諾貝爾欠他一個物理學獎？那些手握「諾獎級」成果的物理學大佬們

2017的諾貝爾物理獎已經落下帷幕，完成「愛因斯坦終極習題」的LIGO引力波（Kip Stephen Thome, Rainer Weiss和Barry Clark Barish）果然摘下桂冠。

引力波的發現驗證了廣義相對論最後一個未被實驗直接檢測的預言，但引力波帶來的認知革命不止於此。它和電磁輻射、粒子都不一樣，為我們開啟了一個全新的宇宙觀測時代。

我們知道，蝙蝠可以通過超聲波的振動反射感知方位和覓食，未來我們可以像蝙蝠一樣，通過引力波的振動，去感受時空的顫動。雖然引力波不是我們發出的，但是通過觀測宇宙中引力波的振動現象，可以分析宇宙的動態變化。

Rainer Weiss（左）、Kip Stephen Thome（中）、Barry Clark Barish（右）

諾貝爾物理學獎宣布以後，仍然有人認為引力波的發現不到兩年，需要充分的證據積累。現在諾貝爾委員會認為引力波確實是真實的探測，在不久的未來，可能會把應該頒給「黑洞發現」的獎補上。因為引力波、高能觀測、雙星觀測等都傾向於黑洞的存在。

那麼，除了引力波這一重大發現，近些年物理學家們還有哪些亮眼表現呢？

現在，我們就一起盤點下近年來那些取得「諾獎級」成果的物理學大佬們。

1. Michel G. E. Mayor (米歇爾·麥耶 ，1942—，瑞士)

主要成果：發現第一顆圍繞類似太陽的恆星運轉的系外行星   

Mayor是一位任教於日內瓦大學天文學系的瑞士天文學家，已於2007年退休，但仍以榮譽退休教授身份持續進行研究。

系外行星的發現，對於現代天文學來說，如同開闢了新的大航海時代。

雖然在1992年就有人用脈衝星自轉的細微變化推算出兩顆系外行星（後來增加到四顆），但真正掀起革命的還是1995年Mayor發現的飛馬座51b。這是被發現的第一顆圍繞類似太陽的恆星運轉的系外行星，同時也是熱木星的原型。

同時，此發現也是人類第一次發展出實用而系統的探測系外行星的方法：利用行星對恆星位置的微擾產生的恆星光譜多普勒頻移推算出行星/恆星的質量比。

從2003年，Mayor開始使用目前仍在使用的儀器高精度徑向速度行星搜索器（HARPS）。 HARPS 偵測最低徑向速度能達到 0.97 m/s (3.5 km/h)，有效精確度是 30 cm/s，目前全世界只有 HARPS 和另一個儀器有如此的精確度。

左上圖是ESO 3.6米望遠鏡圓頂，右上圖是望遠鏡本體。下圖則是在實驗室測試中的 HARPS。該真空室已打開，所以可見到內部一些精密儀器。

Mayor也是2007年在智利歐洲南方天文台所屬拉西拉天文台發現「格利澤581c」的11位歐洲科學家之一，這是首顆位在適居帶內的太陽系外行星。

2009年麥耶和他的團隊發現環繞主序星的，目前質量最小的太陽系外行星 「格利澤581e」。它屬於太陽系外行星，位於天秤座，距離地球大約20.5光年。這顆行星的質量至少為地球的1.9倍，是迄今發現的圍繞太陽系外恆星運轉的最小的、同時也是質量最接近地球的太陽系外行星。

不過，它的軌道距離其母星只有0.03個天文單位，遠離適居帶；同時由於高溫、過小的體積和來自恆星的強烈輻射，它也不大可能擁有大氣層。

格利澤581c（左）格利澤581e（右）

2.Yoseph Imry (約瑟夫·阿馬里，1939-，以色列)

主要成果：在介觀物理學方面的工作（這門物理學的分支以小於宏觀物體（肉眼可視）但大於原子的物體為研究對象）

Imry生於特拉維夫，1967年獲魏茨曼研究所博士學位，之後在康奈爾大學完成博士後研究。他的研究興趣跨越大量的凝聚物質和統計物理學，從相變和縮放，到超導性和隨機無序系統等。

他開創了介觀物理學的新領域，這是現代納米科學領域的先驅。

Yoseph Imry是歐洲藝術與科學學院（薩爾茲堡），歐洲藝術、科學與人文學院（巴黎），以色列國家科學院以及美國國家科學院的院士。包攬了若干著名獎項，其中包括Weizmann，Humboldt，Rotschild，Israel和EMET獎。

介觀物理學是物理學中一個新的分支學科。「介觀」這個辭彙，由Van Kampen於1981年所創，指的是介乎於微觀和宏觀之間的尺度。

微觀，介觀和宏觀的區別從材料學角度來說主要是: 材料學分為微觀（nm尺度），介觀（um尺度）和宏觀（mm尺度）。微觀更接近物理學，研究原子和分子的電子結構和晶體結構的改變會怎樣影響材料的基本性質。介觀即一般所說的材料學，研究例如晶體缺陷的形成與移動機制及其對材料力學性能或其它宏觀性能的影響。宏觀則主要是力學和加工範疇了。

3.James Bjorken (詹姆斯·比約肯，1934-，美國)

主要成果：對深度非線性散射的尺度預測，導致成功識別核子內的類點成分。也是第一個（1982年）指出重離子碰撞中噴射淬火現象的人

Bjorken是當代著名理論物理學家，對基本粒子物理學的發展做出過若干影響深遠的重要貢獻。

他1956年在麻省理工學院獲得理學學士，1959年在斯坦福大學獲得理學博士，1962年至1979年在SLAC先後任副教授和教授，1979年至1989年擔任費米實驗室理論部副主任，1989年後重返SLAC，1998年至今為斯坦福大學榮譽教授。並於2004年榮獲國際理論物理中心頒發的狄拉克獎章。

Bjorken職業生涯的大部分時間裡，都在與數據打交道。在20世紀60年代，技術水平的穩步提高和實驗進度的加快使得粒子物理髮展迅猛。然而實驗規模龐大，運轉周期長，需要巨額投資，以致於不能給研究者提供很多既未得到解答又在實驗課檢驗範圍內的問題。

1969年Murray Gell-Mann獲得了諾貝爾獎，獲獎原因是：「對基本粒子的分類及其相互作用的研究發現和貢獻」。但是，他卻沒有因為他最為著名的發現——夸克而專門獲得過諾貝爾獎。這種物質的最小粒子構成了質子、中子和其它粒子。這一發現使得我們對物質世界有了更深層次的理解。鑒於此，一些物理學家甚至建議應該再給他頒發一個諾貝爾獎，同時還應該頒發給Bjorken，他讓現在已被公認的、證實夸克理論的那些實驗變得有意義。

4. Phaedon Avouris (費登·阿沃里斯，1945-，希臘)

主要成果：碳納米管和石墨烯的電學，光學和光電子性質的實驗和理論研究

1974年，Avouris在密歇根州立大學獲得物理化學博士學位。之後在加州大學洛杉磯分校做了博士後工作，並在AT＆T貝爾實驗室擔任研究員，1978年加入沃森研究中心的IBM研究部門，2004年當選為IBM研究員。目前是納米科學和納米技術的經理。同時，也是哥倫比亞大學和伊利諾伊大學的兼職教授。

他的研究重點是碳納米管和石墨烯的電學，光學和光電子性質的實驗和理論研究。該工作包括納米電子和光電器件和電路的設計，製造和研究。

Avouris開發了用於測量動力碳納米管器件中能量和熱量分布的技術。研究人員使用這些變化作為「溫度計」來探測在形成納米管的原子和支撐襯底的原子的不同振動運動模式之間如何消耗電流的能量。

Avouris認為，納米技術在電子工業中得到成功應用，在未來，可能會在催化劑、塗料、潤滑劑、更強的複合材料以及製藥中應用。而在電子產品中碳納米管是否能取代矽片，結果是不可預知的。

Avouris是希臘人，對於希臘的經濟低迷和未來發展，Avouris也提出了自己的看法：希臘應主要投資於人力資本，良好的教育，創造性的思想，合作精神，提出建設性的解決方案才能實現自給自足。在這個相互關聯的世界中，關鍵貨幣是知識。

（Avouris的碳納米管熱量測量技術：電子通過納米管時，納米管被加熱，能量電子先激發標記為K的碳原子的振動，隨後能量以不同速率流向其他振動模式，圖中箭頭的不同寬度表示不同速率。最後形成能量的非平衡分布。）

5. Mitchell J. Feigenbaum (米切爾·費根鮑姆，1944-，美國)

主要成果：第一個發現了非線性和混沌物理系統並確定了費根鮑姆常數

Feigenbaum出生在美國汽車城—費城，二戰後舉家遷至布魯克林，天才的Feigenbaum所呈現的內向、任性和創新的性格不能不說是帶上了「布魯克林」的色彩。1964年在紐約市立大學畢業後，他進入麻省理工從事物理學研究，在1970年獲得基本粒子物理博士學位。

而後的四年間，卻是他人生中「不堪回首」的一段。憑著麻省理工博士的硬牌子進入了康奈爾大學，卻半點不思基本粒子，每天如痴如醉地熱衷於非線性和chaos（混沌）！要知道當年的chaos正在「胎兒」時期，正是進入這個全新領域的好時機，卻也正是外人所不能理解的「壞」時光。

1972年，Feigenbaum被「請出」康奈爾，轉入弗吉尼亞專科學院，不到兩年又待不下去了。在同行們眼裡，Feigenbaum是怪異的。他的名下只發表過一篇文章，而且沒有去研究任何別人看起來會有出息的事情。他說話總是很快，往往丟掉冠詞和代詞，彷彿有點中歐腔。工作時像著魔一樣，無法工作時就散步和思考，無論白天還是夜晚。

他的怪異引起了卡拉瑟斯教授的密切關注，因為Feigenbaum提出的古怪問題中包含著深邃的思想和紮實的基礎。

1974年，只有少數同事們知道，Feigenbaum在研究一個他自稱為「不那麼明顯」的問題——混沌（chaos），並取得了最後的勝利—發現了非線性科學中重要的不變性Feigenbaum常數。

費根鮑姆常數是複平面中實軸上連續圓的直徑之比

指數圖

6.Rashid Sunyaev (拉希德·蘇尼亞耶夫，1943-，俄國，德國)

主要成果：幫助人們認識了宇宙的起源、星系形成過程、黑洞盤吸積以及其它宇宙現象

Sunyaev是俄羅斯和德國的天體物理學家。出生於烏茲別克，當時屬於前蘇聯。Sunyaev於1966年在莫斯科物理與技術研究所獲得物理學碩士學位，並於1968年獲得莫斯科國立大學天文物理博士學位。作為研究生，Sunyaev最初對粒子物理學感興趣，但在1965年會見了Zel'dovich後，他開始從事天體物理學研究。

宇宙學和天體物理學在某些方面是科學領域最為抽象的，不僅僅是因為它們處理了終極問題——宇宙是如何開始的，最終會如何終止？而且，在解決這些問題時，它們會面對時間的深度和距離的廣度問題。

四十多年來，Sunyaev一直在追尋這些終極問題，探索其深遠影響，引導一代又一代科學家們深入了解宇宙的誕生，生命和終極命運等問題。

Sunyaev的早期工作集中在使用CMB（宇宙微波背景輻射）來揭示宇宙的早期歷史。1966年，Sunyaev和Zel'dovich研究了早期宇宙中密度波動演化的理論。

他們發現的SZ效應認為：宇宙微波背景輻射的光子與星系團等天體中的高能電子發生逆康普頓散射而導致觀測到的溫度分布產生變化。

這個效應已經在某些星系團中觀測到，可以用於檢測宇宙中的物質分布、確定哈勃常數的數值、星系團中的熱等離子體的質量等等。

Sunyaev的職業生涯展現出廣泛的興趣，涵蓋從宇宙本身到諸如黑洞和X射線源等天文現象的小規模工作的一切。作為科學家，他還積极參与了諸如普朗克，GRANAT，INTEGRAL和Spectrum X航天器等各種太空任務。

目前，他擔任德國慕尼黑馬克斯普朗克天體物理研究所所長，以及俄羅斯科學院空間研究所首席科學家。他是許多國際科學獎和榮譽的獲得者，其中包括英國皇家天文學會金質獎章，瑞典皇家科學院天文學獎，美國天文學會終身成就獎，以及德意志聯邦共和國勳章。

成長為星系的種子在137.70億年間的溫度波動

除了以上科學家們的研究，還有包括宇宙暴脹理論（Alan Harvey Guth和佐藤勝彥等）、威爾金森微波各向異性探測器試驗（David N. Spergel等）和多鐵性材料（Ramamoorthy Ramesh等）等研究也做出了傑出的成果。

出品：科普中國

製作：雁丘客

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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本文由科普中國融合創作出品，轉載請註明出處。

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