Seznam dobitnikov Nobelove nagrade za fiziko. Nobelovi nagrajenci za fiziko

Danes, 2. oktobra 2018, je v Stockholmu potekala slovesnost ob razglasitvi dobitnikov Nobelove nagrade za fiziko. Nagrado so podelili "za prelomna odkritja na področju laserske fizike". V besedilu je zapisano, da gre polovica nagrade Arthurju Ashkinu za "optične pincete in njihovo uporabo v bioloških sistemih", druga polovica pa Gérardu Mourouju in Donni Strickland "za njuno metodo ustvarjanja ultrakratkih optičnih impulzov visoke intenzivnosti."

VRHUNSKA NOVICA⁰Švedska kraljeva akademija znanosti se je odločila podeliti nagrado #Nobelova nagrada v fiziki 2018 »za prelomne izume na področju laserske fizike«, ena polovica Arthurju Ashkinu, druga polovica skupaj Gérardu Mourouju in Donni Strickland. pic.twitter.com/PK08SnUslK

2. oktober 2018

Arthur Ashkin je izumil optično pinceto, ki lahko zajame in premika posamezne atome, viruse in žive celice, ne da bi jih poškodovala. To naredi z fokusiranjem laserskega sevanja in uporabo gradientnih sil, ki vlečejo delce v območje z večjo intenzivnostjo elektromagnetnega polja. Ashkinovi skupini je leta 1987 na ta način prvič uspelo ujeti živo celico. Trenutno se ta metoda pogosto uporablja za preučevanje virusov, bakterij, celic človeškega tkiva, pa tudi pri manipulaciji posameznih atomov (za ustvarjanje sistemov nano velikosti).

Gerard Moore in Donna Strickland sta leta 1985 prva uspela ustvariti vir ultrakratkih laserskih impulzov visoke intenzivnosti, ne da bi uničila delovno okolje laserja. Pred njihovimi raziskavami je bilo bistveno ojačanje laserjev s kratkimi impulzi nemogoče: en sam impulz skozi ojačevalnik je povzročil uničenje sistema zaradi prevelike intenzivnosti.

Metoda generiranja impulzov, ki sta jo razvila Moore in Strickland, se zdaj imenuje ojačanje impulza s čirpanjem: krajši kot je laserski impulz, širši je njegov spekter in vse spektralne komponente se širijo skupaj. Vendar pa lahko z uporabo para prizem (ali uklonskih rešetk) spektralne komponente impulza medsebojno zakasnimo, preden vstopijo v ojačevalnik, in s tem zmanjšamo intenziteto sevanja v vsakem trenutku. Optični sistem nato ojači ta impulz s čirkom in ga nato ponovno stisne v kratek impulz z optičnim sistemom z inverzno disperzijo (običajno uklonske rešetke).

Ultra ostri laserski žarki omogočajo izjemno natančno rezanje ali vrtanje lukenj v različne materiale – tudi v živo snov. Vsako leto se izvede na milijone operacij oči z najostrejšimi laserskimi žarki. #Nobelova nagrada pic.twitter.com/MiYb4i8AHw

Nobelova nagrada (@NobelPrize) 2. oktober 2018

Ojačitev čirpiranih impulzov je omogočila ustvarjanje učinkovitih femtosekundnih laserjev opazne moči. Sposobni so oddati močne impulze, ki trajajo kvadrilijontke sekunde. Na njihovi osnovi so danes ustvarjeni številni obetavni sistemi tako v elektroniki kot v laboratorijskih napravah, pomembnih za številna področja fizike. Hkrati nenehno najdejo nova, pogosto nepričakovana področja praktične uporabe.

Na primer, metoda femtosekundne laserske korekcije vida (SMall Incision Lenticula Extraction) vam omogoča, da odstranite del roženice očesa osebe in s tem popravite kratkovidnost. Čeprav je bil sam pristop laserske korekcije predlagan že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, pred pojavom femtosekundnih laserjev, moč in kratkotrajnost impulzov nista zadostovali za učinkovito in varno delo z očesom: dolgi impulzi so pregrevali očesno tkivo in ga poškodovali ter kratki impulzi so bili prešibki, da bi dosegli želeni rez v očesu. Danes je bilo na milijone ljudi po vsem svetu operiranih s podobnimi laserji.

Poleg tega so femtosekundni laserji zaradi kratkega trajanja impulza omogočili izdelavo naprav, ki spremljajo in krmilijo ultrahitre procese tako v fiziki trdne snovi kot v optičnih sistemih. To je izjemno pomembno, saj je bilo pred pridobitvijo sredstev za snemanje procesov, ki se odvijajo pri takšnih hitrostih, skoraj nemogoče preučiti obnašanje številnih sistemov, na podlagi katerih bo, kot se domneva, mogoče ustvariti obetavno elektroniko. prihodnosti.

Aleksej Ščerbakov, višji raziskovalec v Laboratoriju za nanoptiko in plazmoniko pri MIPT, je za Attic komentiral: »Nobelova nagrada za Gerarda Mourouja za njegov prispevek k razvoju femtosekundnih laserjev je čakala že dolgo, deset let ali morda več. Vloga sorodnega dela je resnično temeljna in tovrstni laserji se vse pogosteje uporabljajo po vsem svetu. Danes je težko našteti vsa področja, kjer se uporabljajo. Res je, težko rečem, kaj je botrovalo odločitvi Nobelovega odbora, da v eno nagrado združi Mura in Aškina, katerih razvoja nista neposredno povezana. To res ni najbolj očitna odločitev odbora. Mogoče so se odločili, da je nemogoče dati nagrado samo Mooru ali samo Ashkinu, a če bi polovico nagrade podelili za eno smer, drugo polovico za drugo, bi se to zdelo povsem upravičeno.«.

Nobelovo nagrado za fiziko, najvišjo nagrado za znanstvene dosežke v ustrezni znanosti, vsako leto podeljuje Kraljeva švedska akademija znanosti v Stockholmu. Ustanovljen je bil po volji švedskega kemika in podjetnika Alfreda Nobela. Nagrado lahko prejmejo največ trije znanstveniki hkrati. Denarna nagrada se lahko enakomerno razdeli mednje ali razdeli na polovico in dve četrtini. Leta 2017 so denarni bonus povečali za eno osmino – z osem na devet milijonov kron (približno 1,12 milijona dolarjev).

Vsak nagrajenec prejme medaljo, diplomo in denarno nagrado. Medalje in denarne nagrade bodo nagrajencem tradicionalno podelili na letni slovesnosti v Stockholmu 10. decembra, na obletnico Nobelove smrti.

Prvo Nobelovo nagrado za fiziko je leta 1901 prejel Wilhelm Conrad Roentgen za odkritje in preučevanje lastnosti žarkov, ki so jih pozneje poimenovali po njem. Zanimivo je, da je znanstvenik nagrado sprejel, vendar ni hotel priti na podelitev, češ da je zelo zaposlen. Zato so mu nagrado poslali po pošti. Ko je nemška vlada med prvo svetovno vojno prosila prebivalstvo, naj državi pomaga z denarjem in dragocenostmi, je Roentgen dal vse svoje prihranke, vključno z Nobelovo nagrado.

Lani, 2017, so Nobelovo nagrado za fiziko prejeli Rainer Weiss, Barry Barish in Kip Thorne. Ti trije fiziki so odločilno prispevali k detektorju LIGO, ki je zaznaval gravitacijske valove. Zdaj je z njihovo pomočjo postalo mogoče slediti združitvam nevtronskih zvezd in črnih lukenj, nevidnih teleskopom.

Zanimivo je, da se lahko od naslednjega leta razmere pri podeljevanju Nobelovih nagrad bistveno spremenijo. Nobelov odbor bo priporočil, naj tisti, ki sprejemajo nagrade, izberejo kandidate na podlagi spola, da vključijo več žensk, in glede na etnično pripadnost, da se poveča število nezahodnih ljudi). Vendar to verjetno ne bo vplivalo na fiziko - doslej sta bili le dve dobitnici te nagrade ženski. In ravno letos je Donna Strickland postala tretja.

Z besedilom " za teoretična odkritja topoloških faznih prehodov in topoloških faz snovi" Za to širši javnosti nekoliko nejasno in nerazumljivo besedno zvezo se skriva cel svet netrivialnih in tudi za same fizike presenetljivih učinkov, pri katerih teoretičnem odkrivanju so imeli nagrajenci v sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja ključno vlogo. Seveda pa niso bili edini, ki so se zavedali pomena topologije v takratni fiziki. Tako je sovjetski fizik Vadim Berezinski leto pred Kosterlitzom in Thoulessom naredil pravzaprav prvi pomemben korak k topološkim faznim prehodom. Ob Haldaneovem imenu bi lahko postavili še veliko drugih imen. Kakor koli že, vsi trije nagrajenci so zagotovo ikonične osebnosti v tem delu fizike.

Lirični uvod v fiziko kondenzirane snovi

Z dostopnimi besedami razložiti bistvo in pomen dela, za katerega je bila podeljena Nobelova nagrada za fiziko 2016, ni lahka naloga. Ne samo, da so sami pojavi kompleksni in poleg tega še kvantni, ampak so tudi raznoliki. Nagrada ni bila podeljena za eno posebno odkritje, temveč za cel seznam pionirskih del, ki so v letih 1970–1980 spodbudila razvoj nove smeri v fiziki kondenzirane snovi. V tej novici bom poskušal doseči bolj skromen cilj: pojasniti z nekaj primeri bistvo kaj je topološki fazni prehod, in posredovati občutek, da je to resnično lep in pomemben fizikalni učinek. Zgodba bo le o polovici podelitve, tisti, v kateri sta se izkazala Kosterlitz in Thouless. Haldaneovo delo je prav tako fascinantno, vendar je še manj vizualno in bi za razlago zahtevalo zelo dolgo zgodbo.

Začnimo s kratkim uvodom v najbolj fenomenalen del fizike – fiziko kondenzirane snovi.

Kondenzirana snov je v vsakdanjem jeziku, ko se več delcev iste vrste združi in močno vpliva drug na drugega. Skoraj vsaka beseda tukaj je ključna. Sami delci in zakon interakcije med njimi morajo biti iste vrste. Lahko vzamete več različnih atomov, prosim, a glavno je, da se ta fiksni niz vedno znova ponavlja. Moralo bi biti veliko delcev; ducat ali dva še ni zgoščen medij. In končno, močno morajo vplivati ​​drug na drugega: potiskati, vleči, posegati drug v drugega, morda si kaj izmenjati. Redkejši plin se ne šteje za kondenziran medij.

Glavno razkritje fizike kondenzirane snovi: s tako zelo preprostimi »pravili igre« je razkrila neskončno bogastvo pojavov in učinkov. Takšna raznolikost pojavov sploh ne nastane zaradi pestre sestave - delci so iste vrste - ampak spontano, dinamično, kot rezultat kolektivni učinki. Pravzaprav, ker je interakcija močna, nima smisla gledati na gibanje vsakega posameznega atoma ali elektrona, ker takoj vpliva na obnašanje vseh najbližjih sosedov in morda celo oddaljenih delcev. Ko berete knjigo, vam ne »govori« z razpršenostjo posameznih črk, ampak z nizom besed, ki so med seboj povezane; misel vam posreduje v obliki »zbirnega učinka« črk. Prav tako zgoščena snov »govori« v jeziku sinhronih kolektivnih gibanj in sploh ne posameznih delcev. In izkazalo se je, da obstaja velika raznolikost teh kolektivnih gibanj.

Trenutna Nobelova nagrada priznava delo teoretikov pri dešifriranju drugega "jezika", ki ga lahko "govori" kondenzirana snov - jezika topološko netrivialna vzbujanja(kar je, je spodaj). Najdenih je bilo že kar nekaj specifičnih fizikalnih sistemov, v katerih nastajajo takšna vzburjenja, in pri marsikaterem so imeli prste nagrajenci. A najpomembnejši pri tem niso konkretni primeri, ampak dejstvo, da se to dogaja tudi v naravi.

Številne topološke pojave v kondenzirani snovi so prvi iznašli teoretiki in zdelo se je, da so le matematične potegavščine, ki niso pomembne za naš svet. Potem pa so eksperimentatorji odkrili resnična okolja, v katerih so opazovali te pojave, in matematična potegavščina je nenadoma rodila nov razred materialov z eksotičnimi lastnostmi. Eksperimentalna plat te veje fizike je zdaj v vzponu in ta hiter razvoj se bo nadaljeval tudi v prihodnje, obljubljajoč nam nove materiale s programiranimi lastnostmi in naprave, ki temeljijo na njih.

Topološka vzbujanja

Najprej razjasnimo besedo "topološki". Naj vas ne skrbi, da bo razlaga zvenela kot čista matematika; Povezava s fiziko se bo pojavila sproti.

Obstaja taka veja matematike - geometrija, znanost o figurah. Če je oblika figure gladko deformirana, se z vidika navadne geometrije spremeni sama figura. Toda številke imajo skupne značilnosti, ki z gladko deformacijo, brez trganja ali lepljenja, ostanejo nespremenjene. To je topološka značilnost figure. Najbolj znan primer topološke karakteristike je število lukenj v tridimenzionalnem telesu. Čajna skodelica in krof sta topološko enakovredna, oba imata natanko eno luknjo, zato je mogoče eno obliko z gladko deformacijo spremeniti v drugo. Skodelica in kozarec sta topološko različna, ker kozarec nima lukenj. Za utrjevanje gradiva predlagam, da se seznanite z odlično topološko klasifikacijo ženskih kopalk.

Torej, zaključek: vse, kar je mogoče reducirati drug na drugega z gladko deformacijo, velja za topološko enakovredno. Dve figuri, ki ju ni mogoče spremeniti ena v drugo z gladkimi spremembami, štejemo za topološko različni.

Druga beseda, ki jo je treba pojasniti, je "razburjenje". V fiziki kondenzirane snovi je vzbujanje vsako kolektivno odstopanje od »mrtvega« stacionarnega stanja, torej od stanja z najnižjo energijo. Na primer, ko je bil zadet kristal, je skozenj stekel zvočni val - to je vibracijsko vzbujanje kristalne mreže. Ni nujno, da so vzbujanja prisilna, lahko se pojavijo spontano zaradi temperature, ki ni ničelna. Običajno toplotno nihanje kristalne mreže je v resnici veliko vibracijskih vzburjenj (fononov) z različnimi valovnimi dolžinami, ki se prekrivajo ena na drugo. Ko je koncentracija fononov visoka, pride do faznega prehoda in kristal se stopi. Na splošno, takoj ko razumemo, v smislu kakšnih vzburjenosti je treba opisati dani kondenzirani medij, bomo imeli ključ do njegovih termodinamičnih in drugih lastnosti.

Zdaj povežimo dve besedi. Zvočni val je topološki primer trivialno vznemirjenje. To se sliši pametno, vendar v svojem fizičnem bistvu preprosto pomeni, da je zvok mogoče narediti tako tihega, kot želite, celo do te mere, da popolnoma izgine. Glasen zvok pomeni močne atomske vibracije, tih zvok pomeni šibke vibracije. Amplitudo tresljajev lahko gladko zmanjšamo na nič (natančneje na kvantno mejo, vendar je to tukaj nepomembno), pa bo še vedno zvočno vzbujanje, fonon. Bodite pozorni na ključno matematično dejstvo: obstaja operacija za gladko spreminjanje nihanj na nič - to je preprosto zmanjšanje amplitude. Točno to pomeni, da je fonon topološko trivialna motnja.

In zdaj je vklopljeno bogastvo kondenzirane snovi. V nekaterih sistemih obstajajo vzbujanja, ki ni mogoče gladko zmanjšati na nič. Fizično ni nemogoče, ampak temeljno - forma tega ne dopušča. Enostavno ni takšnega povsod gladkega delovanja, ki bi sistem z vzbujanjem preneslo v sistem z najnižjo energijo. Vzbujanje se po svoji obliki topološko razlikuje od istih fononov.

Poglejte, kako se je izkazalo. Oglejmo si preprost sistem (imenuje se XY-model) - navadno kvadratno mrežo, na vozliščih katere so delci z lastnim spinom, ki so lahko poljubno usmerjeni v tej ravnini. Hrbet bomo prikazali s puščicami; Usmerjenost puščice je poljubna, dolžina pa je fiksna. Predpostavili bomo tudi, da spini sosednjih delcev medsebojno delujejo tako, da je energijsko najbolj ugodna konfiguracija, ko vsi spini na vseh vozliščih kažejo v isto smer, kot pri feromagnetu. Ta konfiguracija je prikazana na sl. 2, levo. Po njem lahko tečejo spinski valovi - majhna valovna odstopanja vrtljajev od strogega reda (slika 2, desno). Toda vse to so običajna, topološko trivialna vzbujanja.

Poglejte zdaj sl. 3. Tukaj sta prikazani dve motnji nenavadne oblike: vrtinec in antivorteks. Miselno izberite točko na sliki in se s pogledom sprehodite po krožni poti v nasprotni smeri urinega kazalca okoli središča, pri tem pa bodite pozorni na to, kaj se zgodi s puščicami. Videli boste, da se puščica vrtinca vrti v isto smer, v nasprotni smeri urinega kazalca, puščica antivorteksa pa v nasprotni smeri, v smeri urinega kazalca. Zdaj storite enako v osnovnem stanju sistema (puščica je na splošno negibna) in v stanju s spin valom (kjer puščica rahlo niha okoli povprečne vrednosti). Lahko si predstavljate tudi deformirane različice teh slik, recimo vrtilni val v obremenitvi proti vrtincu: tam bo tudi puščica naredila polni obrat in rahlo zanihala.

Po teh vajah postane jasno, da so vsa možna vzburjenja razdeljena na bistveno drugačni razredi: ali puščica naredi polni obrat, ko gre okoli središča ali ne, in če se, v katero smer. Te situacije imajo različne topologije. Nobena količina gladkih sprememb ne more spremeniti vrtinca v navaden val: če obrnete puščice, potem naglo, po vsej mreži hkrati in takoj pod velikim kotom. Vrtinec, kot tudi anti-vortex, topološko zaščiten: za razliko od zvočnega valovanja se ne morejo preprosto raztopiti.

Zadnja pomembna točka. Vrtinec se topološko razlikuje od preprostega vala in od antivorteksa le, če puščice ležijo strogo v ravnini slike. Če nam je dovoljeno, da jih pripeljemo v tretjo dimenzijo, potem lahko vrtinec gladko odpravimo. Topološka klasifikacija vzbujanja je radikalno odvisna od dimenzije sistema!

Topološki fazni prehodi

Ti čisto geometrijski premisleki imajo zelo oprijemljive fizične posledice. Energija navadnega nihanja, istega fonona, je lahko poljubno majhna. Zato pri kateri koli temperaturi, ne glede na to, kako nizka je, ta nihanja nastanejo spontano in vplivajo na termodinamične lastnosti medija. Energija topološko zaščitenega vzbujanja, vrtinca, ne more biti pod določeno mejo. Zato pri nizkih temperaturah posamezni vrtinci ne nastanejo in zato ne vplivajo na termodinamične lastnosti sistema - vsaj tako se je mislilo do začetka sedemdesetih let.

Medtem se je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja s prizadevanji številnih teoretikov razkril problem razumevanja dogajanja v modelu XY s fizikalnega vidika. V običajnem tridimenzionalnem primeru je vse preprosto in intuitivno. Pri nizkih temperaturah je sistem videti urejen, kot na sl. 2. Če vzamete dve poljubni vozlišči rešetke, tudi zelo oddaljeni, bodo vrtljaji v njih rahlo nihali okoli iste smeri. To je, relativno gledano, spinski kristal. Pri visokih temperaturah se spini "stopijo": dve oddaljeni mesti rešetke nista več med seboj povezani. Obstaja jasna temperatura faznega prehoda med obema stanjema. Če temperaturo nastavite točno na to vrednost, potem bo sistem v posebnem kritičnem stanju, ko korelacije še obstajajo, vendar postopoma, po potenčnem zakonu, padajo z razdaljo.

V dvodimenzionalni mreži pri visokih temperaturah je tudi neurejeno stanje. Toda pri nizkih temperaturah je bilo vse videti zelo, zelo čudno. Dokazan je bil strogi izrek (glej Mermin-Wagnerjev izrek), da v dvodimenzionalni različici ni kristalnega reda. Skrbni izračuni so pokazali, da ne gre za to, da ga sploh ni, preprosto se zmanjšuje z razdaljo po potenčnem zakonu – točno tako kot v kritičnem stanju. Toda če je bilo v tridimenzionalnem primeru kritično stanje samo pri eni temperaturi, potem tukaj kritično stanje zavzema celotno območje nizkih temperatur. Izkaže se, da v dvodimenzionalnem primeru pridejo v poštev nekatera druga vzbujanja, ki jih v tridimenzionalni različici ni (slika 4)!

Spremno gradivo Nobelovega odbora opisuje več primerov topoloških pojavov v različnih kvantnih sistemih, pa tudi nedavno eksperimentalno delo za njihovo uresničitev in obete za prihodnost. Ta zgodba se konča s citatom Haldaneovega članka iz leta 1988. V njem, kot da bi se opravičeval, pravi: " Čeprav tukaj predstavljeni specifični model verjetno ne bo fizično uresničljiv, vseeno...". Revija 25 let pozneje Narava objavlja , ki poroča o eksperimentalni izvedbi Haldaneovega modela. Morda so topološko netrivialni pojavi v kondenzirani snovi ena najbolj presenetljivih potrditev neizrečenega gesla fizike kondenzirane snovi: v ustreznem sistemu bomo utelešili vsako samokonsistentno teoretično idejo, pa naj se zdi še tako eksotična.

Celotno naše razumevanje procesov, ki se dogajajo v vesolju, predstave o njegovi strukturi so se oblikovale na podlagi preučevanja elektromagnetnega sevanja, z drugimi besedami, fotonov vseh možnih energij, ki dosežejo naše instrumente iz globin vesolja. Toda opazovanje fotonov ima svoje omejitve: elektromagnetni valovi niti najvišjih energij nas ne dosežejo iz preveč oddaljenih območij vesolja.

Obstajajo še druge oblike sevanja – nevtrinski tokovi in ​​gravitacijski valovi. Lahko vam povedo o stvareh, ki jih instrumenti, ki snemajo elektromagnetne valove, ne bodo nikoli videli. Da bi "videli" nevtrine in gravitacijske valove, so potrebni popolnoma novi instrumenti. Trije ameriški fiziki Rainer Weiss, Kip Thorne in Barry Barrish so letos prejeli Nobelovo nagrado za fiziko za ustvarjanje detektorja gravitacijskih valov in eksperimentalni dokaz njihovega obstoja.

Od leve proti desni: Rainer Weiss, Barry Barrish in Kip Thorne.

Obstoj gravitacijskih valov predvideva splošna teorija relativnosti, napovedal pa ga je Einstein že leta 1915. Nastanejo, ko zelo masivni predmeti trčijo drug ob drugega in ustvarjajo motnje v prostoru-času ter se s svetlobno hitrostjo razhajajo v vse smeri od točke izvora.

Četudi je dogodek, ki je valovanje ustvaril, ogromen – na primer trk dveh črnih lukenj – je učinek, ki ga ima valovanje na prostor-čas, izjemno majhen, zato ga je težko registrirati, kar zahteva zelo občutljive instrumente. Sam Einstein je verjel, da gravitacijski val, ki prehaja skozi snov, nanjo vpliva tako malo, da ga ni mogoče opazovati. Res je, da je dejanski učinek valovanja na snov precej težko zaznati, lahko pa zabeležimo posredne učinke. Prav to sta leta 1974 storila ameriška astrofizika Joseph Taylor in Russell Hulse, ki sta izmerila sevanje zvezde dvojnega pulzarja PSR 1913+16 in dokazala, da je odstopanje njegove pulzacijske dobe od izračunane razloženo z izgubo energije, ki jo odnese gravitacijski val. Za to so leta 1993 prejeli Nobelovo nagrado za fiziko.

14. septembra 2015 je LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, prvič neposredno zaznal gravitacijski val. Ko je val dosegel Zemljo, je bil zelo šibek, a že ta šibek signal je pomenil revolucijo v fiziki. Da bi to omogočili, je bilo potrebno delo več tisoč znanstvenikov iz dvajsetih držav, ki so zgradili LIGO.

Preverjanje rezultatov petnajstega leta je trajalo več mesecev, zato so bili javno objavljeni šele februarja 2016. Poleg glavnega odkritja - potrditve obstoja gravitacijskih valov - se je v rezultatih skrivalo še več: prvi dokaz o obstoju črnih lukenj s povprečno maso (20−60 sončnih) in prvi dokaz, da se te lahko združijo. .

Gravitacijski val je potreboval več kot milijardo let, da je dosegel Zemljo. Daleč stran, onstran naše galaksije, sta dve črni luknji trčili ena v drugo, minilo je 1,3 milijarde let - in LIGO nam je povedal o tem dogodku.

Energija gravitacijskega valovanja je ogromna, amplituda pa neverjetno majhna. Občutek je kot merjenje razdalje do oddaljene zvezde z natančnostjo desetink milimetra. LIGO je tega sposoben. Weiss je razvil koncept: že v 70. letih je izračunal, kateri zemeljski pojavi bi lahko izkrivili rezultate opazovanj in kako se jih znebiti. LIGO sestavljata dva observatorija, razdalja med katerima je 3002 kilometra. Gravitacijski val prepotuje to razdaljo v 7 milisekundah, tako da dva interferometra izboljšata odčitke drug drugega, ko gre val.

Dva observatorija LIGO, v Livingstonu (Louisiana) in Hanfordu (zvezna država Washington), se nahajata 3002 km drug od drugega.

Vsak observatorij ima dva štirikilometrska rokava, ki izhajata iz iste točke pravokotno drug na drugega. V notranjosti imajo skoraj popoln vakuum. Na začetku in koncu vsakega kraka je zapleten sistem ogledal. Gravitacijski val, ki gre skozi naš planet, rahlo stisne prostor, kjer je položena ena roka, in raztegne drugo (brez vala je dolžina krakov popolnoma enaka). Laserski žarek se izstreli iz križišča ramen, se razcepi na dvoje in se odbije na ogledalih; Ko pretečeta svojo razdaljo, se žarka srečata na križišču. Če se to zgodi hkrati, potem je prostor-čas miren. In če je eden od žarkov rabil dlje, da je šel skozi ramo kot drugi, to pomeni, da je gravitacijski val podaljšal svojo pot in skrajšal pot drugega žarka.

Shema delovanja observatorija LIGO.

LIGO je razvil Weiss (in seveda njegovi sodelavci), Kip Thorne - vodilni svetovni strokovnjak za teorijo relativnosti - je opravil teoretične izračune, Barry Barish se je pridružil ekipi LIGO leta 1994 in spremenil majhno - le 40 ljudi - skupine entuziastov v veliko mednarodno sodelovanje LIGO/VIRGO, je zahvaljujoč dobro usklajenemu delu udeležencev omogočil temeljni eksperiment, izveden dvajset let pozneje.

Delo na detektorjih gravitacijskih valov se nadaljuje. Prvemu zabeleženemu valu so sledili drugi, tretji in četrti; slednjega niso »ujeli« le detektorji LIGO, temveč tudi nedavno predstavljeni evropski VIRGO. Četrti gravitacijski val se za razliko od prejšnjih treh ni rodil v popolni temi (zaradi združitve črnih lukenj), temveč s popolno osvetlitvijo - med eksplozijo nevtronske zvezde; Vesoljski in zemeljski teleskopi so zaznali tudi optični vir sevanja na območju, od koder prihaja gravitacijski val.

Rainer Weiss, Barry Barish in Kip Thorne

Kraljeva švedska akademija znanosti je razglasila dobitnike Nobelove nagrade za fiziko za leto 2017. Nagrado bodo prejeli Rainer Weiss (polovica nagrade), Barry Barish in Kip Thorne, z besedilom "za njihov odločilen prispevek k detektorju LIGO in opazovanju gravitacijskih valov." Uradna podelitev nagrad in medalj bo decembra po tradicionalnih predavanjih. Razglasitev zmagovalca so v živo prenašali na spletni strani Nobelovega odbora.

Weiss, Thorne in Barish veljajo za najverjetnejše kandidate za Nobelovo nagrado za fiziko od leta 2016, ko sta kolaboracija LIGO in VIRGO zaznala gravitacijske valove zaradi združitve dveh črnih lukenj.

Rainer Weiss je imel ključno vlogo pri razvoju detektorja, ogromnega interferometra z izjemno nizkimi ravnmi šuma. Fizik je začel sorodno delo že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je ustvaril majhne prototipe sistemov na tehnološkem inštitutu v Massachusettsu. Nekaj ​​let pozneje so v Caltechu – pod vodstvom Kipa Thorna – izdelali prototipe interferometrov. Kasneje so moči združili še fiziki.

Diagram gravitacijskega observatorija LIGO

Barry Barish je majhno sodelovanje med MIT in Caltechom spremenil v ogromen mednarodni projekt - LIGO. Znanstvenik je vodil razvoj projekta in ustvarjanje detektorjev od sredine devetdesetih let prejšnjega stoletja.

LIGO je sestavljen iz dveh gravitacijskih observatorijev, ki se nahajata 3000 kilometrov drug od drugega. Vsak od njih je Michelsonov interferometer v obliki črke L. Sestavljen je iz dveh 4-kilometrskih evakuiranih optičnih krakov. Laserski žarek se razdeli na dve komponenti, ki prehajata skozi cevi, se odbijata od svojih koncev in ponovno združita. Če se spremeni dolžina kraka, se spremeni narava interference med žarki, kar detektorji zabeležijo. Velika razdalja med opazovalnicama nam omogoča, da vidimo razliko v prihodnem času gravitacijskih valov – ob predpostavki, da se slednji širijo s svetlobno hitrostjo, razlika v prihodnem času doseže 10 milisekund.

Dva detektorja LIGO

Več o astronomiji gravitacijskih valov in njeni prihodnosti lahko preberete v našem gradivu "".

Leta 2017 so Nobelovo nagrado povečali za milijon švedskih kron – takojšnje povečanje za 12,5 odstotka. Zdaj je 9 milijonov kron ali 64 milijonov rubljev.

Nobelovi nagrajenci za fiziko leta 2016 so bili teoretiki Duncan Haldane, David Thouless in Michael Kosterlitz. Ti pojavi vključujejo na primer celoštevilčni Hallov učinek: tanka plast snovi postopoma spreminja svoj upor z naraščajočo indukcijo magnetnega polja, ki se nanjo nanaša. Poleg tega teorija pomaga opisati superprevodnost, superfluidnost in magnetno urejenost v tankih plasteh materialov. Zanimivo je, da je temelje teorije postavil sovjetski fizik Vadim Berezinski, a nagrade, žal, ni dočakal. Več o tem lahko preberete v našem gradivu "".

Vladimir Korolev

, Nobelova nagrada za mir in Nobelova nagrada za fiziologijo ali medicino. Prvo Nobelovo nagrado za fiziko je prejel nemški fizik Wilhelm Conrad Roentgen "kot priznanje za njegove izredne zasluge znanosti, izražene v odkritju izjemnih žarkov, ki so bili pozneje poimenovani njemu v čast." To nagrado upravlja Nobelova fundacija in na splošno velja za najprestižnejšo nagrado, ki jo lahko prejme fizik. Podeljuje se v Stockholmu na letni slovesnosti 10. decembra, na obletnico Nobelove smrti.

Namen in izbor

Za Nobelovo nagrado za fiziko so lahko izbrani največ trije nagrajenci. V primerjavi z nekaterimi drugimi Nobelovimi nagradami sta nominacija in izbor za nagrado za fiziko dolg in strog postopek. Zato je nagrada z leti postajala vse bolj prestižna in sčasoma postala najpomembnejša nagrada za fiziko na svetu.

Nobelove nagrajence izbira Nobelov odbor za fiziko, ki ga sestavlja pet članov, ki jih izvoli Kraljeva švedska akademija znanosti. Na prvi stopnji več tisoč ljudi predlaga kandidate. Ta imena pred končnim izborom preučijo in razpravljajo strokovnjaki.

Približno tri tisoč ljudem pošljejo obrazce, ki jih povabijo, naj predložijo svoje nominacije. Imena nominirancev se že petdeset let ne objavijo javno, niti se ne sporočijo nominirancem. Seznami nominirancev in njihovih predlagateljev se hranijo zapečateni petdeset let. Vendar v praksi nekateri kandidati postanejo znani prej.

Prijave pregleda komisija in seznam približno dvesto preliminarnih kandidatov posreduje izbranim strokovnjakom s teh področij. Seznam skrajšajo na približno petnajst imen. Odbor predloži poročilo s priporočili pristojnim institucijam. Čeprav posmrtne nominacije niso dovoljene, je nagrado mogoče prejeti, če je oseba umrla v nekaj mesecih med odločitvijo odbora za podelitev (običajno oktobra) in slovesnostjo decembra. Do leta 1974 so bile posmrtne nagrade dovoljene, če je prejemnik po podelitvi umrl.

Pravila za Nobelovo nagrado za fiziko zahtevajo, da je pomen dosežka "preizkušen s časom". V praksi to pomeni, da je vrzel med odkritjem in nagrado običajno približno 20 let, lahko pa tudi veliko dlje. Na primer, polovica Nobelove nagrade za fiziko leta 1983 je bila podeljena S. Chandrasekharju za njegovo delo o strukturi in evoluciji zvezd, ki je bilo opravljeno leta 1930. Slabost tega pristopa je, da vsi znanstveniki ne živijo dovolj dolgo, da bi bilo njihovo delo priznano. Za nekatera pomembna znanstvena odkritja ta nagrada ni bila nikoli podeljena, ker so odkritelji umrli, ko je bil vpliv njihovega dela cenjen.

Nagrade

Dobitnik Nobelove nagrade za fiziko prejme zlato medaljo, diplomo z navedbo nagrade in denarno vsoto. Denarni znesek je odvisen od prihodkov Nobelove fundacije v tekočem letu. Če je nagrada podeljena več kot enemu nagrajencu, se denar enakomerno razdeli mednje; pri treh lavreatih se denar lahko razdeli tudi na polovico in dve četrtini.

Medalje

Kovane medalje za Nobelove nagrade Myntverket na Švedskem in norveški kovnici od leta 1902, sta registrirani blagovni znamki Nobelove fundacije. Vsaka medalja ima na sprednji strani podobo levega profila Alfreda Nobela. Medalje Nobelove nagrade za fiziko, kemijo, fiziologijo ali medicino, literaturo imajo enako sprednjo stran, na kateri je prikazana podoba Alfreda Nobela ter letnice njegovega rojstva in smrti (1833–1896). Nobelov portret se pojavlja tudi na sprednji strani medalje za Nobelovo nagrado za mir in medalje za ekonomijo, vendar z nekoliko drugačnim dizajnom. Slika na hrbtni strani medalje se razlikuje glede na institucijo, ki podeli medaljo. Hrbtna stran medalje za Nobelovo nagrado za kemijo in fiziko ima enak dizajn.

Diplome

Nobelovi nagrajenci prejmejo diplomo iz rok švedskega kralja. Vsaka diploma ima edinstven dizajn, ki ga za prejemnika razvije institucija, ki podeljuje diplomo. Diploma vsebuje sliko in besedilo, ki vsebuje ime prejemnika in običajno citat o tem, zakaj je prejel nagrado.

Premium

Nagrajenci ob prejemu Nobelove nagrade dobijo tudi denarno vsoto v obliki listine, ki potrjuje višino nagrade; leta 2009 je denarni bonus znašal 10 milijonov SEK (1,4 milijona USD). Zneski se lahko razlikujejo glede na to, koliko denarja bo Nobelova fundacija podelila letos. Če sta v kategoriji dva zmagovalca, se dotacija enakomerno razdeli med prejemnike. Če so prejemniki trije, ima komisija za dodelitev možnost razdeliti dotacijo na enake dele ali dodeliti polovico zneska enemu prejemniku in po eno četrtino preostalima dvema.

Slovesnost

Odbor in institucije, ki delujejo kot izbirni odbor za nagrado, imena prejemnikov običajno objavijo oktobra. Nagrado nato podelijo na uradni slovesnosti, ki poteka vsako leto v mestni hiši v Stockholmu 10. decembra, na obletnico Nobelove smrti. Nagrajenci prejmejo diplomo, medaljo in listino o denarni nagradi.

Laureati

Opombe

1. "Kaj prejmejo Nobelovi nagrajenci". Pridobljeno 1. novembra 2007. Arhivirano 30. oktobra 2007 na Wayback Machine
2. "Postopek izbire Nobelove nagrade", Encyclopædia Britannica, dostopano 5. novembra 2007 (diagram poteka).
3. Pogosta vprašanja nobelprize.org
4. Prispevek Finna Kydlanda in Edwarda Prescotta k dinamični makroekonomiji: Časovna doslednost ekonomske politike in gonilne sile za poslovnimi cikli (nedoločeno) (PDF). Uradna spletna stran Nobelove nagrade (11. oktober 2004). Pridobljeno 17. decembra 2012. Arhivirano 28. decembra 2012.
5. Gingras, Yves. Wallace, Matthew L. Zakaj je postalo težje napovedati dobitnike Nobelove nagrade: bibliometrična analiza nominirancev in zmagovalcev nagrad za kemijo in fiziko (1901–2007) // Scientometrics. - 2009. - št. 2. - Str. 401. - DOI:10.1007/s11192-009-0035-9.
6. Plemenita nagrada (angleščina) // Nature Chemistry: revija. - DOI:10.1038/nchem.372. - Bibcode: 2009NatCh...1..509..
7. Tom Rivers. Nobelovi nagrajenci 2009 prejmejo svoja priznanja | Evropa| angleščina (nedoločeno) . .voanews.com (10. december 2009). Pridobljeno 15. januarja 2010. Arhivirano 14. decembra 2012.
8. Zneski Nobelove nagrade (nedoločeno) . Nobelprize.org. Pridobljeno 15. januarja 2010. Arhivirano 3. julija 2006.
9. "Nobelova nagrada - nagrade" (2007), v Encyclopædia Britannica, dostopno 15. januarja 2009, od Encyclopædia Britannica Online:
10. Medalj – ett tradicionalellt hantverk(švedščina). Myntverket. Pridobljeno 15. decembra 2007. Arhivirano 18. decembra 2007.
11. "Nobelova nagrada za mir" Arhivirano 16. septembra 2009 na Wayback Machine, "Linus Pauling: Awards, Honors, and Medals", Linus Pauling in narava kemijske vezi: dokumentarna zgodovina, Knjižnica Valley, Državna univerza Oregon. Pridobljeno 7. decembra 2007.