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最高成就 揭秘现代天文学与诺贝尔物理学奖渊源

http://www.kexue.com 2012-11-14 09:32:05 腾讯科学  发表评论

现代天文学与诺贝尔物理学奖
诺贝尔奖的设立与天文学的尴尬

  闻名于世的“诺贝尔奖”,每年一次授予在物理学、化学、生理学或医学,以及一些人文领域做出卓越贡献的人,至今已有100多年的历史。然而,诺贝尔并没有设立专门的天文学奖项,这导致了20世纪前70年天文学的成就与诺贝尔奖无缘。由于天体物理学的发展,特别是天文观测所发现的许多物理特性和物理过程是地面上的物理学实验所无法实现的,宇宙及各种天体已成为物理学的超级实验室。天体物理学的一些突出成果有力地推进了物理学的发展,这样,天文学成就获得“诺贝尔物理学奖”就成为很自然的事了。

  诺贝尔奖是以瑞典著名化学家阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel,1833年10月21日~1896年12月10日)的部分遗产作为基金创立的。诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。诺贝尔在他的遗嘱中提出,将部分遗产(920万美元)作为基金,以其利息分设物理、化学、生理或医学、文学及和平5种奖金,授予世界各国在这些领域对人类做出重大贡献的学者。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学奖,并于1969年开始与其它5种奖同时颁发。诺贝尔奖还有一个规定,即只有先前的诺贝尔奖获得者、诺贝尔奖评委会委员、特别指定的大学教授、诺贝尔奖评委会特邀教授才有资格推荐获奖的候选人。

  由于没有设立诺贝尔天文学奖,在很多年里,天文学家既没有推荐权,也不会被人推荐。在这个世界公认的科学界最高奖面前,天文学和天文学家的处境不免有些尴尬。

  天文学与物理学相互促进

  天文学是研究地球之外天体和宇宙整体的性质、结构、运动和演化的科学,物理学是研究物质世界基本规律的一门科学。研究各种物质形态都会形成相应的物理学分支,其中包括研究天体形态和特性的天体物理学。很显然,天文学与物理学的关系十分密切,相互关联,密不可分。天文学成就可以归入诺贝尔物理学奖的范围是在情理之中的,但是要使这个道理得到公认很不容易,花费了几十年的时间。

  20世纪初,物理学家根据物理学规律提出了许多天文学预言:如广义相对论预言星光在太阳引力场中的弯曲、水星近日点的运动规律和引力场中的光谱红移现象;预言中子星、微波背景辐射、星际分子和黑洞的存在等。这些预言在证实的过程中曾走过艰难的历程甚至弯路,这些伟大的预言推动着天文学家和物理学家们为之奋斗,并且发展了一个个新的分支学科。

  天文观测为物理学基本理论提供了认识地球上实验室无法得到的物理现象和物理过程的条件。开普勒发现了行星运动三定律以后,牛顿为解释这些经验规律才导出万有引力定律,而在地球上的物理实验室中是总结不出万有引力定律的。此后,从对太阳及恒星内部结构和能量来源的研究中获得了热核聚变反应的概念;对星云谱线的分析提供了原子禁线理论的线索;从恒星演化理论发展出了元素形成理论。天文学观测的新发现也给物理学以巨大的刺激和挑战:中子星的发现推动了致密态物理学的发展,而类星体、星系核、 射线暴等现象的能量来源迄今还很难从现有的物理学规律中找到答案。

  随着物理学的发展,物理学家必然要把宇宙及各种天体作为物理学的实验室。物理学家涉足天文学领域的研究成为一种必然。而天文学家也会密切地注视着物理学的发展,以期用物理学原理来解释宇宙的过去、现在和将来。

  一批天文学历史性成就无缘诺贝尔奖

  在1901年开始颁发诺贝尔奖以后,天文学上有很多重大的发现,其科学价值可与获得诺贝尔物理学奖的一些项目媲美。

  1912年,美国女天文学家勒维特(Henrietta Swan Leavitt)发现造父变星的周光关系,从而得出一种估计天体距离的方法,这直接导致了河外星系的发现。1911年~1913年,丹麦天文学家赫茨普龙(Hertzsprung Ejnar)和美国天文学家罗素(Henry Norris Russell)各自独立地得到了恒星光度和光谱型的关系图,即赫罗图,赫罗图在恒星起源和演化的研究中起到了举足轻重的作用。1918年,美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)发现银河系中心在人马座方向,纠正了太阳是银河系中心的错误看法。1924年,美国天文学家哈勃(Edwin P.Hubble)确认“仙女座大星云”是银河系之外的恒星系统,继而在1929年发现了著名的哈勃定律,证明宇宙在膨胀。1926年,英国天文学家爱丁顿(Arthur Stanley Eddington)出版专著《恒星内部结构》,这本书成为恒星结构理论的经典著作。然而,这些成果无一例外地被诺贝尔物理学奖拒之门外。

  就像1927年诺贝尔物理学奖得主威尔逊发明的云雾室成为研究微观粒子的重要仪器一样,望远镜的发展使我们能够观测到更遥远、更暗弱的天体及天体现象。但是没有一项光学望远镜的成就获奖。其中如美国天文学家海尔(Alan Hale)研制的口径1.53米、2.54米和5.08米三架大型反射望远镜,1930年施密特研制的折反射望远镜,以及20世纪90年代研制完成的10米口径凯克I号和II号望远镜等,都代表了天文学观测手段的历史性成就。

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