1、诺贝尔物理学奖及现代物理学诺贝尔简介：1833 年 10 月 21 日1896 年 12 月 10 日，瑞典化学家，工程师，发明家，实业家，军工装备制造者和炸药发明者，在代拿迈炸药取得巨大成就，生产军火和钢铁厂，创立诺贝尔奖（戏称炸药奖） ，祖先源于斯卡纳省，都是著名学者。个人成就：发明硝化甘油炸药，雷管，无烟火药。1895 年 11 月 27 号，根据诺贝尔遗嘱创立诺贝尔奖，最开始包括物理和化学家，生理学或医学奖，文学奖，和平奖。诺贝尔奖提名和评选过程：9 月，寄出邀请信；次年 2 月，提名截止；2 月到 3 月，产生小名单；3 月到 8 月顾问审查小名单；10 月产生诺贝尔奖得主；12 月
2、，得到奖金；全过程公共和私人场合，提名过程都是保密的，提名者和被提名者（50 年的保密期过后可以验证）诺贝尔奖章：一面是诺贝尔肖像，一面是各个奖章图像，获奖词和证书设计结构不一样。1968 年瑞典（三百年纪念）银行增设诺贝尔经济学奖，1969 年开始颁发。每项奖金可有两人分享，最多不超过三人，如当年无人得奖，可以留待翌年。每一项奖金五年之内至少颁发一次。诸多第一：居里夫人，第一位两次获得诺贝尔奖的人，第一位获得诺贝尔奖的女性和第一个在两个领域获得诺贝尔奖的人1903 年，发现放射性卜元素（3 人共同获得）1911 年，提炼出镭（一人获得） 。美国科学家莱纳斯鲍林，第一个以唯一一个获奖者身份两次
3、在两个领域获得诺贝尔奖的人。诺贝尔化学奖：1954 年，化学键的研究。诺贝尔和平奖：1962 年，反对地面核武测试。美国科学家约翰巴丁。物理：1956 年，发现晶体管；1972 年，建立超导 BCS 理论。英国科学家 弗雷德里克 桑格。化学：1958 年，测定胰岛素分子结构。1980 年核酸 DNA 序列确定方法。居里一家：居里夫人，两次获奖。丈夫，1903 年获奖。大女儿 1935 年获得诺贝尔化学奖。女婿 1935 年诺贝尔化学奖。小女儿著有,居里夫人传 ，她的丈夫获得诺贝尔和平奖。唯一获得诺贝尔奖的兄弟：荷兰的间丁伯根（经济学奖）尼可拉斯丁伯根（医学奖）父子获奖：1906 年约瑟夫汤姆孙
4、（物理学）1937 年乔治佩吉特汤姆孙（物理学）；1915 年威廉亨利布拉格和威廉劳伦斯布拉格（物理学） ；1922 年物理学奖尼尔斯玻尔和 1975 年物理学奥格尼尔斯玻尔；1924 年和 1981 年物理学奖曼内西格巴恩和凯西格巴恩母女获奖：居里夫人母女最年轻得奖：威廉劳伦斯布拉格（25 岁） ；最年老得主：里奥尼德赫维克兹（90 岁）1927 年 10 月第五次索尔维回忆，到场 29 人有 17 人获奖。1961 年诺贝尔和平奖授予达格哈马舍尔德 2011 年诺贝尔医学奖授予拉尔夫斯坦慢。这是唯一两次授予不在世的人。诺贝尔奖女性得主：44 位；物理学：居里夫人，玛利亚格佩特梅耶；和平奖：
5、贝尔塔冯苏特纳。不设立数学家，一般不超过三人，在和平奖上，会授予团体。爱因斯坦没有因为相对论获奖，而因为光电效应获奖引起巨大争论。诺贝尔奖有 6 年停发：1916,1931,1934，1940 和 1942首次诺贝尔物理学奖：1901 年，X 射线和电磁波，威廉康拉德伦琴（德国科学家）。电磁波谱：伽马射线，X 射线，紫外线，可见光，红外线，微波，无线电波（特斯拉）放射性的发现（1903 年）：贝克勒耳，法国物理学家和居里夫妇；原子核物理：1908年诺贝尔化学奖欧内斯特卢瑟福，提出原子核结构模型，被称为“最美的物理实验”，人工核反应创立者，众多学生获奖；1921 年诺贝尔化学奖授给弗雷德里克索迪
6、(对放射性物质以及同位素的研究)1938 年物理学奖，恩里科费米(Enrico Fermi)“证明了可由中子辐照而产生的新放射性元素(93 号)的存在，以及有关慢中子引发的核反应的发现”。1944 年诺贝尔化学奖奥托哈恩（发现重核的裂变）1951 年诺贝尔化学奖授给埃德温马蒂森麦克米伦和格伦西奥多西博格（发现了超铀元素）。1963 年诺贝尔物理学奖1/2 授给耶诺帕尔维格纳 (对原子核和基本粒子理论的贡献，特别是对基础的对称性原理的发现和应用).1963 年诺贝尔物理学奖 1/2 授给玛丽亚格佩特-梅耶和 J汉斯D延森（发现原子核的壳层结构）。1975 年诺贝尔物理学奖授给奥格尼尔斯玻尔、本罗
7、伊莫特森和利奥詹姆斯雷恩沃特（发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系，并且根据这种联系发展了有关原子核结构的理论）。电子的发现（1906 年）和基本粒子物理，1858 年普朗克发现阴极射线，克鲁克斯闪电研究；1923 年诺贝尔物理学奖授予罗伯特安德鲁密立根“基于光合和光电效应的工作”；1927 年诺贝尔物理学奖授予阿瑟康普顿，表彰他的工作和“以他命名的效应”；查尔斯威尔逊，“通过水蒸气的凝结来显示带电粒子运动轨迹的方法”，威尔逊云室，；1935 年诺贝尔物理学奖授予詹姆斯查德威克，以表彰他“发现中子”；1936 年授给维克托弗朗西斯赫斯”“发现宇宙射线”和卡尔戴维安德森“发现正电子”；194
8、8年物理学奖授予帕特里克梅特钠斯图尔特布莱克特以表彰“改进威尔逊云雾室方法和在此核物理和宇宙射线的发现”；1949 年诺贝尔物理学奖授予日本物理学奖汤川秀树，以表彰“以核作用力为基础预言了介子的存在”；1950 年诺贝尔物理学家授予塞西尔弗兰克鲍威尔，表彰“发现研究核过程的照相方法，以及基于该方法的有关介子的研究”。古典物理学：力学，电磁学，热力学和统计物理，物理学的两朵乌云：迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射（无法用麦克斯韦电磁理论和统计物理解释） 狭义和广义相对论，量子力学和量子场论爱因斯坦：（18791955，1921 年诺贝尔奖）科学贡献：狭义相对论，广义相对论，量子理论和统计物理；和审稿制
9、度的冲突，光电效应，康普顿散射。普朗克的黑体辐射理论，叶企孙，清华物理系创始人(1898.7.161977.1.13) 1921 年在哈佛利用 x 射线精确测量普朗克常数。实验粒子的量子假象：玻尔氢原子理论（慕尼黑大学，葛根停大学，波尔研究所） 量子力学：普朗克，爱因斯坦的量子理论和玻尔原子理论（唯象理论）；海森堡和玻恩的矩阵力学；德布罗意和薛定谔的波动力学；两种力学的统一，玻恩的几率解释以及相关的发展量子力学基本问题的争论和解释（量子力学是一套基于概率的理论，爱因斯坦对此很不满意，和玻尔展开了长期辩论。爱因斯坦始终认为，要么量子力学是错的，要么量子力学的背后存在更深层次的，可以完全确定位置和
10、动量的决定性理论“上帝不掷骰子”），核物理的早期发展回顾（放射性的发现和研究（原子核会发出射线）人工嬗变,人工放射性的和核裂变发现和研究（用粒子轰击原子核，会让原子核发生改变）核反应堆和原子弹的制造（核裂变的发现者：哈恩和迈特纳），费米和核反应堆的制造，原子能的和平利用(1954 年，前苏联建成世界首座核电站-奥布宁斯克核电站。该核电站现在已经成为博物馆,美国三里岛事件，世界核电站),曼哈顿工程,海森堡和波尔的会面（1941 年，海森堡在哥本哈根会晤玻尔，两人不欢而散，从此决裂。这次会面的详情至今是不解之谜。玻尔立刻出逃到美国，参加曼哈顿计划，海森堡则主持了德国的核计划）新中国原子弹的制造（邓
11、稼先和原子弹理论设计）核磁共振的原理和应用：核磁共振的发现者：拉比（美，1898-1988，1944 年诺贝尔奖得主，发明测量核磁矩的分子束方法，布洛赫和波舍尔（美，1952 年诺贝尔奖得主，在拉比的基础上发明现代核磁共振原理；核磁共振的基本原理是利用振荡的磁场测量样品原子核的磁性原子钟的原理：利用原子来校准高频振荡器的频率。所以，在原子钟中，原子充当了“钢琴调音师”的角色。如果已知磁铁 B 的磁性，则就知道了共振频率 0 .于是通过测量磁铁 B 的偏转程度，可以知道知道磁铁 A 的旋转频率。钟表误差的原因：振荡器的频率 会随时间发生随机的漂移（原理分析：由原子结构决定,永远不变,因此我们就不
12、断测量N- 0,(N 是个常整数，比如 1024)从而根据结果修正） Ramsey 改进了利用原子校准电磁波频率的方法。解决了提高原子钟精度的关键问题。1952 年美国国家标准局（NIST）利用 Ramsey 原理制造成功第一台铯原子钟 NBS-1.微波激射器和激光的发明：爱因斯坦在 1916 年提出受激辐射理论,指出激发态的原子和一个光子相互作用后会辐射出两个相同的光子。原理：把大量光子囚禁在共振腔内,从而使得光子和原子反复作用,得到大量同种光子.基于经典光学的技术突破：高锟 2009 年诺贝尔奖得主，高锟在 1966 年指出利用高纯度玻璃制成的光纤可以用来实现远距离通讯。1970 年，高纯
13、度玻璃光纤被制成。1981 年，第一条光纤通讯线路建成。光的量子理论：上世纪六十年代，Glauber 建立了相对简单的光的量子理论，并以此为基础对光的干涉实验中的量子效应进行了系统分析。离子阱技术：从上世纪五十年代开始，出于光谱学的需要，人们开始研究如何把离子约束在很小的区域内的技术，即离子阱技术微。腔量子电动力学：上世纪四十年代末，Purcell 预言微腔中原子的自发辐射率会与自由空间中不同。八十年代，Kleppner 的实验验证了这一点。电子元件的发展：佛莱明 ，（英，真空二极管发明人，）De Forest, （美， 真空三极管发明人，1904 和 1906 年，真空二极管和三极管先后诞生
14、，人类进入电子时代的第一阶段-电子管时代。上世纪二十年代，布洛赫利用量子力学提出能带理论，使人们正确认识导体，半导体和绝缘体的区别，从而为半导体时代的到来奠定了基础。晶体管：1948 年，贝尔实验室的 Shockley 与 Bardeen 和 Brattian(照片中从左至右) 发明了世界上第一支晶体管，并因此获得 1956 年诺贝尔奖。人类进入晶体管时代。1958 年， 德州仪器公司的Kilby 和仙童公司的 Noyce 发明了集成电路。人类进入集成电路时代。 Kilby 后来获得2000 诺贝尔物理奖， Noyce 后来创立 Intel 公司。摩尔定律：同样大小的芯片上集成的晶体管数每 1
15、8 个月翻一番。40 年来的发展大体如此。现在集成电路的发展已经接近量子极限。超导现象的研究：1911 年，荷兰物理学家昂尼斯发现汞的超导，因此获得 1913 年诺贝尔奖。高温超导：1986 年，瑞士 IBM 实验室的 Bednorz 和 Muller 在陶瓷材料中发现了高温超导。超流的发现：1937 年，苏联物理学卡皮查发现 He4 在低温（2K）下的超流现象，因此获得 1978 年诺贝尔奖He3 超流的发现：1970 年代，美国物理学 D.Lee 等人 He3 在低温（0.002K）下的超流现象，因此获得 1978 年诺贝尔奖。玻色-爱因斯坦凝聚的发现：1924 年印度物理学家玻色提出以不
16、可分辨的 n 个全同粒子的新观念，爱因斯坦在此基础上指出，这类粒子在绝对零度的时候，所有粒子会处在相同的状态朗道和玻戈留波夫对超流的解释：上世纪 40 年代，朗道和玻戈留波夫指出，超流是He4 中的原子在低温下的玻色-爱因斯坦凝聚造成的。朗道给出了全套唯象超流理论超导微观理论的提出：1957 年，Bardeen，Cooper 和 Schriefer 建立了超导的微观理论，他们指出，超导是由于金属中电子形成的 Cooper 对的玻色-爱因斯坦凝聚造成的。原子的激光冷却技术：上世纪 90 年代，科学家利用辐射压力，采用激光和磁场将中性原子冷却到了 10-4 K- 10-5 K 的超低温。1997
17、年诺贝尔物理学奖：朱棣文中性原子气体中玻色-爱因斯坦凝聚的实现：1995 年，3 位美国物理学家先后实现了中性原子气体的 玻色-爱因斯坦凝聚，并因此获得 2001 年诺贝尔物理学奖。超冷原子分子物理发展和应用：超冷分子物理，多体物理，里德堡原子气体，量子信息和精密测量，偶极原子气体宇宙线，加速器，和粒子探测器：1939 年诺贝尔物理学奖授予欧内斯特劳伦斯，表彰“他对于回旋加速器的发明和发展，并以此获得有关人工放射性元素的研究结果”.1951年诺贝尔物理学奖授予约翰道格拉斯考克饶夫和欧内斯特沃吞表彰他们“再用人工加速原子产生原子核嬗变方面的开创性工作”；1958 年授予帕维尔阿列克谢耶维奇切连科
18、夫、伊利亚弗兰克和伊戈尔叶夫根耶维奇塔姆，表彰他们“发现并解释切连科夫效应”。1960 年授予唐纳德阿瑟格拉泽，表彰“发明气泡室”。1968 年授予路易斯沃尔特阿尔瓦雷次，表彰“他对粒子物理学的决定性贡献，特别是因他发展了氢气炮室技术和数据分析方法，从而发现了一大批共振态”；1992 年授予乔治夏帕克，表彰“发明并发展了粒子探测器，特别是多丝正比室”。加速器和对撞机的发展历史：1919 年英国科学家卢瑟福实现人类科学史上第一次人工核试验；1932 年美国科学家可克罗夫特和爱尔兰科学家沃尔顿建成第一台直流加速器，实现第一次人工加速粒子，获得 1951 年诺贝尔物理学奖；1933 年，美国科学家范
19、德格拉夫发明使用另一种产生高压的加速器；1932 年美国科学家劳伦斯建成回旋加速器，获得 1939年诺贝尔物理学奖；1952 年美国科学家柯隆、李温斯顿和史耐德发表强聚焦原理论文；1940 年，美国科学家科斯特研制成功世界第一个电子感应加速器，加速粒子实际能够高能反应的实际有用能量收到限制；1960 年意大利科学家陶歇克首次提出，并建成世界第一台对撞机 AdA；1994 年发现了顶夸克；2012 年发现了 Higgs 粒子；轻子对撞机：4TeV;LHC：质心系能量：14TeV；ILC：质心系能量 500GeV；CLIC:质心系能量:3TeV;VLHC:质心系能量 100TeV;SSC 质心系能
20、量 40TeV,1993 年被取消；1957 年授予李政道和杨振宁，表彰“透彻的研究了所谓宇称定律，这导致许多有关粒子的重大发现”；1965 年授予朝永正一郎朱利安施温格和理查德菲利普费曼，表彰“在量子电动力学方面的基础性工作，这些工作对量子物理学产生深远影响”；二十世纪物理学的两大革命性成就量子论，相对论；1969 年诺贝尔物理学奖授予默里盖尔曼，表彰“对于基本粒子的分类及其相互作用的研究发现”；1979 年授予谢尔登李格拉肖和阿普杜勒萨拉姆、史蒂文温伯格，表彰“关于基本粒子之间弱相互作用和电磁相互作用的统一理论，包括对弱中性流的预言在内的贡献”；希格斯粒子是标准型最后被发现的粒子；1955
21、 年一半授予威利斯尤金兰姆，表彰有关氢原子光谱的精细结构的研究成果“，另一半给了波利卡普库施，表彰“精确地测定了电子的磁矩”；兰姆移位（1947 年测得 2S 比 2P 要高1051MHz)和电子的反常磁矩；1959 年授予埃米利奥吉诺赛格雷和欧文张伯伦，表彰“发现反质子”；1976 年，授予伯顿克里特和丁肇中，J 粒子和璨夸克发现。1980 年授予詹姆斯沃森克罗宁和瓦尔洛格斯登，表彰“发现中性 K 介子衰变时存在对称破坏”；1984 年授予卡洛鲁比雅和西蒙范德维尔，表彰“对导致发生弱相互作用传递者，场粒子 W 和 Z 的大型项目的决定性作用”；1988 年授予立昂马克思莱德曼、梅尔文施瓦茨和杰克斯坦因贝格尔，表彰“中微子束方式以及发现了 u 子中微子证明轻子二重结构”；1990 年授予杰尔姆佛德里曼、亨利肯德尔和理查德泰勒，表彰他们“有关电子在质子和束缚中子上的深度非弹性散射的开创性研究，这些研究对于粒子物理学的夸克模型发展具有必不可少的重要性”；1995 年一半授予马丁刘易斯佩尔，表彰他发现 T粒子，另一半授予弗雷德里克莱因斯，表彰“发现中微子，以及对于轻子物理学开创性的实验研究”
