爱因斯坦与诺贝尔奖-南师PPT课件

.,1,爱因斯坦的学术成就,.,2,E=mc2,狭义相对论,博士论文,获诺贝尔奖之作,导致Perrin获诺贝尔奖,1905,776次,121次,423次,1625次,引用1672次,1905.11,1905.07,1905.06,1905.09,1906.02,.,3,物理,化学,其他,理论物理,实验物理,相对论,量子论,统计物理,爱因斯坦-德哈斯效应,光化学,单位:爱因斯坦,光电效应（1921E）(1923M）固体比热光子二象性（1927C）（1929B）受激辐射（1964TBP）跃迁几率EPR，纠缠态,狭义相对论E=mc2（1951CW）广义相对论引力波（1993HT）宇宙学宇宙常数（2006MS）运动问题统一场论,布朗运动（1926P）涨落理论、临界乳光玻色爱因斯坦统计玻色爱因斯坦凝聚（2001CKW）,A.爱因斯坦,和平,原子弹,.,4,0,500,1000,1500,2000,2500,1900,10,20,30,40,50,776-SR,423-PhE,1625-BM,121-Em,1672-Dr,515-BM,294-SH,671-CL,1023-Dr,40-PhC,456-GR,719-LA,78-Cos,111-BE,96-BE,2698-EPR2858,190-GW,315-MO,总引用数：15641次,爱因斯坦重要论文的引用情况,数篇推广相对论100-146,.,5,爱因斯坦:怎样获得诺贝尔奖？,.,6,.,7,提名Einstein的人,Ostwald、Pringsheim、Schaefer、Wien、Naunyn、Chwolson、Ehrenhaft、Haas、Warburg、Weiss、vonLaue、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、deDonder、Emden、Wagner、Langevin、Poulton等人。,.,8,提名Einstein的领域,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；数学物理；光电效应；爱因斯坦德哈斯效应等。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。,.,9,1921光电效应,得奖年：1921得奖人：A.Einstein得奖项目：forhisservicestotheoreticalphysics,andespeciallyforhisdiscoveryofthelawofthephotoelectriceffect瑞典皇家科学院秘书的信：“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价”,.,10,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,.,11,1923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：forhisworkontheelementarychargeofelectricityandonthephotoelectriceffect说明：实验证明单元电荷和光电效应,.,12,1926布朗运动,得奖年：1926得奖人：J.B.Perrin得奖项目：forhisworkonthediscontinuousstructureofmatter,andespeciallyforhisdiscoveryofsedimentationequilibrium说明：首次实验证明Einstein的布朗运动理论,.,13,1927康普顿效应,得奖年：1927得奖人：A.H.Compton得奖项目：forhisdiscoveryoftheeffectnamedafterhim说明：首次证明光子同时具有能量、动量、频率、波长“E=h,p=h/”,.,14,1929deBroglie波,得奖年：1929得奖人：LouisdeBroglie得奖项目：forhisdiscoveryofthewavenatureofelectrons说明：首次将爱因斯坦的光子的波粒二象性推广到电子,.,15,1951E=mc2,得奖年：1951得奖人：SirJ.D.Cockcroft&E.T.S.Walton得奖项目：fortheirpioneerworkonthetransmutationofatomicnucleibyartificiallyacceleratedatomicparticles说明：“averificationwasprovidedbythisanalysisforEinsteinslawconcerningtheequivalenceofmassandenergy”,.,16,1964受激辐射,得奖年：1964得奖人：C.H.Townes,N.G.Basov,A.M.Prochorov得奖项目：forfundamentalworkinthefieldofquantumelectronics,whichhasledtotheconstructionofoscillatorsandamplifiersbasedonthemaser-laserprinciple说明：maserlaserbasedon受激辐射,.,17,1993引力波,得奖年：1993得奖人：R.A.Hulse,J.H.Taylor,Jr得奖项目：forthediscoveryofanewtypeofpulsar,adiscoverythathasopenedupnewpossibilitiesforthestudyofgravitation说明：验证了引力波,.,18,2001BoseEinstein凝聚,得奖年：2001得奖人：E.A.Cornell,W.Ketterle,C.E.Wieman得奖项目：fortheachievementofBose-Einsteincondensationindilutegasesofalkaliatoms,andforearlyfundamentalstudiesofthepropertiesofthecondensates,.,19,2006年度诺贝尔物理奖,JohnC.Mather,GeorgeF.Smoot,获奖人：JohnC.Mather,GeorgeF.Smoot获奖项目：fortheirdiscoveryoftheblackbodyformandanisotropyofthecosmicmicrowavebackgroundradiation“说明：1990和1992的COBE观测结果,.,20,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,爱因斯坦提名的人,.,22,Einstein提名的人,1919提名Planck1921提名Masaryk（捷克总统）和平奖1923提名FranckHertz、LangevinWeiss、SternGerlach、Sommerfeld、Compton、Wilson、Debye1925提名Rondon元帅和平奖；Compton1927提名Compton1928提名deBroglie、DavissonGermer、Schrdinger、Heisenberg、Born、Jordan,.,23,Einstein提名的人（续）,1931提名Schrdinger、Heisenberg1932提名Brown和平奖；Schrdinger1935提名Ossietzky和平奖1940提名Stern、Rabi1945提名Pauli1947提名Wallenberg和平奖1951提名Broch文学奖；Forster和平奖1954提名青年阿利亚国际组织和平奖；Bothe,.,24,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人为诺贝尔奖候选人：deBroglie、Schrdinger、Heisenberg、Born、Jordan爱因斯坦曾对Stern说：“我在量子问题上费的心思，100倍于广义相对论。”,.,25,爱因斯坦的工作还会导致哪些诺贝尔奖？,.,26,量子信息学与量子纠缠,EPReffectEntanglement量子信息学量子计算机,.,27,类星体与引力透镜效应,1979：Walsh，Carswell，Weymann发现了首个类星体（0957561）的引力透镜现象。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。,.,28,微波背景辐射各向异性的发现,COBE卫星WMAP卫星导致精确宇宙学、和谐宇宙学的建立,上面是上次报告的内容。最近公布的诺贝尔物理奖获奖名单J.C.Mather和G.F.Smoot，正是奖给COBE这个项目。,.,29,黑洞物理及其观测,黑洞物理以及黑洞天体物理黑洞吸积及辐射黑洞观测与证认,.,30,引力波的探测,间接检验引力波已有HulseTaylor工作（已获奖）双脉冲星观测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）,.,31,宇宙学与宇宙常数,爱因斯坦宇宙宇宙常数万有斥力宇宙常数三起三落宇宙年龄减速因子加速膨胀的发现暗能量精确宇宙学、和谐宇宙学大突破的前夕,.,32,爱因斯坦怎样看自己？,.,33,老师怎样看爱因斯坦？,.,34,别人怎样看爱因斯坦？,.,35,宇宙常数与暗能量可能是爱因斯坦留给21世纪的最重要问题,.,36,2006年诺贝尔物理奖的宇宙学意义,.,37,1929：哈勃发现宇宙膨胀,.,38,1946：Gamow提出大爆炸宇宙学,.,39,.,40,宇宙年龄为3分钟温度为109K,核合成时代,.,41,核合成时代,核合成温度TS109Kn+pd+TS时:n+pd+4He丰度：(p/n)S基本上是(p/n)D1/0.224，但要作中子衰变等修正。与观测结果相符。,.,42,原初核素成分的演化,.,43,核素丰度的确定Burles,S.etal,astro-ph/99033002.610-10nB/s6.210-10相当于B=(1.84.3)10-31(g/cm3)核素丰度可以确定重子物质密度（可见物质密度）,可见物质含量明确,.,44,时间与效率,宇宙早期许多事情均发生在极短时间内。重要的是效率，而不是时间。从物理上看，效率决定于碰撞次数。宇宙早期，高温高密，碰撞十分频繁，正是高效时期，完全可以理解。例：煤燃烧高温高效。,.,45,复合时代,宇宙年龄为380000岁温度为3000K,.,46,复合时代,复合温度Tr3000K(宇宙年龄38万年)TTr时：等离子体状态转化为中性原子气体宇宙变成透明按Z+1=T/T0，复合时代的辐射成为今天的2.7K微波背景辐射。,.,47,微波背景辐射是什么？,电视机屏幕上在没有节目时呈现的雪花噪声中就包含有微波背景辐射,无处不在！微波背景辐射是宇宙38万岁时从3000度的高温等离子体状态转化为中性气体而遗留下来的残留余辉，现在的温度只有约2.725度。微波背景辐射反映38万岁时情形。它是宇宙中最完美的黑体辐射。,.,48,微波背景辐射的意义,38万年前是等离子体，光子频繁碰撞；38万年时，光子经最后散射而脱耦成为背景辐射；微波背景辐射带着38万岁时的宇宙信息。微波背景辐射是可以直接观测到的最早、也是最远的信息（比如太阳，所有看到的光子均代表太阳表面的信息，不能直接看到太阳内部的信息：太阳内部的光子要经频繁碰撞后才能在太阳表面处经最后一次碰撞而带着那里的信息跑出来）。,.,49,COBEFIRAS成果（J.Matheretal.1990,ApJL,354,37）,9分钟内即测得宇宙微波背景辐射的完整的黑体谱：,196465,这张图涉及两个诺贝尔奖,.,50,微波背景辐射高度各向同性19641965,A.A.Penzias，R.W.Wilson：3.51.0(7-cm处),FromScottKayLecture,.,51,19651978,19922006,今日宇宙的局部照片,诺贝尔奖,颜色代表温度,.,52,宇宙常数,.,53,爱因斯坦为什么要引入宇宙常数？,1917年：为了得到静态宇宙，要求在原来的广义相对论引力场方程中做不到。爱因斯坦引入宇宙常数项，相当于斥力项，以平衡引力而达到静态。Hubble发现膨胀后，是否仍然存在？,.,54,广义相对论宇宙动力学方程,.,55,空间,物质,.,56,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。宇宙常数相当于：w1,.,57,爱因斯坦的宇宙常数,Einstein方程：存在相当于作如下变换：提供了正密度(c2/8G)，负压强(c4/8G)。,正密度,负压强,暗能量,代表一种“新物质”,.,58,近年的进展,1998年，美国两个科研组独立发现宇宙在加速膨胀，表明存在斥力，有暗能量。2003年，WMAP精确地测定了宇宙微波背景辐射的105量级的微小各向异性。结合SDSS等大尺度结构测量等，定出：重子物质4；暗物质23；暗能量73。,.,59,18个Ia型SN的平均峰值绝对星等：MB=-19.330.25（Y.Wang,2000,ApJ.536.531）,重要发现：加速膨胀！,.,60,微波背景辐射的各向异性：COBE（上）；WMAP（下）全天图。WMAP的分辨率和灵敏度远高于COBE。Freedman&Turner,2003,astro-ph/0308418,.,61,COBE&WMAP,.,62,CMB功率谱（WMAP）G.Hinshawetal,ApJS,148(2003),135,红线代表最佳宇宙模型D.N.Spergeletal,ApJS,148(2003),175,功率谱,.,63,1998-2003:和谐宇宙模型,超新星微波背景辐射大尺度结构和谐一致,可以看出，仅有可见物质和暗物质，不可能得到合理的结果。,.,64,A.Melchiorri,etal,PRD,2003,68,043509,超新星微波背景辐射各向异性哈勃常数大尺度结构大爆炸核合成,与宇宙常数接近,.,65,宇宙成分分配Ostriker&Steinhardt,2003,Science,300,1909,暗能量：73%；暗物质：23%；发光物质：0.4%（恒星和发光气体0.4%；辐射0.005%）；不可见的普通物质：3.7%（星系际气体3.6%；中微子0.1%；超重黑洞0.04%）,.,66,BeforeWMAP,WMAP,Highprecision,精确宇宙学的诞生,.,67,成就、评价与革命,.,68,宇宙学引发重大革命,现今WMAP等的观测检验比较好地支持，或者更确切地说，支持接近于1。即使果然支持宇宙常数的观点，观测要求相应的很小。但从量子的观点来说，真空能量密度应当比观测值大120个数量级。可见待研究的空间还是相当大的。这些状况使：普林斯顿大学的斯坦哈德（PaulSteinhardt）感慨地说：现今宇宙学正处于一个重大的革命时期，正如哥白尼（N.Copernicus）的发现所带来的状况一样。,.,69,看到了上帝的脸,微波背景辐射高度各向同性的特征强烈支持了宇宙学原理和大爆炸宇宙学。在这高度各向同性的背景