爱因斯坦与诺贝尔奖 爱因斯坦成功地领导了20世纪的物理学革命； 似乎他又吹响了21世纪物理学革命的号角！ 爱因斯坦与诺贝尔奖 爱因斯坦成功地领导了20世纪的物理学革命； 似乎他又吹响了21世纪物理学革命的号角！ 陆 埮 中国科学院紫金山天文台 粒子－核－宇宙学联合研究中心 （J－CPNPC of PMO－NJU）

爱因斯坦的学术成就

1905 狭义相对论 776次 E=mc2 121次 1672次 博士论文 423次 获诺贝尔奖之作 1625次 导致Perrin获诺贝尔奖

爱因斯坦重要论文 的引用情况 相对论 量子论 统计物理 总引用数： 15641次 2500 2000 1500 1000 500 1900 2698-EPR 2500 2000 总引用数： 15641次 1672-Dr 1500 1625-BM 1000 1023-Dr 776-SR 719-LA 671-CL 500 515-BM 456-GR 423-PhE 401-Bohr 315-Mov 294-SH 190-GW 121-EM 111-BE 数篇推广相对论 100-146 78-Cos 40-PhC 96-BE 1900 10 20 30 40 50

爱因斯坦: 怎样获得诺贝尔奖？

提名Einstein的人 Ostwald、Pringsheim、Schaefer、Wien、Naunyn、Chwolson、Ehrenhaft、Haas、Warburg、Weiss、von Laue、E. Meyer、 S. Meyer、Planck、Arrhenius、Perrin、Svedberg、Gouy、Waldeyer－Hartz、Ornstein、Julius、Zeeman、Onnes、Bohr、Dällenbach、Eddington、Faffe、Marx、Nordström、Walcott、Wiener、Lyman、Oseen、Sommerfeld、Brillouin、de Donder、Emden、Wagner、Langevin、Poulton等人。

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。

1921 光电效应 得奖年：1921 得奖人：A. Einstein 1921 光电效应 得奖年：1921 得奖人：A. Einstein 得奖项目：for his services to theoretical physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect 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”

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

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："for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelectric effect" 说明：实验证明单元电荷和光电效应

1926 布朗运动 得奖年：1926 得奖人：J.B. Perrin 1926 布朗运动 得奖年：1926 得奖人：J.B. Perrin 得奖项目：for his work on the discontinuous structure of matter, and especially for his discovery of sedimentation equilibrium 说明：首次实验证明Einstein的布朗运动理论

1927 康普顿效应 得奖年：1927 得奖人：A.H. Compton 1927 康普顿效应 得奖年：1927 得奖人：A.H. Compton 得奖项目：for his discovery of the effect named after him 说明：首次证明光子同时具有能量、动量、频率、波长——“E=h, p=h/”

1929 de Broglie波 得奖年：1929 得奖人：Louis de Broglie 得奖项目："for his discovery of the wave nature of electrons" 说明：首次将爱因斯坦的光子的波粒二象性推广到电子

1951 E=mc2 得奖年：1951 得奖人：Sir J.D. Cockcroft & E.T.S. Walton 得奖项目：for their pioneer work on the transmutation of atomic nuclei by artificially accelerated atomic particles 说明：“a verification was provided by this analysis for Einstein’s law concerning the equivalence of mass and energy”

1964 受激辐射 得奖年：1964 得奖人：C.H. Townes, N.G. Basov, A.M. Prochorov 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：for fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle 说明：maser－laser based on 受激辐射

1993 引力波 得奖年：1993 得奖人：R.A. Hulse, J.H. Taylor, Jr 1993 引力波 得奖年：1993 得奖人：R.A. Hulse, J.H. Taylor, Jr 得奖项目：for the discovery of a new type of pulsar, a discovery that has opened up new possibilities for the study of gravitation 说明：验证了引力波

2001 Bose－Einstein凝聚 得奖年：2001 得奖人：E.A. Cornell, W. Ketterle, C.E. Wieman 得奖项目：for the achievement of Bose-Einstein condensation in dilute gases of alkali atoms, and for early fundamental studies of the properties of the conden-sates

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。

爱因斯坦提名的人

Einstein提名的人 1919提名Planck 1921提名Masaryk（捷克总统）和平奖 1923提名Franck－Hertz、Langevin－Weiss、Stern－Gerlach、Sommerfeld、Compton、Wilson、Debye 1925提名Rondon元帅和平奖；Compton 1927提名Compton 1928提名de Broglie、Davisson－Germer、 Schrödinger、 Heisenberg、Born、Jordan

Einstein提名的人（续） 1931提名Schrödinger、 Heisenberg 1932提名Brown和平奖；Schrödinger 1935提名Ossietzky和平奖 1940提名Stern、Rabi 1945提名Pauli 1947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

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： de Broglie、Schrödinger、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。”

爱因斯坦的工作 还会导致哪些诺贝尔奖？

量子信息学与量子纠缠 EPR effect Entanglement 量子信息学 量子计算机

类星体与引力透镜效应 1979：Walsh，Carswell，Weymann 发现了首个类星体（0957＋561）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。

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

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

引力波的探测 间接检验引力波 已有Hulse－Taylor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）

他自己、他老师、他人…

爱因斯坦的中学时代 引自： 《大科学家的真实故事》，2000，未来出版社，p.16

星图漫画 爱因斯坦曾在“此星（地球）”居住过。

似乎他又吹响了 21世纪物理学革命的号角

宇宙学与宇宙常数  爱因斯坦宇宙—引入宇宙常数的故事 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

宇宙常数的三起三落历史 起用 废弃 1 Einstein首次引入宇宙常数以构成静态宇宙。   起用 废弃 1 Einstein首次引入宇宙常数以构成静态宇宙。 Hubble发现宇宙膨胀后，Einstein废弃它。 2 为解决宇宙年龄困难，Hoyle等人再次启用它。 因Hubble常数测量的改善，再一次废弃它。 3 为了解释类星体在Z＝2附近特别丰富而又启用它。 发现类星体自身的演化而又一次废弃它。

宇宙加速膨胀的发现

Ia型超新星 当吸积白矮星的质量达到Chandrasekha极限，白矮星的爆燃而导致的超新星爆发。 Ia 型超新星可以作为标准烛光（ Standard Candle ） Chandrasekhar 质量极限的意义: 意味着目前所有观测到的白矮星的质量都应该小于1.4 M（被证实）。 2. 意味着所有的白矮星在超新星爆发时都具有相同的质量（ 1.4 M ）。 3. 意味着所有的白矮星的超新星爆发（Ia SN）具有相同的最大光度。 4. 意味着我们一旦从一个爆发事件确定了Ia SN的光度，我们能用这个光度来确定所有的Ia SN的距离（？）。因此Ia SN可以作为确定距离的标准烛光。

重要发现：加速膨胀！ 18个Ia型SN的平均峰值绝对星等：MB = -19.330.25 （Y.Wang, 2000, ApJ. 536. 531） 重要发现：加速膨胀！ SNIa 是非常好的标准烛光，可以由此来确定宇宙学中的某些重要参数。但高红移的数据不是太多。

比较－引力理论 牛顿： 广义相对论： 物态： w＝0（非相对论）；+1/3（相对论） 对于一般物质，w不可能是负的。

暗 能 量 暗能量究竟是什么？ 通常的非相对论（粒子速度远小于光速）情形的压强近于零。 极端相对论（粒子速度接近光速）情形的压强为能量密度的三分之一。 任何情形下的通常物质的压强总在0与1/3 (以能量密度为单位)之间： 0＜P/c2＜1/3。 不可能取负值。 暗能量究竟是什么？ 暗物质还可能由普通 粒子组成，只是不能 由已知粒子组成。 暗能量则根本不可能 由普通粒子组成。

一箭多雕 多方面检验 宇宙膨胀 微波背景辐射 宇宙大尺度结构 等多方面检验限定。 核合成 哈勃常数

与宇宙常数接近 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 A. Melchiorri, et al, PRD, 2003, 68, 043509

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

Freedman & Turner: 2003, astro-ph/0308418 宇宙微波背景辐 射的各向异性： 综合所有WMAP 前的数据的CMB 的角功率谱。 Freedman & Turner: 2003, astro-ph/0308418

功率谱 CMB功率谱（WMAP） G. Hinshaw et al, ApJS, 148(2003), 135 红线代表最佳宇宙模型 D.N. Spergel et al, ApJS, 148(2003), 175 功率谱

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%）

Before WMAP WMAP High precision 精确宇宙学的诞生

1998-2003 : 和谐宇宙模型 可以看出，仅有可见 物质和暗物质，不可 能得到合理的结果。 超新星 微波背景辐射 大尺度结构 和谐一致

宇宙学研究的感想 广度 深度 效率 半个世纪前后:半个世纪前尚有不少人不信；现已成为公认的、甚至已有标准模型；已投入庞大计划进一步研究“超越爱因斯坦”计划。

“超越爱因斯坦”计划 ysh

Kelvin：19世纪物理学 物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云： “以太”与“黑体谱”——导致了世纪性的革命 ——相对论与量子力学。 现在也有两朵乌云（三朵？四朵？）： “暗能量”与“暗物质”——会导致什么？ 暗能量在召唤新的Einstein！将会出什么新的“招”？ “暗能量”与“以太”的比较耐人寻味！

杨振宁：20世纪物理学 20世纪物理学的第一个“1/4”是黄金时代，第三个“1/4”是白银时代。 人们曾普遍惋惜未能赶上20世纪的黄金时代，现在很可能正是新世纪的黄金时代 ！不要失之交臂！

总之，要动大手术 与以太的比较： ¤ Einstein去掉了以太，引出了相对论 ¤ 暗能量能去掉吗？ 修改时空结构 修改物态 修改规律

于无光处看闪电！ 于无声处听惊雷！

谢 谢 Thank you