近幾年有幾個諾貝爾物理學獎（諾貝爾物理學獎10月4日揭曉）

2023-04-13 18:02:19

又到一年諾獎季。據諾貝爾獎官網信息，2022年諾貝爾物理學獎獲得者名單最早將於歐洲中部夏令時間10月4日11:45（北京時間10月4日17:45）揭曉。

2022年諾貝爾物理學獎獲得者名單最早將於北京時間10月4日17:45揭曉

除了一份獨一無二的證書和金質獎章，2022年的諾貝爾獎的獎金金額設定為每個獎項1000萬瑞典克朗（SEK），約640萬元人民幣。

截至目前，諾貝爾物理學獎已頒發過115次，其中47次授予單一獲獎者，32次由兩位獲獎者分享，36次由三位獲獎者分享。

從1901年到2021年，諾貝爾物理學獎共次授予219位諾貝爾獎獲得者。約翰·巴丁是唯一曾在1956年和1972 年兩次獲得諾貝爾物理學獎的獲獎者。這意味著共有218人曾獲得諾貝爾物理學獎。

在第一次世界大戰（1914-1918）和第二次世界大戰（1939-1945）期間，在1916年、1931年、1934年、1940年、1941年、1942年等六年裡，沒有頒發諾貝爾物理學獎。

據人民網報導，諾貝爾物理學獎主要集中四個領域：粒子物理、天體物理、凝聚態物理、原子分子及光物理。

從2015年到2020年的6年中，天體物理領域的研究成果已經4次獲得諾貝爾物理學獎：除了2019年的宇宙學理論和系外行星外，還有2015年的中微子振蕩（屬於天體物理或粒子物理）以及2017年引力波的發現；而2020年的發現黑洞，也屬於天體物理領域。

2021年諾貝爾物理學獎：複雜系統之謎

2021年諾貝爾物理學獎授予研究複雜系統的兩組人，共三名物理學家，一組是研究地球氣候系統，一組是研究從原子到行星尺度的複雜物理系統。

諾貝爾基金會的章程稱，獎金可以平均分配給兩件作品，或由二人或三人共同獲獎。但在任何情況下，獎金不得由三個以上的人分享。

因對「理解複雜物理系統做出了開創性貢獻」，三名科學家被授予2021年諾貝爾物理學獎。

真鍋淑郎、克勞斯·哈塞爾曼、喬治·帕裡西分享了2021年諾貝爾物理學獎。

其中，日裔美籍科學家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼Klaus Hasselmann）因「建立地球氣候的物理模型、量化其可變性並可靠地預測全球變暖」的相關研究獲獎，義大利科學家喬治·帕裡西（ Giorgio Parisi）因「發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和波動的相互作用」而獲獎。

我們的世界充滿了以隨機和無序為特徵的複雜系統，其中之一就是對人類至關重要的複雜系統是地球氣候系統。

中國科學院大氣物理研究所周天軍研究員等人在《中國科學：地球科學》撰文稱，以真鍋淑郎和哈塞爾曼為代表的氣候學界百餘年的努力和積累，為工業化以來的全球變暖成因問題提供了清晰的答案。諾獎官方在新聞稿寫道，「我們不能再說我們不知道，因為氣候模式是明確的。地球在升溫嗎？是的。是因為大氣中溫室氣體含量的增加嗎？是的。可以僅僅用自然因素來解釋嗎？不能。人類的排放物是溫度升高的原因嗎？是的。」

帕裡西1948年8月出生在義大利羅馬，就職於羅馬大學。1980年左右，帕裡西因在無序的複雜材料中發現了複雜系統的隱藏規律。

中國科學院院士、松山湖材料實驗室主任汪衛華撰文指出，帕裡西的主要貢獻是最早給出了「非平行體系中最簡單的數學模型」——自旋玻璃模型中的嚴格解。他從自旋玻璃研究中發展出來的理論，很快就被擴展到其他的無序體系，諸如結構玻璃、阻塞系統、恆星運動。他對自旋玻璃本質的發現如此深入，以至於這個理論不僅影響了物理學界，同時影響了數學、生物學、神經科學甚至機器學習。

汪衛華在文中記述稱，帕裡西在羅馬大學的辦公室周圍有一群歐椋鳥，這種鳥一到傍晚就會成千上萬隻一起飛。帕裡西和團隊發展了一個三維成像系統，積累了大量鳥群的飛行數據，從而發展了一個相互作用模型，定量地解釋了鳥群中集體飛行的產生機制。這個模型對後期研究各類生物系統中的集體運動有深遠影響。

2020年諾貝爾物理學獎：發現黑洞

2020年諾貝爾物理學獎授予三位科學家，其中，英國科學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果而獲獎，享有一半獎金；德國科學家賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和美國科學家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）因在銀河系中央發現超大質量天體而獲獎。

羅傑·彭羅斯、賴因哈德·根策爾、安德烈婭·蓋茲分享了2020年諾貝爾物理學獎。

據解放日報報導，黑洞堪稱宇宙中最神秘的天體。著名天文科普作家卞毓麟介紹，黑洞是科學家根據廣義相對論做出的一個重要推測，1969年由美國物理學家約翰·惠勒命名。之所以稱其為「黑洞」，是因為無法用光或其他形式的電磁波觀測它，任何發射到黑洞的光都會被吸收，而不會反射回來。

華東師範大學物理與電子科學學院院長、英國物理學會會士程亞教授表示，科學界本來預測2020年諾獎不會再給天文學家，因為2017年觀測到引力波的科學家獲諾貝爾物理學獎，2019年諾貝爾物理學獎也花落天文領域。

但首張黑洞照片可能「助攻」了諾貝爾物理學獎再次花落天文領域。

程亞教授表示，2019年各國科學家通過相當於地球口徑的超級射電望遠鏡，以「昆蟲萬千複眼」的方式合成出遙遠黑洞的可見照片，讓人類第一次「看見」黑洞。這也讓89歲高齡的彭羅斯等到了自己的理論研究成果得到驗證的那一天。彭羅斯更像是一位數學家。20世紀60年代，彭羅斯在宏觀理論基礎上，充滿邏輯而又精準地解出了一個與黑洞關聯的物理世界。

2019年諾貝爾物理學獎：發現系外行星

據新華社報導，2019年諾貝爾物理學獎授予三名科學家：來自美國的詹姆斯·皮布爾斯因宇宙學相關研究獲獎，來自瑞士的米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲因首次發現太陽系外行星獲獎。

他們的研究指向一個永恆的問題：地球之外是否還有生命存在？

瑞典皇家科學院在新聞公報中說，皮布爾斯對宇宙學的洞見豐富了整個領域的研究。他的理論框架自上世紀60年代中期發展起來，成為當代宇宙學的基礎。

利用他創建的理論工具和運算方法，皮布爾斯將宇宙誕生之初留下的「蛛絲馬跡」成功「解碼」。根據他的理論可以推算出，宇宙中95%都是神秘的暗物質和暗能量，而我們通常觀測到的普通物質只佔5%。

此前人們就曾預言，滿天繁星中，一定有許多恆星也擁有繞它們旋轉的行星。直到1995年，馬約爾和奎洛茲基於恆星會因行星引力變化而產生微小擺動的理論，才宣布首次在太陽系外發現一顆行星。它圍繞銀河系飛馬座中一顆類似太陽的恆星運轉。有人認為，這一發現堪比哥倫布發現新大陸，點燃了系外行星探索的「星星之火」，也引發了一場天文學革命，此後科學家在銀河系中又發現了逾4000顆行星。

2018年諾貝爾物理學獎：光的力量

2018年的諾貝爾物理學獎被授予3位在設計由光製成的工具方面作出重要貢獻的研究人員。

來自美國貝爾實驗室的阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）因發明光鑷而獲得這一殊榮。

光鑷是一種利用聚焦雷射束夾住和操控包括生物樣本在內的微觀物體的技術，正如人們利用鑷子所做的事情。利用光鑷，人們可以操縱和移動原子、病毒和其他活細胞。阿什金的發明讓科研人員有機會在不破壞細胞膜的前提下，深入分析細胞內發揮關鍵作用的分子馬達，探討其中的運作機制。

來自法國巴黎綜合理工學院的熱拉爾·穆魯（Gérard Mourou）和加拿大滑鐵盧大學的唐娜·斯特裡克蘭（Donna Strickland）因發明啁啾脈衝放大（CPA）而獲獎。CPA是一項可極大提高雷射脈衝功率的技術，被廣泛用於物理學研究，也可以應用於癌症治療和粒子加速領域。超強的雷射束能夠精準地在不同材料上實現切割和鑽孔。

2017年諾貝爾物理學獎：「看見」引力波

早在百年前，阿爾伯特·愛因斯坦就預測了引力波的存在。

兩個黑洞相互碰撞而產生的引力波信號，經過了13億光年才到達地球，2015年9月14日，被位於美國的LIGO探測器捕獲。這是人類首次觀測到宇宙中的引力波現象。

LIGO，全稱「雷射幹涉引力波天文臺（the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）」，是一個匯集了20多個國家1000多名科研人員的合作項目。

2015年9月、2015年12月和2017年1月先後3次探測到的引力波，都由LIGO單獨完成。探測結果不僅驗證了廣義相對論，也為了解雙黑洞系統的成因提供了線索。

2017年8月14日，雷射幹涉儀引力波天文臺(LIGO)的兩臺幹涉儀和歐洲「處女座」(Virgo)引力波探測器的一臺幹涉儀，從三個地點幾乎同時(先後相差僅幾毫秒)捕獲到了最新引力波事件。

2017年諾貝爾物理學獎授予美國科學家雷納·韋斯、巴裡·巴裡什和基普·索恩，以表彰他們為發現引力波作出的貢獻。

據新華社報導，其中，雷納·韋斯被稱為LIGO的「發明者」，基普·索恩被稱為代言人，而巴裡·巴裡什是LIGO的大主管。

根據愛因斯坦的相對論，時空是可以彎曲的，有質量的物體在其中運動，就會產生引力波。這就好比石頭丟進水裡會產生水波，引力波因此常被稱作「時空的漣漪」。但普通物體產生的這種引力波極為微弱。事實上，LIGO項目所觀測到的兩個黑洞合併產生的引力波，在儀器中只引起了比原子核還要小得多的變化。

中國科學院物理研究所研究員曹則賢曾表示，引力波是法國科學家、科學多面手龐加萊於1905年率先提出的概念。與加速電荷會發射電磁波作類比，則有理由認為加速運動的質量也應該產生引力波。1918年，愛因斯坦在一篇名為「論引力波(Über Gravitationswellen) 」的文章中深入探討了引力波問題，給出了引力波方程。

2016年諾貝爾物理學獎：發現新的物質形態

據中國科學報報導，2016年諾貝爾物理學獎被授予科學家大衛·索利斯、鄧肯·霍爾丹、麥可·科斯特利茨，獲獎理由是「理論發現拓撲相變和拓撲相物質」。拓撲描述的是當一個物體在未被撕裂的條件下，被拉伸、扭曲或變形時保持不變的特性。拓撲學的目標是通過一些基本特徵如坑洞的數量，來描述形狀和結構。因此，從拓撲方面來說，一隻馬克杯和一個硬麵包圈是一樣的，因為它們都只有一個開口，而蝴蝶脆餅則不同，因為它有兩個開口。

中科院物理所所長王玉鵬接受《中國科學報》記者採訪時說，「三個人最主要的貢獻就是把拓撲的概念用到了物理學上。」「他們發現了新的物質形態——拓撲物質態。普通人能看到氣態、液態、固態這常見的三種物態，更深刻的層次有很多物質態的分類。」「比如說電子，導電的時候是流動的，從物理上就可以認為是液態的。」

據新華社報導，拓撲學原本是現代數學的一個重要分支，研究物體在連續變形下不變的性質，但後來逐漸滲透到整個量子物理學領域，成為研究分析物質世界連續性和連通性的重要數學方法。

早在20世紀70年代初，戴維·索利斯和麥可·科斯特利茨就發現當時有關薄層超導理論存在錯誤，他們借用拓撲學的概念圓滿地解釋了薄層物質在低溫條件下的超導現象以及發生機理和相變理論。相變指的就是物質從一種相轉變為另一種相的過程，而物質分固相、液相、氣相這三種。

鄧肯·霍爾丹則在1988年運用拓撲概念闡述了「拓撲量子流體」在缺乏磁場條件下存在於薄層半導體內的現象，其理論為凝聚態物理的發展作出了一系列重要貢獻。

附此前十年諾貝爾物理學獎獲得者名單及其貢獻：

2021年諾貝爾物理學獎

「對我們理解複雜系統的開創性貢獻」

真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）「用於地球氣候的物理建模、量化變異性和可靠地預測全球變暖」

喬治·帕裡西（ Giorgio Parisi）「發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和波動的相互作用」

2020年諾貝爾物理學獎

羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）「發現黑洞的形成是對廣義相對論的有力預測」

賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和美國科學家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez ）「在銀河系中心發現了一個超大質量緻密天體」

2019年諾貝爾物理學獎

「對我們理解宇宙演化和地球在宇宙中位置的貢獻」

詹姆斯·皮布爾斯「物理宇宙學的理論發現」

米歇爾·馬約爾（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲因（Didier Queloz ）「發現了圍繞太陽型恆星運行的系外行星」

2018年諾貝爾物理學獎

「雷射物理學領域的突破性發明」

阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）「用於光鑷及其在生物系統中的應用」

熱拉爾·穆魯（Gérard Mourou）和唐娜·斯特裡克蘭（Donna Strickland）「產生高強度、超短光脈衝的方法」

2017年諾貝爾物理學獎

雷納·韋斯（Rainer Weiss）、巴裡·巴裡什（Barry C. Barish）和基普·索恩（Kip S. Thorne ）「對 LIGO 探測器和引力波觀測的決定性貢獻」

2016年諾貝爾物理學獎

戴維·索利斯（David J. Thouless）、鄧肯·霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）和麥可·科斯特利茨（J. Michael Kosterlitz）「理論發現拓撲相變和拓撲相物質」

2015年諾貝爾物理學獎

梶田隆章（Takaaki Kajita）和阿瑟·麥克唐納（Arthur B. McDonald）「發現中微子振蕩，表明中微子有質量」

2014年諾貝爾物理學獎

赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano）和中村修二（Shuji Nakamura）「發明了高效的藍色發光二極體，能夠實現明亮且節能的白光源」

2013年諾貝爾物理學獎

弗朗索瓦·恩格勒特 ( François Englert)和彼得·希格斯 ( Peter W. Higgs )「一種有助於我們理解亞原子粒子質量起源機制的理論發現，最近通過歐洲核子研究中心的大型強子對撞機的ATLAS和CMS實驗發現此前預測的基本粒子而得到了證實」

2012年諾貝爾物理學獎

塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）和 戴維·瓦恩蘭（David J. Wineland）「用於測量和操縱單個量子系統的突破性實驗方法」

2011年諾貝爾物理學獎

索爾·佩爾馬特（Saul Perlmutter）、布萊恩·施密特（Brian P. Schmidt）和亞當·裡斯（Adam G. Riess ）「通過觀測遙遠的超新星發現宇宙加速膨脹」