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1、1爱因斯坦与诺贝尔奖爱因斯坦成功地领导了爱因斯坦成功地领导了20202020世纪的物理学革命；世纪的物理学革命；似乎他又吹响了似乎他又吹响了21212121世纪物理学革命的号角！世纪物理学革命的号角！陆 埮中国科学院紫金山天文台中国科学院紫金山天文台粒子核宇宙学联合研究中心粒子核宇宙学联合研究中心粒子核宇宙学联合研究中心粒子核宇宙学联合研究中心（J JCPNPC of PMOCPNPC of PMONJUNJU）2爱因斯坦的学术成就3E=mc2狭义相对论博士论文获诺贝尔奖之作导致PerrinPerrin获诺贝尔奖1905776次121次423次1625次1672次 450500 1000150
2、02000250019001020304050776-SR423-PhE1625-BM121-EM1672-Dr515-BM294-SH671-CL1023-Dr40-PhC456-GR719-LA78-Cos111-BE96-BE2698-EPR190-GW315-Mov总引用数：总引用数：15641次次爱因斯坦重要论文爱因斯坦重要论文爱因斯坦重要论文爱因斯坦重要论文的引用情况的引用情况的引用情况的引用情况数篇推广相对论数篇推广相对论100-146401-Bohr相对论相对论量子论量子论统计物理统计物理6爱因斯坦:怎样获得诺贝尔奖？78提名提名Einstein的人的人Ostwald、Prin
3、gsheim、Schaefer、Wien、Naunyn、Chwolson、Ehrenhaft、Haas、Warburg、Weiss、von Laue、E. Meyer、 S. Meyer、Planck、Arrhenius、Perrin、Svedberg、Gouy、WaldeyerHartz、Ornstein、Julius、Zeeman、Onnes、Bohr、Dllenbach、Eddington、Faffe、Marx、Nordstrm、Walcott、Wiener、Lyman、Oseen、Sommerfeld、Brillouin、de Donder、Emden、Wagner、Langevin、
4、Poulton等人。等人。9提名Einstein的领域相对论；量子论；引力论；布朗运动；光相对论；量子论；引力论；布朗运动；光量子；统计力学；临界乳光；比热；数学量子；统计力学；临界乳光；比热；数学物理；光电效应；爱因斯坦德哈斯效应物理；光电效应；爱因斯坦德哈斯效应等。等。提名最多的领域是相对论，包括狭义和广提名最多的领域是相对论，包括狭义和广义相对论。但是，获奖的却是光电效应。义相对论。但是，获奖的却是光电效应。10 1921 光电效应光电效应得奖年得奖年：1921得奖人得奖人：A. Einstein得奖项目得奖项目：for his services to theoretical physi
5、cs, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect瑞典皇家科学院秘书的信：瑞典皇家科学院秘书的信：“但是没有考虑您但是没有考虑您的相对论和引力理论一旦得到证实所应获得的评的相对论和引力理论一旦得到证实所应获得的评价价”11检验爱因斯坦理论或与爱因斯坦理论密切相关的研究工作而获诺贝尔奖的121923 单元电荷和光电效应实验研究得奖年：1923得奖人：R. A. Millikan 得奖项目：for his work on the elementary charge of electricity an
6、d on the photoelectric effect 说明：实验证明单元电荷和光电效应131926 布朗运动布朗运动得奖年：1926得奖人：J.B. Perrin得奖项目：for his work on the discontinuous structure of matter, and especially for his discovery of sedimentation equilibrium说明：首次实验证明Einstein的布朗运动理论141927 康普顿效应康普顿效应得奖年：得奖年：1927得奖人：得奖人：A.H. Compton得奖项目：得奖项目：for his disc
7、overy of the effect named after him说明：首次证明光子同时具有能量、动量、说明：首次证明光子同时具有能量、动量、频率、波长频率、波长“E=h, p=h/”151929 de Broglie波波得奖年：得奖年：1929得奖人：得奖人：Louis de Broglie 得奖项目：得奖项目：for his discovery of the wave nature of electrons说明：首次将爱因斯坦的光子的波粒二象说明：首次将爱因斯坦的光子的波粒二象性推广到电子性推广到电子161951 E=mc2得奖年：得奖年：1951得奖人：得奖人：Sir J.D. Co
8、ckcroft & E.T.S. Walton得奖项目：得奖项目：for their pioneer work on the transmutation of atomic nuclei by artificially accelerated atomic particles说明：说明：“a verification was provided by this analysis for Einsteins law concerning the equivalence of mass and energy”171964 受激辐射受激辐射得奖年：得奖年：1964得奖人：得奖人：C.H. Townes
9、, N.G. Basov, A.M. Prochorov得奖项目：得奖项目：for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle说明：说明：maserlaser based on 受激辐射受激辐射181993 引力波引力波得奖年：得奖年：1993得奖人：得奖人：R.A. Hulse, J.H. Taylor, Jr得奖项目：得奖项目：fo
10、r the discovery of a new type of pulsar, a discovery that has opened up new possibilities for the study of gravitation说明：验证了引力波说明：验证了引力波192001 BoseEinstein凝聚凝聚得奖年：得奖年：2001得奖人：得奖人：E.A. Cornell, W. Ketterle, C.E. Wieman得奖项目：得奖项目：for the achievement of Bose-Einstein condensation in dilute gases of alka
11、li atoms, and for early fundamental studies of the properties of the conden-sates20 与爱因斯坦工作间接有关而获诺贝尔奖的项目还有很多，如1967年的恒星能源（H.Bethe）等。21爱因斯坦爱因斯坦提名的人提名的人22Einstein提名的人提名的人1919提名提名Planck1921提名提名Masaryk（捷克总统）和平奖（捷克总统）和平奖1923提名提名FranckHertz、LangevinWeiss、SternGerlach、Sommerfeld、Compton、Wilson、Debye1925提名提名
12、Rondon元帅和平奖；元帅和平奖；Compton1927提名提名Compton1928提名提名de Broglie、DavissonGermer、 Schrdinger、 Heisenberg、Born、Jordan23Einstein提名的人（续）提名的人（续）1931提名提名Schrdinger、 Heisenberg1932提名提名Brown和平奖；和平奖；Schrdinger1935提名提名Ossietzky和平奖和平奖1940提名提名Stern、Rabi1945提名提名Pauli1947提名提名Wallenberg和平奖和平奖1951提名提名Broch文学奖；文学奖；Forster
13、和平奖和平奖1954提名青年阿利亚国际组织和平奖；提名青年阿利亚国际组织和平奖；Bothe24爱因斯坦非常重视量子爱因斯坦非常重视量子爱因斯坦极力推荐和提名量子力学的创始爱因斯坦极力推荐和提名量子力学的创始人为诺贝尔奖候选人：人为诺贝尔奖候选人： de Broglie、Schrdinger、Heisenberg、Born、Jordan爱因斯坦曾对爱因斯坦曾对Stern说：说：“我在量子问题上我在量子问题上费的心思，费的心思，100倍于广义相对论。倍于广义相对论。”25爱因斯坦的工作爱因斯坦的工作还会导致哪些诺贝尔奖？还会导致哪些诺贝尔奖？26量子信息学与量子纠缠量子信息学与量子纠缠EPR ef
14、fectEntanglement量子信息学量子信息学量子计算机量子计算机27类星体与引力透镜效应类星体与引力透镜效应1979：Walsh，Carswell，Weymann 发现了首个类星体（发现了首个类星体（0957561）的引力）的引力透镜现象。透镜现象。随后，一大批引力透镜现象（包括爱因斯随后，一大批引力透镜现象（包括爱因斯坦环、爱因斯坦弧等）被发现。坦环、爱因斯坦弧等）被发现。28微波背景辐射各向异性的发现COBE卫星卫星WMAP卫星卫星 导致精确宇宙学、和谐宇宙学的建立导致精确宇宙学、和谐宇宙学的建立29黑洞物理及其观测黑洞物理及其观测黑洞物理以及黑洞天体物理黑洞物理以及黑洞天体物理黑
15、洞吸积及辐射黑洞吸积及辐射黑洞观测与证认黑洞观测与证认30引力波的探测引力波的探测间接检验引力波间接检验引力波 已有已有HulseTaylor工作（已获奖）工作（已获奖） 双脉冲星观测双脉冲星观测已有许多方案和卫星设计直接观测引力波已有许多方案和卫星设计直接观测引力波 （很可能会导致新奖）（很可能会导致新奖）31他自己、他老师、他人他自己、他老师、他人3233爱因斯坦的中学时代爱因斯坦的中学时代引自：引自：大科学家大科学家的真实故的真实故事事，2000，未来出版未来出版社，社，p.1634星图漫画星图漫画爱因斯坦曾在“此星（地球）”居住过。35似乎他又吹响了21世纪物理学革命的号角36宇宙学与
16、宇宙常数宇宙学与宇宙常数 爱因斯坦宇宙爱因斯坦宇宙引入宇宙常数的故事引入宇宙常数的故事宇宙常数宇宙常数 万有斥力万有斥力宇宙常数宇宙常数 三起三落三起三落宇宙年龄宇宙年龄减速因子减速因子加速膨胀的发现加速膨胀的发现暗能量暗能量精确宇宙学、和谐宇宙学精确宇宙学、和谐宇宙学大突破的前夕大突破的前夕37起用起用废弃废弃1 1EinsteinEinstein首首次次引引入入宇宇宙宙常常数以构成静态宇宙。数以构成静态宇宙。HubbleHubble发发 现现 宇宇 宙宙 膨膨 胀胀 后后 ，EinsteinEinstein废弃它。废弃它。2 2为为解解决决宇宇宙宙年年龄龄困困难难，HoyleHoyle等人
17、再次启用它。等人再次启用它。因因HubbleHubble常常数数测测量量的的改改善善，再再一次废弃它。一次废弃它。3 3为为了了解解释释类类星星体体在在Z Z2 2附附近特别丰富而又启用它。近特别丰富而又启用它。发发现现类类星星体体自自身身的的演演化化而而又又一一次废弃它。次废弃它。宇宙常数宇宙常数 的三起三落历史的三起三落历史38宇宙加速膨胀的发现39IaIa型超新型超新星星 当吸积白矮星的质量达到Chandrasekha极限极限，白矮星的爆燃而导致的超新星爆发。4018个个Ia型型SN的平均峰值绝对的平均峰值绝对星等：星等：MB = -19.33 0.25 （Y.Wang, 2000, A
18、pJ. 536. 531）重要发现：加速膨胀！重要发现：加速膨胀！41比较引力理论比较引力理论牛顿：广义相对论：物态： w0（非相对论）；+1/3（相对论） 对于一般物质，w不可能是负的不可能是负的。42暗暗 能能 量量通常的非相对论（粒子速通常的非相对论（粒子速度远小于光速）情形的压度远小于光速）情形的压强近于零。强近于零。极端相对论（粒子速度接极端相对论（粒子速度接近光速）情形的压强为能近光速）情形的压强为能量密度的三分之一。量密度的三分之一。任何情形下的通常物质的任何情形下的通常物质的压强总在压强总在0 0与与1/3 (1/3 (以能量以能量密度为单位密度为单位) )之间：之间： 0 0
19、P/c21/3。 不可能取负值。不可能取负值。暗能量究竟是什么？暗能量究竟是什么？暗物质还可能由普通暗物质还可能由普通粒子组成，只是不能粒子组成，只是不能由已知粒子组成。由已知粒子组成。暗能量则根本不可能暗能量则根本不可能由普通粒子组成。由普通粒子组成。43一箭多雕一箭多雕多方面检验多方面检验宇宙膨胀宇宙膨胀微波背景辐射微波背景辐射宇宙大尺度结构宇宙大尺度结构 等多方面检验限定。等多方面检验限定。核合成核合成哈勃常数哈勃常数 44A. Melchiorri, et al, PRD, 2003, 68, 043509超新星超新星微波背景辐射各向异性微波背景辐射各向异性哈勃常数哈勃常数大尺度结构大
20、尺度结构大爆炸核合成大爆炸核合成与宇宙常数接近与宇宙常数接近45微波背景辐射的各微波背景辐射的各向异性：向异性：COBE（上）；（上）；WMAP（下）全天图。（下）全天图。WMAP的分辨率的分辨率和灵敏度远高于和灵敏度远高于COBE。Freedman & Turner, 2003, astro-ph/030841846宇宙微波背景辐宇宙微波背景辐射的各向异性：射的各向异性：综合所有综合所有WMAP前的数据的前的数据的CMB的角功率谱。的角功率谱。Freedman & Turner: 2003, astro-ph/030841847CMB功率谱（WMAP）G. Hinshaw et al, Ap
21、JS, 148(2003), 135红线代表最佳宇宙模型D.N. Spergel et al, ApJS, 148(2003), 175功率谱功率谱48宇宙成分分配宇宙成分分配 Ostriker & Steinhardt, 2003, Science, 300, 1909Ostriker & Steinhardt, 2003, Science, 300, 1909暗能量：暗能量：73%；暗物质：；暗物质：23%；发光物质：发光物质：0.4%（恒星和发光气体（恒星和发光气体0.4%；辐射；辐射0.005%）；）；不可见的普通物质：不可见的普通物质： 3.7%（星系际气体（星系际气体3.6%； 中
22、微子中微子0.1%；超重黑洞；超重黑洞0.04%）49 Before WMAPWMAPHigh precision 精确宇宙学的诞生精确宇宙学的诞生501998-2003 : 1998-2003 : 和谐宇宙模型和谐宇宙模型超新星超新星微波背景辐射微波背景辐射大尺度结构大尺度结构和谐一致和谐一致可以看出，仅有可见可以看出，仅有可见物质和暗物质，不可物质和暗物质，不可能得到合理的结果。能得到合理的结果。51宇宙学研究的感想广度广度深度深度效率效率半个世纪前后半个世纪前后:半个世纪前尚有不少人不半个世纪前尚有不少人不信；现已成为公认的、甚至已有标准模型；信；现已成为公认的、甚至已有标准模型；已投入
23、庞大计划进一步研究已投入庞大计划进一步研究“超越爱因斯超越爱因斯坦坦”计划。计划。52ysh“超越爱因斯坦”计划53Kelvin：19世纪物理学世纪物理学物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云：物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云： “以太以太”与与“黑体谱黑体谱”导致了世纪性的革导致了世纪性的革命命 相对论与量子力学。相对论与量子力学。现在也有两朵乌云现在也有两朵乌云（三朵？四朵？）：（三朵？四朵？）： “暗能量暗能量”与与“暗物质暗物质”会导致什么？会导致什么？暗能量在召唤新的暗能量在召唤新的Einstein！将会出什么新的！将会出什么新的“招招”？“暗能量暗能量”与与“以太以太”的比较耐人
24、寻味！的比较耐人寻味！54杨振宁：20世纪物理学世纪物理学20世纪物理学的第一个世纪物理学的第一个“1/4”是黄金时代，是黄金时代，第三个第三个“1/4”是白银时代。是白银时代。人们曾普遍惋惜未能赶上人们曾普遍惋惜未能赶上20世纪的黄金时世纪的黄金时代，现在很可能正是新世纪的黄金时代代，现在很可能正是新世纪的黄金时代 ！不要不要失之交臂失之交臂！55总之，要动大手术总之，要动大手术与以太的比较：与以太的比较： Einstein去掉了以太，引出了相对论去掉了以太，引出了相对论 暗能量能去掉吗？暗能量能去掉吗？修改时空结构修改时空结构修改物态修改物态修改规律修改规律56于无光处看闪电！于无声处听惊雷！57谢谢 谢谢Thank you
