2016年诺贝尔物理学奖：三位英裔科学家因开创拓扑时代而获奖（附物理学奖往届全盘点）
北京时间10月4日下午5点45分，诺贝尔委员会宣布，将2016年诺贝尔物理学奖授予大卫·J·索利斯（David J. Thouless），F·邓肯·M·霍尔丹（F. Duncan M. Haldane）和J·迈克尔·科斯特利兹（J. Michael Kosterlitz），以表彰他们在拓扑相变和拓扑相研究领域做出的重要理论发现。
F·邓肯·M·霍尔丹（F. Duncan M. Haldane），1951年生于英国伦敦，1978年获得剑桥大学博士学位，现任美国普林斯顿大学物理学教授。
大卫·J·索利斯（David J. Thouless），1934年生于英国贝尔斯登，1958年获得康奈尔大学博士学位，现任华盛顿大学物理学教授。
J·迈克尔·科斯特利兹（J. Michael Kosterlitz），1942年生于英国阿伯丁，1969年获得牛津大学博士学位，现任美国布朗大学物理学教授。
三位获奖者取得的杰出成就源自他们对拓扑概念在物理学上的应用。
拓扑学（topology）所属现代词，指的是近代发展起来的一个研究连续性现象的数学分支。用来研究各种“空间”在连续性的变化下不变的性质。
上世纪70年代，迈克尔·科斯特利兹和大卫·索利斯颠覆了的超导和超流体理论。当时的人们都普遍认为超导态和超流体态不可能出现在薄层（二维）材料中。他们的研究成果不仅展示了超导态在低温下的可能性，同时还解释了超导态在温度升高时的消失机理和相变机制。
到了上世界80年代，索利斯有解释了先前实验中的遗留问题——薄层材料中测量所得的电导率都是精确的整数倍关系。他展示了这些整数倍电导率是这些材料天生的拓扑性质。几乎在同时，邓肯·霍尔丹应用了拓扑概念来理解某些材料中的“小磁铁链”（chain of small magnets）性质。
如今我们知道了很多拓扑相，这些相不仅存于薄层（二维）和细线（一维）材料中，也存在于普通的三维材料中。三位获奖者为大家打开的一扇新世界的大门。在过去的10年中，这个领域发展迅速，拓扑材料极有可能成为下一代全新的电子，超导材料，也可以应用于未来的量子计算机。
1901年－2015年最受欢迎的诺贝尔物理奖得主
阿尔伯特·爱因斯坦
（Albert Einstein）
生于：1879年3月14日，德国乌尔姆
卒于：1955年4月18日，美国新泽西州普林斯顿
获奖时的工作地：凯撒-威尔海姆研究所物理研究院（现马克斯普朗克研究所），德国柏林
获奖评语：表彰他“对理论物理学做出的贡献，尤其是光电效应定律的发现”。
研究领域：理论物理
获奖情况：单独获奖
阿尔伯特∙爱因斯坦于奖项宣布一年后，即1922年，拿到了诺贝尔奖。
生平
爱因斯坦在慕尼黑长大，在那里他的父亲成立了一家电机工程公司。从苏黎世联邦理工学院毕业后，爱因斯坦进入了伯尔尼专利局工作，在此期间他发表了一系列在物理学领域具有前瞻性的文章。
后来他相继受聘于伯尔尼、苏黎世和布拉格大学，1914年起进入柏林大学工作。纳粹党攫取德国政权后，爱因斯坦移民到了美国，受雇于新泽西州普林斯顿的高等研究院。爱因斯坦有过两段婚姻，在第一段婚姻中有三个孩子。
科学成就
当时科学家发现，当金属电极暴露于光线下时有助于金属电极间产生电火花。要产生这种“光电效应”，光必须高于某特定频率。然而，根据当时的物理理论，光的强度才是重要因素。1905年，爱因斯坦发表了几篇划时代的论文，在其中一篇中，爱因斯坦提出光由光量子组成——光量子的能量与其所组成的光的频率有关。只有当一个光量子的频率达到一定阈值时才能激发一个电子。
尼尔斯·亨里克·达维德·玻尔
（Niels Henrik David Bohr）
生于：1885年10月7日，丹麦哥本哈根
卒于：1962年11月18日，丹麦哥本哈根
获奖时的工作地：哥本哈根大学，丹麦哥本哈根
获奖评语：表彰他“对原子结构以及从原子发射出的辐射的研究”。
研究领域：理论核物理
获奖情况：单独获奖
科学成就
19世纪末出现了关于电子和辐射的一系列研究，科学家们建立了不同的原子结构模型。1913年，波尔根据量子理论提出了氢原子的结构模型，他认为，原子能量如果要发生改变，只能在不同定态间以跃迁的方式进行。电子会按照特定轨道围绕原子核运动。当电子跃迁到低能级轨道时，就会激发出光子。波尔的理论解释了为什么原子只有在特定波长照射下才能发射光子。
玛丽亚·斯克沃多夫斯卡-居里
（Marie Curie, née Sklodowska）
生于：1867年11月7日，俄罗斯帝国（现波兰）华沙
卒于：1934年7月4日，法国萨朗什
获奖评语：以表彰他们“研究贝克勒尔教授发现的电离辐射现象时做的非凡工作”。
研究领域：核物理
获奖情况：与其他三人共同获奖
生平
玛丽∙斯克沃多夫斯卡出生于波兰华沙一个非常注重教育的教师之家。为了继续她的学业，她移居法国并在那里遇到了皮埃尔∙居里。后来他成为了她的丈夫，也成为了她在放射领域中的研究伙伴。居里夫妇于1903年共同获得了诺贝尔物理学奖。不幸的是，居里夫人在1906年失去了她的丈夫，但她没有停下他们的研究工作，并再次获得诺贝尔奖。第一次世界大战期间，居里夫人成立了移动X射线小组以支持战地医院的工作。居里夫人的女儿伊雷娜也同她的丈夫弗雷德里克∙约里奥-居里一起获得过诺贝尔化学奖。
科学成就
1903年获奖：受1896年贝克勒尔发现的电离辐射现象的激励，玛丽和皮埃尔居里决定进一步研究这一现象。他们为了获得放射信号，对很多物质和元素进行了实验。他们发现沥青铀矿比纯铀的放射性更强，因此其中应该含有其他放射性物质。从沥青铀矿中他们提取出了两种以前未知的元素——钋和镭——它们的放射性都强于铀。
1911年获奖：在居里夫妇首次发现放射性元素钋和镭以后，居里夫人对他们的性质做了更深入的研究。1910年她成功地分离出镭，从而证明了镭的存在，从此再无质疑之声。她还对了镭及其化合物的性质做了报道。放射性物质作为放射源，在科学实验领域和癌症治疗中变得越来越重要。
詹姆斯·查德威克
（James Chadwick）
生于：1891年10月20日，英国曼彻斯特
卒于：1974年7月24日，英国剑桥
获奖时的工作地：利物浦大学，英国利物浦
获奖评语：表彰他“发现了中子”
研究领域：核物理
获奖情况：单独获奖
科学成就
1930年当海波特·贝克和瓦尔特·博特将阿尔法粒子(氦原子核)接触铍时，观察到了高能的穿透性的辐射现象。当时一个假说认为这是一个具有高能量的电磁辐射。然而1932年，詹姆斯·查德威克证明阿尔法粒子中含有一个和质子质量相当的中性粒子。更早时期欧内斯特·卢瑟福也认为这种粒子的存在，这种粒子就是现在已经被证实的中子。
约瑟夫·约翰·汤姆孙
（Joseph John Thomson）
生于：1856年12月18日，英国曼彻斯特附近的奇塔姆山
卒于：1940年8月30日，英国剑桥
获奖时的工作地：剑桥大学，英国剑桥
获奖评语：表彰他“在电子导电方面的理论和实验研究”。
研究领域：原子物理
获奖情况：单独获奖
1830年首次出现了一种观点，认为电是通过原子中存在的微粒进行传导。1890年，约瑟夫·汤姆孙爵士利用气体环境下带电粒子成功测定了电子质量。1897年，他证明了阴极射线（将两片金属电极置于低压气体环境的玻璃管中，其上加载电压，就有射线产生）含有电子，从而能够导电。他同时指出电子是原子的一部分。
埃尔温·薛定谔
（Erwin Schrödinger）
生于：1887年8月12日，奥地利维也纳
卒于：1961年1月4日，奥地利维也纳
获奖时的工作地：柏林大学，德国柏林
获奖评语：表彰他“在原子理论中很有用的新形式的发现”。
研究领域：量子力学
获奖情况：与另一人共同获奖
科学成就
在波尔的原子理论中，当电子从一个原子轨道跃迁到另一轨道时，就会吸收或发射特定波长的光。这一理论能够很好的描述氢原子的光谱特征。但是要想描述更复杂的原子和分子，则需要进行修正。以物质（比如电子）同时具有波动性和粒子性为前提，1926年薛定谔给出了著名的薛定谔方程，从而能够正确描述波函数的量子行为。
罗伯特·安德鲁·密立根
（Robert Andrews Millikan）
生于：1868年3月22日，美国伊利诺伊州莫里森
卒于：1953年12月19日，美国加利福尼亚州圣马利诺
获奖时的工作地：加利福尼亚理工学院，帕萨迪纳，美国加州
获奖评语：表彰他“在基本电荷和光电效应中做的工作”。
研究领域：电磁效应，粒子物理
获奖情况：单独获奖
科学成就
19世纪90年代，电子理论的传播使得电子的概念被大家接受。1910年密立根成功的精确证明了电荷量的值。他通过平衡重力与电场力，将油滴悬浮于两片金属电极之间。通过对许多油滴进行实验后，密立根证明了它们的电荷总是一个确定值的倍数，因此认定这个确定值就是电荷值。
维尔纳·卡尔·海森堡
（Werner Karl Heisenberg）
生于：1901年12月5日，德国维尔茨堡
卒于：1976年2月1日，德国慕尼黑
获奖时的工作地：莱比锡大学，德国莱比锡
获奖评语：表彰他“创立了量子力学以及由此促进的氢的同素异形体的发现”。
获奖情况：单独获奖
科学成就
在波尔的原子理论中，当电子在原子核的轨道间发生跃迁时就会吸收或者放出特定波长的能量。这一理论很好的描述了氢原子的光谱。但是要描述更复杂的原子和分子，则需要做出修订。
1925年，维尔纳·海森堡基于矩阵法给出了一种量子模型。1927年，他提出了“不确定性原理”，即一个运动粒子的位置和速度不能被同时确定。
威廉·康拉德·伦琴
（Wilhelm Conrad Röntgen）
生于：1845年3月27日，普鲁士伦内普（现德国雷姆沙伊德）
卒于：1923年2月10日，德国慕尼黑
获奖时的工作地：慕尼黑大学，德国慕尼黑
获奖评语：表彰其“发现了具有非凡意义的射线并在其中做出了杰出工作，这种新射线定名为伦琴射线”。
研究领域：原子物理，X射线
获奖情况：单独获奖
生平
伦琴生于德国伦内普，长于荷兰。他于苏黎世联邦理工血压毕业并在那里得到了物理学博士学位。为了继续他的研究，伦琴先后在斯特拉斯堡、吉森、维尔茨堡的大学工作。在维尔茨堡他获得了诺贝尔奖。1900年，伦琴到了慕尼黑大学并在那里度过了他的余生，尽管他有计划要移民到美国。1872年他与贝塔∙路德维希结婚。后来他们收养了贝塔兄弟的孩子。
科学成就
1895年，伦琴把电极加载到两个置于真空玻璃管中的金属片上，用于研究阴极辐射。虽然装置被覆盖住，他还是观察到当光敏板靠近时，其上有微弱的光出现。通过进一步试验，他证实了这一现象是一种尚未为人所知的具有穿透性的射线产生的。后来X射线成为了物理研究和人体检查中的有力工具。
马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克
（Max Karl Ernst Ludwig Planck）
生于：1858年4月23日，石勒苏益格基尔（现属德国）
卒于：1947年10月4日，德国哥廷根
获奖时的工作地：柏林大学，德国柏林
获奖理由：表彰他“因发现能量量子而对物理学的发展做出杰出贡献”。
研究领域：量子力学
获奖情况：单独获奖
当一个黑体被加热时，照射到黑体表面的电磁辐射就会被黑体吸收并转化为热辐射，其光谱特征仅与黑体温度有关而与其材质无关。然而用当时已知的物理定律计算热辐射会得出无意义的结果：在高频区的热辐射能量会趋于无穷大。马克斯∙普朗克在1900年通过引入量子这一理论解决了这个问题。也即，任一振子的辐射能量大小跟一个常量有关，后人将这个常量命名为普朗克常数。
诺贝尔物理学奖的那些事儿
1895年11月27日，诺贝尔在其遗嘱中写道，诺贝尔物理学奖应颁发给“在物理学界做出了最杰出发明或发现的人”。接下来，就让我们了解一下从1901年到2015年关于诺贝尔物理学奖的那些事儿。
◆ 诺贝尔物理学奖的数量
从1901年至今，共颁发了109个诺贝尔物理学奖。其中有六年没有颁发，分别是1916，1931，1934，1940，1941和1942年。
独享和共享的诺贝尔物理学奖
47次诺贝尔物理学奖由一位获奖者独享；
32次由两位获奖者共享；
30次由三位获奖者共享；
为什么会出现这样的情况？我们还是可以在诺贝尔委员会章程中找到答案：“若有两个被提名者的工作都同样出色难分伯仲，那奖金就可以由他俩平分。如果获奖成果是由两到三人共同完成的，那奖金就应授予项目共同完成人。但诺奖不能由超过三个人共享。”
◆ 诺贝尔物理学奖得奖人数
1901-2015年间，诺贝尔物理学奖共授予了201人次。其中约翰∙巴丁（John Bardeen，如上图）是唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人，因此实际上有200人获得过诺贝尔物理学奖。
◆ 诺贝尔获奖者的生日
有心细的人统计了获奖者的生日，发现出现最多的两个日子是5月21日和2月28日。
◆ 平均年龄
1901年到2015年间诺贝尔物理学奖获得者平均年龄为55岁。
◆ 最年轻的物理学奖获得者
至今为止，最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是当时年仅25岁的劳伦斯∙布拉格（Lawrence Bragg）。他于1915年和他的父亲一同获得该奖项。
◆ 最年长的物理学奖获得者
最年长的获奖者是小雷蒙德∙戴维斯（Raymond Davis Jr.），在2002年获奖时他已经88岁高龄了。
◆ 女性获奖者
在所有获奖者中，仅有两名为女性，她们是：
1903年的物理奖得主玛丽∙居里（Marie Curie ）（大名鼎鼎的居里夫人，她还于1911年获得了诺贝尔化学奖）；
1963年的物理奖得主玛丽亚∙格佩特－梅耶（Maria Goeppert-Mayer ）。
◆ 多次获奖的大牛
约翰∙巴丁（John Bardeen）是唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人。玛丽∙居里（Marie Curie）两次获得诺贝尔奖，一次是物理学奖，另一次是化学奖。
◆ 被追授的物理学奖获得者
在物理学奖的历史上，还没有出现过追授已逝者的情况。1974年开始，诺贝尔委员会章程规定，诺贝尔奖不颁给已过世的人，除非获奖者是在奖项宣布以后过世的。1974年以前，仅有两位逝者被追授了诺贝尔奖：他们是达格∙哈马舍尔德（DagHammarskjöld ）（1961年获诺贝尔和平奖）和埃里克·阿克塞尔·卡尔费尔特 （ErikAxel Karlfeldt）（1931年获诺贝尔文学奖）。
◆ 开挂的一家人
夫妻档：
玛丽·居里和丈夫皮埃尔·居里（Marie Curie and Pierre Curie）于1903年共同获得物理学奖。玛丽∙居里于1911年再次获得诺贝尔化学奖。
（他们的大女儿伊雷娜·约里奥-居里（IrèneJ oliot-Curie ），及其丈夫弗雷德里克·约里奥（ Frédéric Joliot）获得1935年的诺贝尔化学奖。）
父子档：（以下均为物理学奖获得者）
布拉格父子：威廉·亨利·布拉格（William Bragg）与威廉·劳伦斯·布拉格（Lawrence Bragg）于1915年获奖；
波尔父子：尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）与奥格·玻尔（AageN. Bohr）分别于1922年和1975年获奖；
西格巴恩父子：曼内·西格巴恩（Manne Siegbahn）与凯·西格巴恩（Kai M.Siegbahn）分别于1924年和1981年获奖；
汤姆森父子：约瑟夫·汤姆森（J. J. Thomson）与乔治·佩吉特汤姆森（George Paget Thomson）分别于1906年和1937年获奖。
◆ 物理学奖获奖者的研究领域
诺贝尔物理学奖获奖者的研究领域大多集中在粒子物理学。有34位获奖者因为在这一领域的杰出贡献获得奖项。
◆ 物理学奖金质奖章
物理学奖章由瑞典雕刻家埃里克∙林德贝格（Erik Lindberg）设计，其上刻绘着一幅美丽的场景：女神伊希斯从云中浮现，手中握着象征丰饶的羊角，一位科学天才正轻轻揭开女神的面纱，露出了她冷峻的面容。
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