。既然被聘為這個項目的主任,能做出這些行動,說明他富有大科學項目的經驗。所以他必然也有一定的年齡了。

      這就解釋了為什么三位獲獎人都較年長,另外還有一位重要人物已經去世。

      我聯想到,最早探測到中微子的幾位科學家獲獎年齡也比較大。

      2. 中微子的早期諾獎得主

      中微子是1956年首先由雷納斯(F. Reines)和科萬( C. L. Cowan Jr.)從核反應堆探測到。他們做出發現的時候還比較年輕,遺憾的是,諾貝爾獎姍姍來遲。

      雷納斯生于1918年,77歲時因為中微子探測而與68歲的曾發現陶輕子的佩爾(M. L. Perl)分享了1995年的諾貝爾物理學獎。科萬生于1919年,1974就不幸去世了。

      雷納斯和科萬探測到中微子后,發電報告訴1930年預言中微子的泡利。泡利回信中寫道(筆者翻譯):

      “任何東西來到會等的人手中。”

      不過雷納斯沒收到這封回信,1986年左右才得到回信的副本——收個回信也要等。

      泡利回信中說的“等”是指中微子從預言到被探測到,經歷了26年之長。

      而引力波等的時間比這要長得多。

      不過,我們也可以用這句話形容,在做出科學發現之前要會等,或者是從做出發現后到諾貝爾獎,也要會等,或者兼而有之。這在引力波和中微子的最早發現中表現到了極致,因為它們都很難被探測到。

      雷納斯和科萬探測到的中微子來自核反應堆,而大自然的中微子則首先由戴維斯(Ray Davies)探測到。他1968年首先探測到太陽發出的中微子,在此后的30多年中,共捕捉到約2000個太陽中微子。

      小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)則用神岡探測器驗證了戴維斯的結果,而且能夠確認中微子確實來自太陽,并于1987年捕捉到12個來自超新星的中微子。

      戴維斯生于1914年,小柴昌俊生于1926年。2002年,88歲的戴維斯和76歲的小柴昌俊與71歲的賈科尼(Riccardo Giacconi)分享了諾貝爾物理學獎。賈科尼生于1931年,他的獲獎理由是對天體物理的開創性貢獻導致宇宙X射線源的發現。戴維斯的獲獎年齡是所有諾貝爾物理學獎得主中最大的。

      不過,當中微子探測常態化后,作出貢獻的科學家獲諾貝爾獎就不一定要等很久了。比如1959年生、發現了大氣中微子的振蕩的梶田隆章和1943年生、發現了大氣中微子的振蕩的麥克堂納(Arthur B. McDonald)分享了2015年的諾貝爾獎。可以想見,引力波探測常態化后,作出貢獻的科學家也不一定要等很久才能做出重要貢獻甚至得到諾貝爾獎。也因為如此,最初的先驅特別值得尊重。

      3. 要得諾貝爾獎,最好長壽

      在當代,諾獎得主中不乏高齡“選手”。

      除了前面提到的幾位,筆者統計出所有的獲得諾貝爾物理學獎時超過70歲的得主。

       玻恩(Max Born)生于1882年,72歲時因為對量子力學的貢獻,特別是波函數的幾率解釋,與提出符合法的博特(Walter Bothe)分享1954年的諾貝爾物理學獎。玻恩是量子力學的元老,除了波函數幾率解釋,也是矩陣力學的創始人之一。他的博士后海森堡寫了第一篇矩陣力學論文,然后玻恩和他的學生約旦(P. Jordan)寫了第二篇論文,這三個人一起寫了第三篇論文。與其他量子力學創始人相比,玻恩的諾貝爾獎來得太遲了,很不公正。

      卡皮查(L. Kapitsa)生于1894年,84歲時因為低溫物理學中的基本發明和發現,與發現宇宙微波輻射的彭齊亞斯(A. Penzia)和威爾遜(R. Wilson)分享1978年的諾貝爾物理學獎。卡皮查發現了超流,得獎很遲,但是獨立于他也發現超流的阿倫(John F. Allen)和米斯納(Don Misener)根本沒有得諾貝爾獎。

      錢德拉塞卡(S. Chandrasekhar)生于1910年,富勒(W. A. Fowler) 生于1911年。73歲的錢德拉塞卡(S. Chandrasekhar)與72歲的富勒(W. A. Fowler)分享了1983年的諾貝爾物理學家,前者是因為對恒星機構和演化的理論研究,后者是因為對宇宙中元素形成的核反應的實驗和理論研究。

      魯斯卡(E. Ruska)生于1906年,80歲時因為對電子光學的基礎性工作和第一臺電子顯微鏡的發明,與設計掃描隧道顯微鏡的賓尼希(G. Binnig)和羅雷爾(H. Rohrer)分享了1986年的諾貝爾物理學家。

      拉姆齊(N. F. Ramsey)生于1915年,保羅(W. Paul)生于1913年。因為發明分離振蕩場方法并用于氫微波激射器及其他原子鐘,78歲的拉姆齊與發展離子阱束縛的76歲的保羅德和67歲的梅爾特分享了1989年的諾貝爾物理學家。

      布羅克豪斯(B. N. Brockhouse)生于1918年,沙爾(C. G. Shull)生于1915年。因為發展了用于凝聚態物質研究的中子衍射技術,76歲的布羅克豪斯與79歲的沙爾分享了1994年的諾貝爾物理學家。

      阿爾費羅夫(Zhores I. Alferov)生于1930年,克勒默(Herbert Kroemer)生于1928年,吉爾比(Alferov)生于1923年。70歲的阿爾費羅夫和72歲的克勒默因為發展用于高速光電子技術的半導體異質結而與發明集成電路的77歲的吉爾比分享了2000年的諾貝爾物理學獎。

      阿布里科索夫(Alexei A. Abrikosov)生于1928年,金茲堡(Vitaly L. Ginzburg)生于1916年10月。金茲堡與已故的朗道(Lev Landau)提出一個關于超導電性的唯象理論,阿布里科索夫用它研究了磁場中的所謂第二類超導體的性質。因此87歲的金茲堡、75歲的阿布里科索夫與生于1938年的提出了氦3超流理論的萊格特(Anthony J. Leggett )分享了2003的諾貝爾物理學獎。

      格勞伯(Roy J. Glauber)生于1925年,霍爾(John L. Hall)生于1934年。因為提出光學相干的量子理論,80歲的格勞伯與分別發展了激光精密光譜學,特別是光梳的71歲的霍爾和生于1916年漢斯(Theodor W. H?nsch)分享了2005的諾貝爾物理學獎。

      南部(Yoichiro Nambu)生于1921年1月。他提出粒子物理中的自發對稱破缺的機制。因此87歲的南部與小林誠和益川敏英分享了2008的諾貝爾物理學獎。后兩人的得獎理由是發現了導致預言至少存在三族夸克的對稱破缺的起因的。

      高錕生于1933年,博伊爾(Willard S. Boyle)生于1924年8月,史密斯(George E. Smith)生于1930年。76歲的高錕對用于光通信的光纖中的光傳輸作出突破性貢獻,85歲的博伊爾和79歲的史密斯發明了成像半導體回路,即CCD傳感器。三人分享了2009的諾貝爾物理學獎。

      恩格勒特(Fran?ois Englert)生于1932年11月,希格斯(Peter W. Higgs)生于1929年。恩格勒特與已故的布勞特(Robert Brout)作為合作者,以及希格斯分別提出基本粒子獲得質量的機制,這被CERN大型強子對撞機上的實驗所證實。81歲的恩格勒特與84歲的希格斯分享了2013的諾貝爾物理學獎。

      赤崎勇生于1929年1月。85歲的赤崎勇和天野浩作為合作者,以及中村修二,分別發明了藍光發光二極管。他們分享了2014的諾貝爾物理學獎。

      索利斯(David J. Thouless)生于1934年,科斯特里茲(J. Michael Kosterlitz)生于1943年。82歲的索利斯與73歲的科斯特里茲以及霍爾丹(F. Duncan M. Haldane)分享了2016的諾貝爾物理學獎。索利斯和科斯特里茲發現了拓撲相變,索利斯又發現量子霍爾效應紅的拓撲,霍爾丹提出反鐵磁中的拓撲和無磁場的量子霍爾效應。

      4. 本世紀以來八旬得獎人頻現

      80歲以上獲得諾貝爾物理學獎的有:88歲的戴維斯、87歲的南部、87歲的金茲堡、85歲的赤崎勇、85歲的博伊爾、85歲的韋斯、84歲的希格斯、82歲的索利斯、81歲的巴里什、81歲的恩格勒特、80歲的格勞伯。

      他們都是在本世紀以來得獎。

      因此目前,諾貝爾物理學獎的得獎人有高齡化的趨勢。

      想得諾貝爾獎的你,準備好了嗎?

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