天文學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)與天文學(xué)課件

1、天文學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史-諾貝爾獎(jiǎng)與天文學(xué)楊曉云天文學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史-諾貝爾獎(jiǎng)與天文學(xué)楊曉云諾 貝 爾瑞典著名化學(xué)家阿爾弗里德.伯恩納德.諾貝爾（Alfred Bernhard Nobel）(1833-1896)，一生致力于化學(xué)方面的研究和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展.1895年11月，諾貝爾在其簽署的遺囑中表示：將遺產(chǎn)作為設(shè)立諾貝爾獎(jiǎng)金的基金，每年用基金的利息，獎(jiǎng)勵(lì)那些對(duì)人類文化科學(xué)事業(yè)做出巨大重大貢獻(xiàn)的人。 物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)諾 貝 爾瑞典著名化學(xué)家阿爾弗里德. 當(dāng)時(shí)諾貝爾的遺產(chǎn)約有三千三百萬瑞典克朗。諾貝爾獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)包括物理、化學(xué)、生理或醫(yī)學(xué)、文學(xué)及和平獎(jiǎng)項(xiàng)，1901年首次頒發(fā)，諾貝爾在遺囑中表示，獲獎(jiǎng)人不分國(guó)籍、種族、宗教

2、信仰和意識(shí)形態(tài)影響，只看其對(duì)世界科學(xué)文化事業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)；獎(jiǎng)勵(lì)包括金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆⒆C書和獎(jiǎng)金支票。諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)并非諾貝爾遺囑中提到的五大獎(jiǎng)項(xiàng)之一，它是由瑞典銀行在1968年為紀(jì)念諾貝爾而增設(shè)的，其評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)與其它獎(jiǎng)項(xiàng)是相同的，1969年第一次頒獎(jiǎng)。簡(jiǎn) 介 當(dāng)時(shí)諾貝爾的遺產(chǎn)約有三千三百萬瑞典克朗。簡(jiǎn) 諾貝爾物理獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)?wù)轮Z貝爾物理獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)?wù)?諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目 歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目 聞名于世的 “諾貝爾獎(jiǎng)”,每年一次授予在物理學(xué)、 學(xué)、 生物學(xué)、 醫(yī)學(xué)等自然科學(xué)領(lǐng)域作出卓越貢獻(xiàn)的科學(xué)工作者 ,至今已整整 100 年了。以天文學(xué)研究成果為主的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)可以說是從 1970年為起點(diǎn)

3、。在5個(gè)年度中 ,有9位天文學(xué)家榮獲了7項(xiàng)物理學(xué)獎(jiǎng)。事實(shí)上 ,還有不少天文學(xué)家的成就也可以與獲得諾貝爾獎(jiǎng)的項(xiàng)目相媲美 ,如發(fā)現(xiàn)赫羅圖的赫茨普龍(Hertzaprung)和羅素(Russell) ,發(fā)現(xiàn)哈勃定律的哈勃(Hubble) ?？上?,由于當(dāng)時(shí)的歷史條件 ,他們無緣得此殊榮。 歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目 聞名于歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目 20 世紀(jì)下半葉以來 ,天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)、 天體物理學(xué)與物理學(xué)各個(gè)分支之間的滲透逐步加強(qiáng)。天文觀測(cè)現(xiàn)象為物理學(xué)的基本理論提供了地球上實(shí)驗(yàn)室無法得到的物理現(xiàn)象和物理過程 ,宇宙及其中的各種天體已成為物理學(xué)的巨大實(shí)驗(yàn)室。天文學(xué)觀測(cè)的新發(fā)現(xiàn)給物理學(xué)以

4、巨大的刺激和挑戰(zhàn) ,天體物理學(xué)的一些突出成果大大推進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展 ,獲得杰出成就的天文學(xué)家獲 “諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)” 也就順理成章了。同時(shí) ,這一事實(shí)也表明當(dāng)代天體物理學(xué)在整個(gè)物理學(xué)中已具有舉足輕重的地位 ,而且物理學(xué)家對(duì)天體物理學(xué)的重要性之認(rèn)識(shí)也已大為深化。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目 20 世紀(jì)下半葉以來 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目一、 天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏二、 射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃三、 天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范四、 諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目一、 歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 一、 天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 1

5、9世紀(jì)中葉物理學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了以揭示天體物理本質(zhì)為目的的天體物理學(xué)新學(xué)科的產(chǎn)生。天體物理學(xué)就是用物理學(xué)的基本原理來解釋天體的形態(tài)、 物理狀態(tài)、 結(jié)構(gòu)、 化學(xué)組成 ,以及天體產(chǎn)生和演化的科學(xué)。最先發(fā)展起來的是以測(cè)量天體的光度和光譜為起點(diǎn)的光學(xué)天文學(xué)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 到 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初 ,物理學(xué)經(jīng)歷了從經(jīng)典物理到現(xiàn)代物理過渡的發(fā)展階段 ,天體物理學(xué)也受到巨大的刺激 ,幾乎物理學(xué)的所有分支學(xué)科 ,如原子物理學(xué)、 量子力學(xué)、 原子核物理學(xué)、 狹義相對(duì)論、 廣義相對(duì)論、 等離子體物理學(xué)、 固態(tài)

6、物理學(xué)、 致密態(tài)物理學(xué)、 高能物理學(xué)等很快就成為天體物理學(xué)新的理論基礎(chǔ)。并逐步形成相對(duì)論天體物理學(xué)、 等離子體天體物理學(xué)、 高能天體物理學(xué)、 宇宙磁流體力學(xué)、 核天體物理學(xué)等分支學(xué)科。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 天體物理學(xué)也成為物理學(xué)的一個(gè)重要分支。1984 年 ,國(guó)際純粹及應(yīng)用物理聯(lián)盟設(shè)立天體物理學(xué)委員會(huì)。隨著物理學(xué)的發(fā)展 ,物理學(xué)家必然要把宇宙及各種天體作為物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。在宇宙中所發(fā)生的種種物理過程比地球上所能發(fā)生的多得多。在地球上做不到的物理實(shí)驗(yàn) ,在宇宙中可以做到。物理學(xué)家涉足天文學(xué)領(lǐng)域的研究成

7、為必然。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 1911 1912年 ,奧地利物理學(xué)家黑斯(Hess) 用氣球把 “電離室” 送到離地面 5 千多米的高空 ,進(jìn)行大氣導(dǎo)電和電離的實(shí)驗(yàn) ,發(fā)現(xiàn)了來自地球之外的宇宙線。這是物理學(xué)實(shí)驗(yàn) ,也是天文學(xué)觀測(cè)。在這里 ,物理學(xué)和天體物理學(xué)已融于一體了。黑斯因?yàn)樵谶@項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了宇宙線而于 1936 年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏獲獎(jiǎng)?wù)?黑斯獲獎(jiǎng)?wù)?黑斯歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 1938年 ,美國(guó)物

8、理學(xué)家貝特(Bethe)提出太陽和一般恒星的能量來源理論 ,認(rèn)為太陽中心溫度極高 , 太陽核心的氫核聚變生成氦核 ,釋放出大量的能量 ,成為太陽光和熱的源泉。他的這一理論對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)也是巨大的。1967 年貝特因核反應(yīng)理論的研究而獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏獲獎(jiǎng)?wù)?貝特獲獎(jiǎng)?wù)?貝特歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏 1957年美國(guó)物理學(xué)家湯斯(T ownes)預(yù)言星際分子的存在 ,列出17 種可能存在的星際分子 ,1963 年他又在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)出羥基(OH)的兩條射電頻段的譜線。這些分子譜線處在厘米波和毫米波段 ,促進(jìn)了毫

9、米波天文學(xué)的誕生和發(fā)展。目前毫米波天文學(xué)的進(jìn)展方興未艾 ,并正隨著儀器設(shè)備的創(chuàng)新 ,向亞毫米波段發(fā)展。1964 年湯斯因研制微波激射器而獲諾貝爾獎(jiǎng)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)相互滲透的前奏獲獎(jiǎng)?wù)?湯斯獲獎(jiǎng)?wù)?湯斯歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃 二、 射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃 觀測(cè)是天文學(xué)研究的主要實(shí)驗(yàn)方法。人類基本上只能被動(dòng)地接收來自宇宙空間天體發(fā)來的電磁波、 高能粒子和引力波。不僅被動(dòng) ,而且由于絕大多數(shù)天體距離我們特別遙遠(yuǎn) ,到達(dá)地球的能量非常微弱 ,因而對(duì)它們的觀測(cè)特別困難。來自宇宙的信息永遠(yuǎn)是人類取之不盡的知識(shí)源泉。觀測(cè)手段越多、越

10、好 ,所能得到的信息就越豐富。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃 正因?yàn)槿绱?,天文觀測(cè)方法和技術(shù)的發(fā)展一浪超過一浪 ,不斷進(jìn)步。按觀測(cè)手段可把天文學(xué)分為光學(xué)天文學(xué)、 射電天文學(xué)、 X射線和射線天文學(xué)。還有一些小的分支 ,如紅外天文學(xué)、 紫外天文學(xué)、 中微子天文學(xué)、 引力波天文學(xué)等。光學(xué)天文學(xué)具有悠久的歷史 ,其成熟程度和所取得的成就以致在很長(zhǎng)一段時(shí)間里成為天文學(xué)的同義詞。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃 射電天文學(xué)是20世紀(jì)40年代第二次世界大戰(zhàn)后

11、迅速發(fā)展起來的天文學(xué)中的一個(gè)新的分支 ,其特點(diǎn)是利用射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體的無線電波段的輻射。和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡近 400 年的歷史相比 ,它僅有幾十年 ,但是射電天文很快就步入了鼎盛時(shí)期。20世紀(jì)60年代射電天文學(xué)的 “四大發(fā)現(xiàn)”,即脈沖星、星際分子、 微波背景輻射和類星體的發(fā)現(xiàn)成為 20 世紀(jì)中最為耀眼的天文學(xué)成就。射電天文已成為重大天文發(fā)現(xiàn)的發(fā)祥地和天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃。下面是幾個(gè)光輝的具體事例。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 1. 英國(guó)天文學(xué)家賴爾(Ryle)因發(fā)明綜合孔徑射 電望遠(yuǎn)鏡及射電天文觀測(cè)方面的貢

12、獻(xiàn)榮獲 1974 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第二次世界大戰(zhàn)期間 ,賴爾應(yīng)征入伍。他的無線電專長(zhǎng)曾幫助他立下了戰(zhàn)功 ,二戰(zhàn)結(jié)束后 ,賴爾回到劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室。那時(shí) ,剛剛發(fā)展起來的射電天文顯得十分幼稚 ,他面臨巨大的困難 ,但也獲得了絕好的機(jī)遇 ,開始了一項(xiàng)開創(chuàng)性研究工作。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 早期射電望遠(yuǎn)鏡最大的缺憾是分辨率很低且不能給出射電源的圖像。由兩面或多面天線組成的射電干涉儀和甚長(zhǎng)基線干涉儀的分辨角可以很小 ,但只有一維的分辨率。1952 年賴爾提出綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡的理論 ,并給出形狀為英文字

13、母 T的 “綜合孔徑” 方案。綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡是一種化整為零的射電望遠(yuǎn)鏡 ,用兩面或多面小天線進(jìn)行多次觀測(cè)達(dá)到大天線所具有的分辨率和靈敏度。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 而且 ,還能得到所觀測(cè)的天區(qū)的射電圖像。1971 年劍橋大學(xué)建成的等效直徑為5 千米的綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡 ,是這一技術(shù)成熟的標(biāo)志。望遠(yuǎn)鏡的靈敏度大大的提高 ,觀測(cè)范圍幾乎到達(dá)宇宙的邊界。分辨率已和大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相當(dāng) ,獲得了一大批射電源的圖像資料。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾

14、獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 2. 英國(guó)天文學(xué)家休伊什(Hewish)教授和他的研究生喬絲琳 貝爾(Bell)女士一起發(fā)現(xiàn)了脈沖星 ,也就是30多年前物理學(xué)家預(yù)言的中子星。休伊什因此在1974年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文獲獎(jiǎng)?wù)?休伊什獲獎(jiǎng)?wù)?休伊什歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 中子星具有和太陽相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量 ,但半徑只有 10千米。因此具有非常高的密度 ,成為一種典型的致密星。中子星還具有超高壓、 超高溫、 超強(qiáng)磁場(chǎng)和超強(qiáng)輻射的物理特性 ,成為地球上不可能有的極端物理?xiàng)l件下的空間實(shí)驗(yàn)室。不僅為天文學(xué)開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域 ,而

15、且對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展也產(chǎn)生了重大影響。它導(dǎo)致了致密物質(zhì)物理學(xué)的誕生。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 休伊什之所以能和諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)結(jié)緣得利于他從事的行星際閃爍研究。行星際介質(zhì)對(duì)射電波所產(chǎn)生的閃爍現(xiàn)象是快速的 ,在秒的數(shù)量級(jí)。恰好多數(shù)脈沖星的周期也在秒的數(shù)量級(jí)。1965 年 ,劍橋大學(xué)射電天文臺(tái)由休伊什領(lǐng)導(dǎo)研制專門用于行星際閃爍的大型射電望遠(yuǎn)鏡 ,也為發(fā)現(xiàn)脈沖星創(chuàng)造了條件。休伊什榮獲諾貝爾獎(jiǎng)是當(dāng)之無愧的 ,但貝爾博士未能和休伊什一起獲獎(jiǎng)卻是一件憾事 ,天文學(xué)家公認(rèn)她是脈沖星發(fā)現(xiàn)的第一人。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的

16、天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 3. 繼1974年休伊什因發(fā)現(xiàn)脈沖星而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后 ,赫爾斯(Hulse)和泰勒(Taylor)兩位教授又因發(fā)現(xiàn)射電脈沖雙星共同獲得 1993 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文獲獎(jiǎng)?wù)?赫爾斯(Hulse)和泰勒(Taylor)獲獎(jiǎng)?wù)?赫爾斯(Hulse)和泰勒(Taylor)歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 按照廣義相對(duì)論理論的預(yù)言 ,宇宙空間中可能存在引力場(chǎng)及引力波 ,人們?cè)诘厍蛏系膶?shí)驗(yàn)室中建造了許多探測(cè)宇宙引力波

17、的儀器裝置 ,可均未捕捉到過有關(guān)引力波的可靠信號(hào)。引力波的探測(cè)成為一項(xiàng)為物理學(xué)家們牽腸掛肚的重大課題。輻射引力波的源都是天體系統(tǒng) ,因此探測(cè)引力波也是天體物理學(xué)研究的重大課題。任何一種新的理論都需要時(shí)間來驗(yàn)證它的正確性。然而 ,有關(guān)引力波理論的驗(yàn)證認(rèn)人們等得太久了 ! 整整等了半個(gè)多世紀(jì)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 赫爾斯和泰勒在一次高靈敏度的巡天觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的射電脈沖雙星系統(tǒng)之所以重要 ,并不是因?yàn)槭堑谝粋€(gè)射電脈沖雙星 ,主要是因?yàn)樗擒壍罊E率很大、 軌道周期很短的雙中子星系統(tǒng) ,可以成為驗(yàn)證引力輻射存

18、在的空間實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)廣義相對(duì)論理論推算 ,這個(gè)雙星系統(tǒng)的引力輻射很強(qiáng) ,將導(dǎo)致它的軌道周期發(fā)生變化 ,其變化率為 2. 6 10-12秒/ 秒。只要在觀測(cè)上能測(cè)出這個(gè)雙星軌道周期的變化 ,就可以對(duì)理論作出判斷。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 泰勒在發(fā)現(xiàn)這個(gè)雙星以后 ,全力投入到引力波驗(yàn)證的研究中 ,20多年堅(jiān)持不懈。他利用世界上最大的305米射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行上千次的觀測(cè) ,最后得到的觀測(cè)值和廣義相對(duì)論理論預(yù)期值的誤差僅為0. 4 %。終于以無可爭(zhēng)辯的觀測(cè)事實(shí) ,證實(shí)了引力波的存在 ,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)屬于他們是眾

19、望所歸 ,當(dāng)之無愧。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 4. 彭齊亞斯(Penzias)和威耳遜(Wils on)因發(fā)現(xiàn)了宇宙背景的3. 5K的輻射獲得了1978 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這種輻射被確認(rèn)是宇宙大爆炸時(shí)的輻射殘余 ,成為宇宙大爆炸理論的重要觀測(cè)證據(jù)。對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)的貢獻(xiàn)僅次于哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系的紅移 ,被公認(rèn)為20世紀(jì)天文學(xué)的一項(xiàng)重大成就。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 20世紀(jì)中期伽莫夫(G. G amow)提出熱大

20、爆炸宇宙模型。這個(gè)模型認(rèn)為大約 200 億年以前 ,處于極高溫度和極大密度下的 “原始火球” 發(fā)生了一次規(guī)模巨大的爆炸 ,此后 ,不斷膨脹 ,溫度不斷下降 ,逐漸地形成宇宙間的萬物。在大爆炸 40 萬年以后宇宙的溫度已降到 4000K,宇宙進(jìn)入復(fù)合時(shí)代并變得透明了。理論推算 ,宇宙復(fù)合時(shí)代發(fā)生溫度為 4000K的光學(xué)波段輻射 ,到今天已經(jīng)成為3K的微波輻射。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃(具體事例) 1963年初 ,彭齊亞斯和威耳遜把一臺(tái)衛(wèi)星通訊接收設(shè)備改造為射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行射電天文學(xué)研究。不斷提高測(cè)量的精度和降低系統(tǒng)的

21、噪聲溫度 ,使天線溫度測(cè)量值的誤差小到 0. 3K,他們發(fā)現(xiàn)一種不知來源的約3. 5K的輻射。這多余的輻射不隨觀測(cè)方向改變 ,也不隨季節(jié)變化。后來才知道這個(gè)多余的輻射就是天文學(xué)家盼望已久的宇宙大爆炸時(shí)期的背景輻射。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目射電天文學(xué) 天文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 三、 天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 在20世紀(jì)初物理學(xué)家根據(jù)物理學(xué)規(guī)律提出了許多天文學(xué)預(yù)言 ,在證實(shí)這些預(yù)言的過程中曾走過艱難的歷程甚至彎路 ,這些偉大的預(yù)言激勵(lì)和推動(dòng)著天文學(xué)家和物理學(xué)家為之奮斗 ,并且發(fā)展了一個(gè)個(gè)新的分支學(xué)科。錢德拉塞卡、 阿爾文和福勒的成就可以說是物理學(xué)和天

22、文學(xué)最完美的結(jié)合。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 1. 1983 年錢德拉塞卡(Chandrasekhar) 在他 73 歲的時(shí)候因 “對(duì)恒星結(jié)構(gòu)及其演化理論作出的重大貢獻(xiàn)” 而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他在年輕時(shí)完成的白矮星理論是其中最精彩的篇章 ,他的理論經(jīng)受了半個(gè)世紀(jì)物理學(xué)、 天體物理學(xué)發(fā)展和天文觀測(cè)的考驗(yàn) ,成為20世紀(jì)天文學(xué)偉大成就之一。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 1862年天文學(xué)家觀測(cè)到天狼星暗弱的伴星 ,根據(jù)它的

23、溫度和質(zhì)量推斷出 ,天狼星伴星是一顆平均密度比1噸/厘米3還要高的白矮星。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)原理還不能解釋白矮星的高密狀態(tài)是怎樣形成的。白矮星的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)走在了理論的前面 ,使得當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家無言以對(duì)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 錢德拉塞卡在大學(xué)學(xué)習(xí)的那個(gè)年代正值物理學(xué)從經(jīng)典到近代物理學(xué)轉(zhuǎn)變的時(shí)期。新的理論 ,新的學(xué)說和新的概念接踵而至。他如饑似渴地自學(xué)這些近代物理學(xué)。在大學(xué)生和研究生階段 ,完成了兩篇白矮星的學(xué)術(shù)論文 ,得出白矮星質(zhì)量存在一個(gè)上限的結(jié)論。這和當(dāng)時(shí)流行的由經(jīng)典物理理論出發(fā)導(dǎo)出的結(jié)論格格不入 ,由此

24、導(dǎo)致一場(chǎng)與當(dāng)時(shí)的著名天文學(xué)家愛丁頓的辯論 ,在天文學(xué)史上留下了一段初生牛犢戰(zhàn)勝大權(quán)威的佳話。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 2. 瑞典天文學(xué)家阿爾文(Aifven)因?yàn)閷?duì)宇宙磁流體動(dòng)力學(xué)的建立和發(fā)展作出的卓越貢獻(xiàn)而榮獲1970年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) ,這是對(duì)他近40年科學(xué)生涯最公正的評(píng)價(jià)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范獲獎(jiǎng)?wù)?阿爾文獲獎(jiǎng)?wù)?阿爾文歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 20世紀(jì)30 年代末 ,為了解釋太陽上多種多樣的磁場(chǎng)變化過程出現(xiàn)了一批磁流體力學(xué)的探

25、索者 ,阿爾文是其中之一。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 他最先提出宇宙中普遍存在磁場(chǎng)和等離子體。天體物理學(xué)和空間物理學(xué)的研究對(duì)象中 ,都涉及到等離子體。恒星表面的溫度在 5000 至 10000K之間 ,在這個(gè)溫度范圍內(nèi)物質(zhì)只能部分電離。但是到了恒星的內(nèi)部 ,越向里去 ,溫度越高 ,電離程度也越來越高 ,在恒星核心區(qū)的物質(zhì)則是100 %地被電離。在恒星附近的星際介質(zhì)中受到恒星的輻射或高速星風(fēng)的作用而被電離。宇宙中絕大部分的物質(zhì)均呈等離子體狀態(tài)。實(shí)際上 ,在天文學(xué)的研究中 ,幾乎完全依靠等離子體的輻射來獲取知

26、識(shí)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 阿爾文建立和發(fā)展起來的磁流體力學(xué)是和他從事太陽活動(dòng)區(qū)物理的研究分不開的。到 40 年代中葉 ,磁流體力學(xué)的基本理論體系大致構(gòu)成。其中 ,阿爾文提出的一種磁流體力學(xué)波成為磁流體力學(xué)成熟的標(biāo)志性事件。這種波被人們稱為阿爾文波。從那以后 ,磁流體力學(xué)的基本原理發(fā)揮了巨大理論威力 ,成功地解釋了發(fā)生在太陽上的許多觀測(cè)現(xiàn)象 ,成為探索太陽規(guī)律的支柱理論之一 ,形成新的 “太陽磁流體力學(xué)” 研究方向。磁流體力學(xué)在宇宙中其他天體中的應(yīng)用 ,形成了宇宙磁流體力學(xué) ,成為理論天體物理學(xué)的一個(gè)

27、分支。阿爾文也成為宇宙磁流體力學(xué)這門新學(xué)科的奠基人。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 3. 美國(guó)核物理學(xué)家福勒(F owler)從事與元素合成有關(guān)的核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)和理論研究 ,被譽(yù)為這一領(lǐng)域的先驅(qū)者。宇宙中存在的各種各樣的物質(zhì)都是由各種元素組成。地球、 行星、 太陽、 恒星、 星云以及星際介質(zhì)中具有各種各樣但不盡相同的元素及同位素。這些元素是在宇宙演化的不同階段和不同的恒星演化過程中產(chǎn)生的。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 弄清楚宇

28、宙中各種元素的生成機(jī)制及形成目前觀測(cè)到的豐度一直是科學(xué)家探求的一個(gè)熱點(diǎn)課題。福勒把原子核物理理論應(yīng)用于天體物理學(xué)的研究開創(chuàng)了核天體物理學(xué)這門新學(xué)科 ,自然也成為著名的天體物理學(xué)家。他因?yàn)閷?duì)宇宙化學(xué)元素形成機(jī)制的研究所作出的貢獻(xiàn)而榮獲 1983 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范 福勒和他的合作者完成的元素形成理論被視為科學(xué)經(jīng)典論文。這一理論提出了恒星不同演化階段相應(yīng)的8種核反應(yīng)合成過程 ,可以形成所有的元素及其同位素。這些元素合成后 ,可能由恒星拋射到宇宙空間 ,形成了我們所觀測(cè)到的元素的豐度

29、分布?？梢哉f ,這篇論文解決了在恒星中產(chǎn)生各種天然元素的難題。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目天文學(xué)與物理學(xué)結(jié)合的光輝典范歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 四、 諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 獲得諾貝爾獎(jiǎng)的天文成果既有深度又有廣度 ,開辟了一個(gè)個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域?？梢钥闯?,大多數(shù)獲獎(jiǎng)?wù)叨际窃诒容^年輕的時(shí)候取得獲獎(jiǎng)成果。9人中 ,33 歲以前取得獲獎(jiǎng)成果的有 6 人。這一點(diǎn)對(duì)年輕學(xué)生更有教育意義。他們的獲獎(jiǎng)并不僅僅是年輕氣盛 ,敢于沖破傳統(tǒng)觀念 ,還在于他們從事的研究工作都是當(dāng)時(shí)最前沿的原始性、 創(chuàng)新性的課題 ,或研究條件最好 ,或觀念最新。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的

30、啟示 四歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 他們都具有自強(qiáng)不息、 拼搏奮進(jìn) ,不達(dá)目的誓不罷休的精神。赫爾斯取得獲獎(jiǎng)成果時(shí)是 23 歲 ,還是一位在讀的博士生。他的導(dǎo)師泰勒那時(shí)也只有 33 歲。赫爾斯要完成的博士論文是當(dāng)時(shí)靈敏度最高的脈沖星巡天。錢德拉塞卡成果中最閃光的 “白矮星質(zhì)量上限” 是他在 20歲開始的大學(xué)生和研究生期間完成的 ,他當(dāng)時(shí)生活在物理學(xué)發(fā)生重大變革時(shí)期 ,用近代物理學(xué)的概念和理論來研究天文學(xué)問題取得成功。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 脈沖星的發(fā)現(xiàn)者貝爾女士當(dāng)時(shí)是 24 歲的在讀博士生。

31、她是在進(jìn)行行星際閃爍觀測(cè)時(shí) ,抓住極易與 “干擾” 混淆的短促脈沖信號(hào)不放 , “打破沙鍋問到底” 最終發(fā)現(xiàn)了脈沖星 ,導(dǎo)致她的老師榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。如果沒有她的“細(xì)心” 和 “堅(jiān)韌”,中子星的發(fā)現(xiàn)不知又要推遲多少年 ! 極端負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和不受前人經(jīng)驗(yàn)的束縛以及對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的孜孜追求也是他們成功的重要原因。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 從取得獲獎(jiǎng)成果到獲獎(jiǎng)時(shí)間間隔最短的是休伊什 ,花了7年 ,福勒則是在 26 年以后。錢德拉塞卡雖然在20歲時(shí)就取得突出成果 ,但只是在他進(jìn)行50年研究取得系統(tǒng)性的研究成果以后才獲此殊榮。堅(jiān)持長(zhǎng)

32、期、 艱苦的努力 ,決不急功近利 ,這不僅要求科學(xué)家具有堅(jiān)韌不拔的精神 ,還要求有良好的科研環(huán)境、 充足的經(jīng)費(fèi)等等社會(huì)條件。歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 歷年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的天文項(xiàng)目諾貝爾獎(jiǎng)給我們的啟示 近20年是我國(guó)天文學(xué)發(fā)展最快的時(shí)期 ,在不少學(xué)科領(lǐng)域上逐步接近國(guó)際先進(jìn)水平。但是 ,從總體上來說并沒有徹底改變落后的局面。在天文觀測(cè)設(shè)備方面 ,雖有較大的改善 ,但和國(guó)際相比依然落后。北京天文臺(tái)的口徑 2. 16 米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是國(guó)內(nèi)最大的 ,但是比國(guó)際上50年代大望遠(yuǎn)鏡口徑還要小很多 ,美國(guó)威爾遜山天文臺(tái)在 1917 年就建成了口徑2. 54米的反射望遠(yuǎn)鏡。就是這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡幫助哈勃確認(rèn)仙女座大星云是河外星系 ,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)哈勃定律。歷年