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2019,诺贝尔物理学奖获得者回答宇宙终极问题

2019-10-09 14:21 weila

宇宙从哪里来?人类往哪里去?地球是不是唯一的家园?

北京时间2019年10月8日17时50分许,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,2019 年诺贝尔物理学奖由美国普林斯顿大学教授詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles )、瑞士日内瓦大学天文教授米歇尔·梅耶尔(Michel Mayor),以及他的学生迪迪埃·克罗兹(Didier Queloz)共同获得。

其中,詹姆斯·皮布尔斯因在“物理宇宙学方面的理论发现”获得 900 万瑞典克朗(约合人民币 697 万元)奖金中的一半,而米歇尔·梅耶尔和迪迪埃·克罗兹因“发现太阳系外绕日行星”而平分另外一半奖金。

听说自己获得诺贝尔奖的消息时,米歇尔·梅耶尔正在西班牙讲学,不断涌入的祝贺邮件让他在机场的快餐店里应接不暇,显得十分为难。

▲图片来源:诺贝尔委员会

迪迪埃·克罗兹接到消息时,正在参加学术会议的路上,接下来等待他的可能是来自同行们的无数热情拥抱和祝福。

▲图片来源:诺贝尔委员会

而另一位获奖者詹姆斯·皮布尔斯今年已经 84 岁了,在得奖之前,他已经在宇宙微波背景辐射领域工作了近六十年。正是他多年以来的工作,成功地把物理宇宙学从抽象科学变成了一门能定量、能计算的科学。

▲图片来源:诺贝尔委员会

之后,诺贝尔委员会在推特上总结到:

“今年的诺贝尔物理学奖奖励了人们对宇宙结构、和宇宙历史的新认识,也奖励了人类首次发现的绕日行星。”

而这些发现,用他们的话来说,“永远地改变了人类对世界的观念”。

解读宇宙的历史

“宇宙是如何出现的?”

无论是科学哲学还是神学,人类都在不断追求这个究极问题的答案。

从“天地玄黄,宇宙洪荒”的混沌认识,到 1929 年美国物理学家埃德温·哈勃通过观测发现宇宙正在膨胀,人类的宇宙观在过去的一百年间不断被刷新颠覆。

而在过去的 50 年中,把宇宙学从推测科学变成一门可以定量计算的科学的关键人物之一,就是詹姆斯·皮布尔斯。

皮布尔斯的贡献很难用三两句话解释清楚,但正如物理学家 Sean Carroll 所说:

“绝非夸张,现代宇宙学的一大部分是由皮布尔斯的脚注组成的。”

在每一项巨大的理论成就中,几乎都能看到皮布尔斯的身影。

60 年代,他与罗伯特·迪克(Robert Dicke)等人一起预测了宇宙微波背景(CMB)辐射;根据他提出的模型,人们发现宇宙中存在着大量暗能量和暗物质;他从 1960 年代中期开始发展出的理论框架,至今仍是构成我们当代宇宙观的基础。

▲皮布尔斯的理论成果

而他的一系列贡献,构建了宇宙大爆炸框架和宇宙微波背景辐射理论的基础,为后来的科学家们指明了一条追溯宇宙起源的道路。

现在我们都知道,宇宙起源于大爆炸。在大爆炸后不到40万年的时间,宇宙开始变得透明,光终于能够在空间中自由地穿梭。

大爆炸结束后,宇宙中留下了大量的热辐射(宇宙微波背景辐射),这些热辐射扩散在整个宇宙中,随宇宙不同阶段的发展而变化,成为了宇宙生长而形成的“年轮”。因此,宇宙微波背景辐射在现代,就成为了精确测量宇宙学的关键。

德国马克斯普朗克天体物理研究所 Torsten Enßlin 博士曾这样形容宇宙微波辐射: