诺贝尔天文学奖项赏析第一章要点课件.ppt

1、诺贝尔物理学奖简介 -天文学奖项赏析马文章北京师范大学天文学教授一、诺贝尔与诺贝尔奖二、天文学在科学技术发展中的作用三、太阳中微子的检测与中微子失踪之谜四、钱德拉塞卡与白矮星的质量上限五、脉冲星发现与中子星的确认六、双中子星系统与引力波的检测七、宇宙微波背景辐射的发现八、宇宙微波背景辐射各向异性的发现九、宇宙加速膨胀的发现与暗能量十、21世纪东方诺贝尔奖-邵逸夫奖目录第一讲、诺贝尔与诺贝尔奖1、诺贝尔生平业绩2、诺贝尔奖项简介3、诺贝尔天文学奖项诺贝尔一、诺贝尔生平业绩 阿尔弗雷德.贝恩哈德诺贝尔，瑞典化学家、工程师和实业家，诺贝尔奖金的创立人。1833年10月21日，诺贝尔出生于瑞典首都斯德

2、哥 尔摩。1896年12月10日，诺贝尔在意大利的桑利玛去世，终年63岁。1、诺贝尔的父亲 诺贝尔的父亲伊曼纽尔诺贝尔是一位颇有才干的发明家、机械师。由于他发明的新机械得不到社会的认可，全家生活十分困难。就在诺贝尔出生的前一年，一场大火烧毁了他家的全部家当。生活无着、只好靠借债度日。诺贝尔的父亲伊曼纽尔诺贝尔为了躲债单身离家出走，最后落脚在俄罗斯。18401859年期间，诺贝尔的父亲在圣彼得堡从事大规模水雷生产。他发明了家用取暖的锅炉系统、设计了一种制造木轮的机器、设计制造了大锻锤等设备 诺贝尔的父亲伊曼纽尔诺贝尔的发明在俄罗斯广受欢迎。并且在俄国拥有自己的大型机械工厂。这时诺贝尔的家境才好起

3、来。2、诺贝尔的童年 诺贝尔8岁上学，只读了一年。他从小主要是接受家庭教师的教育。1842年，诺贝尔9岁时，全家离开斯德哥尔摩，到正在俄国首都圣彼得堡工作的父亲处生活。3、诺贝尔在父亲永不停息的创造精神影响和引导下，走上了光辉灿烂的科学发明道路。1850年，父亲安排他旅游学习。诺贝尔先赴法国的巴黎学习化学，一年后又赴美国学习工作了4年。1855年，诺贝尔返回圣彼得堡后，一直在他父亲的工厂里工作，直到1859年父亲的工厂破产为止。1860年，诺贝尔重返瑞典以后，他主要从事化学工作，尤其是炸药的研究与发明。16岁时，诺贝尔就能流利地说英、法、德、俄、瑞典等国家的语言。诺贝尔父子在斯德哥尔摩的市郊建

4、立试验室，首次研制出解决炸药引爆的装置雷汞管。1863年，诺贝尔开始研究制造液体炸药硝化甘油。由于液体炸药容易发生爆炸事故，他先研究制造固体的炸药。1866年，诺贝尔制造出安全、猛烈 的“达那马特”固体炸药。这一产品，以后就成为了诺贝尔国际性工业集团的基石。1867年，诺贝尔又发明了安全雷管引爆装置。随后又相继发明了威力更大的炸药多种。诺贝尔毕生共有各类炸药及人造丝等近400项发明，诺贝尔一生共获得85项专利。诺贝尔这些发明使他在世界化学史上占有相当重要地位。同时，诺贝尔通过制造炸药这一事业也为他个人带来了大量财富。诺贝尔先后创建了诺贝尔化工公司、拥有哥尔斯邦军火化工厂大部分股权、在西欧各国开

5、设以生产炸药为主营业务的两个托拉斯、拥有在俄国巴库开采石油的诺贝尔兄弟公司。诺贝尔一生积累了巨额财富，他没有留给自己的亲属（他终身未娶，没有子女），而是最后将自己的巨额财富捐献給了社会。二、诺贝尔奖的由来 1、诺贝尔奖是根据诺贝尔本人遗嘱设立的。诺贝尔遗嘱全文如下：签名人阿尔弗雷德.贝恩哈德.诺贝尔，在经过成熟的考虑之后，就此宣布关于我身后可能留下的财产的最后遗嘱如下：我所留下的全部可变换为现金的财产，将以下列方式予以处理：这份资本由我的执行者投资于安全的证券方面，并将构成一种基金。它的利息将每年以奖金的形式，分配给那些在前一年里曾赋予人类最大利益的人。上述利息将被平分为5份，其分配办法如下：

6、一份给在物理方面作出最重要发现或发明的人；一份给作出过最重要的化学发现或改进的人；一份给在生理和医学领域作出过最重要发现的人；一份给在文学方面曾创作出有理想主义倾向的最杰出作品的人；一份给曾为促进国家之间的友好、为废除或裁减常备军队以及为举行和平会议作出过最大或最好工作的人。物理和化学奖金，将由瑞典皇家科学院授予；生理学和医学奖金由在斯德哥尔摩的卡罗琳医学院授予；文学奖金由在斯德哥尔摩的瑞典文学院授予；和平奖金由挪威议会选出的一个五人委员会来授予。我的明确愿望是，在颁发这些奖金的时候，对于授奖候选人的国籍丝毫不予考虑，不管他是不是斯堪的纳维亚人，只要他值得，就应该授予奖金。我在此声明，这样授予

7、奖金是我的迫切愿望。这是我的唯一有效的遗嘱。在我死后，若发现以前任何有关财产处理的遗嘱，一概作废。阿尔弗雷德伯哈德诺贝尔 1895年11月27日2、诺贝尔遗嘱风波 在诺贝尔遗嘱公布之初，瑞典社会舆论的批评和谴责之声占了上风。反对理由主要是“不爱国”和有“法律缺陷”。1）、“不爱国”说他一个瑞典人不注意瑞典利益，既不把这笔巨额遗产捐赠给瑞典，也没有给瑞典获奖的优先权，还要瑞典承揽这些额外工作，从而给瑞典人带来不能给他们任何利益的麻烦，那纯粹是不爱国的。遗嘱还把颁发和平奖金的任务交给一个由挪威议会指定的委员会。瑞典与挪威之间的关系当时已经非常紧张，这将要严重损害瑞典的利益。2）、有“法律缺陷”法律

8、缺陷曾被认为将使整个的遗嘱失效。遗嘱挑出的第一个毛病，是遗嘱中没有明确讲出立嘱人是哪国的公民。这样一来，就难以确定该由哪个国家的执法机关来判决遗嘱的合法性，更无法确定该由哪国政府来组织诺贝尔基金委员会了。这个指责不是没有道理的，因为，诺贝尔生在瑞典，成长在俄国，创业活动遍及欧洲，晚年也没有成为任何一个欧洲国家有效国籍的公民。挑出的第二个毛病，是遗嘱没有明确指出全部财产由谁来负责保管。他们说，虽然遗嘱说要成立一个基金会，但又没有指定由谁来组织这个基金会。所以可以认为，遗嘱执行人无权继承遗产，而继承遗产的基金会又不存在。3）、瑞典国王最后宣布诺贝尔遗嘱生效 诺贝尔在遗嘱中委托瑞典科学院来评定物理学

9、和化学奖金，而该院院长汉斯福舍尔却主张把诺贝尔的财产捐赠给瑞典科学院并拒绝参加研究评奖细则的会议。在遗嘱执行人索尔曼等人不懈地努力下，1898年5月21日,瑞典国王宣布诺贝尔遗嘱生效。1900年6月29日，瑞典国会通过了诺贝尔基金会章程。1901年12月10日，即诺贝尔逝世5周年的纪念日，颁发了首届诺贝尔奖。自此以后，除因战时中断外，每年的这一天分别在瑞典首都斯德哥尔摩和挪威首都奥斯陆举行隆重授奖仪式。3、增设诺贝尔奖项领域 1）、1968年,瑞典中央银行于建行300周年之际，提供资金增设诺贝尔经济奖（全称为瑞典中央银行纪念阿尔弗雷德伯恩德诺贝尔经济科学奖金，亦称纪念诺贝尔经济学奖），并于19

10、69年开始与其他个奖项同时颁发。诺贝尔经济学奖的评选原则是授予在经济科学研究领域作出有重大价值贡献的人，并优先奖给那些早期作出重大贡献者。2）、1990年诺贝尔的一位重侄孙克劳斯诺贝尔又提出增设诺贝尔地球奖，授予杰出的环境成就获得者。该奖于1991年月日世界环境日之际首次颁发。三、诺贝尔天文学奖项概况 1、诺贝尔天文学奖项 从1901年12月10日起，每年一次授予在物理学、化学、生理学或医学、文学与和平等领域里做出了卓越贡献的人，至今已有110多年的历史了。在这期间又增加了诺贝尔经济奖和诺贝尔地球奖，授予杰出的经济科学研究和环境科学成就获得者。至今，诺贝尔奖也没有单独设立天文学科的奖项。直到2

11、0世纪70年代，天文学家的重要研究成果，才被纳入到诺贝尔物理学奖范围之内。天文学单独获诺贝尔奖项仅有40年的历史。2、20世纪70年代以来，天文学研究成果获得诺贝尔奖统计 1）、在20世纪最后的这30年，有九位天文学家的七项研究成果获得了诺贝尔物理学奖。2）、进入21世纪以后这几年，又有八位天文学家的四个项目荣获诺贝尔物理学奖。3）、20世纪70年代以前，至少有三位科学家的三个项目是因在天文学和物理学贡献而获得诺贝尔物理学奖。累计共有20位天文学家14项研究成果获奖。获奖人获奖原因获奖年份奥地利物理学家维克托伏兰兹赫斯发现从地球以外来的宇宙射线1936年美国物理学家汉斯奥尔布雷克特贝特建立核反

12、应理论和恒星能源理论1967年瑞典物理学家汉内斯奥洛夫戈斯塔阿尔文磁流体力学的基础研究和发现及其在等离子体物理的研究成果1970年英国射电天文学家 马丁赖尔对射电天文学的开创性贡献特别是造出综合孔径射电望远镜1974年这些获奖的天文课题，对当代天文学和物理学发展都产生了深远的影响。详见下表英国射电天文学家安东尼休伊什射电天文学的成就并对发现和确认脉冲星起了决定性作用1974年美国射电天文学家阿诺阿伦彭齐亚斯和罗伯特伍德罗威尔逊使用射电望远镜共同发现宇宙微波背景辐射1978年美国天文学家苏布拉马尼亚姆钱德拉塞卡对恒星结构及其演化理论的贡献1983年美国核物理学家威廉福勒对宇宙中形成化学元素的核反

13、应理论的实验成果1983年美国天文学家约瑟夫胡顿泰勒和拉塞尔艾伦赫尔斯共同发现第一颗脉冲双星并利用该双星证明引力波存在1993年美国科学家雷蒙德.戴维斯和日本科学家小柴昌俊、美国科学家卡尔多贾科尼观测证实太阳中微子的存在和在太阳标准模型建立、发现宇宙X射线源。2002年美国天文学家约翰马瑟和乔治斯穆特发现宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性2006年分子天文学的开拓者美国物理学家汤斯汤斯和巴索夫、普洛霍罗夫因在量子电子学方面的基础性研究工作1964年美国天文学家：索尔.珀尔马特、布赖恩.施密特（也是澳大利亚籍）、亚当.里斯在天体物理学上卓越贡献-发现宇宙加速膨胀2011年 3、20世纪70年代

14、之前，还有不少天文学家的贡献完全不亚于后来获得诺贝尔奖的成果。1）、发现光度-光谱图（赫-罗图）的丹麦天文学家赫茨.普龙和美国天文学家罗素。赫-罗图的发现被誉为20世纪最伟大发现之一，它的发现揭示了恒星一生的演化规律。2）、发现河外星系、星系退行速度与距离关系即哈勃定律的美国著名天文学家哈勃。也是因为诺贝尔奖项里，没有天文学科，无缘获得诺贝尔奖。哈勃定律的数学表达公式:速度=哈勃常数、代表距离 哈勃定律坐标图哈勃定律坐标图图中黑点是离地球一百万k pc距离内的一些河外星系 哈勃定律发现以后，诺贝尔物理学奖评审委员会中有人提议授予哈勃诺贝尔物理学奖。然而却遭到评审委员会中一些人的坚决反对，哈勃最

15、后还是受到了不公正的待遇，无缘诺贝尔物理学奖。3）、甚至20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦。作为天文学理论基础的狭义相对论和广义相对论，也无缘诺贝尔物理学奖。1921年，爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖。但诺贝尔委员会特别声明：授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖不是由于他建立了相对论（广义相对论和狭义相对论），而是“为了表彰他在理论物物理学上的研究，特别是发现了光电效应的定律”。为此，诺贝尔物理学奖委员会主席奥利维亚还专门写信给爱因斯坦，指明“他获奖的原因不是基于相对论”。并且还在颁奖典礼进一步解释说：因为有些结论（指相对论）目前还在经受严格的验证。爱因斯坦广义相对论所预言的光线引力偏折、引力红移、水星轨道近

16、日点进动和引力波等被天文观测所证实后，相对论才被科学界所接受。到了20世纪中期，天文学家的研究成果才被纳入诺贝尔物理学奖的范围。从此，天文学家才与诺贝尔奖结了缘。4、进入21世纪，天文学研究已经成为一个国家科学技术发展的重要组成部分，是一个国家综合国力的标志之一。天文学研究与人类社会的发展、科学技术进步、人类日常生活息息相关。目前，人类对宇宙空间的探索、研究和开发发，已经进入到宇宙更深层。宇宙空间许多未解之谜正逐步解开。有充分理由相信，今后会有更多的天文学家、更多的天文学研究成果获得诺贝尔奖。四、从20世纪初，到20世纪70年代这一期间天文学研究获得的诺贝尔奖项回顾 在20世纪前70年，就有三

17、位物理学家荣获的诺贝尔物理学奖，其成就属于天文学研究的范畴，至少可以说是物理学和天文学科紧密结合的研究成果。第一位：发现宇宙线的奥地利物理学家赫斯。19111912年间，赫斯利用气球把“电离室”送到离地面五千多米的高空，进行大气导电和电离的实验。结果发现了来自地球以外的宇宙线。宇宙线主要由各种原子核以及电子、中微子、X射线和 r 射线组成，是人类能直接获得的太阳系外物质的唯一样品。宇宙线是研究恒星内部结构和恒星演化到晚期的一个重要途经。宇宙线的观测是天文学家和物理学家共同关心的研究课题，赫斯发现宇宙线是物理学家偶然发现天文现象的一个典型例子。赫斯因发现宇宙线而荣获1936年诺贝尔物理学奖。第二

18、位：研究恒星能源的美国物理学家贝特。1938年，贝特提出核反应理论中就包括了恒星能量来源问题。他认为太阳中心温度极高，太阳核心的氢核聚变生成氦核，会释放出大量的能量，成为太阳光和热的源泉。他的理论不仅解决了恒星能量的来源问题，而且把恒星能源与元素起源有机地联系起来。他在研究核反应物理学规律的同时把天体作为物理学的研究对象。贝特1967年荣获诺贝尔物理学奖。（也有学者把这一项归纳为获诺贝尔奖的天文学项目）第三位:美国物理学家汤斯 1964年，美国汤斯和巴索夫、普洛霍罗夫因在量子电子学方面基础性研究工作，共同获得诺贝尔物理学奖。他们的工作导致了基于微波激射-激光原理的振荡器和放大器的建成。这一基础

19、性研究和器件的研制，在天文学中有非常重要和广泛应用。汤斯当时就把这一物理学的成就与天文学联系起来。1954年，汤斯将研究方向转向天文学。1957年，他预言星际分子的存在，列出了17种可能存在的星际分子。1963年，他又在实验室里测出羟基（OH）的两条射电频段的谱线。为分子天文学的诞生做好了准备。1957至1969年间，包括汤斯在内的多位学者在银河系中心区的星际云中发现了氨(NH3)、水分子（HO）、甲醛(HCHO)等分子。因此，天文界一直把汤斯看成分子天文学的开创者。汤斯获1964 年诺贝尔物理学奖。参考文献：1、FTP:/tcyzam:2、专业参考书现代天文学十五讲 吴鑫基等编著、北大出版社、2006年出版；3、相关报刊、书籍 如：诺贝尔物理学奖一百年 上海科普出版社 2002年出版；考核方式：开卷、论文形式；