[科普中国]-那些手握诺奖级成果的物理学大佬

2017的诺贝尔物理奖已经落下帷幕，完成“爱因斯坦终极习题”的****LIGO引力波（Kip StephenThome, Rainer Weiss和Barry ClarkBarish）果然摘下桂冠。

引力波的发现验证了广义相对论最后一个未被实验直接检测的预言，但引力波带来的认知革命不止于此。它和电磁辐射、粒子都不一样，为我们开启了一个全新的宇宙观测时代。

我们知道，蝙蝠可以通过超声波的振动反射感知方位和觅食，未来我们可以像蝙蝠一样，通过引力波的振动，去感受时空的颤动。虽然引力波不是我们发出的，但是通过观测宇宙中引力波的振动现象，可以分析宇宙的动态变化。

Rainer Weiss（左）、Kip Stephen Thome（中）、Barry Clark Barish（右）

诺贝尔物理学奖宣布以后，仍然有人认为引力波的发现不到两年，需要充分的证据积累。现在诺贝尔委员会认为引力波确实是真实的探测，**在不久的未来，可能会把应该颁给“黑洞发现”的奖补上。**因为引力波、高能观测、双星观测等都倾向于黑洞的存在。

那么，除了引力波这一重大发现，近些年物理学家们还有哪些亮眼表现呢？

现在，我们就一起盘点下近年来那些取得“诺奖级”成果的物理学大佬们。

**1.**Michel G. E. Mayor (米歇尔·麦耶 ，1942—，瑞士)

主要成果：发现第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星

Mayor是一位任教于日内瓦大学天文学系的瑞士天文学家，已于2007年退休，但仍以荣誉退休教授身份持续进行研究。

系外行星的发现，对于现代天文学来说，如同开辟了新的大航海时代。

虽然在1992年就有人用脉冲星自转的细微变化推算出两颗系外行星（后来增加到四颗），但真正掀起革命的还是1995年Mayor发现的飞马座51b。这是被发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星，同时也是热木星的原型。

同时，此发现也是人类第一次发展出实用而系统的探测系外行星的方法：利用行星对恒星位置的微扰产生的恒星光谱多普勒频移推算出行星/恒星的质量比。

从2003年，Mayor开始使用目前仍在使用的仪器高精度径向速度行星搜索器（HARPS）。HARPS 侦测最低径向速度能达到 0.97 m/s (3.5 km/h)，有效精确度是 30 cm/s，目前全世界只有 HARPS 和另一个仪器有如此的精确度。

左上图是ESO 3.6米望远镜圆顶，右上图是望远镜本体。下图则是在实验室测试中的 HARPS。该真空室已打开，所以可见到内部一些精密仪器。

Mayor也是2007年在智利欧洲南方天文台所属拉西拉天文台发现“格利泽581c”的11位欧洲科学家之一，这是首颗位在适居带内的太阳系外行星。

2009年麦耶和他的团队发现环绕主序星的，目前质量最小的太阳系外行星“格利泽581e”。它属于太阳系外行星，位于天秤座，距离地球大约20.5光年。这颗行星的质量至少为地球的1.9倍，是迄今发现的围绕太阳系外恒星运转的最小的、同时也是质量最接近地球的太阳系外行星。

不过，它的轨道距离其母星只有0.03个天文单位，远离适居带；同时由于高温、过小的体积和来自恒星的强烈辐射，它也不大可能拥有大气层。

格利泽581c格利泽581e

2.Yoseph Imry (约瑟夫·阿马里，1939-，以色列)

主要成果：在介观物理学方面的工作（这门物理学的分支以小于宏观物体（肉眼可视）但大于原子的物体为研究对象）

Imry生于特拉维夫，1967年获魏茨曼研究所博士学位，之后在康奈尔大学完成博士后研究。他的研究兴趣跨越大量的凝聚物质和统计物理学，从相变和缩放，到超导性和随机无序系统等。

他开创了介观物理学的新领域，这是现代纳米科学领域的先驱。

Yoseph Imry是欧洲艺术与科学学院（萨尔兹堡），欧洲艺术、科学与人文学院（巴黎），以色列国家科学院以及美国国家科学院的院士。包揽了若干著名奖项，其中包括Weizmann，Humboldt，Rotschild，Israel和EMET奖。

介观物理学是物理学中一个新的分支学科。“介观”这个词汇，由Van Kampen于1981年所创，指的是介乎于微观和宏观之间的尺度。

微观，介观和宏观的区别从材料学角度来说主要是: 材料学分为微观（nm尺度），介观（um尺度）和宏观（mm尺度）。微观更接近物理学，研究原子和分子的电子结构和晶体结构的改变会怎样影响材料的基本性质。介观即一般所说的材料学，研究例如晶体缺陷的形成与移动机制及其对材料力学性能或其它宏观性能的影响。宏观则主要是力学和加工范畴了。

3.James Bjorken (詹姆斯·比约肯，1934-，美国)

主要成果：对深度非线性散射的尺度预测，导致成功识别核子内的类点成分。也是第一个（1982年）指出重离子碰撞中喷射淬火现象的人

Bjorken是当代著名理论物理学家，对基本粒子物理学的发展做出过若干影响深远的重要贡献。

他1956年在麻省理工学院获得理学学士，1959年在斯坦福大学获得理学博士，1962年至1979年在SLAC先后任副教授和教授，1979年至1989年担任费米实验室理论部副主任，1989年后重返SLAC，1998年至今为斯坦福大学荣誉教授。并于2004年荣获国际理论物理中心颁发的狄拉克奖章。

Bjorken职业生涯的大部分时间里，都在与数据打交道。在20世纪60年代，技术水平的稳步提高和实验进度的加快使得粒子物理发展迅猛。然而实验规模庞大，运转周期长，需要巨额投资，以致于不能给研究者提供很多既未得到解答又在实验课检验范围内的问题。

1969年Murray Gell-Mann获得了诺贝尔奖，获奖原因是：“对基本粒子的分类及其相互作用的研究发现和贡献”。但是，他却没有因为他最为著名的发现——夸克而专门获得过诺贝尔奖。这种物质的最小粒子构成了质子、中子和其它粒子。这一发现使得我们对物质世界有了更深层次的理解。鉴于此，一些物理学家甚至建议应该再给他颁发一个诺贝尔奖，同时还应该颁发给Bjorken，他让现在已被公认的、证实夸克理论的那些实验变得有意义。

4. Phaedon Avouris (费登·阿沃里斯，1945-，希腊)

主要成果：碳纳米管和石墨烯的电学，光学和光电子性质的实验和理论研究

1974年，Avouris在密歇根州立大学获得物理化学博士学位。之后在加州大学洛杉矶分校做了博士后工作，并在AT＆T贝尔实验室担任研究员，1978年加入沃森研究中心的IBM研究部门，2004年当选为IBM研究员。目前是纳米科学和纳米技术的经理。同时，也是哥伦比亚大学和伊利诺伊大学的兼职教授。

他的研究重点是碳纳米管和石墨烯的电学，光学和光电子性质的实验和理论研究。该工作包括纳米电子和光电器件和电路的设计，制造和研究。

Avouris开发了用于测量动力碳纳米管器件中能量和热量分布的技术。研究人员使用这些变化作为“温度计”来探测在形成纳米管的原子和支撑衬底的原子的不同振动运动模式之间如何消耗电流的能量。

Avouris认为，纳米技术在电子工业中得到成功应用，在未来，可能会在催化剂、涂料、润滑剂、更强的复合材料以及制药中应用。而在电子产品中碳纳米管是否能取代硅片，结果是不可预知的。

Avouris是希腊人，对于希腊的经济低迷和未来发展，Avouris也提出了自己的看法：希腊应主要投资于人力资本，良好的教育，创造性的思想，合作精神，提出建设性的解决方案才能实现自给自足。在这个相互关联的世界中，关键货币是知识。

（Avouris的碳纳米管热量测量技术：电子通过纳米管时，纳米管被加热，能量电子先激发标记为K的碳原子的振动，随后能量以不同速率流向其他振动模式，图中箭头的不同宽度表示不同速率。最后形成能量的非平衡分布。）

5. Mitchell J. Feigenbaum (米切尔·费根鲍姆，1944-，美国)

主要成果：第一个发现了非线性和混沌物理系统并确定了费根鲍姆常数

Feigenbaum出生在美国汽车城—费城，二战后举家迁至布鲁克林，天才的Feigenbaum所呈现的内向、任性和创新的性格不能不说是带上了“布鲁克林”的色彩。1964年在纽约市立大学毕业后，他进入麻省理工从事物理学研究，在1970年获得基本粒子物理博士学位。

而后的四年间，却是他人生中“不堪回首”的一段。凭着麻省理工博士的硬牌子进入了康奈尔大学，却半点不思基本粒子，每天如痴如醉地热衷于非线性和chaos（混沌）！要知道当年的chaos正在“胎儿”时期，正是进入这个全新领域的好时机，却也正是外人所不能理解的“坏”时光。

1972年，Feigenbaum被“请出”康奈尔，转入弗吉尼亚专科学院，不到两年又待不下去了。在同行们眼里，Feigenbaum是怪异的。他的名下只发表过一篇文章，而且没有去研究任何别人看起来会有出息的事情。他说话总是很快，往往丢掉冠词和代词，仿佛有点中欧腔。工作时像着魔一样，无法工作时就散步和思考，无论白天还是夜晚。

他的怪异引起了卡拉瑟斯教授的密切关注，因为Feigenbaum提出的古怪问题中包含着深邃的思想和扎实的基础。

1974年，只有少数同事们知道，Feigenbaum在研究一个他自称为“不那么明显”的问题——混沌（chaos），并取得了最后的胜利—发现了非线性科学中重要的不变性Feigenbaum常数。

费根鲍姆常数是复平面中实轴上连续圆的直径之比

指数图

6. Rashid Sunyaev (拉希德·苏尼亚耶夫，1943-，俄国，德国)

主要成果：帮助人们认识了宇宙的起源、星系形成过程、黑洞盘吸积以及其它宇宙现象

Sunyaev是俄罗斯和德国的天体物理学家。出生于乌兹别克斯坦，当时属于前苏联。Sunyaev于1966年在莫斯科物理与技术研究所获得物理学硕士学位，并于1968年获得莫斯科国立大学天文物理博士学位。作为研究生，Sunyaev最初对粒子物理学感兴趣，但在1965年会见了Zel'dovich后，他开始从事天体物理学研究。

宇宙学和天体物理学在某些方面是科学领域最为抽象的，不仅仅是因为它们处理了终极问题——宇宙是如何开始的，最终会如何终止？而且，在解决这些问题时，它们会面对时间的深度和距离的广度问题。

四十多年来，Sunyaev一直在追寻这些终极问题，探索其深远影响，引导一代又一代科学家们深入了解宇宙的诞生，生命和终极命运等问题。

Sunyaev的早期工作集中在**使用CMB（宇宙微波背景辐射）来揭示宇宙的早期历史。**1966年，Sunyaev和Zel'dovich研究了早期宇宙中密度波动演化的理论。

他们发现的SZ效应认为：宇宙微波背景辐射的光子与星系团等天体中的高能电子发生逆康普顿散射而导致观测到的温度分布产生变化。

这个效应已经在某些星系团中观测到，可以用于检测宇宙中的物质分布、确定哈勃常数的数值、星系团中的热等离子体的质量等等。

Sunyaev的职业生涯展现出广泛的兴趣，涵盖从宇宙本身到诸如黑洞和X射线源等天文现象的小规模工作的一切。作为科学家，他还积极参与了诸如普朗克，GRANAT，INTEGRAL和Spectrum X航天器等各种太空任务。

目前，他担任德国慕尼黑马克斯普朗克天体物理研究所所长，以及俄罗斯科学院空间研究所首席科学家。他是许多国际科学奖和荣誉的获得者，其中包括英国皇家天文学会金质奖章，瑞典皇家科学院天文学奖，美国天文学会终身成就奖，以及德意志联邦共和国勋章。

成长为星系的种子在137.70亿年间的温度波动

除了以上科学家们的研究，还有包括宇宙暴胀理论（Alan Harvey Guth和佐藤胜彦等）、威尔金森微波各向异性探测器试验（David N. Spergel等）和多铁性材料（Ramamoorthy Ramesh等）等研究也做出了杰出的成果。