相关资料之诺贝尔奖

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1、·1993年诺贝尔物理学奖——新型脉冲星 1993年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州普林斯顿大学的赫尔斯（RussellA.Hulse，1950—）和小约瑟夫·泰勒（JosephH。Taylor，Jr，1941—），以表彰他们发现了一种新型的脉冲星，这一发现为研究引力开辟了新的可能性。赫尔斯和泰勒是在1974年用西印度群岛波多黎各的300m射电望远镜发现这种新型脉冲星的。当时泰勒在阿墨斯特（Amherst）的麻萨诸塞大学任教授，赫尔斯是他的研究生。他们当时正在系统地探索脉冲星。脉冲星是一种质量比太阳略大而半径只有大约十公里的快速旋转的“宇宙信标”

2、（假如有一个人站在脉冲星上，其重量会比在地面上大千亿倍）。脉冲星的“信号光”频率通常是在射电波段。从脉冲星发射出的射电液，当脉冲星旋转时以同样的旋转速率扫过空间（图93-1）。第一颗脉冲星是1967年在英国剑桥的射电天文实验室发现的。1974年的诺贝尔物理学奖因此授予休伊什（AntonyHewish）。赫尔斯-泰勒脉冲星的新颖之处就在于：从信号的行为可以推知，这颗脉冲星还有另一颗质量与之相近的同伴，两者相距仅为月亮到地球距离的几倍。这一天体系的行为与利用牛顿定律计算一对天体的结果偏离甚远。于是就为检验爱因斯坦的广义相对论和其它引力理论找到了一个

3、新的革命性的“空间实验室”。到现在为止，爱因斯坦的理论已高唱凯歌地通过了检验。特别令人感兴趣的是，有可能以极大的精确度验证这个理论的预言：这一体系会大致像运动电荷体系发射电磁波那样发射引力波而损失能量。 发现脉冲双星有什么意义呢？第一颗脉冲双星的发现主要是对天体物理学和引力物理学有极大的意义。引力是最早知道的自然力，是我们在日常生活中最熟悉的。同时它在某种意义上也是最难研究的力，因为它比其它三种力：电磁力、强核力和弱核力都弱得多。从第二次世界大战以来，在火箭、人造卫星、空间航行、射电天文学、雷达技术和用原子钟精确计量时间等方面技术与科学的发展，

4、导致了重新研究这一最早知道的自然力。在这一历史性发展中脉冲双星的发现代表了一个重要的里程碑。说到这里，要讲一讲相对论和引力物理学之间的关系。根据爱因斯坦的广义相对论，引力是由空间与时间几何的变化引起的：空间、时间在质量附近弯曲。爱因斯坦在1915年提出了他的理论，当英国天文物理学家爱丁顿（ArthurEddington）1919年宣布在日蚀考察中证实了这个理论的预言之一：星光通过太阳表面附近“被折向太阳”时，爱因斯坦成了世界著名人物。光的这种偏折和水星近日点运动（水星绕太阳的椭圆轨道有一缓慢的旋转）都涉及广义相对论。这两项结果是几十年来对广义相

5、对论唯一的、但还不够确定的支持。在一段很长的时间里相对论被认为在美学上是非常美、非常令人满意，并大概是正确的，但除了用在宇宙学中研究宇宙的起源、发展和结构，对物理学没有多大实际意义。然而，到20世纪60年代，当实验和理论的发展使引力物理学成为物理学的论题部分时，人们对广义相对论的态度改变了。在人造卫星和雷达技术的基础上开辟了精确实验的新机会。特别是美国人迪克（R.Dicke）和夏皮罗（I.Shapiro）的研究对此作出了贡献。迪克完成了精确的实验，用地球上的太阳引力场来验证等价原理，即引力质量与惯性质量相等，这是广义相对论（也是某些其它引力理论

6、）的基本原理之一，夏皮罗对广义相对论的一项新推论——电磁信号在通过引力场时会有时间延缓效应——进行的理论预言和用水星的雷达回波进行的实验验证也是重要贡献。但是所有这些实验都只限于我们的太阳系，其引力场非常弱，致使对牛顿引力理论的偏离甚小，很难测量。所以只能在后牛顿理论的一级近似上检验广义相对论和其它理论。赫尔斯和泰勒1974年发现了第一颗脉冲双星（称为PSR1913＋16）wl100020_0460_0①。这件事引起了这个领域中的一场革命。这里我们有两个非常小的天体，每个天体的半径只有大约10km，但其质量却相当于太阳，两者的距离甚近，仅为月地

7、距离的几倍。在这种情况下有大的对牛顿引力物理学的偏离。可以举一个例子来说，根据从17世纪初提出的开普勒第一定律，脉冲星在这样的体系中的椭圆轨道每年应旋转4度，这也叫近星点运动。在我们太阳系里作为最显著的例子，及前面提到的水星近日点运动相应的相对论旋移，每世纪只有43弧秒（别的行星主要是金星和木星的摄动引起的近日点运动要大得多，相对论旋移小于其十分之一）。旋移之间大小的差别部分地是由于脉冲双星的轨道速率几乎比水星大5倍，部分是由于脉冲星在一年中走完的轨道数比水星多250倍。脉冲双星的轨道周期小于8小时，可与月亮绕地球转一周所用的一个月相比。新脉冲

8、星有一个非常重要的特性，就是它的脉冲周期即两个信号扫描之间的时间（0.05903秒）已证明是极为稳定的，这与其它许多脉冲星相反。脉冲星的脉冲周期在一百