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第22卷第1期2004年2月科学学研究StudiesinScienceofScienceVol.22No.1Feb.2004文章编号:1003-2053(2004)01-0032-05诺贝尔物理学奖获奖者的统计分析徐万超,袁勤俭(南京大学信息管理系,江苏南京210093)摘要:从1901年诺贝尔物理学奖首次授予,截至2001年已有164位世界著名物理学家因其创造性贡献而获奖。对这些获奖者进行统计分析的结果表明:大多数获奖者集中于欧美国家,尤其越来越集中于美国的少数机构,获奖者最早做出与获奖有关成果的年龄和获奖年龄越来越大、获奖成果得到社会认可的时间越来越长,多人分享诺贝尔物理学奖已成为一种趋势等。关键词:诺贝尔物理学奖;诺贝尔获奖者;物理学;统计分析中图分类号:O412文献标识码:A自1901年12月10日首次颁发物理学奖,截至2001年已颁奖95届(共有6年未颁奖:1916年、1931年、1934年、1940年、1941年、1942年),全世界共有164位物理学家因为其卓越贡献,获得这一荣誉,其中有2位女性科学家获奖,美国物理学家巴丁分别于1956年和1972年两次获得物理学奖。从表1可以看到1901-1920年(Ⅰ)、1921-1940年(Ⅱ)、1941-1960年(Ⅲ)、1961-1980年(Ⅳ)、1981-2001年(Ⅴ)五个时段(本文统计涉及时段划分如无特别说明均按此例)诺贝尔物理学奖的多人分享情况,两人或三人分享诺贝尔奖是物理学奖颁奖的趋势。作为一个世界性的科学奖项,诺贝尔物理学奖获得者的国籍分布一定程度上也是世界各国物理学领域的科研实力的反映。表2是五个时段世界各国物理学奖获奖人次的分布一览,它清晰地反映出百年来世界各国物理学领域科研实力的消长:(1)获奖者多来自欧美国家:164位获奖者分布于17个国家,其中12个为欧美国家(7016%);截至2001年共有155位(156人次)欧美物理学家获奖(占94155%)。(2)物理学研究中心的地理变迁:二战前,欧洲德、英、法三国是世界物理学研究的中心,1901-1920年75%的获奖者来自欧洲三国,德国的科研实力则是欧洲的领头羊占29117%;战后美国迅速取代欧洲成为世界物理学的中心,1940年以后55%的获奖者持美国国籍。(3)美国物理学研究的发展:据图1,1901-1940年是美国物理学的萌发阶段,至1940年美国已成为物理学强国之一,1941-1980年则是美国物理学研究的加速成长期,这一阶段的成长使美国成为世界物理学的绝对中心;美国物理学的迅速崛起,很大程度得益于因战争移民(指一代移民,下同)至美国的大批优秀物理学家,对美国获奖者出生国籍的分析即清晰的表明了这一点:战前两个时段美国6位获奖者只有迈克耳逊是美籍德国人,1941-表1获奖者分享诺贝尔物理学奖的情况(单位:届)ⅠⅡⅢⅣⅤ合计1人独享2人共享3人共享1531125010626594710472622为了全面地了解诺贝尔物理学奖获奖者的总体特征,本文拟从以下的三个方面(空间分布,时间分布,学科分布)对获奖者及其研究成果进行统计分析。1获奖者的空间分布特征1.1国籍分布特征收稿日期:2003-10-21;修回日期:2003-12-02作者简介:徐万超(1979—),男,四川广元人,学士,研究方向为科学计量学。袁勤俭(1969—),男,甘肃环县人,副教授,博士,研究方向为科学计量学。 1960年移民科学家获奖比例上升为35171%,1961-1980年移民科学家仍占20183%,1981-2001年占14129%。移民科学家尤其是三、四十年代的移民科学家为美国带来了繁荣的“大科学时代”,促使物理学研究中心从欧洲迁移到美国。图2欧洲主要物理学大国获奖走势表2诺贝尔物理奖获得者国籍分布情况(单位:人次)ⅠⅡⅢⅣⅤ合计排名美国德国英国法国荷兰苏联(俄罗斯)瑞士丹麦日本意大利瑞典中国加拿大奥地利印度巴基斯坦爱尔兰1765400000100000054520001011002100142401300100200001242520402201000010287033130010020000722220128833332222111123455788811111111151515尔奖官方网站上,其获奖国籍及出生国籍为中国。1.2获奖者的机构分布特征获奖者的机构分布包括获奖者获奖时所在机构分布(表3)和获奖者获得博士学位时所在机构分布(表4)。(1)有3人次以上获奖的机构均为欧美机构:其中,表3中美国机构所占比例都在60%左右,且其机构排名比较靠前,前3位都是美国机构。表34人次以上获奖机构获奖情况及排名(单位:人次)1901-1950年1951-2001年合计98888766655排名1222267791010斯坦福大学(美)加利福尼亚大学(美)普林斯顿大学(美)剑桥大学(英)哈佛大学(美)苏联科学院(苏)哥伦比亚大学(美)麻省理工学院(美)巴黎大学(法)贝尔实验室(美)芝加哥大学(美)加利福尼亚理工学院(美)IBM研究所(美)欧洲粒子物理研究中心(瑞士)康乃尔大学(美)0113102051397757746142合计2422284348165图1美国诺贝尔物理学奖获奖走势14510(4)苏联/俄罗斯获奖情况:苏联物理学在战后的恢复期取得了较好的发展,但与西方尤其是美国相比,苏联物理学在基础研究上一直存在差距,1941-1980年集中有7位苏联物理学家获奖。(5)欧洲国家获奖情况:如图2所示,以二战为分水岭,欧洲各国物理学研究出现了彼此类似的低潮期,战后伴随欧洲经济的恢复及发展,欧洲各国获奖人次均出现了回升态势。(6)华裔物理学家获奖情况:在诺贝尔奖6个奖项中,物理学是华裔科学家获奖较多的领域,截至2001年7位华裔诺贝尔奖得主5位是物理学家,需要说明的是中国科学家杨振宁、李政道获得1957年诺贝尔物理学奖时依然保留着中国国籍,故在诺贝055100551004415说明:本表中数据是获奖者获奖时所在机构及其研究地的统计结果。(2)欧洲机构在表3、表4中所占的比例依次上升,分别为2617%、4515%,这一方面反映了百年来欧洲物理学研究和教育的实力,另一方面也折射出欧洲物理学人才的流失情况。(3)美国获奖机构8513%的获奖者集中于50年代以后,而欧洲国家获奖机构50年代以后的获奖 ·34·科学学研究第22卷者占6118%。(4)物理学研究的地理流动性增强,机构间的交流和合作日益频繁,一项获奖成果通常是在几个机构中完成的,这一趋势在二战后尤其明显。(5)研究成果越来越多地集中于少数国际知名机构:五个时段每个机构的平均获奖人次依次为11200位、11222位、11556位、16593位和11656位。(1)165位获奖者主要分布于1890—1929年(占53194%),预计今后几年获奖者将会越来越多的集中于1930—1949年出生的科学家。(2)每一个获奖时段获奖者出生时间都有一个峰值段,该峰值段出生的科学家是该颁奖时段获奖主力,且峰值段随获奖时段大致平移:Ⅰ获奖者大多出生于1850—1869年(占6215%);Ⅱ获奖者大多出生于1870—1889年(占50%);Ⅲ获奖者大多出生于1890—1909年(占57114%);Ⅳ获奖者大多出生于1910—1929年(占44119%);而V获奖者的出生日期分布则相对较为分散,主要是1910—1949年(占83133%)。历届诺贝尔物理学奖中,最年轻的获奖者是劳伦斯·布拉格(WilliamLawrenceBragg),获奖时年仅25岁,而年龄最大的获奖者是前苏联科学家卡皮查,获奖时已84岁。比较表6和表7,可以得出以下结论:(1)诺贝尔奖对重大科学发现的认可有相对时延,这种时延在表9中有更为清晰的表述,时延主要由两方面的原因造成的:①获奖项目研究周期较长;②获奖成果争议较大,获得公认较晚,这一点在理论物理学领域尤其明显。表4获奖者获取博士学位所在机构的分布情况(单位:人次)1901-1950年1951-2001年合计11987665555排名1234557777剑桥大学(英)哥伦比亚大学(美)哈佛大学(美)普林斯顿大学(美)芝加哥大学(美)慕尼黑大学(德)巴黎大学(法)加利福尼亚大学(美)麻省理工学院(美)哥廷根大学(德)加利福尼亚理工学院5212055101677561045413411(美)说明:11据诺贝尔奖官方网站资料,125位物理学奖获奖者曾获博士学位。21本表只提供4位以上获奖者的博士学位机构。表6获奖者获奖年龄分布(单位:人次)年龄范围ⅠⅡⅢⅣⅤ合计20-29岁30-39岁40-49岁50-59岁60-69岁70岁以上平均年龄(岁)14774149.2010750042.6041184149.40219126452.802911151159.71225243292052.12获奖者的时间分布特征获奖者的时间分布特征包括三方面的内容:出生时间及获奖年龄分布(表5、表6)、最早涉足获奖领域年龄分布(表7)、成果为诺贝尔奖认可时间分布(表8)。表7获奖者最早涉入获奖成果或其相关领域的年龄分布(单位:人次)表5诺贝尔物理学奖获得者的出生时间分布情况(单位:人次)年龄范围ⅠⅡⅢⅣⅤ合计20岁以下20-29岁30-39岁40-49岁50-59岁60-69岁平均年龄(岁)09843034.4111910029.6012871033.12161662133.61623117038.0454642913134.0出生时间ⅠⅡⅢⅣⅤ合计1850年以前1850-1869年1870-1889年1890-1909年1910-1929年1930-1949年1950年以后4154100021190000416800001419100001211941719414829000077(2)获奖者获奖年龄大致经历了一个下降期和 上升期(如图3),1901—1940年获奖者趋向于年轻化,而此后获奖者平均年龄则愈来愈大。1901—1940年的获奖者其研究工作正处于现代物理学的变革时期,这一时期物理学中的新发现新理论层出不穷,许多年轻早慧的物理学家在物理学革命中其才智及早地获得彰显;1940年以后,现代物理学已日臻成熟,研究领域越来越深入、专业和抽象,研究者在接触前沿之前需要越来越多的知识准备,且研究周期也越来越长,研究者日趋老龄化。(3)同获奖年龄趋势相似的是,最早涉入获奖成果领域或相关领域的年龄也大致有一个相应的下降期和上升期,但趋势更为平缓,且伴有小波动的偏离(见图3)。获奖者获奖成果为诺贝尔奖所认可的时延是指获奖成果最后完成到获奖之间的时间间隔,不包括研究周期。从表9可以看出:接纳。图3描述了1901—2001年(均分为10个时段)获奖者时间分布特征的三个指标的变化趋势。图3获奖者时间分布特征图3获奖成果学科分布特征截至2001年共有115项物理学成果获诺贝尔奖,以下对获奖者按其获奖成果的学科分布归类统计(表9),学科划分参考中国科学院文献情报中心主办的《中国物理文摘》一级类目:表8获奖者研究成果获奖时延统计(单位:人次)滞后时间ⅠⅡⅢⅣⅤ合计表9诺贝尔物理学奖获奖成果研究领域分布情况(单位:人次)1-4年5-9年10-14年15-19年20-24年25-29年30-34年35-40年40年以上平均时延(年)51063000007.837744000007.64510426100013107850000571182355214222730269622研究领域ⅠⅡⅢⅣⅤ合计理论物理高能物理及粒子物理原子与原子核物理热力学与统计物理经典物理等离子体物理固体与凝聚态物理空间物理及宇宙学地球物理天文学和天体物理物理交叉学科实验及应用物理10952030001454703000000254400060101712650018202082106100142020102524316513141423111.4610.1218.2712.05(1)诺贝尔物理学奖对重大的物理学成果认可的平均时延达12105年,历届获奖者的平均获奖年龄为5211岁,历届获奖者最早做出与获奖有关的成果的平均年龄则是3410岁。(2)诺贝尔物理学奖对重大的物理学成果认可时延大致经历了两个波动周期1901—1950年和1951—2001年。总体而言,诺贝尔物理学奖对重大的物理学成果认可的时延越来越长。现代物理学日益细致和专业,学科群分工日益复杂,重大科技成果的评判日益困难;许多成果争议较大,短期内难以彰显其价值;同时科学家群体不断壮大,成果丰富,诺贝尔奖的选择面扩大,成果排队现象严重。诸多因素使得许多重大研究成果需经历更长的时间才能为诺贝尔奖所由表9可以发现诺贝尔物理学奖获奖成果的学科分布具有如下特征:(1)诺贝尔奖8611%的成果集中于理论物理、高能物理与粒子物理、原子与原子核物理、固体与凝聚态物理、实验及应用物理五个领域。实验及应用物理领域成果的多次获奖(1817%)表明了诺贝尔奖对实用发明专利、实验技术革新的认可和重视。(2)原子物理与原子核物理在现代物理学中占有较为重要的地位,对原子及原子核的精细研究正是近现代物理学革命的导火索之一,在20世纪前40年里原子物理与原子核物理领域的成果是诺贝 ·36·科学学研究第22卷尔奖获奖成果的主力(占3418%)。(3)理论物理一直是物理学研究的基础,也是诺贝尔物理学奖关注的重点之一,20世纪初理论物理迎来了革命性的发展,1921—1980年理论物理学家的大量获奖,Ⅳ期是理论物理获奖高峰时期,这一阶段是20世纪初物理革命的延续和进展,现代物理学多个领域取得若干具体性的突破。(4)高能物理是现代物理研究的重点之一,与其他物理领域相比,高能物理更具“大科学”性,高能物理的研究水平通常也象征了一国的综合国力。伴随基本粒子领域一系列新理论新发现,高能物理在80年代以后成为诺贝尔奖的热门领域(2018%)。(5)80年代以后诺贝尔评奖的另一个特征是凝聚态物理成果大量获奖,凝聚态物理有“未来物理学”之称,是目前较为前沿的物理学科,且极具发展潜力,是今后几年诺贝尔奖的生长点。结论:(1)由于二战,世界物理学研究中心由欧洲转移到美国,欧洲各国都经历了一个物理学研究的相对低潮期。(2)美国不仅是目前全世界最大的物理学研究中心,也是全世界最大的物理学人才教育中心,无论是其物理学人才和还是研究机构都占有绝对的比例,且这一趋势还在不断强化。(3)欧洲物理学研究主要集中于传统物理学大国英国、法国、德国,荷兰的物理学科研实力也比较强,俄罗斯继承了前苏联的科技实力在物理学基础研究方面也有一定实力。(4)诺贝尔奖越来越向少数国际知名机构集中。英国的剑桥大学卡文迪什实验室与美国的贝尔实验室是世界上最负盛名的物理学研究机构和教育机构。欧洲大陆的物理学研究以巴黎大学及欧洲粒子物理研究中心最具实力。(5)多人分享诺贝尔物理学奖已成为一种必然趋势,由此表明单依靠个人力量在现代物理学领域有所建树越来越困难,学术团体渐渐成为诺贝尔奖获奖主力。(6)高能物理和凝聚态物理是未来诺贝尔奖的热门领域,同时物理学的研究日益边缘化和交叉化,物理研究在重视基础探索的同时日益偏向技术应用、材料科学、复杂物理等新学科成为物理学研究的热点。图4诺贝尔物理学奖获奖成果学科分布状况4结论参考文献:综上所述,通过对1901-2001年诺贝尔物理学奖获奖者空间分布、时间分布及获奖成果的学科分布三方面的统计和分析,可以归结出以下几点主要Nobele2MuseumDB/OL.http://www.nobel.se,2002-07-01/2002-10-1白光润.当代科学热点M.北京:科学出版社,2000.12StatisticalanalysisofthelaureatesoftheNobelPrizeinPhysicsXUWan-chao,YUANQin-jian(DepartmentofInformationManagement,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)Abstract:Fromthe1901NobelPrizeinPhysicsbeingawardedtillnow,thereare164distinguishedphysicistswhoareawardedfortheirinnovativeachievementinthefieldofphysics.AfterdoingsomestatisticalanalysisontheNobelLaureatesinPhysics,therecometheirfeatures:①MoreandmoreLaureatescomefromUSAandsomeprimaryinstitutions.②IttakeslongertimefortheotherscientiststoaccepttheNobelLaureate‘sscientificachievementsyearafteryear.③ItbecomesmorepopularwhichtwoorthreeNobelLaureatessharetheNobelPrizeinPhysics.Keywords:theNobelPrizeinPhysics;theNobelLaureates;physics;statisticalanalysis