引力波LIGO團隊終於斬獲諾獎！獲獎的物理學家有3位，但有一個人同樣值得銘記

最新 10-03

北京時間 10 月 3 日下午 5 點 45 分，諾貝爾獎委員會宣布，將 2017 年諾貝爾物理學獎授予雷納·韋斯（Rainer Weiss）、巴里·巴里什（Barry C. Barish）和基普·S·索恩（Kip S. Thorne），表彰他們發起和領導了「激光干涉引力波天文台」（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO）項目，並在將理論及實驗物理學應用於宇宙研究領域做出了重大貢獻。

但除了這三位獲獎者，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域的先驅，也是激光干涉引力波天文台（LIGO）創始人之一，他對 LIGO 的實驗設計做出了重要貢獻。今年 3 月，德雷福在愛丁堡辭世，享年 85 歲。

以下是本次諾貝爾物理學獎三位獲獎者以及先驅羅納德·W.P·德雷福的簡介：

基普·S·索恩（Kip S. Thorne）1940 年生於猶他州洛根市（Logan Utah），1962 年在加州理工學院（Caltech）獲得學士學位，1965 年在普林斯頓大學（Princeton University）獲得博士學位。兩年博士後研究之後，於1967 年回到加州理工學院任職助理教授，1970 年升職為理論物理學教授，1991 年成為費曼理論物理學教授。

2009 年 6 月，索恩從費曼教授職位退休，成為費曼理論物理學榮休教授，轉而開始從事寫作、電影以及繼續科學研究。目前，索恩的寫作主要是與羅傑·布蘭德福德（Roger Blandford）合著的《現代經典物理學》教科書（於 2016 年年底發表）。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顧問和執行製片人。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空的非線性動力學行為。

索恩的研究重點是引力物理和天體物理學，並且側重於相對論恆星、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恆星脈動理論及其發出的引力波奠定了基礎。隨後到 80 年代，索恩提出了一種數學形式體系，使得天體物理學家能夠分析引力波的產生。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思路和計劃。

索恩與韋斯、德雷福是激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory ，LIGO）項目的共同創始人，並且在早期 1984-1987 年作為該項目的指導委員會會長。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奠定了基礎，設計引力波束管中控制散射光的擋板，雜訊聲源分析及控制方法，並且與烏拉迪米爾·布拉金斯基團隊為高級引力波探測器發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出並抵達地球的引力波。引力波是由兩個自旋黑洞相互碰撞和融合所產生的，數據分析顯示該引力波源的性質和細節關鍵依賴於模擬極端時空（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（Cornell University）的索爾·圖科斯基（Saul Teukolsky）於 2004 年共同創立的。

羅納德·W.P·德雷福（Ronald W.P. Drever）生於 1931 年，於 2017 年 3 月 7 日逝世。他是一位實驗物理學家、加州理工學院榮休教授，激光干涉引力波天文台（LIGO）項目共同創始人，激光穩定 Pound–Drever–Hall 技術的共同發明人。

德雷福的事業起步于格拉斯哥大學（Glasgow University），後被招募到加州理工學院（Caltech）參與引力波研究項目。

德雷福設計和實現的 LIGO 干涉儀對於探測引力波所需的極度靈敏條件至關重要。德雷福近期的研究領域涉及到實驗儀器隔振系統的磁懸浮光學平台開發。

巴里·巴里什（Barry C. Barish）是一位已退休的著名物理學教授，在1994年~1997年之間曾經擔任LIGO項目的首席科學家，並在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年在美國加州大學伯克利分校獲得博士學位。

雷納·韋斯（Rainer Weiss）在麻省理工學院（MIT）獲得物理學學士學位和博士學位，是MIT 榮休教授。先前，韋斯博士曾在美國塔夫斯大學（Tufts University）任職助理物理學教授，自 2001 年起在路易斯安那州立大學（Louisiana State University）任職副教授。韋斯博士最著名的貢獻是其對宇宙微波背景輻射（cosmic microwave background radiation）光譜的開拓性測量，發明了單晶元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台（LIGO）項目的聯合創始人和領導人。

韋斯獲得了數不清的 NASA 科學小組成就獎、MIT 傑出教學獎、約翰·西蒙·古根海姆基金會獎學金（John Simon Guggenheim Memorial Foundation Fellowship）、國家航天俱樂部科學獎（National Space Club Science Award）、格魯伯宇宙學獎（Gruber Cosmology Prize）以及美國物理學會愛因斯坦獎（Einstein Prize of the American Physical Society）。同時，韋斯博士是美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science）、美國物理協會（American Physical Society）、美國人文和科學協會（The American Academy of Arts and Sciences）的會員。並且，韋斯博士還是美國天文協會（American Astronomical Society）、紐約科學院（New York Academy of Sciences）、美國科學研究會（Sigma Xi）等的會員。

韋斯博士曾於 1986 年至 2007 年間九次擔任美國國家研究委員會（NRC）委員，包括 NASA 天體物理學績效考核委員會，粒子物理學、核物理學及引力波天體物理學專家組委員，以及空間天文學與天體物理學任務組委員。

截至目前，LIGO 已經分別在 2015 年 9 月 14 日、2015 年 12 月 26 日、2017 年 1 月 4 日單獨發現了三次引力波事件。2017 年 8 月 14 日，LIGO 與位於義大利的 Virgo 天文台共同發現並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，科學家們發現，恆星質量級雙黑洞系統一旦融合，其質量將至少會是太陽的 20 倍。這比以前通過傳統的X射線所探測到的黑洞質量要大得多。觀測結果也確實驗證了科學家們的預測：四次黑洞融合後形成的新黑洞質量分別為太陽的 62 倍、21 倍、49 倍、53 倍。

圖丨LIGO 所發現的黑洞質量（藍色）遠遠比以前僅憑X射線（紫色）所探測到的黑洞質量大得多

時間退回到 2015 年 9 月 14 日，麻省理工學院、加州理工學院，與來自全球各地的科學家們一道，通過 LIGO 首次直接探測到了抵達地球的引力波。

隨後，麻省理工學院校長拉斐爾·賴夫（Rafael Reif）致信全校師生，第一時間通報了這一消息。通常而言，不管多麼令人印象深刻，MIT 校長都不會給全校致信祝賀某個人的研究成果。但鑒於 LIGO 團隊發現引力波意味著愛因斯坦百年前提出的廣義相對論終於得到了驗證，並將宇宙學相關研究帶入了全新時代，賴夫校長從人類的角度出發，高度讚揚了這一歷史性的科學發現。

賴夫校長表示：「即使是最先進的望遠鏡也依賴於光，所以我們無法看到黑洞融合的壯觀碰撞，因為我們一直認為，黑洞不會發出任何光。然而，憑藉 LIGO 的儀器，我們現在有了『耳朵』可以聽到碰撞發出的『聲音』。有了這種全新的『感官』，LIGO 的團隊發現和記錄了一個關於大自然的、迄今未被發現的基本事實。但他們利用這個新工具的探索才剛剛開始，這就是為什麼人類要從事科學研究！」

圖丨美國國家科學基金會新聞發布會上，科學家們為首次探測到引力波而歡呼。從左到右分別為：加布里娜·岡薩雷斯（Gabriela González）、雷納·韋斯（Rainer Weiss）、基普·索恩（Kip Thorne）

那麼，LIGO 到底是一套怎樣的系統？它是如何充當人類探索宇宙的「耳目」？簡單來說，LIGO 系統由兩個相距 3000 公里（分別位於美國南海岸的 Livingston 和美國西北海岸的 Hanford），且完全相同的探測器組成。每個探測器包含兩個長度為 4 公里、布置成 L 形的真空管。科學家們通過真空管來發射激光束。每束激光到達真空管末端後，會被鏡面反射，並沿相反路線返回。

圖丨LIGO 激光器工作原理，右下角方塊為光電探測器

在同等的條件下，兩束激光應該在完全相同的時間抵達源頭，由於干涉效應，光線不會抵達光電探測器。然而，如果有引力波穿過探測器，根據愛因斯坦 100 年前的預測，會使兩個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，但已足夠讓科學家們從中發現引力波的蹤跡。

圖丨LIGO 系統實拍圖

的確，自從人類首次探測到引力波後，該領域相關研究已經往前邁進了一大步，尤其是最近這次引力波事件是由 LIGO 的兩個觀測站與 Virgo 的一個觀測站同時發現，通過三角定位原理，更是將探測精度提高了 10 倍之多！從此將相關領域研究帶入所謂的「多信使天文學」（multi-messenger astronomy）時代。

「多信使天文學」其實比較容易理解，即藉助多種觀測手段對某種天文現象進行研究。因為傳統的光學及無線電天文望遠鏡經常會隨機對著茫茫蒼穹發射信號，但如果觀測方位相對明確，這類望遠鏡可在發現引力波後的第一時間對準信號來源的方向進行觀測。

圖丨結合多種觀測手段的「多信使天文學」

當然，由於引力波是由黑洞融合所產生的宇宙漣漪，並不會產生任何形態的光，所以對於引力波觀測來說，傳統天文望遠鏡可能並沒有太大作用。但如果將來的某一天，LIGO 和 Virgo 的三座天文台同時觀測到了雙星融合，而非黑洞融合現象，那麼傳統天文台就可以根據大致定位方向進行進一步觀測了。

眾所周知，引力波是愛因斯坦廣義相對論最後一塊未解之謎。二十世紀初愛因斯坦提出廣義相對論後，時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，小到人類本身，在它們運動時，都會使周圍的時空產生漣漪。這是很容易理解的一個概念，就像船在水中移動時會產生水波。只是在發現引力波之前，這一理論還從未被驗證過。

然而，要觀測到引力波——這種在宇宙中擴散的漣漪——是一項異常艱難的任務。打個比方，如果要在地球上探測某人運動時周圍產生的時空扭曲，基本上是不可能的，因為這種時空擾動太小太小了。

這就是為什麼科學家們創造了 LIGO 和 Virgo 這類引力波觀測天文台，並通過其觀察百萬、甚至數億光年外巨大天體快速運動時所產生的強力擾動，比如黑洞或中子星融合。這類天體在融合時，每秒會進行相互環繞的多次旋轉，並最終融合為一個質量極大的全新天體。與此同時，天體運動和碰撞時所產生的時空扭曲，會表現為引力波形式，並以光速向宇宙的四面八方傳播開去。

在抵達地球的過程中，這些波會顯著衰減，不過，通過使用類似 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反射激光。將激光發射到每個鏡子上的分裂激光器則位於兩個隧道相交處。

在正常情況下，兩條長臂應該是完全等長的，因此激光束在兩條長臂中傳播所花費的時間是一樣的。然而一旦有引力波穿過探測器，時空的扭曲會導致一個方向上的長臂長度就會被壓縮，而在另一個方向上的長臂則會被拉伸，從而導致兩束激光束傳播的時間長度出現差異，當它們反射回來並匯合時，就會出現干涉條紋。

圖丨Virgo 觀測台工作原理

科學家們通過這種干涉效應來測量長臂所出現的任何極其細微的空間變化。當然，這樣的長度變化將是極其細微的——LIGO 裝置必須能夠測出相當於一個質子直徑萬分之一不到的長度變化，才可能檢測到引力波信號。

與此同時，成功完成任務的三個觀測台正在從「掃描宇宙」的重任中抽身「休息」。在停機期間，LIGO 和 Virgo 的科學家們將努力提高觀測站的靈敏度。LIGO 和 Virgo 也將在 2018 年秋天開始新的觀測，一旦這些觀測活動開始進行，天文學家們將有望觀測到更多的引力波現象。

圖丨位於美國 Hanford 和 Livinsgton 的 LIGO，以及位於義大利的 Virgo 天文台

看到這裡，相信大家已經對「激光干涉引力波天文台」相關技術，及其對天文學、物理學研究的重大意義有所了解了，但你很難想像，在四十年前，LIGO 其實僅僅只是 MIT 物理學教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）設計的一項課堂練習。但發展到現在，LIGO 已涉及來自美國本土的大學，如麻省理工學院、加州理工學院，以及來自全球 15 個國家、超過 950 位科學家。

雷納·韋斯，1932 年 9 月 29 日出生於德國柏林。麻省理工學院物理學教授，於 1964 年加入麻省理工學院。韋斯教授發明了干涉引力波探測器，並聯合創立了美國國家科學基金會 LIGO 項目。他在將理論及實驗物理學應用於宇宙研究領域做出了重大貢獻。

圖丨麻省理工學院物理學教授雷納·韋斯（Rainer Weiss）

故事從 1967 年始於麻省理工學院，當時的物理學教務主任要求韋斯教授設計一門廣義相對論課程。那時，廣義相對論已被納入數學系的研究領域。雖然是引力理論，但絕大多數人認為它與物理學沒什麼關係。這主要是因為愛因斯坦理論預測的可觀測效應本來就是無限小的，這很難用實驗物理學去驗證。

愛因斯坦曾看著他的引力公式說道：「所要研究的數字和維度都太小了，小到不會對任何事物造成影響，也沒有人能夠測量。」當你回想 1916 年的技術條件時，他可能是正確的。

圖丨愛因斯坦於 1916 年提出廣義相對論

過去 100 年發生了一些大事，天文學的發現表明，人們在 1916 年所掌握的有關緊密壓縮源、無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，這些都是那個年代所不敢想像的。

所以，當韋斯教授和他的團隊準備開始尋找引力波時，人類已經在技術和知識方面做好了準備。

圖丨雷納·韋斯教授及其LIGO 團隊

1975 年對於 LIGO 來說是非常關鍵的一年：因為當時韋斯教授正在從事 NASA 資助的宇宙背景輻射研究。NASA 要求組織一個宇宙學和相對論領域空間研究應用方面的委員會。正是在這個委員會中，韋斯教授結識了來自加州理工學院的物理學家基普·索恩（Kip Thorne）。

當時，基普·索恩教授已經在加州理工學院建立了一個頂尖的引力理論研究團隊，並已開始著手建立引力實驗研究組。於是兩人攤開一大張紙，在上面寫下了新的引力研究組能做的一切實驗，並相互介紹了兩所學校的最新研究進展。韋斯教授和索恩教授當即表示很有興趣合作。這次談話後，麻省理工學院和加州理工學院正式聯手，這就是後來的 LIGO。

圖丨雷納·韋斯教授和基普·索恩教授共同出席首次發現引力波的新聞發布會

其實從第一次發現引力波事件開始，LIGO 就被看作是爭奪諾貝爾物理學獎的奪標大熱門，但最終與去年的諾貝爾物理學獎失之交臂。2017 年 3 月 7 日，作為 LIGO 三位創始人之一的羅納德·德雷福教授（Ronald W.P. Drever）與世長辭，沒能看到自己的研究成果拿下科學界的最高獎項。

今年，當LIGO 年事已高的兩位創始人終於拿下諾貝爾物理學獎時，雷納·韋斯教授的一句話可能最能代表 LIGO 研究團隊的心聲：「我感到一種巨大的解脫和喜悅，但其實更多是解脫。一直以來，有一隻猴子坐在我的肩上長達 40 年，它一直在我耳邊嘮叨，說：『嗯，這真的能夠成功嗎？你已經把一大堆人拉了進來，但如果它是錯誤的呢？』突然，這隻猴子跳開了，這實在是巨大的解脫。」

1901 年－2016 年最受歡迎的諾貝爾物理獎得主

阿爾伯特·愛因斯坦

（Albert Einstein）

生於：1879 年 3 月 14 日，德國烏爾姆

卒於：1955 年 4 月 18 日，美國新澤西州普林斯頓

獲獎時的工作地：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：表彰他「對理論物理學做出的貢獻，尤其是光電效應定律的發現」。

研究領域：理論物理

獲獎情況：單獨獲獎

阿爾伯特?愛因斯坦於獎項宣布一年後，即 1922 年，拿到了諾貝爾獎。

生平

愛因斯坦在慕尼黑長大，在那裡他的父親成立了一家電機工程公司。從蘇黎世聯邦理工學院畢業後，愛因斯坦進入了伯爾尼專利局工作，在此期間他發表了一系列在物理學領域具有前瞻性的文章。

後來他相繼受聘於伯爾尼、蘇黎世和布拉格大學，1914 年起進入柏林大學工作。納粹黨攫取德國政權後，愛因斯坦移民到了美國，受雇於新澤西州普林斯頓的高等研究院。愛因斯坦有過兩段婚姻，在第一段婚姻中有三個孩子。

科學成就

當時科學家發現，當金屬電極暴露於光線下時有助於金屬電極間產生電火花。要產生這種「光電效應」，光必須高於某特定頻率。然而，根據當時的物理理論，光的強度才是重要因素。1905 年，愛因斯坦發表了幾篇劃時代的論文，在其中一篇中，愛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。只有當一個光量子的頻率達到一定閾值時才能激發一個電子。

尼爾斯·亨里克·達維德·玻爾

（Niels Henrik David Bohr）

生於：1885 年 10 月 7 日，丹麥哥本哈根

卒於：1962 年 11 月 18 日，丹麥哥本哈根

獲獎時的工作地：哥本哈根大學，丹麥哥本哈根

獲獎評語：表彰他「對原子結構以及從原子發射出的輻射的研究」。

研究領域：理論核物理

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

19 世紀末出現了關於電子和輻射的一系列研究，科學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，原子能量如果要發生改變，只能在不同定態間以躍遷的方式進行。電子會按照特定軌道圍繞原子核運動。當電子躍遷到低能級軌道時，就會激發出光子。波爾的理論解釋了為什麼原子只有在特定波長照射下才能發射光子。

瑪麗亞·斯克沃多夫斯卡-居里

（Marie Curie, née Sklodowska）

生於：1867 年 11 月 7 日，俄羅斯帝國（現波蘭）華沙

卒於：1934 年 7 月 4 日，法國薩朗什

獲獎評語：以表彰他們「研究貝克勒爾教授發現的電離輻射現象時做的非凡工作」。

研究領域：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於波蘭華沙一個非常注重教育的教師之家。為了繼續她的學業，她移居法國並在那裡遇到了皮埃爾?居里。後來他成為了她的丈夫，也成為了她在放射領域中的研究夥伴。居里夫婦於 1903 年共同獲得了諾貝爾物理學獎。不幸的是，居里夫人在 1906 年失去了她的丈夫，但她沒有停下他們的研究工作，並再次獲得諾貝爾獎。第一次世界大戰期間，居里夫人成立了移動 X 射線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-居里一起獲得過諾貝爾化學獎。

科學成就

1903 年獲獎：受 1896 年貝克勒爾發現的電離輻射現象的激勵，瑪麗和皮埃爾居里決定進一步研究這一現象。他們為了獲得放射信號，對很多物質和元素進行了實驗。他們發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。從瀝青鈾礦中他們提取出了兩種以前未知的元素——釙和鐳——它們的放射性都強於鈾。

1911 年獲獎：在居里夫婦首次發現放射性元素釙和鐳以後，居里夫人對他們的性質做了更深入的研究。1910 年她成功地分離出鐳，從而證明了鐳的存在，從此再無質疑之聲。她還對了鐳及其化合物的性質做了報道。放射性物質作為放射源，在科學實驗領域和癌症治療中變得越來越重要。

詹姆斯·查德威克

（James Chadwick）

生於：1891 年 10 月 20 日，英國曼徹斯特

卒於：1974 年 7 月 24 日，英國劍橋

獲獎時的工作地：利物浦大學，英國利物浦

獲獎評語：表彰他「發現了中子」

研究領域：核物理

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

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，觀察到了高能的穿透性的輻射現象。當時一個假說認為這是一個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和質子質量相當的中性粒子。更早時期歐內斯特·盧瑟福也認為這種粒子的存在，這種粒子就是現在已經被證實的中子。

約瑟夫·約翰·湯姆孫

（Joseph John Thomson）

生於：1856 年 12 月 18 日，英國曼徹斯特附近的奇塔姆山

卒於：1940 年 8 月 30 日，英國劍橋

獲獎時的工作地：劍橋大學，英國劍橋

獲獎評語：表彰他「在電子導電方面的理論和實驗研究」。

研究領域：原子物理

獲獎情況：單獨獲獎

1830 年首次出現了一種觀點，認為電是通過原子中存在的微粒進行傳導。1890 年，約瑟夫·湯姆孫爵士利用氣體環境下帶電粒子成功測定了電子質量。1897 年，他證明了陰極射線（將兩片金屬電極置於低壓氣體環境的玻璃管中，其上載入電壓，就有射線產生）含有電子，從而能夠導電。他同時指出電子是原子的一部分。

埃爾溫·薛定諤

（Erwin Schr?dinger）

生於：1887 年 8 月 12 日，奧地利維也納

卒於：1961 年 1 月 4 日，奧地利維也納

獲獎時的工作地：柏林大學，德國柏林

獲獎評語：表彰他「在原子理論中很有用的新形式的發現」。

研究領域：量子力學

獲獎情況：與另一人共同獲獎

科學成就

在波爾的原子理論中，當電子從一個原子軌道躍遷到另一軌道時，就會吸收或發射特定波長的光。這一理論能夠很好的描述氫原子的光譜特徵。但是要想描述更複雜的原子和分子，則需要進行修正。以物質（比如電子）同時具有波動性和粒子性為前提，1926 年薛定諤給出了著名的薛定諤方程，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）

生於：1868 年 3 月 22 日，美國伊利諾伊州莫里森

卒於：1953 年 12 月 19 日，美國加利福尼亞州聖馬利諾

獲獎時的工作地：加利福尼亞理工學院，帕薩迪納，美國加州

獲獎評語：表彰他「在基本電荷和光電效應中做的工作」。

研究領域：電磁效應，粒子物理

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

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。他通過平衡重力與電場力，將油滴懸浮於兩片金屬電極之間。通過對許多油滴進行實驗後，密立根證明了它們的電荷總是一個確定值的倍數，因此認定這個確定值就是電荷值。

維爾納·卡爾·海森堡

（Werner Karl Heisenberg）

生於：1901 年 12 月 5 日，德國維爾茨堡

卒於：1976 年 2 月 1 日，德國慕尼黑

獲獎時的工作地：萊比錫大學，德國萊比錫

獲獎評語：表彰他「創立了量子力學以及由此促進的氫的同素異形體的發現」。

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

在波爾的原子理論中，當電子在原子核的軌道間發生躍遷時就會吸收或者放出特定波長的能量。這一理論很好的描述了氫原子的光譜。但是要描述更複雜的原子和分子，則需要做出修訂。

1925 年，維爾納·海森堡基於矩陣法給出了一種量子模型。1927 年，他提出了「不確定性原理」，即一個運動粒子的位置和速度不能被同時確定。

威廉·康拉德·倫琴

（Wilhelm Conrad R?ntgen）

生於：1845 年 3 月 27 日，普魯士倫內普（現德國雷姆沙伊德）

卒於：1923 年 2 月 10 日，德國慕尼黑

獲獎時的工作地：慕尼黑大學，德國慕尼黑

獲獎評語：表彰其「發現了具有非凡意義的射線並在其中做出了傑出工作，這種新射線定名為倫琴射線」。

研究領域：原子物理，X射線

獲獎情況：單獨獲獎

生平

倫琴生於德國倫內普，長於荷蘭。他於蘇黎世聯邦理工血壓畢業並在那裡得到了物理學博士學位。為了繼續他的研究，倫琴先後在斯特拉斯堡、吉森、維爾茨堡的大學工作。在維爾茨堡他獲得了諾貝爾獎。1900 年，倫琴到了慕尼黑大學並在那裡度過了他的餘生，儘管他有計劃要移民到美國。1872 年他與貝塔?路德維希結婚。後來他們收養了貝塔兄弟的孩子。

科學成就

1895 年，倫琴把電極載入到兩個置於真空玻璃管中的金屬片上，用於研究陰極輻射。雖然裝置被覆蓋住，他還是觀察到當光敏板靠近時，其上有微弱的光出現。通過進一步試驗，他證實了這一現象是一種尚未為人所知的具有穿透性的射線產生的。後來X射線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）

生於：1858 年 4 月 23 日，石勒蘇益格基爾（現屬德國）

卒於：1947 年 10 月 4 日，德國哥廷根

獲獎時的工作地：柏林大學，德國柏林

獲獎理由：表彰他「因發現能量量子而對物理學的發展做出傑出貢獻」。

研究領域：量子力學

獲獎情況：單獨獲獎

當一個黑體被加熱時，照射到黑體表面的電磁輻射就會被黑體吸收並轉化為熱輻射，其光譜特徵僅與黑體溫度有關而與其材質無關。然而用當時已知的物理定律計算熱輻射會得出無意義的結果：在高頻區的熱輻射能量會趨於無窮大。馬克斯?普朗克在 1900 年通過引入量子這一理論解決了這個問題。也即，任一振子的輻射能量大小跟一個常量有關，後人將這個常量命名為普朗克常數。

諾貝爾物理學獎的那些事兒

1895 年 11 月 27 日，諾貝爾在其遺囑中寫道，諾貝爾物理學獎應頒發給「在物理學界做出了最傑出發明或發現的人」。接下來，就讓我們了解一下從 1901 年到 2016 年關於諾貝爾物理學獎的那些事兒。

諾貝爾物理學獎的數量

從 1901 年至今，共頒發了 110 個諾貝爾物理學獎。其中有六年沒有頒發，分別是 1916，1931，1934，1940，1941 和 1942 年。

獨享和共享的諾貝爾物理學獎

47 次諾貝爾物理學獎由一位獲獎者獨享；

32 次由兩位獲獎者共享；

31 次由三位獲獎者共享；

為什麼會出現這樣的情況？我們還是可以在諾貝爾委員會章程中找到答案：「若有兩個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。但諾獎不能由超過三個人共享。」

諾貝爾物理學獎得獎人數

圖丨1956、1972年諾貝爾物理學獎得主約翰?巴丁

1901-2016 年間，諾貝爾物理學獎共授予了 204 人次。其中約翰?巴丁（John Bardeen，如上圖）是唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的人，因此實際上有 203 人獲得過諾貝爾物理學獎。

諾貝爾獲獎者的生日

有心細的人統計了獲獎者的生日，發現出現最多的兩個日子是 5 月 21 日和 2 月 28 日。

平均年齡

1901 年到 2016 年間諾貝爾物理學獎獲得者平均年齡為 55 歲。

最年輕的物理學獎獲得者

圖丨1915 年諾貝爾物理學獎得主勞倫斯?布拉格

至今為止，最年輕的諾貝爾物理學獎獲得者是當時年僅 25 歲的勞倫斯?布拉格（Lawrence Bragg）。他於 1915 年和他的父親一同獲得該獎項。

最年長的物理學獎獲得者

圖丨2002 年諾貝爾物理學獎得主小雷蒙德?戴維斯

最年長的獲獎者是小雷蒙德?戴維斯（Raymond Davis Jr.），在 2002 年獲獎時他已經 88 歲高齡了。

女性獲獎者

圖丨居里夫人

在所有獲獎者中，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，她還於 1911 年獲得了諾貝爾化學獎）；

1963 年的物理獎得主瑪麗亞?格佩特－梅耶（Maria Goeppert-Mayer ）。

圖丨1963 年諾貝爾物理學獎得主瑪麗亞?格佩特－梅耶

多次獲獎的大牛

約翰?巴丁（John Bardeen）是唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的人。瑪麗?居里（Marie Curie）兩次獲得諾貝爾獎，一次是物理學獎，另一次是化學獎。

被追授的物理學獎獲得者

在物理學獎的歷史上，還沒有出現過追授已逝者的情況。1974 年開始，諾貝爾委員會章程規定，諾貝爾獎不頒給已過世的人，除非獲獎者是在獎項宣布以後過世的。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 年獲諾貝爾文學獎）。

開掛的一家人

夫妻檔：