在诺贝尔物理学的思海中徜徉

  一、近十年诺贝尔物理学奖简介
    2011年诺贝尔物理学奖获奖者为美国加州大学伯克利分校教授索尔·佩尔马特,澳大利亚国立大学教授布莱恩·施密特,以及美国约翰斯·霍普金斯大学教授亚当·里斯。他们的贡献是,通过对超新星的观测证明宇宙在加速膨胀、变冷。
    2010 年诺贝尔物理学奖获奖者为英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们在2004年制成石墨烯材料。石墨烯是目前已知材料中最薄的一种,被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业的再次革命。
    2009年诺贝尔物理学奖获奖者为英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。高锟获奖是由于在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就,而两位美国科学家的主要成就是发明半导体成像器件——电荷耦合器件(CCD)图像传感器
    2008年诺贝尔物理学奖获奖者为美国籍科学家南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英。南部阳一郎的贡献是发现了亚原子物理学中的自发对称性破缺机制,而小林诚和益川敏英的贡献是发现了有关对称性破缺的起源。
    2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因发现剩余人生店“巨磁电阻”效应而获诺贝尔物理学奖。
     2006年,美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特因发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获奖。
    2005年,美国科学家罗伊·格劳伯、约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施因为“对光学相干的量子理论的贡献”和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。
    2004年,诺贝尔物理学奖归属美国科学家戴维·格罗斯、戴维·波利策和弗兰克·维尔切克。他们发现了粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象
    2003年,拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢·阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利·金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼·莱格特因在超导体和超流体理论上作出了开创性贡献而获奖。
    2002年,美国科学家雷蒙德·戴维斯、日本科学家小柴昌俊和美国科学家里卡尔多·贾科尼获得诺贝尔物理学奖。他们在天体物理学领域作出了先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙
中微子”和“发现宇宙X射线源”方面取得的成就。
二、近十年诺贝尔物理学奖总结
不知道大家有没有发现在上述对十项诺贝尔物理学奖的描述中出现频率最高的词是发现和发明(同义词也归于此)分别为8次和4次,那么物理学家们都是怎么发现与发明的呢?显而易见,是通过物理实验来完成的,依照我们个人的观点我们认为物理研究与物理实验息息相关密不可分。接下来我们将对近十年来诺贝尔物理学奖的实验思想进行一个归纳与总结。
从上述图中我们可以看出最为关键的步骤是设计实验方案这里涉及到不同的实验方案与方法。
      三、近十年诺贝尔物理学中实验方法归纳
  经过总结,我们认为实验方法可以归结为
1)比较法: 是通过观察,分析,出研究对象的相同点和不同点,它是认识事物的一种基本方法。
2)转换法 :物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量,
3)建模法:模型一般可分三类:物质模型、状态模型、过程模型。模型是对实际问题的抽象,每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围。
4)实验推理法 :实验推理法是以大量的可靠的事实为基础,以真实的实验为原形,通过逐步合理的推理得出结论,深刻地揭示物理规律的本质,是物理教学中学生学习物理知识的一种重要的探究思维方法。
5)放大法:在观察的过程中,有些物理量太小而不能直接观测,就要借助一些方法将待测量放大后在观察。能把微弱或超强信号变为可测信号,从而完成物理实验的方法。
下面就让我们举两个例子来说明。
2002年,美国科学家雷蒙德·戴维斯、日本科学家小柴昌俊和美国科学家里卡尔多·贾科尼获得诺贝尔物理学奖。他们在天体物理学领域作出了先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面取得的成就。
湛江师范学院附属中学
方法: 戴维斯为了捕获中微子,领导研制了一个新型探测器,它的主体是一个注满615吨四氯乙烯液体的巨桶,埋藏在美国的一个矿井中。在30年的探测中,他共发现了来自太阳的约2000个中微子,并证实了太阳是靠核聚变提供燃料的。而小柴昌俊在日本领导研制的另一个中微子探测器利用了中微子有可能与水中的氢和氧原子核发生反应,产生一个电子,这个电子可引起微弱的闪光,探测这种微弱的闪光就可证实中微子的存在这一原理。他除了证实太阳中微子的存在外,还在1987年2月23日发现了一处遥远的超新星爆发过程中释放出的中微子。在那次爆发过程中,估计有1亿亿个中微子穿过了探测器,科学家捕获了其中的12个。 雷可德
    贾科尼领导研制了世界第一个宇宙X射线探测器——爱因斯坦X射线天文望远镜,于1978年进入太空,它首次提供了精确的宇宙X射线图像。此外,贾科尼在世界上第一次发现了太阳系外的X射线源,第一次证实宇宙存在着X射线背景辐射,他还探测到了可能来自黑洞的X射线。1976年,贾科尼倡议研制更为强大的钱德拉X射线望远镜。这一探测器直到1999年才进入地球轨道。耗资15亿美元的钱德拉X射线望远镜计划在太空至少运行5年,对星系、类星体和恒星进行探测,寻黑洞和黑暗物质的踪迹。天文学家希望借助钱德拉X射线望远镜,能够加深对暗物质和黑洞的认识。
实验思想: 中微子有没有质量,暗物质到底有多少,这些都是难以直接测量的物质,而上述两项诺贝尔奖的共同之处都是对这些难以直接测量的物质进行测量。他们的实验思想就是通过探测器,将所要测量的物理量通过反应产生其他易测量的物理量如小柴昌俊利用了中微子有可能与水中的氢和氧原子核发生反应引起微弱的闪光等进行转换测量的。
刻楦机2011年诺贝尔物理学奖获奖者为美国加州大学伯克利分校教授索尔·佩尔马特,澳大利亚国立大学教授布莱恩·施密特,以及美国约翰斯·霍普金斯大学教授亚当·里斯。他们的贡献是,通过对超新星的观测证明宇宙在加速膨胀、变冷。
    是什么在加速宇宙膨胀?这种神秘力量被称为暗能量,物理学家通过对超新星“红移现象”(光波的红移现象指的是:物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。)的观测,用“标准烛光”计算恒星运动距离,从而建立了标准宇宙的模型,通过建模法得出了宇宙的加速膨胀这一个惊人的重大发现。
标准宇宙模型预言宇宙22%由暗物质组成,74%是暗能量,剩下的4%是在我们身边可以看到的普通物质。在这个模型中,96%的宇宙是不可见的。
最后,让我们来了解诺贝尔物理学奖获得者的物理思想
丁肇中“考试第一也是重复别人, 而科学需要创新.”
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杨振宁“物理学是一个多方面的科学, 是一个活的科学,是一门与实验非常接近的学科. 而不是一个整天在公式里打转的学科, 我之所以这样说是因为中国有不少的学生, 确实被引导到了一个死的物理学、旧的物理学、以及跟实验没有关系的方向去了.”
丁肇中“在参与物理学过程中最重要的就是要常保持好奇心, 对自己正在进行的工作感兴趣, 并辛勤地工作, 力求达到最终的目标.”
李政道“科学和艺术是不可分的, 两者都在追求真理的普遍性, 而普遍性一
定是根植在自然, 而对于自然的探索则是人类创造性的最崇高的表现, 都追求着深刻性, 普遍性, 永恒和富有意义.”
以上的物理思想可以归结为四个词语,我也把他们作为今天的结束语“创新”“实验”“兴趣”“艺术”。petri网

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