1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1974年物理學(xué)獎(jiǎng)，由兩位英國(guó)物理學(xué)家分享，他們是馬丁?賴(lài)爾(MartinRyle)和安東尼?休伊什(AntonyHewish),以表彰他們?cè)谏潆娞煳膶W(xué)方面的先驅(qū)性工作。賴(lài)爾發(fā)明了綜合孔徑射電天文望遠(yuǎn)鏡，并在射電天體物理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性研究；休伊什在發(fā)現(xiàn)脈沖星的過(guò)程中起到?jīng)Q定性作用。馬丁?賴(lài)爾(MartinRyle,1918—1984),生于英格蘭薩塞克斯郡的布萊頓。他的父親是皇家陸軍衛(wèi)生隊(duì)的少校，英國(guó)著名的醫(yī)生。賴(lài)爾受父親的影響,小時(shí)候喜歡獨(dú)自思考,善于動(dòng)手,學(xué)過(guò)木工手藝,長(zhǎng)大后親自制造過(guò)帆船并參加航海活動(dòng)。賴(lài)爾的祖父是一位業(yè)余天文愛(ài)好者,擁有一架3.5英寸的折射望遠(yuǎn)鏡。有一則故事說(shuō),賴(lài)爾小時(shí)候曾因思考廣袤空間為什么能夠永恒存在而夜不成寐,可見(jiàn)他很小就對(duì)天文學(xué)產(chǎn)生了興趣。中學(xué)時(shí)代,他對(duì)無(wú)線(xiàn)電非常感興趣,自己動(dòng)手制造發(fā)射機(jī),參加業(yè)余無(wú)線(xiàn)電愛(ài)好者活動(dòng)站。1936年,賴(lài)爾進(jìn)人牛津大學(xué)基督教會(huì)學(xué)院學(xué)習(xí)物理,1939年畢業(yè)。1945年到劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作。1957年兼任馬拉德射電天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng),1959年任劍橋大學(xué)射電天文學(xué)教授,1952年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,1972年被任命為皇家天文學(xué)家。1963年研制成功兩天線(xiàn)最大變距為1.6千米的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡,綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡的誕生開(kāi)創(chuàng)了射電天文學(xué)的新紀(jì)元。1984年,賴(lài)爾因病在劍橋逝世。1939年，賴(lài)爾剛從劍橋畢業(yè)，就被拉特克利夫(Ratcliffe)教授招到卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的電離層無(wú)線(xiàn)電研究小組,繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，他開(kāi)始接觸到雷達(dá)天線(xiàn)的工作，在50cm波長(zhǎng)上對(duì)CH雷達(dá)天線(xiàn)的方向圖進(jìn)行模擬測(cè)試，還進(jìn)行了當(dāng)時(shí)新式的八木天線(xiàn)的設(shè)計(jì)。賴(lài)爾的無(wú)線(xiàn)電專(zhuān)長(zhǎng)在第二次世界大戰(zhàn)期間立下了汗馬功勞。他曾應(yīng)征加入英國(guó)空軍部研究所，后轉(zhuǎn)入電訊研究所，先是從事波長(zhǎng)1.5m的機(jī)載攔截雷達(dá)天線(xiàn)系統(tǒng)的研制，并發(fā)展了機(jī)載定向天線(xiàn)。他還參與了鑒別敵友飛機(jī)的機(jī)載雷達(dá)應(yīng)答器的研制。1941年初，賴(lài)爾負(fù)責(zé)一個(gè)小組，研制厘米波雷達(dá)的測(cè)試設(shè)備，制造了原型的厘米波信號(hào)發(fā)生器、波長(zhǎng)計(jì)、功率計(jì)和脈沖監(jiān)視器。1942年，賴(lài)爾曾參與研制對(duì)付德軍專(zhuān)門(mén)監(jiān)視英國(guó)飛機(jī)的預(yù)警雷達(dá)系統(tǒng)的機(jī)載干擾發(fā)射機(jī)，以及對(duì)付德軍機(jī)載通訊系統(tǒng)的干擾發(fā)射機(jī)。賴(lài)爾設(shè)計(jì)了一種非常有效的機(jī)載預(yù)警接收機(jī)，幫助轟炸機(jī)及早躲避敵機(jī)的攔截雷達(dá)的追蹤。1944年，賴(lài)爾和他的小組參加了一個(gè)復(fù)雜的電子欺騙行動(dòng)，以掩護(hù)盟軍在諾曼底登陸，他們?cè)O(shè)計(jì)了應(yīng)答器，模擬艦隊(duì)的回波雷達(dá)信號(hào)，這個(gè)行動(dòng)獲得了成功。賴(lài)爾還發(fā)現(xiàn)，德國(guó)初期的V2火箭的制導(dǎo)，是靠地面發(fā)射信號(hào)來(lái)控制火箭最后的飛行速度和熄火時(shí)刻，發(fā)射信號(hào)是隱沒(méi)在寬帶的一大堆混淆信號(hào)中的一對(duì)頻率。于是設(shè)計(jì)了一種新型接收機(jī)，搜索這對(duì)頻率，用機(jī)載的大功率干擾發(fā)射機(jī)進(jìn)行干擾，從而達(dá)到破壞V2火箭命中率的目的。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，賴(lài)爾回到劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，并接受拉特克列夫的建議從事射電天文學(xué)的研究工作。這是一個(gè)尚未開(kāi)發(fā)的新領(lǐng)域，很有挑戰(zhàn)性。當(dāng)時(shí)賴(lài)爾具備發(fā)展各種新技術(shù)和新設(shè)備、從而作出新發(fā)現(xiàn)的條件。早在1930年，美國(guó)貝爾電話(huà)實(shí)驗(yàn)室的央斯基（K.G.Jansky）就發(fā)現(xiàn)了銀河系發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電波。戰(zhàn)時(shí)英國(guó)掌握一項(xiàng)軍事秘密，說(shuō)是1942年2月12日兩艘德國(guó)軍艦在干擾掩護(hù)下逃離英吉利海峽之后兩周，英國(guó)防空雷達(dá)又遇到了一次大的干擾。負(fù)責(zé)調(diào)查這次事件的海伊（J.S.Hey）發(fā)現(xiàn)，引起這次干擾的是太陽(yáng)上一個(gè)大黑子群中產(chǎn)生的大耀斑。如果這一不期而遇的現(xiàn)象是真實(shí)的，太陽(yáng)射電就太有研究的價(jià)值了。知道這個(gè)戰(zhàn)時(shí)秘密的正是拉特克利夫。賴(lài)爾設(shè)計(jì)了一臺(tái)射電干涉儀，獲得比戰(zhàn)時(shí)米波雷達(dá)高約100倍的角分辨率，1946年，他用這臺(tái)設(shè)備證實(shí)了黑子和耀斑是強(qiáng)大的米波射電源。1948年，賴(lài)爾用改裝后的80兆赫太陽(yáng)干涉儀觀測(cè)天鵝座射電源（CygA），并發(fā)現(xiàn)了仙后座射電源（CasA）。這種利用不同基線(xiàn)長(zhǎng)度和不同方位的基線(xiàn)的干涉儀的綜合技術(shù)，后來(lái)發(fā)展成為更復(fù)雜的超綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，并獲得多項(xiàng)成果。這標(biāo)志一門(mén)新的學(xué)科——射電天文學(xué)在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室率先建立。1948年以后，賴(lài)爾把目標(biāo)轉(zhuǎn)向搜索更多的射電源。他在長(zhǎng)期的干涉儀測(cè)量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出用“孔徑綜合”技術(shù)來(lái)解決在無(wú)線(xiàn)電波段上獲得高分辨率和高靈敏度射電望遠(yuǎn)鏡圖像的難題。把各種間距和取向的干涉儀組合起來(lái)，就可以通過(guò)傅里葉變換求得天空射電亮度的二維分布。最初的孔徑綜合應(yīng)用于太陽(yáng)觀測(cè)，利用各種不同長(zhǎng)度的基線(xiàn)和取向的干涉儀來(lái)獲得太陽(yáng)的射電亮度分布。此后賴(lài)爾提出利用一個(gè)簡(jiǎn)單干涉儀，移動(dòng)其中一個(gè)天線(xiàn)單元，相繼占滿(mǎn)一個(gè)很長(zhǎng)的天線(xiàn)陣的面積。在每個(gè)基線(xiàn)上進(jìn)行干涉儀觀測(cè)，全部觀測(cè)組合起來(lái)，就綜合出一個(gè)等效的長(zhǎng)天線(xiàn)陣。1952年，賴(lài)爾提出“T綜合”方案。1954年布萊思J.Blythe）按照這個(gè)思路建造出第一個(gè)綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，并首次利用當(dāng)時(shí)英國(guó)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。綜合孔徑技術(shù)是賴(lài)爾對(duì)射電天文觀測(cè)技術(shù)的重大貢獻(xiàn)，是他對(duì)射電天文學(xué)各項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)和宇宙學(xué)及射電源物理學(xué)等許多開(kāi)創(chuàng)性研究的基礎(chǔ)。用綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，可對(duì)射電源（超新星遺跡、類(lèi)星體和射電星系）進(jìn)行高分辨描圖。綜合孔徑的發(fā)明把觀測(cè)范圍從大約10億光年擴(kuò)大到大約100億年—200億光年，幾乎達(dá)到了宇宙的邊界（或追溯到宇宙的原初時(shí)期）。在這個(gè)探索中，射電巡天是一個(gè)重要的目標(biāo)。自1950年第一份劍橋射電源表發(fā)表以后，相繼完成了多項(xiàng)射電巡天。隨著高靈敏度和高分辨率的綜合孔徑系統(tǒng)的應(yīng)用，射電巡天的深度越來(lái)越深，觀測(cè)到越來(lái)越暗、越來(lái)越遙遠(yuǎn)的射電天體。大多數(shù)射電源都已獲得光學(xué)認(rèn)證。在對(duì)3c源進(jìn)行光學(xué)認(rèn)證的過(guò)程中，導(dǎo)致了天文學(xué)上極其重要的天體——類(lèi)星體的發(fā)現(xiàn)。賴(lài)爾是射電天文學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)建者之一，他發(fā)明的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡成為世界各國(guó)射電天文學(xué)家仿效的典范。他創(chuàng)建的卡文迪什射電天文學(xué)基地成為國(guó)際上最重要的射電天文研究中心之一。他在射電天文觀測(cè)技術(shù)、射電宇宙學(xué)和射電源物理學(xué)等方面作出了大量的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)和發(fā)現(xiàn)，使英國(guó)的射電天文學(xué)研究長(zhǎng)期處在領(lǐng)先地位。他培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的射電天文學(xué)家，不愧為射電天文學(xué)之父。安東尼?休伊什（AntonyHewish，1924―），出生于英格蘭南部的康沃爾郡的銀行家家庭里。11歲時(shí)在湯頓的國(guó)王學(xué)院上中學(xué)，少年時(shí)代就愛(ài)好科學(xué)，常在家里做自己愛(ài)好的電學(xué)和化學(xué)試驗(yàn)。中學(xué)畢業(yè)后，休伊什進(jìn)了劍橋大學(xué)岡的維爾-凱厄斯學(xué)院學(xué)習(xí)，在那里獲得博士學(xué)位。1943年—1946年在軍隊(duì)服役。1951年—1954年任劍橋大學(xué)貢維爾和卡尤斯學(xué)院研究員。1953年—1961年任科研主任助理。1961年—1969年任講師。1961年—1968年任劍橋大學(xué)丘吉爾學(xué)院研究員。1968年為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1969年任劍橋大學(xué)射電天文學(xué)講師，1971年任教授，1977年任皇家學(xué)院教授。休伊什在上大學(xué)期間，了解到戰(zhàn)時(shí)的雷達(dá)研究非常需要電子科學(xué)家，就下功夫?qū)W習(xí)電子學(xué)。在學(xué)校學(xué)習(xí)一年之后，學(xué)校派他到軍隊(duì)中去從事雷達(dá)工作。1943年5月參加皇家飛機(jī)研究所，不久調(diào)到電訊研究所，在這里他遇到了賴(lài)爾，從此開(kāi)始了他們的長(zhǎng)期合作。戰(zhàn)爭(zhēng)期間，他和賴(lài)爾一起，參與機(jī)載反雷達(dá)設(shè)備的研究，指導(dǎo)空軍使用雷達(dá)干擾設(shè)備。當(dāng)時(shí)賴(lài)爾負(fù)責(zé)研制機(jī)載雷達(dá)干擾發(fā)射機(jī)。二次大戰(zhàn)結(jié)束后，休伊什回到劍橋繼續(xù)學(xué)習(xí)，1948年畢業(yè)后被推薦進(jìn)入卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作。這時(shí)賴(lài)爾早于1945年來(lái)到了卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，從事射電天文學(xué)的研究。賴(lài)爾了解休伊什有豐富的無(wú)線(xiàn)電工作經(jīng)驗(yàn)，歡迎休伊什加入自己的小組，兩人攜手共同發(fā)展射電天文學(xué)。1950年休伊什獲得碩士學(xué)位，1952年獲博士學(xué)位，留在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室成為賴(lài)爾的助手。休伊什參與了賴(lài)爾小組的大型無(wú)線(xiàn)電干涉儀和綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡的研制以及射電巡天和射電宇宙學(xué)、射電源物理等方面的研究，取得了開(kāi)創(chuàng)性的成果。休伊什利用行星際閃爍技術(shù)研究射電源中的致密成份和太陽(yáng)風(fēng)。他的博士論文就是關(guān)于射電源的電離層閃爍和相位屏衍射理論的研究和應(yīng)用。相位屏衍射理論成為他以后進(jìn)一步研究行星際閃爍的理論基礎(chǔ)。1946年，海伊（Hey）發(fā)現(xiàn)天鵝座中的分立射電源，它的輻射強(qiáng)度有不規(guī)則的起伏現(xiàn)象。1948年，賴(lài)爾又用80兆赫射電干涉儀在仙后座中發(fā)現(xiàn)一個(gè)射電源有類(lèi)似的起伏。1950年，賴(lài)爾和休伊什在3.7m和6.7m的波長(zhǎng)上，對(duì)這兩個(gè)射電源進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)之后，認(rèn)識(shí)到這種不規(guī)則起伏是電離層引起的電波閃爍，它和垂直探測(cè)中出現(xiàn)的由上電離層不均勻散射所產(chǎn)生的反常回波有密切關(guān)系。為了深入分析閃爍現(xiàn)象，休伊什研究了無(wú)線(xiàn)電波在不均勻透明介質(zhì)中的傳播理論。他利用并推廣了拉特克利夫等人提出的“隨機(jī)屏衍射”理論，提出了“相位屏衍射”理論。1952年，休伊什在相距大約1km的兩個(gè)點(diǎn)上用干涉儀進(jìn)行測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)一個(gè)地點(diǎn)上射電源輻射的強(qiáng)度和相位的起伏變化可以歸結(jié)為衍射圖案沿地面的穩(wěn)定移動(dòng)的結(jié)果，從而得到了衍射圖案的結(jié)構(gòu)，確定出電離層不均勻性的尺度為2km年—5km，電子含量的變化約為5X109電子/cm2,相位屏高度約為300km年一400km，還測(cè)出了上電離層風(fēng)速為100m/s年—300m/s，這是科學(xué)家們第一次知道上電離層風(fēng)的存在。休伊什對(duì)天體物理學(xué)最重要的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了脈沖星。自從1963年發(fā)現(xiàn)類(lèi)星體3c273和3c48以后，類(lèi)星體成為天文學(xué)家共同關(guān)心的天體，因?yàn)樗瞧袼钸b遠(yuǎn)、能量最大的天體，在天體物理學(xué)和宇宙學(xué)上都有重要意義。為此休伊什在1965年擬定了建造一種新型的閃爍射電望遠(yuǎn)鏡的計(jì)劃，以發(fā)現(xiàn)和研究各種類(lèi)星體和射電星系，還可以利用它來(lái)研究太陽(yáng)風(fēng)。休伊什設(shè)計(jì)了一個(gè)81.5MHz的相控天線(xiàn)陣，由2048個(gè)振子組成，接收面積為18000m2。這套望遠(yuǎn)鏡體系具有如下特點(diǎn)：①高時(shí)間分辨率；②高靈敏度；③長(zhǎng)波觀測(cè)；④可重復(fù)測(cè)量整個(gè)天空。他的研究生貝爾（J.S.Bell）參與了這個(gè)計(jì)劃。1967年7月，這套裝置投入運(yùn)行。貝爾負(fù)責(zé)觀測(cè)，每周重復(fù)巡視一次，每周輸出的記錄紙大約400英尺。8月，貝爾注意到有一個(gè)“異常的閃爍源”，休伊什認(rèn)為可能是一顆射電耀星，于是決定用快速記錄儀確定信號(hào)的性質(zhì)，看一看它是否與太陽(yáng)耀斑的射電有相似的性質(zhì)。由于這個(gè)源時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，一直等到11月28日才成功地記錄到這個(gè)起伏信號(hào)是一系列強(qiáng)度不等的脈沖。休伊什利用精確的時(shí)標(biāo)，并改正了地球軌道運(yùn)動(dòng)的影響之后，驚訝地發(fā)現(xiàn)脈沖的守時(shí)精度競(jìng)優(yōu)于一千萬(wàn)分之一，脈沖周期為1.3372795s。在1968年2月24日出版的《自然》雜志上，休伊什及其同事發(fā)