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  • 2011年诺贝尔物理学奖

    2011年诺贝尔物理学奖于北京时间2011年10月4日揭晓,美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔·波尔马特、美国/澳大利亚物理学家布莱恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯获得2011年诺贝尔物理学奖。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 2011年诺贝尔物理学奖
    揭晓时间: 2011年10月4日 获得者: 萨尔·波尔马特、布莱恩·施密特
    获奖原因: 通过观测遥远超新星发现宇宙

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    名单/2011年诺贝尔物理学奖 编辑

    三位诺奖得主 三位诺奖得主

    一半奖金归属萨尔·波尔马特(Saul Perlmutter) ,另外一半奖金由布莱恩-斯密特(Brian P. Schmidt) 和 亚当-赖斯(Adam G. Riess)平分。

    获奖原因/2011年诺贝尔物理学奖 编辑

    瑞典皇家科学院授予这三人奖项的原因是他们“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。 [1]

    背景意义/2011年诺贝尔物理学奖 编辑

    1929年美国天文学家哈勃首先发现了星体间距离不断增加变大的现象并提出宇宙膨胀理论,这一发现直接导致俄裔美国天体物理学家伽莫夫的“宇宙大爆炸理论”,他认为,我们的宇宙诞生于约137±2亿年的一次大爆炸,星系天体的退行原因正是这次宇宙大爆炸的冲力导致的。

    从此之后天体物理学界一直都认为宇宙是在以一个 恒定的速度膨胀,直到这三位科学家于1998向外公布:宇宙的膨胀速度不是恒定的更不是越来越慢而是不断加速即越来越快。这可是一个石破惊天的发现,这个结果的出现直接撼动整个天体、物理学界,根据牛顿万有引力定律,宇宙大爆炸所产生的冲力在引力的作用下和牵制下,星系天体的退行速度应该渐于趋缓直至稳定平衡,可是这三位科学家的发现却与牛顿万有引力定律相互矛盾,如何解决、诠释这二者之间的矛盾呢?物理学家们认为只有一种可能,那就是宇宙之中存在着一种与引力作用方向相反(反引力作用力)、至今人类还没有发现的神秘力量!物理学界把这种与引力作用方向相反、至今人类还未知的、神秘作用力称之为“暗能量”,并且认为,正是这种“暗能量”推动星系天体快速膨胀退行。

    其实早在1915年爱因斯坦场方程就预言了这种力的存在性,方程推导如下:

    R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv

    (Rμν-(1/2)gμνR=8GπTμν/(c*c*c*c)-gμν)

    方程中的R_uv为里契张量其物理意义是在表示空间的弯曲状况。T_uv为能量-动量张量,其物理意义是在表示物质分布和运动状况。g_uv为度规,系数κ可由低速的牛顿理论确定。“_”表示下标,“^”后字母为上标。

    这个公式翻译成语言文字就是:空间物质的能量-动量(T_uv)分布=空间的弯曲状况(R_uv)

    从数学上解这个方程后这个方程就可以转换为以下这种形式:

    ds^2=Adt^2+Bdr^2+Cdθ^2+Ddφ^2

    式中A,B,C,D为度规g_uv分量。

    为了简洁方便,通常让T_uv等于0,对于对称、静止的真空外部状态则另有一解。

    若把宇宙常数项添加到方程式中后的爱因斯坦场方程就变为了:

    R_uv-1/2*R*g_uv+∧*g_uv=κ*T_uv

    其中方程式中的∧*g_uv则表示宇宙项,方程式中的“∧”则就是宇宙常数,现代物理学中一般把宇宙常数理解为真空状态。

    如果我们单从数学形式上理解上面的爱因斯坦的场方程也可得出以下这种形式:

    ds^2=Adt^2+Bdr^2+Cdθ^2+Ddφ^2

    其中方程式中的A,B,C,D表示为:度规g_uv的分量。

    方程式中的ds则表示空间弯曲的程度量,由于考虑到4维空间与时间的特殊关系,ds则是一个变量。

    假若我们不去添加宇宙项时,ds和时间成正比关系,此时的宇宙就表现为一种膨胀状态;如果我们添加了宇宙项当∧值恰当后,ds脱离与时间变化关系,此时的宇宙就表现为一种稳定状态。

    如果我们把宇宙常数项从方程式左边移项到方程式的右边,这样这也可以并不违背数学原理,推导、变换后的方程就成为如下的形式:

    R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv-∧*g_uv

    这其实就得到一个二阶偏微分方程的负解,即方程式中∧项是一个负值,由于这个负值的宇宙项平衡了常规物质的引力作用,所以可以得到一个宇宙稳定的方程解。

    这则意味着,只有当真空中具有一种能抵消或平衡常规物质产生的引力的“反引力”作用后,宇宙才会处于一种稳定、有序状态。

    爱因斯坦的这一理论预言就包含爱因斯坦本人和当时的主流物理学界都无法接受和认可,在这大约一个世纪里,爱因斯坦理论所预言的这种可以抵消或平衡常规物质产生的引力的“反引力”作用即与引力作用方向相反的作用力,成为主流物理学的禁地同时也被排斥在主流物理学之外而无人问津。

    2011年诺贝尔物理学奖的公布和颁发,将意味着物理学界正式承认并接纳,“暗能量”为物理学中的一个基本概念,同时也就意味着:物理学界正式承认并接纳宇宙之中存在着一种与引力作用方向相反、至今还没被人类发现的未知力量这一事实。

    也就是说自 2011 起,物理学界正式接纳“暗能量”为科学概念、“反引力”为客观事实!

    2011年以前,“反引力”被排除在主流科学之外还被冠以伪科学之名分,2011年之后关于“反引力”的研究就名正言顺成为科学研究,反“反引力”则被视之为伪科学!

    2011年诺贝尔物理学奖的公布和颁发,也就为下一个诺贝尔奖“反引力”的发现以及“反引力”技术研发奠定了一定的基础!我们国人应该向此研究方向转变和转化……不久的将来,我们国人也许会在此领域、此方向突破科学零结果、突破诺奖零结果…

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    参考资料
    [1]^引用日期:2019-07-09

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