女科學家再獲諾貝爾物理學獎！美加法激光物理學家獲2018年諾獎

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北京時間 10 月 2 日下午 5 點 53 分，2018 諾貝爾物理獎評選結果揭曉——諾貝爾委員會宣布，將此獎項頒發給美國物理學家 Arthur Ashkin，法國物理學家 Gérard Mourou 和加拿大物理學家 Donna Strickland。以表彰他們在激光物理學（Laser Physics）上的貢獻。

此次物理獎一半被授予 Arthur Ashkin，因其「用於光學鑷子及其在生物系統中的應用」，另一半被授予 Gérard Mourou 和 Donna Strickland，以表彰「他們生成高強度，超短光脈衝的方法」。兩者結合是一個完備的激光系統，具有很廣泛的應用前景。

Arthur Ashkin，生於1922年9月2日，於哥倫比亞大學並獲得物理學學士學位，在康奈爾大學獲得博士學位後，進入貝爾實驗室工作。

Arthur Ashkin 在 20 世紀 60 年代末開始了他通過用激光操縱微粒的研究工作，這直接導致了 1986 年光學鑷子的發明。在光學捕獲和小介電粒子操縱研究中，他是第一個觀察到原子上的光學梯度力、第一個對原子進行激光冷卻、也是第一個觀察原子光學俘獲的人。Ashkin 還將這項工作擴展到了捕獲和操縱細菌、病毒和細胞等生物材料中。用於固定材料的激光技術被稱為「光學鑷子」。

利用這種方法，Ashkin 探索細胞內部，操縱其內部結構，並為理解人體正常和患病狀態的新方法奠定基礎。冷卻和捕獲原子的能力導致了基礎科學的巨大進步，例如在原子蒸汽中產生玻色 - 愛因斯坦凝聚物。Ashkin 擁有相關方向的 47 項專利，也因光學捕獲和光學鑷子的開創性工作聞名世界。

Gérard Mourou，1944 年 6 月 22 日生於法國，是法國電氣工程和激光領域的先驅。

Gérard Mourou 是一位在激光物理學領域的先鋒，他是一位法國的科學家，主攻電氣工程以及激光物理學。他和 Donna Strickland 於 1985 年一起研發了啁啾脈衝放大（chirped pulse amplification）技術，實現了極短高能激光脈衝的產生，改變了因放大損耗不能製造高能激光脈衝的窘境。

Donna Strickland，1981年獲得加拿大麥克馬斯特大學工程物理學士學位；1989年獲得美國羅徹斯特大學物理學（光學）博士學位。

Donna Strickland 研發非線性光學的高功率激光系統。其中包括基於多頻拉曼光譜的超短脈衝的產生（multi-frequency Raman generation, MRG），用於對分子的運動的成像；基於雙色光纖激光系統的中紅外激光的產生，可用於分子精密測量；晶狀體中的自聚焦研究，可用於治療老花眼。

值得注意的是，Donna Strickland 也是時隔 55 年後，諾貝爾獎歷史上第三位獲得物理學獎的女性。

1901 年－2017 年最受歡迎的諾貝爾物理獎得主

阿爾伯特·愛因斯坦

（Albert Einstein）

生於：1879 年 3 月 14 日，德國烏爾姆

卒於：1955 年 4 月 18 日，美國新澤西州普林斯頓

獲獎時的工作地：凱撒-威爾海姆研究所物理研究院（現馬克斯普朗克研究所），德國柏林

獲獎評語：表彰他「對理論物理學做出的貢獻，尤其是光電效應定律的發現」。

研究領域：理論物理

獲獎情況：單獨獲獎

阿爾伯特?愛因斯坦於獎項宣布一年後，即 1922 年，拿到了諾貝爾獎。

生平

愛因斯坦在慕尼黑長大，在那裡他的父親成立了一家電機工程公司。從蘇黎世聯邦理工學院畢業後，愛因斯坦進入了伯爾尼專利局工作，在此期間他發表了一系列在物理學領域具有前瞻性的文章。

後來他相繼受聘於伯爾尼、蘇黎世和布拉格大學，1914 年起進入柏林大學工作。納粹黨攫取德國政權後，愛因斯坦移民到了美國，受雇於新澤西州普林斯頓的高等研究院。愛因斯坦有過兩段婚姻，在第一段婚姻中有三個孩子。

科學成就

當時科學家發現，當金屬電極暴露於光線下時有助於金屬電極間產生電火花。要產生這種「光電效應」，光必須高於某特定頻率。然而，根據當時的物理理論，光的強度才是重要因素。1905 年，愛因斯坦發表了幾篇劃時代的論文，在其中一篇中，愛因斯坦提出光由光量子組成——光量子的能量與其所組成的光的頻率有關。只有當一個光量子的頻率達到一定閾值時才能激發一個電子。

尼爾斯·亨里克·達維德·玻爾

（Niels Henrik David Bohr）

生於：1885 年 10 月 7 日，丹麥哥本哈根

卒於：1962 年 11 月 18 日，丹麥哥本哈根

獲獎時的工作地：哥本哈根大學，丹麥哥本哈根

獲獎評語：表彰他「對原子結構以及從原子發射出的輻射的研究」。

研究領域：理論核物理

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

19 世紀末出現了關於電子和輻射的一系列研究，科學家們建立了不同的原子結構模型。1913 年，波爾根據量子理論提出了氫原子的結構模型，他認為，原子能量如果要發生改變，只能在不同定態間以躍遷的方式進行。電子會按照特定軌道圍繞原子核運動。當電子躍遷到低能級軌道時，就會激發出光子。波爾的理論解釋了為什麼原子只有在特定波長照射下才能發射光子。

瑪麗亞·斯克沃多夫斯卡-居里

（Marie Curie, née Sklodowska）

生於：1867 年 11 月 7 日，俄羅斯帝國（現波蘭）華沙

卒於：1934 年 7 月 4 日，法國薩朗什

獲獎評語：以表彰他們「研究貝克勒爾教授發現的電離輻射現象時做的非凡工作」。

研究領域：核物理

獲獎情況：與其他三人共同獲獎

生平

瑪麗?斯克沃多夫斯卡出生於波蘭華沙一個非常注重教育的教師之家。為了繼續她的學業，她移居法國並在那裡遇到了皮埃爾?居里。後來他成為了她的丈夫，也成為了她在放射領域中的研究夥伴。居里夫婦於 1903 年共同獲得了諾貝爾物理學獎。不幸的是，居里夫人在 1906 年失去了她的丈夫，但她沒有停下他們的研究工作，並再次獲得諾貝爾獎。第一次世界大戰期間，居里夫人成立了移動 X 射線小組以支持戰地醫院的工作。居里夫人的女兒伊雷娜也同她的丈夫弗雷德里克?約里奧-居里一起獲得過諾貝爾化學獎。

科學成就

1903 年獲獎：受 1896 年貝克勒爾發現的電離輻射現象的激勵，瑪麗和皮埃爾居里決定進一步研究這一現象。他們為了獲得放射信號，對很多物質和元素進行了實驗。他們發現瀝青鈾礦比純鈾的放射性更強，因此其中應該含有其他放射性物質。從瀝青鈾礦中他們提取出了兩種以前未知的元素——釙和鐳——它們的放射性都強於鈾。

1911 年獲獎：在居里夫婦首次發現放射性元素釙和鐳以後，居里夫人對他們的性質做了更深入的研究。1910 年她成功地分離出鐳，從而證明了鐳的存在，從此再無質疑之聲。她還對了鐳及其化合物的性質做了報道。放射性物質作為放射源，在科學實驗領域和癌症治療中變得越來越重要。

詹姆斯·查德威克

（James Chadwick）

生於：1891 年 10 月 20 日，英國曼徹斯特

卒於：1974 年 7 月 24 日，英國劍橋

獲獎時的工作地：利物浦大學，英國利物浦

獲獎評語：表彰他「發現了中子」

研究領域：核物理

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

1930 年當海波特·貝克和瓦爾特·博特將阿爾法粒子(氦原子核)接觸鈹時，觀察到了高能的穿透性的輻射現象。當時一個假說認為這是一個具有高能量的電磁輻射。然而 1932 年，詹姆斯·查德威克證明阿爾法粒子中含有一個和質子質量相當的中性粒子。更早時期歐內斯特·盧瑟福也認為這種粒子的存在，這種粒子就是現在已經被證實的中子。

約瑟夫·約翰·湯姆孫

（Joseph John Thomson）

生於：1856 年 12 月 18 日，英國曼徹斯特附近的奇塔姆山

卒於：1940 年 8 月 30 日，英國劍橋

獲獎時的工作地：劍橋大學，英國劍橋

獲獎評語：表彰他「在電子導電方面的理論和實驗研究」。

研究領域：原子物理

獲獎情況：單獨獲獎

1830 年首次出現了一種觀點，認為電是通過原子中存在的微粒進行傳導。1890 年，約瑟夫·湯姆孫爵士利用氣體環境下帶電粒子成功測定了電子質量。1897 年，他證明了陰極射線（將兩片金屬電極置於低壓氣體環境的玻璃管中，其上載入電壓，就有射線產生）含有電子，從而能夠導電。他同時指出電子是原子的一部分。

埃爾溫·薛定諤

（Erwin Schr?dinger）

生於：1887 年 8 月 12 日，奧地利維也納

卒於：1961 年 1 月 4 日，奧地利維也納

獲獎時的工作地：柏林大學，德國柏林

獲獎評語：表彰他「在原子理論中很有用的新形式的發現」。

研究領域：量子力學

獲獎情況：與另一人共同獲獎

科學成就

在波爾的原子理論中，當電子從一個原子軌道躍遷到另一軌道時，就會吸收或發射特定波長的光。這一理論能夠很好的描述氫原子的光譜特徵。但是要想描述更複雜的原子和分子，則需要進行修正。以物質（比如電子）同時具有波動性和粒子性為前提，1926 年薛定諤給出了著名的薛定諤方程，從而能夠正確描述波函數的量子行為。

羅伯特·安德魯·密立根

（Robert Andrews Millikan）

生於：1868 年 3 月 22 日，美國伊利諾伊州莫里森

卒於：1953 年 12 月 19 日，美國加利福尼亞州聖馬利諾

獲獎時的工作地：加利福尼亞理工學院，帕薩迪納，美國加州

獲獎評語：表彰他「在基本電荷和光電效應中做的工作」。

研究領域：電磁效應，粒子物理

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

19 世紀 90 年代，電子理論的傳播使得電子的概念被大家接受。1910 年密立根成功的精確證明了電荷量的值。他通過平衡重力與電場力，將油滴懸浮於兩片金屬電極之間。通過對許多油滴進行實驗後，密立根證明了它們的電荷總是一個確定值的倍數，因此認定這個確定值就是電荷值。

維爾納·卡爾·海森堡

（Werner Karl Heisenberg）

生於：1901 年 12 月 5 日，德國維爾茨堡

卒於：1976 年 2 月 1 日，德國慕尼黑

獲獎時的工作地：萊比錫大學，德國萊比錫

獲獎評語：表彰他「創立了量子力學以及由此促進的氫的同素異形體的發現」。

獲獎情況：單獨獲獎

科學成就

在波爾的原子理論中，當電子在原子核的軌道間發生躍遷時就會吸收或者放出特定波長的能量。這一理論很好的描述了氫原子的光譜。但是要描述更複雜的原子和分子，則需要做出修訂。

1925 年，維爾納·海森堡基於矩陣法給出了一種量子模型。1927 年，他提出了「不確定性原理」，即一個運動粒子的位置和速度不能被同時確定。

威廉·康拉德·倫琴

（Wilhelm Conrad R?ntgen）

生於：1845 年 3 月 27 日，普魯士倫內普（現德國雷姆沙伊德）

卒於：1923 年 2 月 10 日，德國慕尼黑

獲獎時的工作地：慕尼黑大學，德國慕尼黑

獲獎評語：表彰其「發現了具有非凡意義的射線並在其中做出了傑出工作，這種新射線定名為倫琴射線」。

研究領域：原子物理，X射線

獲獎情況：單獨獲獎

生平

倫琴生於德國倫內普，長於荷蘭。他於蘇黎世聯邦理工血壓畢業並在那裡得到了物理學博士學位。為了繼續他的研究，倫琴先後在斯特拉斯堡、吉森、維爾茨堡的大學工作。在維爾茨堡他獲得了諾貝爾獎。1900 年，倫琴到了慕尼黑大學並在那裡度過了他的餘生，儘管他有計劃要移民到美國。1872 年他與貝塔?路德維希結婚。後來他們收養了貝塔兄弟的孩子。

科學成就

1895 年，倫琴把電極載入到兩個置於真空玻璃管中的金屬片上，用於研究陰極輻射。雖然裝置被覆蓋住，他還是觀察到當光敏板靠近時，其上有微弱的光出現。通過進一步試驗，他證實了這一現象是一種尚未為人所知的具有穿透性的射線產生的。後來X射線成為了物理研究和人體檢查中的有力工具。

馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克

（Max Karl Ernst Ludwig Planck）

生於：1858 年 4 月 23 日，石勒蘇益格基爾（現屬德國）

卒於：1947 年 10 月 4 日，德國哥廷根

獲獎時的工作地：柏林大學，德國柏林

獲獎理由：表彰他「因發現能量量子而對物理學的發展做出傑出貢獻」。

研究領域：量子力學

獲獎情況：單獨獲獎

當一個黑體被加熱時，照射到黑體表面的電磁輻射就會被黑體吸收並轉化為熱輻射，其光譜特徵僅與黑體溫度有關而與其材質無關。然而用當時已知的物理定律計算熱輻射會得出無意義的結果：在高頻區的熱輻射能量會趨於無窮大。

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諾貝爾物理學獎的那些事兒

1895 年 11 月 27 日，諾貝爾在其遺囑中寫道，諾貝爾物理學獎應頒發給「在物理學界做出了最傑出發明或發現的人」。接下來，就讓我們了解一下從 1901 年到 2017 年關於諾貝爾物理學獎的那些事兒。

◆ 諾貝爾物理學獎的數量

從 1901 年至今，共頒發了 111 個諾貝爾物理學獎。其中有六年沒有頒發，分別是 1916，1931，1934，1940，1941 和 1942 年。

獨享和共享的諾貝爾物理學獎

47 次諾貝爾物理學獎由一位獲獎者獨享；

32 次由兩位獲獎者共享；

32 次由三位獲獎者共享；

為什麼會出現這樣的情況？我們還是可以在諾貝爾委員會章程中找到答案：「若有兩個被提名者的工作都同樣出色難分伯仲，那獎金就可以由他倆平分。如果獲獎成果是由兩到三人共同完成的，那獎金就應授予項目共同完成人。但諾獎不能由超過三個人共享。」

◆ 諾貝爾物理學獎得獎人數

圖丨1956、1972年諾貝爾物理學獎得主約翰?巴丁

1901-2017 年間，諾貝爾物理學獎共授予了 207 人次。其中約翰?巴丁（John Bardeen，如上圖）是唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的人，因此實際上有 206 人獲得過諾貝爾物理學獎。

◆ 諾貝爾獲獎者的生日

有心細的人統計了獲獎者的生日，發現出現最多的兩個日子是 5 月 21 日和 2 月 28 日。

◆ 平均年齡

1901 年到 2017 年間諾貝爾物理學獎獲得者平均年齡為 55 歲。

◆ 最年輕的物理學獎獲得者

圖丨1915 年諾貝爾物理學獎得主勞倫斯?布拉格

至今為止，最年輕的諾貝爾物理學獎獲得者是當時年僅 25 歲的勞倫斯?布拉格（Lawrence Bragg）。他於 1915 年和他的父親一同獲得該獎項。

◆ 最年長的物理學獎獲得者

圖丨2002 年諾貝爾物理學獎得主小雷蒙德?戴維斯

最年長的獲獎者是小雷蒙德?戴維斯（Raymond Davis Jr.），在 2002 年獲獎時他已經 88 歲高齡了。

◆ 女性獲獎者

圖丨居里夫人

在所有獲獎者中，僅有兩名為女性，她們是：

1903 年的物理獎得主瑪麗?居里（Marie Curie ）（大名鼎鼎的居里夫人，她還於 1911 年獲得了諾貝爾化學獎）；

1963 年的物理獎得主瑪麗亞?格佩特－梅耶（Maria Goeppert-Mayer ）。

圖丨1963 年諾貝爾物理學獎得主瑪麗亞?格佩特－梅耶

◆ 多次獲獎的大牛

約翰?巴丁（John Bardeen）是唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的人。瑪麗?居里（Marie Curie）兩次獲得諾貝爾獎，一次是物理學獎，另一次是化學獎。

◆ 被追授的物理學獎獲得者

在物理學獎的歷史上，還沒有出現過追授已逝者的情況。1974 年開始，諾貝爾委員會章程規定，諾貝爾獎不頒給已過世的人，除非獲獎者是在獎項宣布以後過世的。1974 年以前，僅有兩位逝者被追授了諾貝爾獎：他們是達格?哈馬舍爾德（DagHammarskj?ld ）（1961 年獲諾貝爾和平獎）和埃里克·阿克塞爾·卡爾費爾特（ErikAxel Karlfeldt）（1931 年獲諾貝爾文學獎）。

◆ 開掛的一家人

夫妻檔：