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图1 诺贝尔
诺贝尔奖从1901年开始颁发,至今已有整整106年的历史了。但是,“诺贝尔奖”规定的奖励项目里面是没有天文学的。在20世纪70年代之前,有不少天文学家的成就完全可以与后来获得诺贝尔奖的项目相媲美。如发现赫罗图的赫茨普龙和罗素,发现哈勃定律的哈勃等,但因为诺贝尔奖没有设立天文学奖,所以他们都没有获得诺贝尔奖。就连被认为是20世纪最伟大的物理学家的爱因斯坦,他的被作为天文学的理论基础的狭义相对论和广义相对论成就也无缘诺贝尔物理学奖。这些都给人们留下了极大的遗憾。比如,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物理学奖,然而,遭到了评审委员会中保守派的坚决反对。直到20世纪中期之后,天文学家的研究成果才被归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。
图2 诺贝尔奖的金质奖章
20世纪下半叶以来,天文学中的重大发现接踵而至,如脉冲星、类星体、引力透镜天体,等等,天文观测现象为物理学的基本理论提供了地球上实验室里无法得到的物理现象和物理过程,宇宙及其中的各种天体已成为物理学的巨大的天然实验室。天文学观测的新发现给物理学以巨大的刺激和挑战,天体物理学的一些突出成果大大推进了物理学的发展,当代天体物理学在整个物理学中已具有举足轻重的地位,而且物理学家对天体物理学的重要性之认识也已经大为深化。天文观测和物理实验、天体物理学与物理学各个分支之间的渗透逐步加强。天文学成就成为“诺贝尔物理学奖”的授奖范围,也就成为科学界的共识。
事实上,在20世纪前70年,有3位物理学家荣获的诺贝尔物理学奖的成就属于天文学的研究范畴,至少可以说是物理学和天文学紧密结合的研究项目。
第一位是发现宇宙线的奥地利物理学家赫斯。1911-1912年,赫斯用气球把“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,发现了来自地球之外的宇宙线。初级宇宙线主要由各种原子核以及电子、中微子、X射线和g射线光子组成,是人类能直接获得的太阳系外物质的唯一样品,是研究恒星晚期演化过程的一个重要途经。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新的天文现象的典型例子。赫斯因发现宇宙线而荣获1936年诺贝尔物理学奖。
第二位是研究恒星能源的美国物理学家贝特。1938年贝特提出的核反应理论中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,释放出大量的能量,成为太阳光和热的源泉。“质子-质子链”和“碳氮循环”中的一系列核反应足以提供恒星的辐射能量。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。他在研究核反应的物理学规律的同时把天体作为物理学的研究对象。1967年他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 。) 第三位是美国物理学家汤斯。1964年,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。这一基础性的研究和器件的研制在天文学上有重要的应用。汤斯当时就把这一物理学的成就与天文学联系起来,1957年他预言星际分子的存在,列出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。从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、甲醛(H2CO)等分子。因此,天文界一直把汤斯看成分子天文学的开创者。分子天文学的发展方兴未艾,并推动了恒星形成和生命演化课题的发展。汤斯因对量子电子学的研究和发明微波激射器,获 1964 年诺贝尔物理学奖。
在20世纪最后的30年中,除了上述3项诺贝尔物理学奖外,还有9位天文学家的7项研究成果获得诺贝尔物理学奖。2002年,卡尔多·贾科尼、戴维斯和小柴昌俊三位天文学家共同荣获2002年度诺贝尔物理学奖。2006年 10月3日,瑞典皇家科学院又宣布将本年度诺贝尔物理学奖授予美国天文学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特,以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。从这里我们也可以看出,天体物理学已经成为现代物理学中不可分割的、重要的组成部分。
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