文档详情

1978年诺贝尔物理学奖

夏**
实名认证
店铺
DOCX
35.97KB
约26页
文档ID:424207877
1978年诺贝尔物理学奖_第1页
1/26

1978年诺贝尔物理学奖1978年物理学奖,由三位物理学家获得,他们是前苏联的彼得•卡皮查(PeterL.Kapitsa)(获得奖金的一半)和美国的阿诺•彭齐亚斯(ArnoPenzias)和罗伯特•威尔逊(RobertW.Wilson)(分享另一半奖金)卡皮查建成了液化氮的新装置,证实氮亚超流低温物理学彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景微波辐射彼得•卡皮查(PeterLeonidovichKapitsa,1894—1984),出生于俄罗斯圣彼得堡附近的喀琅施塔得,父亲是一位军事工程师,母亲从事高等教育工作1918年毕业于列宁格勒工学院,在列宁格勒(圣彼得堡)科技研究所电机研究室约飞领导的小组工作1919年,对卡皮查来说是灾难之年,他的父亲、妻子和两个孩子先后在传染病中去世,对他造成了重大打击1921年,在约飞的推荐下,卡皮查辗转来到英国,争取到了进入卡文迪什实验室,在卢瑟福领导下进行研究的宝贵机会其间,由于他在产生强磁场和超低温方面的研究工作出色,被推举为英国皇家学会会员1934年,在他一年一度回苏联探亲后,便没有返回英国此后他一直留在苏联从事研究工作,直至1984年逝世1918年一1921年,卡皮查在约飞手下工作期间表现出色,他与谢苗诺夫(N.N.Semenov,1956年诺贝尔化学奖获得者)合作,提出一种方法:用非均匀磁场干扰原子,以确定原子的磁矩。

这个方法不久后在斯特恩-盖拉赫实验中得到了进一步完善1923年,卡皮查在卡文迪什实验室工作期间,做成了一个重要实验,把云室置于强磁场中,观察到了粒子受磁场作用径迹发生的弯曲1924年,卡皮查又提出一些能获得更强磁场的方法,得到了卢瑟福的大力支持,并被任命为卡文迪什实验室磁学研究的助理主任卡皮查用脉冲方法获得了高达32T的强磁场此后他对磁致伸缩等现象进行了开创性的研究,1928年,发现置于极强磁场中的各种金属的电阻与磁场强度的线性关系接着,卡皮查把注意力转移到低温物理学,他对荷兰莱顿低温实验室和卡末林-昂内斯的研究进行了分析,设计了一套高效率的氦液化器卢瑟福非常器重卡皮查,为他创造尽可能好的条件1929年,推荐他为英国皇家学会第一个外籍研究员,并以英国皇家学会的名义专门建立了一所研究强磁和低温的实验室一一蒙德(Mond)实验室,以使卡皮查能充分发挥专长卡皮查在卡文迪什实验室成了重要的科研人员,不断创造出新的成果卡皮查每年夏季都回苏联莫斯科探望母亲(他唯一的至亲),1934年,卡皮查又一次回到莫斯科探亲并参加一个学术会议,从此便留在了苏联这对卢瑟福和卡文迪什实验室无疑是一个意想不到的打击,因为低温和磁学的研究显然会因此受到影响。

后来,当卢瑟福得知卡皮查安然无恙,并被任命为苏联科学院物理研究所所长时,毅然应允把卡皮查在卡文迪什实验室使用的全套设备运往莫斯科,以便让卡皮查继续进行科学研究苏联政府则相应地给卡文迪什实验室一定的财政补偿这件事情说明了,卢瑟福没有因为社会制度不同对苏联采取敌视态度,而是从科学事业出发,尽可能保证卡皮查的科研工作不受影响,表现出难能可贵的人格与品质对此,卡皮查深为感激卡皮查回到莫斯科后,利用从英国运回的设备继续从事强磁场和低温物理方面的研究他最有名的工作与温度极低的液态氦有关,这是一个首先由卡林-翁纳斯提出的课题卡皮查是研究氦11奇异特性的科学家之一(氦II是指在绝对零度和2.22K之间的氦)他指出,氦氦II的粘滞性仅为氢在常温常压下的千分之一(氢是粘滞性最小的气体),因此流动起来比气体还顺畅1941年,卡皮查关于氦I的论文在莫斯科发表,此后,这方面的研究工作由朗道继续进行第二次世界大战期间,卡皮查曾企图从丹麦营救他的老朋友玻尔,可是英国人捷足先登此后,苏联政府曾想让卡皮查加入研究核武器的工作,卡皮查经过冷静思考后拒绝了这项工作战后,他非常积极地从事空间研究20世纪50年代,卡皮查把部分精力转移到球型闪电上。

这是一种使人迷惑的现象,在球型闪电内部,等离子体(一种高能气体,其中原子和分子都已离解成带电的碎片)维持的时间比一般设想的要长得多卡皮查的分析涉及到驻波,即互相增强、并能维持一个相当长时间的波的序列1978年10月17日,瑞典皇家科学院从斯德哥尔摩致电苏联莫斯科物理问题研究所,电文中讲到:“亲爱的卡皮查院士:瑞典皇家科学院今天决定将1978年的诺贝尔物理学奖分成两部分,其中一部分颁发给您,以表彰您在低温物理学领域中根本性的发现和发明此时,卡皮查已经84岁高龄,而他为之获奖的工作,却是在将近40年前做出的诺贝尔评奖委员会的这一举动,更像是一次迟来的追任,这与此前获奖的前苏联物理学家朗道的情况有些相似于是,人们在这一年的获奖人物和成就中,罕见地看到了在物理学上几乎没有关联的两个独立的贡献后附:卡皮查的传奇经历)阿诺•彭齐亚斯(ArnoPenzias,1933—),出生于德国的慕尼黑7岁时随父亲移居美国,是1939年二战爆发前最后一批逃离纳粹德国的难民中学毕业后就读于纽约市立学院物理学专业,1954年毕业后在陆军通讯兵团服役两年后,彭齐亚斯进入哥伦比亚大学读研究生,成为著名物理学家拉比的助手,后随汤斯作论文,题目就是为射电天文实验建造微波激射放大器。

1958年获得硕士学位,1962年获得博士学位1961年,任职于新泽西州霍姆代尔附近的克劳福德山的贝尔公司,从此开始对射电天文学的研究1964年,彭齐亚斯和同在贝尔公司工作的威尔逊,使用一架为早期通讯卫星设计的天线,接收到了来自天空的均匀且不随时间变化的讯号1965年,他们二人在《天体物理学报》上发表了题为《在4080兆赫上额外天线温度的测量》的论文,宣布了这个新发现随后,普林斯顿大学的狄克等人在同一杂志上解释道,这就是宇宙背景微波辐射宇宙背景微波辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了有力证据罗伯特•伍德罗•威尔逊(RobertWoodrowWilson,1936—),生于得克萨斯州的休斯敦他从小就对电子学有兴趣,会装配收音机和电视机中学毕业后进入赖斯大学学习,由于少年时期对电子学的爱好,他起初攻读电机工程学,后来改读物理学,成绩优秀,1957年获得学士学位1962年,他以射电天文学方面的论文获得加州理工学院的哲学博士学位次年成为射电天文学研究员,进入贝尔实验室,在那里开始了和彭齐亚斯的合作当时的贝尔实验室是著名的美国电报公司(AT&T)属下的研究机构,由的发明人、美国著名的科学家贝尔创建这里拥有最先进的仪器设备,产生过许多重要的科学发现和技术发明,网罗了一大批一流的科学家和技术专家,先后有十多名获得诺贝尔物理学奖的科学家在此工作。

一般企业的研究机构只允许研究人员从事与本企业产品有关的研究课题,要服从企业经营的需要,并对外进行技术保密而贝尔实验室则截然不同,它为从事科学研究创造了最适宜的氛围,努力让科学家在没有设定的框框下进行研究,允许研究人员从事与企业经营项目无关的研究课题,甚至是一些基础科学和理论学术性的课题,为其提供大量经费威尔逊后来担任贝尔实验室无线电物理部的主任该部有14个人,他们除了从事射电天文学的研究外还从事微波固体器件、集成电路方面的研究威尔逊对通过毫米波测量星际分子来研究银河系中的暗物质非常感兴趣1963年初,彭齐亚斯和威尔逊把一台卫星通讯接收设备改为射电望远镜,进行射电天文学的研究原有设备是1960年为接收从“回声”卫星上反射回来的信号而建造的他们改装成的射电望远镜主要由天线和辐射计组成喇叭型反射天线宽约6米,由一个逐渐扩展的方形波导管(相当于喇叭)和一个扇形旋转抛物面反射器组成喇叭的顶点跟抛物面的焦点重合,沿着抛物面轴线传播的平面波,聚焦到顶点的辐射计接收测量辐射强度所用的辐射计安放在喇叭顶端的小室内,以减小噪声他们装备了噪声最低的红宝石微波激射器,因此灵敏度有了保证在正式工作之前,必须精确测量天线本身和背景的噪声,为此他们把天线与一个参考噪声源相比较。

他们采用液氦致冷的一段波导管作为参考噪声源,能产生确定功率的噪声由于这样的参考噪声源的功率只由平衡热辐射的特性决定,因此可取为噪声的基准噪声功率一般用等效温度来表示比较的结果是:总的天线温度测量值的误差估计是0.3K,实验结果在天顶处所测得的总天线温度是6.7±0.3K根据他们第一次公布的数据,可以看到他们对天线各项噪声的等效温度作了具体分析:大气辐射温度为2.3±0.3K,天线和波导器件损耗温度为0.8±0.14K,背瓣温度小于0.1K这样算来,天线的等效噪声温度只有3.2±0.7K把总的天线温度6.7±0.3K减去上述各项噪声源的温度,得到3.5±1K他们惊奇地发现,多余温度值3.5K远大于实验误差1K,如果找不到原因并加以消除,他们是无法进行下一步的测量计划的此后,他们用了差不多一年的时间,耐心地寻找和分析可能产生多余温度的原因:会不会是银河系外离散源与银河系对天线产生了这一多余的温度?经过反复测试排除了这一可能性会不会是地面来的噪声?不会,他们以精确的实验证明,背瓣的噪声值非常之低于是他们只好把天线本身看作是多余噪声的来源他们清洗和准直各部件之间的接头,在喇叭的铆接处贴上铝带以减小损耗,这样做仅仅使天线温度略有降低,不影响总的结果。

甚至他们还注意到有一对鸽子栖息在喇叭的喉部,于是马上赶走鸽子当他们发现喇叭喉部内表面有一层鸽子粪便时,他们认为总算找到了原因于是,1965年初,他们拆开整个设备清洗可是,多余的天线温度还是没有降低多少彭齐亚斯与威耳逊感到非常沮丧,实验的严密和精确已经达到了力所能及的极限,还找不到天线多余温度的原因正在这时,实验站附近的普林斯顿大学有一位实验天体物理学家迪克(R.H.Dicke)领导着一个小组也在开展一项探索性的研究他设想是否可能存在由宇宙早期的炽热高密度时期残留下来的某种可观测的辐射迪克的猜测建立在宇宙“振荡”理论的基础上,即认为宇宙是反复地膨胀和收缩的他猜想宇宙在“振荡”过程中会留下可观测的背景辐射并建议罗尔(P.G.Roll)和威尔金森(D.T.Wilkinson)进行观测罗尔和威尔金森在普林斯顿大学的帕尔末(Palmer)物理实验室的屋顶上,动手建造辐射计和喇叭天线,以寻找这种宇宙背景辐射迪克还建议皮布尔斯(P.J.E.Peebles)对这个问题进行理论分析,研究宇宙背景辐射测量结果的宇宙学意义皮布尔斯于1965年3月写出论文他还在约翰•霍普金斯大学作过一次演讲,阐述了这种想法和推论。

1965年春的一天,彭齐亚斯和麻省理工学院的射电天文学家伯克(B.Burke)通,顺便谈及他们难于解释的多余噪声温度伯克想起在卡内基研究所工作的一个同事图涅耳(K.Turner)曾谈起听过皮布尔斯的演讲,于是建议彭齐亚斯与普林斯顿大学的迪克小组联系,可能他们对这架天线接收到的难以理解的结果会有一些有趣的想法彭齐亚斯与迪克通了,迪克首先寄来了一份皮布尔斯讲演稿的预印本,接着迪克及其同事访问了克劳福德山,察看了彭齐亚斯和威耳逊的天线设备,并一起讨论了测量的结果迪克小组相信彭齐亚斯和威耳逊的测量精度,认为他们测量到的正是要寻找的宇宙背景微波辐射于是,双方同时在《天体物理杂志》上发表了自己的简讯一篇是迪克小组的理论文章“宇宙黑体辐射”,另一篇是彭齐亚斯和威尔逊的实验报告彭齐亚斯和威尔逊宣称:“有效的天顶噪声温度的测量,得出一个比预期高约3.5K的值在我们观察的限度以内,这个多余的温度是各向同性的、非偏振的,并且没有季节的变化上述两篇简讯发表以后,引起了极大的反响人们期待进一步确认天线的多余温度就是真正来自宇宙的背景辐射关键是要分析这一辐射的特征,看测量结果是否与预言相符据理论分析,热平衡辐射应是各向同性的而且不同频率的辐射能量密度分布应服从普朗克定律。

各向同性已基本上被彭齐亚斯和威尔逊的观测初步证实了,因此检验这种辐射在不同波长的能量密度。

下载提示
相似文档
正为您匹配相似的精品文档