三位持续耕耘在宇宙加速膨胀这一异乎寻常科学研究领域里的科学家,继2011年获得诺贝尔物理学奖之后,再次摘得2015年基础物理突破奖。而华人数学家陶哲轩领衔的数学科学突破奖阵容豪华,在数论、几何学、拓扑学等领域也作出了卓越的理论贡献。
下篇:基础物理学与数学科学突破奖得主
Ⅰ 陶哲轩领衔“豪华版诺奖”数学阵容
左起:Terence Tao,Jacob Lurie,Richard Taylor,Maxim Kontsevich,Simon Donaldson
Terence Tao(陶哲轩)
陶哲轩出生于1975年7月17日,是澳籍华人科学家。他现在是美国加州洛杉矶分校数学系教授,主要研究领域为调和分析、偏微分方程、组合数学、解析数论和表示论。
陶哲轩天资过人,在很小的时候就在数学方面显示出天赋。他在7岁进入高中读书,9岁进入大学。在10岁、11岁、12岁时参加国际数学奥林匹克竞赛时,分别获得铜牌、银牌、金牌。他也是国际奥数金牌最年轻的获得者。他在16岁获得学士学位,17岁时获得硕士学位,21岁获得Princeton大学博士学位。24岁起,在美国加州洛杉矶分校担任正教授,成为该校历史上最年轻的正教授。2006年,31岁时的陶哲轩获得数学界的诺贝尔奖“菲尔兹”奖。2014年,由于其在调和分析、组合数学、偏微分方程和分析数论中的杰出贡献而获得数学科学突破奖。
陶哲轩现在的研究领域包括调和分析、微分方程、组合数学、解析数论等。2004年,他在与剑桥大学的Ben Green共同研究中发现,在无穷大的质数数列中,能找到如3、7、11这种等差数列段。同样是关于质数,他的知名研究还包括证明了虽然质数是无穷多的,但随着数的变大,质数会变得稀少。同样作为“神童”出身的Princeton大学数学系的Charles Fefferman曾这样评价他:“如果有人有解决不了的问题,那么唯一的方法是问问Tao有没有兴趣。”
陶哲轩并不局限于研究纯数学问题。比如他近年来关于压缩感知方面的研究。简单来说,如果我们想要还原一个信号,那么根据信号的参数,就要至少测量多少数据。但如果事先假设信号有某些内部规律,那么我们就可以用较少的测量数据还原出较多的信息。在这个领域里,几篇关键性的研究论文就出自Tao和他的合作者。
陶哲轩现在在美国加州洛杉矶分校任教,他会在办公室门上贴着日本漫画书的海报。在去数学大楼的路上,他常常穿着T恤、牛仔裤和一双旧球鞋,看起来就像一个研究生。他的同事开心的称他为“摇滚明星”、“数学莫扎特”。但他的性格却并不像莫扎特,他是个出色的合作者和沟通者,他自己曾经说过:“我喜欢与合作者一起工作,我从他们身上学到很多。实际上,我能够从调和分析领域出发,涉足其他的数学领域,都是因为在那个领域找到了一位非常优秀的合作者。我将数学看作一个统一的科目,当我将某个领域形成的想法应用到另一个领域时,我总是很开心。”
Jacob Lurie
Jacob Lurie出生于1977年12月7日,是美国数学家,现在在哈佛大学任教。他在1994年获得国际数学奥林匹克竞赛金牌。在2000年,他在哈佛学院获得数学学士学位,并在同年因为其在李氏代数方面的本科论文而获得Morgan奖。 Lurie在MIT获得博士学位,并在2007年成为MIT的副教授。在2009年,他成为哈佛大学的教授。
Lurie的研究兴趣开始于超实数理论。他最著名的工作包括关于派生代数几何学方面的无穷分类。派生代数几何学是将同伦算法与代数几何学结合起来,从而更深入地理解代数几何学,并且运用代数几何学方法研究稳定的同伦理论。而运用代数几何学方法研究同伦理论正是Lurie的研究方向。无穷分类是对于同伦理论的抽象且简便的研究方法。Lurie还运用无穷分类语言研究扩展场理论的分类。
2014年,由于Lurie奠定了高级分类理论和派生代数几何学基础,对于扩展拓扑量子场理论的分类,并且对于椭圆上同调的理论解释而获得数学科学突破奖。
Richard Taylor
Richard Taylor出生于1962年5月19日,是英国数学家,主要研究领域为数论。他在剑桥Clare学院获得学士学位。在1988年,他在Princeton大学获得博士学位。从1995年到1996年,他在牛津大学New学院进行研究工作。在1995年,他成为英国皇家学会成员。在2012年成为美国数学学会成员。他现在是哈佛大学的数学系教授。
Taylor之前的研究工作包括与Andrew Wiles合作发表费马大定理的证明论文。之后,他又与Michael Harris一同证明了Local Langlands猜想。Taylor还和Christophe Breuil、Brian Conrad、Fred Diamond一起,完成了Taniyama-Shimura猜想的证明,其中在推导之外用到了相当多的技术性计算方法。最近,Taylor与Laurent Clozel、Michael Harris和Nick Shepherd—Barron合作,证明了Sato—Tate猜想,即椭圆曲线中存在非整数j-不变量,这项证明用到了Wiles定理中关于半稳定椭圆曲线的模块化表述。他由于对于上述三大猜想的证明而获得数学科学突破奖。
Maxim Kontsevich
Maxim Kontsevich是俄罗斯籍和法籍数学家。他是美国Miami大学的杰出教授。在1998年,获得“菲尔兹”奖,在2008年,获得Crafoord奖,在2012年,获得Shaw奖和基础物理学奖。他曾经进入莫斯科大学学习,但在1985年放弃了学位进入莫斯科信息传输问题研究所工作。在1992年,他在Bonn大学获得博士学位。他的博士论文主要证明了Edward Witten的猜想,即两种量子重力模型是等价的。
Kontsevich的工作主要集中在研究数学物理学中的几何学范畴,包括结理论,量子化和镜面对称。他的研究成果包括适用于任意泊松流形的变形量子化。他还引入由复杂积分确定的结不变量,且这些积分与费曼积分类似。在拓扑场理论中,他引入模空间中的稳定图谱,且被发现是拓扑学弦理论中费曼积分的数学化严格表述。他也由此获得了1998年的“菲尔兹”奖。他由于对于代数几何学,变形理论等数学规律做出的巨大影响而获得数学科学突破奖。
Simon Donaldson
Simon Donaldson,英国数学家,皇家学会会员。他的研究领域为四维微分流形的几何与拓扑。他利用从规范场论发展出来的技术手段,尤其是对椭圆偏微分方程的创造性应用,于上世纪80年代找到了四维流形的系列不变量,进而发现特定的四维流形容许无穷多个微分结构。他现在是石溪大学西蒙斯几何学与物理学中心的终身成员,并且在伦敦帝国理工学院担任数学系教授。
Donaldson的父亲是剑桥大学的一名电子工程师,他的母亲也是毕业于此。在1979年,Donaldson在剑桥的Pembroke学院拿到了数学学士学位。尔后,在牛津的Worcester学院进行研究生阶段学习。在1983年,还是研究生的Donaldson就发表文章论述自对偶联络与四维流形的拓扑结构,从而名声大噪。他的导师Michael Atiyah评价他的工作为“震惊了数学世界”。当时,他的工作主要集中在运用规范场论中的高能瞬子来研究四维流形中的微分结构。他最初的成果包括对于光滑的四维流形给出了严苛的限制,这就使得一大类拓扑学上的四维流形无法满足光滑结构。Donaldson还推导出了规范场论中的多项式不变量,这些新的拓扑学不变量对于四维流形的光滑结构是敏感的。这些都奠定了他们推导出“外来的”光滑结构,即容许无穷多个微分光滑结构的拓扑学四维流形。他由于推导出四维流形中的不变量等获得数学科学突破奖。
(邓琳娜编译)
Ⅱ 三诺奖得主再摘基础物理科学突破奖
国际上,最引人注目的两个关于超新星宇宙学研究的小组分别为:Saul Perlmutter领导的超新星宇宙学计划(Supernova Cosmology Project)小组和Brian Schmidt领导的“高红移超新星研究组”(High-z Supernova Search Team),而Adam Riess是这一小组的关键人员。三人因1998年最先发现宇宙的加速膨胀共同获得2011年度诺贝尔物理学奖。宇宙加速膨胀的发现可以间接地证明暗能量的存在,因此,这也是首次从观测上表明暗能量的存在。这一发现也极大地推动了现代宇宙学的发展,尤其是在观测宇宙学方面。
此次,三人同样以宇宙膨胀正在不断加速而非减慢这一超乎寻常的科学发现赢得了今年的突破奖物理学奖。
Saul Perlmutter
Saul Perlmutter,加州大学伯克利分校物理学教授,劳伦斯伯克利国家实验室天体物理学家,美国国家科学院院士,2003年获选为美国科学促进会会员。
1959年,Perlmutter出生于美国一个犹太人家庭。他的祖父母辈是来自东欧的移民,属于贫穷但乐观的知识分子。他们期望教育和理性可以建立一个更好的世界。意料之中,Perlmutter父母都是教授,母亲是社会学学者,父亲是化学工程的科学家。每到周末,Perlmutter家中迎来父母的许多朋友,讨论政治、电影、书籍和艺术,充满了智力谈话的活跃气氛。
在这种环境下长大的Perlmutter渴望了解宇宙中所有的“语言”——音乐、文学、数学、科学、建筑、心理学。Perlmutter并不是个喜欢看星星的孩子,也没有自己的望远镜,但是他喜欢思考世界是如何运转,大脑怎么工作。“我经常思考,人得看到事物的本质。”他说。
这种想法让他在学习哲学还是物理之间不断徘徊,逐渐他选择了后者。1981年,Perlmutter从哈佛大学获优等毕业生奖,1986年在加州大学伯克利分校取得物理学博士学位。那时,Perlmutter希望找到一个有真实数据、而不仅仅是理论的研究项目。他加入了天文学家Richard Muller所在的超新星研究小组。在Perlmutter眼里,这是一个“不同寻常、充满活力,综合理论与观测的小组”。在Muller的指导下,Perlmutter完成了自己的博士毕业论文《以天体测量方法搜寻候选的太阳伴星》,阐述了自动望远镜搜寻候选的复仇之星(Nemesis)发展与应用。同时,他利用自动望远镜寻找太阳伴星与超新星,这为他未来在宇宙学领域获得各种奖项打下基础。
据国家天文台研究员、宇宙暗物质暗能量组首席研究员陈学雷撰文介绍,在天文望远镜观测时间匮乏的情况下,Perlmutter发展了一套“批处理”的方法寻找超新星:他们每隔一个月,用观测条件最好的无月夜拍摄大片的星空,并立即与以往的观测进行比较,找出可能的超新星候选者,这样第2天他们就可以获得一批超新星候选者样本,然后再用Keck 10米望远镜等大望远镜进行后续光谱观测。恰好超新星的光变周期是几个月,因此这一方法非常有效。由于一次可以得到多个超新星候选者,也就可以申请到大望远镜的观测时间。
1997年,Perlmutter和小组成员对超新星的观察数据指向宇宙大爆炸在加速。在接受英国《卫报》采访时,Perlmutter表示,他和小组成员都惊呆了,Perlmutter以为他们搞错了,因为项目的最初目的是测量宇宙大爆炸放缓的速度。但经过数月的重新检测,他们观测的结果并没错。“我们得出了最后结论,并准备发表出来。”Perlmutter说。
对超新星的发现让Perlmutter更深入地思索科学的本质。“科学并不是要去证明什么,它让你弄清楚你错在哪里,存在哪些谬误。”Perlmutter说。
Brian P. Schmidt
Brian P. Schmidt,澳大利亚国立大学(ANU)斯特朗洛山天文台(Mount Stromlo Observatory)的天文学家,出生于美国,27岁移民至澳大利亚,拥有美、澳双重国籍,长年定居于澳大利亚首都特区堪培拉。他也是澳大利亚科学院(AAS)院士、澳大利亚研究委员会(ARC)桂冠会员。
Schmidt是家中独子,1967年2月出生于美国蒙大拿州米苏拉市。当时,他的父母还很年轻,在蒙大拿大学读书。Schmidt的父母都是没钱的穷学生,只能自己照顾幼小的Schmidt。他的父母不管是在家、工作、参加聚会还是度假,都会带上小Schmidt。
1973年,Schmidt的父亲在俄勒冈州获得博士学位,全家又重返蒙大拿州。Schmidt在那里度过了自己的小学和中学时代。1981年,Schmidt一家人搬到阿拉斯加州。Schmidt进入安克雷奇的巴特莱特中学就读。在那里,他开始了自己对科学的研究。Schmidt曾说他“从5岁时”就想当一名气象学家,但“在美国国家气象局安克雷奇分部做了一些工作,并不很感兴趣。它的科学性不大,并不像我想的那样好——例行公事的时候太多。我想之前对成为气象学家的意义看得太天真了。”
1985年,Schmidt离开阿拉斯加,来到图森的大沙漠,在亚利桑那大学读书。Schmidt对大学的社交活动并不感兴趣,他大部分时间都用在了课业上。Tom Swihart教授教Schmidt学习天体物理学的基础知识,而John McGraw教授则带Schmidt参加天文学研究。在两位教授的帮助下,Schmidt被多家著名研究生院录取。哈佛大学教授Robert Kirshner访问亚利桑那大学时,Schmidt决定选择哈佛大学。Schmidt说,他喜欢Kirshner教授的研究领域——超新星。
1989年,Schmidt获得亚利桑那大学物理学和天文学的理学士学位,并到哈佛大学读书。Schmidt很喜欢哈佛大学的学术氛围。
1991年,Schmidt到智利访问,从托洛洛山美洲际天文台学到光度测量的方法,并第一次了解到他们对Ia型超新星的研究。这段经历为1994年组建高红移超新星研究组埋下了伏笔。
1992年和1993年,Schmidt先后获得哈佛大学的硕士和博士学位。Schmidt的博士论文由Robert Kirshner指导,用II型超新星来测量哈勃常数。
Schmidt在哈佛大学遇到了未来的妻子、澳大利亚人Jennifer Gordon,当时她是经济学博士。他们都喜欢滑雪、户外,并享受在一起的感觉。他们于1992年结婚。1993年,在Gordon博士毕业后,他们决定未来两年内要迁到澳大利亚。
1994年初,Schmidt找到一份在哈佛—史密松天体物理中心担任博士后研究员的工作,他们迁到了澳大利亚。Perlmutter自1988年开始利用Ia型超新星研究宇宙,但是进展缓慢,Schmidt也对这项研究持怀疑态度。当时,托洛洛山美洲际天文台的研究人员来到澳大利亚,并展示Ia型超新星可以被用来测量非常精确的距离,不久Perlmutter的团队证明有可能发现大规模远距离的超新星。这两个发现激发了Schmidt于1994年成立高红移超新星研究组。
1995年初,Schmidt和团队从托洛洛山美洲际天文台获得了第一次使用天文望远镜观测超新星的时间,并发现了SN 1995K——当时最远距离的Ia型超新星。当年,Schmidt到大利亚国立大学任教,主要原因是能在位于堪培拉郊区的斯特朗洛山天文台工作,这个天文台是世界上最好的天文研究机构之一。
到了1997年年底,更多的超新星被发现,Schmidt和他的团队发现了15颗Ia型超新星。更有一个惊人的发现,宇宙的膨胀并没有因暗黑物质的出现而减速,反而在加速。但当时,Schmidt并不知道Perlmutter的团队也得到了这一结论。2011年,Schmidt与团队重要成员Adam Riess因最先发现宇宙的加速膨胀与Perlmutter共同获得诺贝尔物理学奖。
没有研究天文学的时候,Schmidt和家人生活在堪培拉以外一块35英亩的农场。“在那儿你可以发现我要么在葡萄园,要么在葡萄酒厂。”Schmidt说。
Adam Guy Riess
Adam Guy Riess,美国约翰霍•普金斯大学天文学与物理学教授,太空望远镜科学研究所高级研究员。
1969年12月,Riess出生于华盛顿的一个犹太家庭。他的父亲Michael Riess曾是一名海军技术员,拥有一家冷冻食品销售公司,母亲Doris Riess则是临床心理学家,另外他还有两个姐姐。
Riess是各种运动的爱好者,尤其喜欢足球。他对一切事物有着强烈的好奇心,喜欢缠着父母问各种问题。他还是个孩子的时候,就喜欢捣鼓各种实验,把电线插进插座里,尝调料架上的各种调料,把蚯蚓切割成两半,就为了看看会产生什么后果。
高中毕业以后,Riess到麻省理工学院学习物理。这个专业让人痛苦,也给Riess带来满足感。Riess尤其喜欢学院的实验室,20世纪初期的很多著名实验他和同学都重做过。他决定将研究科学和天体物理学作为自己的职业。暑假时Riess到加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室实习,研究大质量致密晕天体(Massive Compact Halo Objects)。在那里,他认识了年轻有为的Saul Perlmutter。
Riess1992年获麻省理工学院物理学士学位,1994年和1996年分别从哈佛大学获得天体物理学硕士和博士学位。
在哈佛上了第一门课,Riess就希望研究宇宙大爆炸的速度。Schmidt一样,Riess也受到了Robert Kirshner的支持与帮助。Robert Kirshner教授建议Riess与William Press教授合作测量Ia型超新星的距离。Schmidt当时还在哈佛大学,作为学长,他很耐心地教Riess利用天文望远镜做精确测量的技巧。这些成果最后写入了Riess的毕业论文《多色光变曲线法》。
1996年,Riess成为加州大学伯克利分校的米勒研究员,这时他刚刚加入Schmidt创立的高红移超新星研究组。在加州大学伯克利分校,Riess和该校最出色的天体物理学教授Alex Filippenko一起工作。Fillipenko是一位激情澎湃又愿意培养人才的科学家。
1997年,高红移超新星研究组已经成功观测到远距离超新星的重要样本。Riess在团队中负责搜集原始数据,领导数据分析,并测量宇宙最近和过去爆炸的速率,并利用这些测量结果判断宇宙爆炸中的作用力。
1998年,Riess领导的一项研究为宇宙膨胀加速和充满暗能量提供了第一个直接证据。高红移超新星研究组发表了题为《宇宙膨胀加速和宇宙常数的超新星观测证据》的论文。
Riess与Nancy Joy Schondorf在当年的1月10日结婚。Riess称之为为“生命中最美的一天”。
1999年Riess调至太空望远镜科学研究所。2002年,哈勃望远镜装上了更为强大的相机,Riess成立了一个新的研究小组——哈勃Higher-z超新星研究。2004年,Riess和他的团队证明,1998年关于超新星的结论是正确的——宇宙最近确实开始加速,类似暗能量作用力导致这一现象符合爱因斯坦提出的宇宙常数。这一年,Riess的爱女Gabrielle出生。2006年,Riess搬至约翰•霍普金斯大学。
“暗能量的本质是什么?”它不时激发Riess的好奇心和深入思考。
在科学突破奖的获奖感言中,Riess对同事、宇航员和天体物理领域的前辈表示了感谢。最后,他在向妻子和孩子表达谢意时说,“谢谢你们让我保持清醒,并且提醒我,地球上的世界至少与它周围的宇宙一样有趣。”
(陈晓雪编译)
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