2019物理学诺奖揭晓:主角重归星辰大海,量子计算无缘登台

十月的第一个星期,黄金周已正式「收官」,而诺贝尔「开奖」仍在继续。

北京时间 10 月 8 日下午 5 点 30 分许,2019 年诺贝尔物理学奖在瑞典揭晓——诺贝尔委员会宣布,将此奖颁给加拿大裔美国科学家 Jim Peebles,瑞士科学家 Michel Mayor 、瑞士科学家 Didier Queloz。

加拿大-美国物理学家吉姆·皮布尔斯的获奖理由是物理宇宙学的理论发现,两位瑞士物理学家米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎罗兹则是发现了绕类太阳恒星运转的系外行星。
百年前,物理学曾被认为是最重要的学科,也是 1895 年、瑞典著名化学家 阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔 要求设立五大奖项的遗嘱中,最先被提到的领域。

相较其它自然科学奖项,诺贝尔物理学奖的规律性较为明显,四大领域轮番登台——粒子物理、天体物理、凝聚态物理、原子分子及光物理。

2015 年开始,诺贝尔物理学奖先后表彰了如下成果,分别为:2015 年的中微子振荡(天体物理或粒子物理)、2016 年的拓扑相变(凝聚态物理)、2017 年的引力波(天体物理)以及 2018 年的光镊和啁啾放大(激光物理)。

2019 年,一个新周期的起始,命题又回到了星辰大海。而此前呼声较高的 Artur K.Ekert 教授和他在量子计算和量子密码学方面的贡献并没有在今年站上舞台。
吉姆·皮布尔斯,出生于加拿大的温尼伯,物理学家和理论宇宙学家,普林斯顿大学阿尔贝特·爱因斯坦荣誉科学教授,2019 年诺贝尔物理学奖获得者。

自 1970 年以来,他被称之为是世界领先的理论宇宙学家,主要对原始核合成、暗物质、宇宙微波背景和结构形成等领域做出了理论贡献。

1987 年,他对早期宇宙的演化提出了原初等曲率重子模型;在 1970 年代初,他对暗物质问题的建立做出了贡献。有趣的是,他还曾以自己的名字命名一颗小行星——「皮布尔斯星」。

他曾出版三本教科书,分别是《物理宇宙学》1971 年、《宇宙的大尺度结构》1980 年、《物理宇宙学原理》1993 年,这些书已经成为这些领域标准的参考文献。

诺奖委员会在新闻发布会上指出,「诺贝尔奖得主 Michel G. E. Mayor(米歇尔·麦耶)和 Michel G. E. Mayor(迪迪埃·奎洛兹)开启了天文学的一场革命,自那以来,银河系已经发现了 4000 多颗系外行星。奇异的新世界仍在不断被发现,其大小、形状和轨道之丰富令人难以置信。」

早在 16 世纪,意大利哲学家乔尔丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno)提出日心说,认为天上那些如同太阳一样的星星们周围可能也像太阳一样被行星环绕。艾萨克·牛顿(Isaac Newton)也在其巨著《自然哲学的数学原理》的附录中提出了相似的观点。

然而,在 19 世纪,大家想了许多的侦测方法,但最终所有的观测得到的结果都是否定的。1995 年,围绕主序星的首颗太阳系外行星被发现。Michel G. E. Mayor 和 Didier Patrick Queloz(2019 年诺奖物理学奖另一位获得者)通过径向速度法在飞马座 51 附近(距离太阳系约 50.9 光年,即 15.6 秒差距)发现了一颗以 4 天周期公转一周的巨大行星——飞马座 51b。
旧金山州立大学的天文学家 Geoffrey W. Marcy 和加州大学伯克利分校的 Paul Butler 使用美国加州利克天文台的 Hamilton 摄谱仪确认了这项发现。

事实上,不少人也将 1995 年的那场大发现视为另一场哥伦布发现新大陆式的革命。从那时至今,天文界已经确认了 2000 多颗系外行星的存在。它们分别被收录在欧洲或美国的行星列表中。而这些行星清单也越写越长。2015 年,平均每 3 天就发现一颗新行星。
米歇尔·麦耶, 瑞士天文学家,任教于日内瓦大学 天文学系的,已于 2007 年退休,但仍以荣誉退休教授身份持续进行研究。

麦耶于 1942 年生于瑞士沃州 埃沙朗 (Echallens)。他和迪迪埃·帕特里克·奎洛兹 1995 年 10 月一起发现了第一个环绕类太阳恒星飞马座 51 的行星飞马座 51b 。

麦耶在洛桑大学取得物理学位之后,于 1971 年在日内瓦大学取得天文学博士学位。他以休假方式在英国剑桥的天文台、智利的欧洲南方天文台和夏威夷的夏威夷大学天文研究所进行研究。

直到 1998 年,他和其他人一起发表了超过 200 篇科学论文。1989 年到 1992 年期间他在欧洲南方天文台工作。1988 年到 1991 年之间他是和国际天文联会 一起研究星系  结构;而 1990 年到 1993 年间则是和瑞士天文及天文物理学会 (Swiss Society for Astrophysics and Astronomy,暂译)一起研究。

自从麦耶等人发现了飞马座 51b 之后,他的研究则主要是发现太阳系外行星 。

2003 年他开始使用目前仍使用的仪器,高精度径向速度行星搜索器(High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, HARPS)。

2007 年,麦耶作为智利欧洲南方天文台所属拉西拉天文台发现格利泽 581c 的 11 位欧洲科学家之一,这是首颗位在适居带内的太阳系外行星。此后,2009 年麦耶和他的团队发现环绕主序星的,目前质量最小的太阳系外行星格利泽 581e。
Didier Queloz(左,现就职于剑桥卡文迪许实验室)与 Michel Mayor(右)

迪迪埃·帕特里克·奎洛兹,瑞士天文学家,现就职于剑桥卡文迪许实验室。在寻找太阳系外行星方面也颇有贡献。

2000 年,Didier Queloz 首次测量了热木星(HD209458b)的公转与其主星自转方向的一致性——结果非常一致。接下来几年,世界各地的研究人员对其它几个热木星的测量也都得到了类似结果。
在日内瓦大学读博士时,他和米歇尔·麦耶共同发现了围绕主序星的首颗太阳系外行星。奎洛兹用径向速度测量的方法分析了飞马座 51,结果发现了一颗轨道周期为 4.2 天的行星。这颗行星就是飞马座 51b,挑战了当时正统的关于行星形成的见解。

发现行星的两种主要方法:分别是径向速度监测和系外行星检测法。径向速度监测,是利用同光谱仪相连的望远镜来解析恒星发出的光芒。

对于此类研究,日内瓦天文台拥有世界上最先进的仪器:它的两部北方高精度径向速度行星搜索器分别安置在智利和加纳利群岛。20 年来,Michel Mayor 的团队和其新生研究力量在系外行星的发现方面,一直保持着世界领军的地位。

诺贝尔物理学奖近五年得主

2018 年,美国科学家亚瑟•阿斯金(Arthur Ashkin)、法国科学家杰哈•莫罗(Gerard Mourou)和加拿大科学家唐娜•斯特里克兰(Donna Strickland)获奖,理由是「在激光物理领域的突破性发明」。其中,阿斯金的贡献为「光学镊子及其在生物系统的应用」,莫罗和唐娜的贡献为「产生高强度超短光学脉冲的方法」。
2017 年,三名美国科学家雷纳•韦斯、基普•索恩和巴里•巴里什获奖,理由是「在 LIGO 探测器和引力波观测方面的决定性贡献」。
2016 年,三位英美科学家大卫•索利斯、邓肯•霍尔丹、迈克尔•科斯特利茨获奖,理由是「理论发现拓扑相变和拓扑相物质」。
2015 年,日本科学家梶田隆章与加拿大科学家阿瑟•麦克唐纳获奖,理由是「发现中微子振荡现象,该发现表明中微子拥有质量」。
2014 年,日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二获奖,理由是「发明了蓝色发光二极管(LED),并因此带来的新型节能光源」。
「数」说诺贝尔物理学奖
112 次:

1901 年以来,诺贝尔物理学奖共颁发过 112 次。其中有六个年份没有颁发过诺贝尔物理学奖,分别是 1916、1931、1934、1940、1941 和 1942 年。根据组委会的章程,如果候选人的贡献没有达到要求,那么奖金将被留至下一年。如果第二年仍然没有合适人选,奖金将被加入到基金会的初始资金中。在两次世界大战期间,诺贝尔奖较少颁出。

210 人:

1901-2016 年,共 210 人次获得了诺贝尔物理学奖。其中,美国物理学家 John Bardeen(约翰•巴丁,1908 年 5 月 23 日-1991 年 1 月 30 日)因晶体管效应和超导的 BCS 理论在 1956 年、1972 年两次获得诺贝尔物理学奖。

25 岁:

迄今为止,最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是 William Lawrence Bragg,获奖时是 25 岁。1915 年,他和他的父亲 William Henry Bragg 同时获奖。

96 岁:

2018 年,亚瑟•阿斯金(Arthur Ashkin)以 96 岁高龄获奖,是诺贝尔物理学奖得主中的最年长者。
3 位女性:

历史上曾有 3 名女性获得诺贝尔物理学奖,分别是「居里夫人」玛丽•居里(Marie Curie)、德裔美国物理学家玛丽亚•格佩特-梅耶(Maria Goeppert-Mayer)和 2018 年的得主唐娜•斯特里克兰。

其中,玛丽•居里两度获得诺奖。1903 年,居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。1911 年,居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖,成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。
理论物理量子计算诺贝尔奖
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