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引力波得诺贝尔物理学奖?可能还有神秘人物来分享

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去年诺贝尔物理学奖公布前,我认为不会授予当年2月宣布的引力波的发现,而是会授予凝聚态物理中的拓扑方向。今年年初,我在某个演讲中说引力波的直接探测将获得2017年诺贝尔物理学奖。

对LIGO直接探测到引力波的科学贡献最大的是:最早提出用激光干涉仪探测引力波并作噪声分析的雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、对激光干涉仪的稳定性作出重要贡献的罗纳德·德雷弗(Ronald Drever)、对引力波探测和LIGO作了很多理论工作的基普·索恩(Kip Stephen Thorne)。而巴里·巴里什(Barry Clark Barish)对建立LIGO国际合作并将其转化为大科学作出了关键贡献。

最近,复旦中植奖授予了韦斯、索恩和巴里什。

德雷弗今年3月7日不幸去世。

我觉得,今年的诺贝尔物理学奖确实会授予对LIGO作出杰出科学贡献的韦斯和索恩。

但是,每项诺贝尔奖可以授予一到三人,那第三个机会是给予巴里什还是放弃?

我觉得都不会。

我觉得第三个获奖者可能是:

斯蒂芬·霍金(Stephen William Hawking)!

是的,当今最著名的理论物理学家霍金。长期以来,天下人都知道,他对引力和宇宙学的贡献是伟大的,但是难以得到实验证实。

然而,引力波的直接探测已经改变了这一点,也就是说,他有一部分工作与之关系密切!

霍金早年曾证明爱因斯坦方程的具有平滑视界的定态解必须是轴对称的。

1970年,他提出,黑洞的视界面积不会减小。接着又以此为第二定律,与巴丁(James Bardeen)和卡特(Bradon Carter)提出黑洞动力学四定律。

他与卡特、以色列(Werner Israel)和罗宾逊(David C. Robinson)在某些前提条件下证明了惠勒(John Wheeler)猜想的“黑洞无发定理”:黑洞只需要由质量、电荷和转动角动量描述。

1971年,他还利用面积不减定理研究了黑洞碰撞产生的引力波的能量上限。据称他还设计过引力波探测器。

迄今,已公布了四次引力波事件:前三次都是LIGO的两个探测器的结果;最近一次,即9月28日公布的结果,是位于意大利的VIRGO探测器与LIGO的两个探测器联合工作的结果;另外还有一次置信度低的事件。这些都是黑洞并合导致的引力波。每次黑洞并合成的大黑洞质量都小于原来两个小黑洞的质量之和,失去的质量转化为引力波的能量。

可以验证,每次得到的大黑洞的质量的平方都大于原来的两个小黑洞的质量平方之和。因为黑洞的视界面积正比于质量的平方,所以这就验证了面积不减定理——即霍金的观点。

综上所述,我猜测2017年诺贝尔物理学奖可能授予对引力波直接探测及黑洞物理作出杰出贡献的科学家:

雷纳·韦斯:最早发明用激光干涉探测引力波并作噪声分析,领导了LIGO研究。

基普·索恩:引力波探测与LIGO的理论工作以及相关的量子测量理论。

斯蒂芬·霍金:关于广义相对论、黑洞和引力波的一系列理论工作,包括轴对称证明、面积不减定理、黑洞碰撞产生的引力波能量上限。

诺贝尔奖颁奖词会强调,LIGO直接探测到黑洞并合产生的引力波,不仅是验证了广义相对论和引力波的存在,更重要的是打开了观测宇宙的新窗口,实现了强引力区和黑洞的直接观测。

作者:施郁 复旦大学物理学系教授

编辑:婉珺

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发布时间:2017-10-17 01:34:09

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