愛因斯坦與諾貝爾獎(jiǎng)

1、2021/3/1412021/3/142E=mc2狹義相對(duì)論博士論文獲諾貝爾獎(jiǎng)之作導(dǎo)致PerrinPerrin獲諾貝爾獎(jiǎng)1905776次121次423次1625次引用1672次 1905.111905.071905.061905.091906.022021/3/143物理物理化學(xué)化學(xué)其他其他理論物理理論物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)物理相對(duì)論相對(duì)論量子論量子論統(tǒng)計(jì)物理統(tǒng)計(jì)物理愛因斯坦愛因斯坦-德哈斯效應(yīng)德哈斯效應(yīng)光化學(xué)光化學(xué)單位單位:愛因斯坦愛因斯坦光電效應(yīng)光電效應(yīng)（1921E） (1923M）固體比熱固體比熱光子二象性光子二象性（1927C） （1929B）受激輻射受激輻射（1964TBP）躍遷幾率躍遷幾

2、率EPR,糾纏態(tài)糾纏態(tài)狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論E=mc2 （1951CW）廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論引力波引力波（1993HT）宇宙學(xué)宇宙學(xué)宇宙常數(shù)宇宙常數(shù)（2006MS）運(yùn)動(dòng)問題運(yùn)動(dòng)問題統(tǒng)一場(chǎng)論統(tǒng)一場(chǎng)論布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)（1926P）漲落理論、臨界乳光漲落理論、臨界乳光玻色愛因斯坦統(tǒng)計(jì)玻色愛因斯坦統(tǒng)計(jì)玻色愛因斯坦凝聚玻色愛因斯坦凝聚 （2001CKW）A.愛因斯坦愛因斯坦和平和平原子彈原子彈2021/3/1440500 100015002000250019001020304050776-SR423-PhE1625-BM121-Em1672-Dr515-BM294-SH671-CL1023-Dr40-Ph

3、C456-GR719-LA78-Cos111-BE96-BE2698-EPR2858190-GW315-MO總引用數(shù)總引用數(shù):15641次次愛因斯坦重要論文的引用情況數(shù)篇推廣相對(duì)論數(shù)篇推廣相對(duì)論100-1462021/3/1452021/3/1462021/3/147 Ostwald、Pringsheim、Schaefer、Wien、Naunyn、Chwolson、Ehrenhaft、Haas、Warburg、Weiss、von Laue、E. Meyer、 S. Meyer、Planck、Arrhenius、Perrin、Svedberg、Gouy、WaldeyerHartz、Ornstei

4、n、Julius、Zeeman、Onnes、Bohr、Dllenbach、Eddington、Faffe、Marx、Nordstrm、Walcott、Wiener、Lyman、Oseen、Sommerfeld、Brillouin、de Donder、Emden、Wagner、Langevin、Poulton等人。等人。2021/3/148 相對(duì)論相對(duì)論;量子論量子論;引力論引力論;布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng);光量子光量子;統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué);臨界乳光臨界乳光;比熱比熱;數(shù)學(xué)物理數(shù)學(xué)物理;光電效光電效應(yīng)應(yīng);愛因斯坦德哈斯效應(yīng)等。愛因斯坦德哈斯效應(yīng)等。 提名最多的領(lǐng)域是相對(duì)論提名最多的領(lǐng)域是相對(duì)論,包括狹義和

5、廣義包括狹義和廣義相對(duì)論。但是相對(duì)論。但是,獲獎(jiǎng)的卻是光電效應(yīng)。獲獎(jiǎng)的卻是光電效應(yīng)。2021/3/149 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:1921 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:A. Einstein 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for his services to theoretical physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect 瑞典皇家科學(xué)院秘書的信瑞典皇家科學(xué)院秘書的信:“但是沒有考慮您的但是沒有考慮您的相對(duì)論和引力理論一旦得到證實(shí)所應(yīng)獲得的評(píng)價(jià)相對(duì)論和引力理論一旦得到證實(shí)所應(yīng)獲得的評(píng)價(jià)”2021/3/1410

6、2021/3/1411 得獎(jiǎng)年:1923 得獎(jiǎng)人:R. A. Millikan 得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effect 說明:實(shí)驗(yàn)證明單元電荷和光電效應(yīng)2021/3/1412 得獎(jiǎng)年:1926 得獎(jiǎng)人:J.B. Perrin 得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for his work on the discontinuous structure of matter, and especially for his discovery of sedimentation equilib

7、rium 說明:首次實(shí)驗(yàn)證明Einstein的布朗運(yùn)動(dòng)理論2021/3/1413 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:1927 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:A.H. Compton 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for his discovery of the effect named after him 說明說明:首次證明光子同時(shí)具有能量、動(dòng)量、首次證明光子同時(shí)具有能量、動(dòng)量、頻率、波長(zhǎng)頻率、波長(zhǎng)“E=h, p=h/”2021/3/1414 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:1929 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:Louis de Broglie 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for his discovery of the wave nature of electrons 說明說明:

8、首次將愛因斯坦的光子的波粒二象性首次將愛因斯坦的光子的波粒二象性推廣到電子推廣到電子2021/3/1415 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:1951 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:Sir J.D. Cockcroft & E.T.S. Walton 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for their pioneer work on the transmutation of atomic nuclei by artificially accelerated atomic particles 說明說明:“a verification was provided by this analysis for Einsteins law concerni

9、ng the equivalence of mass and energy”2021/3/1416 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:1964 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:C.H. Townes, N.G. Basov, A.M. Prochorov 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle 說明說明:maserlaser based on

10、受激輻射受激輻射2021/3/1417 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:1993 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:R.A. Hulse, J.H. Taylor, Jr 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for the discovery of a new type of pulsar, a discovery that has opened up new possibilities for the study of gravitation 說明說明:驗(yàn)證了引力波驗(yàn)證了引力波2021/3/1418 得獎(jiǎng)年得獎(jiǎng)年:2001 得獎(jiǎng)人得獎(jiǎng)人:E.A. Cornell, W. Ketterle, C.E. Wieman 得獎(jiǎng)項(xiàng)目得獎(jiǎng)項(xiàng)目:for the

11、 achievement of Bose-Einstein condensation in dilute gases of alkali atoms, and for early fundamental studies of the properties of the condensates2021/3/1419John C. Mather, George F. Smoot獲獎(jiǎng)人獲獎(jiǎng)人: John C. Mather, George F. Smoot獲獎(jiǎng)項(xiàng)目獲獎(jiǎng)項(xiàng)目:for their discovery of the blackbody form and anisotropy of the

12、cosmic microwave background radiation“說明說明:1990和和1992的的COBE觀測(cè)結(jié)果觀測(cè)結(jié)果2021/3/1420 與愛因斯坦工作間接有關(guān)而獲諾貝爾獎(jiǎng)的項(xiàng)目還有很多,如1967年的恒星能源（H.Bethe）等。2021/3/14212021/3/1422 1919提名提名Planck 1921提名提名Masaryk（捷克總統(tǒng)）和平獎(jiǎng)（捷克總統(tǒng)）和平獎(jiǎng) 1923提名提名FranckHertz、LangevinWeiss、SternGerlach、Sommerfeld、Compton、Wilson、Debye 1925提名提名Rondon元帥和平獎(jiǎng)元帥和平

13、獎(jiǎng);Compton 1927提名提名Compton 1928提名提名de Broglie、DavissonGermer、 Schrdinger、 Heisenberg、Born、Jordan2021/3/1423 1931提名提名Schrdinger、 Heisenberg 1932提名提名Brown和平獎(jiǎng)和平獎(jiǎng);Schrdinger 1935提名提名Ossietzky和平獎(jiǎng)和平獎(jiǎng) 1940提名提名Stern、Rabi 1945提名提名Pauli 1947提名提名Wallenberg和平獎(jiǎng)和平獎(jiǎng) 1951提名提名Broch文學(xué)獎(jiǎng)文學(xué)獎(jiǎng);Forster和平獎(jiǎng)和平獎(jiǎng) 1954提名青年阿利亞國(guó)際組織

14、和平獎(jiǎng)提名青年阿利亞國(guó)際組織和平獎(jiǎng);Bothe2021/3/1424 愛因斯坦極力推薦和提名量子力學(xué)的創(chuàng)始愛因斯坦極力推薦和提名量子力學(xué)的創(chuàng)始人為諾貝爾獎(jiǎng)候選人人為諾貝爾獎(jiǎng)候選人: de Broglie、Schrdinger、Heisenberg、Born、Jordan 愛因斯坦曾對(duì)愛因斯坦曾對(duì)Stern說說:“我在量子問題上我在量子問題上費(fèi)的心思費(fèi)的心思,100倍于廣義相對(duì)論。倍于廣義相對(duì)論?！?021/3/14252021/3/1426 EPR effect Entanglement 量子信息學(xué)量子信息學(xué) 量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)2021/3/1427 1979:Walsh,Carswell,

15、Weymann 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了首個(gè)類星體（了首個(gè)類星體（0957561）的引力透鏡）的引力透鏡現(xiàn)象。現(xiàn)象。 隨后隨后,一大批引力透鏡現(xiàn)象（包括愛因斯坦一大批引力透鏡現(xiàn)象（包括愛因斯坦環(huán)、愛因斯坦弧等）被發(fā)現(xiàn)。環(huán)、愛因斯坦弧等）被發(fā)現(xiàn)。2021/3/1428 COBE衛(wèi)星衛(wèi)星 WMAP衛(wèi)星衛(wèi)星 導(dǎo)致精確宇宙學(xué)、和諧宇宙學(xué)的建立導(dǎo)致精確宇宙學(xué)、和諧宇宙學(xué)的建立上面是上次報(bào)告的內(nèi)容。最近公布的諾上面是上次報(bào)告的內(nèi)容。最近公布的諾貝爾物理獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單貝爾物理獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單J.C. Mather和和G.F.Smoot, ,正是獎(jiǎng)給正是獎(jiǎng)給COBE這個(gè)項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目。2021/3/1429 黑洞物理以及黑洞天體物理

16、黑洞物理以及黑洞天體物理 黑洞吸積及輻射黑洞吸積及輻射 黑洞觀測(cè)與證認(rèn)黑洞觀測(cè)與證認(rèn)2021/3/1430 間接檢驗(yàn)引力波間接檢驗(yàn)引力波 已有已有HulseTaylor工作（已獲獎(jiǎng)）工作（已獲獎(jiǎng)） 雙脈沖星觀測(cè)雙脈沖星觀測(cè) 已有許多方案和衛(wèi)星設(shè)計(jì)直接觀測(cè)引力波已有許多方案和衛(wèi)星設(shè)計(jì)直接觀測(cè)引力波 （很可能會(huì)導(dǎo)致新獎(jiǎng)）（很可能會(huì)導(dǎo)致新獎(jiǎng)）2021/3/1431 愛因斯坦宇宙愛因斯坦宇宙 宇宙常數(shù)宇宙常數(shù) 萬有斥力萬有斥力 宇宙常數(shù)宇宙常數(shù) 三起三落三起三落 宇宙年齡宇宙年齡 減速因子減速因子加速膨脹的發(fā)現(xiàn)加速膨脹的發(fā)現(xiàn) 暗能量暗能量 精確宇宙學(xué)、和諧宇宙學(xué)精確宇宙學(xué)、和諧宇宙學(xué) 大突破的前夕大突

17、破的前夕2021/3/14322021/3/14332021/3/1434 2021/3/14352021/3/14362021/3/14372021/3/14382021/3/1439溫度（K） 能量（eV） 時(shí)間（秒）時(shí)代物理過程1032102810-44Planck時(shí)代1028102410-3610-35,-33暴脹階段暴脹階段暴脹過程暴脹過程101310910-6強(qiáng)子時(shí)代101110710-2輕子時(shí)代10101061中微子脫耦中微子脫耦510951055電子對(duì)湮滅電子對(duì)湮滅1091053分分核合成時(shí)代核合成時(shí)代輕核素生成輕核素生成3 1030.338萬年萬年復(fù)合時(shí)代復(fù)合時(shí)代微波背景輻射

18、微波背景輻射4億年第一代恒星生成再電離星系大尺度結(jié)構(gòu)形成2.7310-4137億年現(xiàn)代2021/3/1440核合成時(shí)代核合成時(shí)代2021/3/1441 核合成溫度核合成溫度 TS 109 K n+p d+ TS時(shí)時(shí): n+p d+ 4He豐度豐度: (p/n)S基本上是基本上是(p/n)D 1/0.224,但要作中但要作中子子衰變等修正。與觀測(cè)結(jié)果相符。衰變等修正。與觀測(cè)結(jié)果相符。)/exp(2B21)/(12TkmcpnYsnpsnpn2021/3/14422021/3/1443可見物質(zhì)含量明確可見物質(zhì)含量明確2021/3/1444 宇宙早期許多事情均發(fā)生在極短時(shí)間內(nèi)。 重要的是效率,而不是

19、時(shí)間。 從物理上看,效率決定于碰撞次數(shù)。宇宙早期,高溫高密,碰撞十分頻繁,正是高效時(shí)期,完全可以理解。 例:煤燃燒高溫高效。2021/3/14452021/3/1446 復(fù)合溫度復(fù)合溫度 Tr 3000 K (宇宙年齡宇宙年齡 38萬年萬年) TTr時(shí)時(shí): 等離子體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為中性原子氣體等離子體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為中性原子氣體 宇宙變成透明宇宙變成透明 按按Z+1=T/T0,復(fù)合時(shí)代的輻射成為今天的復(fù)合時(shí)代的輻射成為今天的2.7 K微波背景輻射。微波背景輻射。 HepHep2021/3/1447 電視機(jī)屏幕上在沒有節(jié)目時(shí)呈現(xiàn)的雪花噪雪花噪聲聲中就包含有微波背景輻射,無處不在! 微波背景輻射是宇宙38萬歲

20、時(shí)從3000度的高溫等離子體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為中性氣體而遺留下來的殘留余輝,現(xiàn)在的溫度只有約2.725度。微波背景輻射反映38萬歲時(shí)情形。 它是宇宙中最完美的黑體輻射。2021/3/1448 38萬年前是等離子體,光子頻繁碰撞;38萬年時(shí),光子經(jīng)最后散射而脫耦成為背景輻射;微波背景輻射帶著38萬歲時(shí)的宇宙信息。 微波背景輻射是可以直接觀測(cè)到的最早、也是最遠(yuǎn)的信息（比如太陽(yáng),所有看到的光子均代表太陽(yáng)表面的信息,不能直接看到太陽(yáng)內(nèi)部的信息:太陽(yáng)內(nèi)部的光子要經(jīng)頻繁碰撞后才能在太陽(yáng)表面處經(jīng)最后一次碰撞而帶著那里的信息跑出來）。2021/3/1449 9分鐘內(nèi)即測(cè)得宇宙微波背景輻射的完整的分鐘內(nèi)即測(cè)得宇宙微波背

21、景輻射的完整的黑體譜黑體譜:1964652021/3/14502021/3/1451顏色代表溫度顏色代表溫度2021/3/14522021/3/1453 1917年年:為了得到靜態(tài)宇宙為了得到靜態(tài)宇宙,要求要求 在原來的廣義相對(duì)論引力場(chǎng)方程中做不到。在原來的廣義相對(duì)論引力場(chǎng)方程中做不到。 愛因斯坦引入宇宙常數(shù)愛因斯坦引入宇宙常數(shù) 項(xiàng)項(xiàng),相當(dāng)于斥力項(xiàng)相當(dāng)于斥力項(xiàng),以平以平衡引力而達(dá)到靜態(tài)。衡引力而達(dá)到靜態(tài)。 Hubble發(fā)現(xiàn)膨脹后發(fā)現(xiàn)膨脹后, 是否仍然存在是否仍然存在?0 , 0RR 2021/3/1454)0()g/cm 1088. 1( / )(43 )( 32298323822382122

22、4不可能同時(shí)和宇宙不可能保持靜止：宇宙動(dòng)力學(xué)方程宇宙學(xué)原理使之簡(jiǎn)化為：廣義相對(duì)論引力場(chǎng)方程RRhRkcRRRHRGRTRgRGHcGcPcG 2021/3/1455TRgRcG4821TgRgRcG4821gTRgRcG4821空間空間物質(zhì)物質(zhì)2021/3/1456 牛頓: 廣義相對(duì)論: 物態(tài): w0（非相對(duì)論）;1/3（相對(duì)論） 對(duì)于一般物質(zhì),w不可能是負(fù)的不可能是負(fù)的。 宇宙常數(shù)相當(dāng)于:w1RRcPG)(2334 RaGRGMmF3422cwP2021/3/1457 Einstein方程: 存在 相當(dāng)于作如下變換: 提供了正密度正密度(c2/8G), 負(fù)壓強(qiáng)負(fù)壓強(qiáng)(c4/8G)。TgRgR

23、cG48214821TRgRcGgTTGc84GcGcPPP8842正密度正密度負(fù)壓強(qiáng)負(fù)壓強(qiáng)暗能量暗能量代表一種代表一種“新物質(zhì)新物質(zhì)”2021/3/1458 1998年,美國(guó)兩個(gè)科研組獨(dú)立發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹,表明存在斥力,有暗能量。 2003年,WMAP精確地測(cè)定了宇宙微波背景輻射的105量級(jí)的微小各向異性。 結(jié)合SDSS等大尺度結(jié)構(gòu)測(cè)量等,定出: 重子物質(zhì)4;暗物質(zhì)23; 暗能量73。2021/3/145918個(gè)個(gè)Ia型型SN的平均峰值絕對(duì)的平均峰值絕對(duì)星等星等:MB = -19.33 0.25 （Y.Wang, 2000, ApJ. 536. 531）重要發(fā)現(xiàn)重要發(fā)現(xiàn):加速膨脹加速膨脹!

24、2021/3/1460微波背景輻射的各微波背景輻射的各向異性向異性:COBE（上）（上）;WMAP（下）全天圖。（下）全天圖。WMAP的分辨率的分辨率和靈敏度遠(yuǎn)高于和靈敏度遠(yuǎn)高于COBE。Freedman & Turner, 2003, astro-ph/03084182021/3/14612021/3/1462,( , )lmlml mTa YT 2llmCa ,( , )lmlml mTa YT CMB功率譜（WMAP）G. Hinshaw et al, ApJS, 148(2003), 135紅線代表最佳宇宙模型D.N. Spergel et al, ApJS, 148(2003), 1

25、75,( , )lmlml mTa YT 功率譜功率譜2021/3/1463超新星超新星微波背景輻射微波背景輻射大尺度結(jié)構(gòu)大尺度結(jié)構(gòu)和諧一致和諧一致可以看出可以看出,僅有可見僅有可見物質(zhì)和暗物質(zhì)物質(zhì)和暗物質(zhì),不可不可能得到合理的結(jié)果。能得到合理的結(jié)果。2021/3/1464A. Melchiorri, et al, PRD, 2003, 68, 043509超新星超新星微波背景輻射各向異性微波背景輻射各向異性哈勃常數(shù)哈勃常數(shù)大尺度結(jié)構(gòu)大尺度結(jié)構(gòu)大爆炸核合成大爆炸核合成1/2cPw與宇宙常數(shù)接近與宇宙常數(shù)接近2021/3/1465暗能量暗能量:73%;暗物質(zhì)暗物質(zhì):23%;發(fā)光物質(zhì)發(fā)光物質(zhì):0.

26、4%（恒星和發(fā)光氣體（恒星和發(fā)光氣體0.4%;輻射輻射0.005%）;不可見的普通物質(zhì)不可見的普通物質(zhì): 3.7%（星系際氣體（星系際氣體3.6%; 中微子中微子0.1%;超重黑洞超重黑洞0.04%）2021/3/1466 Before WMAPWMAPHigh precision精確宇宙學(xué)的誕生精確宇宙學(xué)的誕生2021/3/14672021/3/1468 現(xiàn)今WMAP等的觀測(cè)檢驗(yàn)比較好地支持,或者更確切地說,支持接近于1。即使果然支持宇宙常數(shù)的觀點(diǎn),觀測(cè)要求相應(yīng)的很小。但從量子的觀點(diǎn)來說,真空能量密度應(yīng)當(dāng)比觀測(cè)值大120個(gè)數(shù)量級(jí)?？梢姶芯康目臻g還是相當(dāng)大的。這些狀況使: 普林斯頓大學(xué)的斯坦

27、哈德（普林斯頓大學(xué)的斯坦哈德（Paul Paul SteinhardtSteinhardt）感慨地說）感慨地說: :現(xiàn)今宇宙學(xué)正處于現(xiàn)今宇宙學(xué)正處于一個(gè)重大的革命時(shí)期一個(gè)重大的革命時(shí)期, ,正如哥白尼（正如哥白尼（N. N. CopernicusCopernicus）的發(fā)現(xiàn)所帶來的狀況一樣。）的發(fā)現(xiàn)所帶來的狀況一樣。 2021/3/1469 微波背景輻射高度各向同性的特征強(qiáng)烈支持了宇宙學(xué)微波背景輻射高度各向同性的特征強(qiáng)烈支持了宇宙學(xué)原理和大爆炸宇宙學(xué)。在這高度各向同性的背景上原理和大爆炸宇宙學(xué)。在這高度各向同性的背景上,微小微小各向異性的發(fā)現(xiàn)卻為人們顯示了今天宇宙大尺度結(jié)構(gòu)（星各向異性的發(fā)現(xiàn)卻為人們顯示了今天宇宙大尺度結(jié)構(gòu)（星系、恒星形成）的起源之所在。微波背景輻射實(shí)際上是人系、恒星形成）的起源之所在。微波背景輻射實(shí)際上是人們能夠直接看到的最遠(yuǎn)們能夠直接看到的最遠(yuǎn),也就是最早的信號(hào)。它的各向異也就是最早的信號(hào)。它的各向異性展示的實(shí)際上是最遠(yuǎn)性展示的實(shí)際上