他们的发现改变了 我们对宇宙的看法

2019-12-01 13:31:35
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瑞典皇家科学院8日宣布,将把2019年诺贝尔物理学奖授予三名科学家。美国的詹姆斯·皮布尔斯(James peebles)获得宇宙学研究奖,而瑞士的米歇尔·马约尔(Michel Majoor)和迪迪埃·奎罗兹(Didier Queloz)则因首次发现太阳系外行星而获得该奖项。

●王世坤,《南方日报》驻北京记者

“宇宙中的第一缕光线”是如何形成的?

皮布尔斯,85岁,加拿大裔美国物理学家和理论宇宙学家。他目前是普林斯顿大学的名誉科学教授。他对大爆炸模型做出了重要贡献,是宇宙学的教科书人物。

根据大爆炸模型,宇宙开始时,它是由热等离子气体组成的,没有自由光子。直到大爆炸后40万年,随着宇宙温度的降低,质子和电子结合形成氢原子。随着大多数自由电子与质子结合,光子开始在宇宙中自由传播,换句话说,宇宙开始变得透明。这是我们在宇宙中看到的第一缕光线。它承载着大爆炸留下的信息和宇宙最早的秘密。

随着时间的推移,现在可以观察到大爆炸遗留下来的光子频率已经转移到微波波段,即宇宙微波背景辐射。1948年,美国物理学家伽莫夫、阿尔菲和赫尔曼第一个进行计算和预测。

进一步的研究已经等了十多年。1965年,贝尔实验室的射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊在7.35厘米的长波段发现了一个温度为3.5千的未知信号。在排除了人类干扰的可能性后,他们在学术期刊《天体物理学》上发表了“噪音”,指出神秘的信号来自遥远的辐射背景。

在同一期杂志中,皮布尔斯和他的导师罗伯特·迪克等人给出了上述发现的理论意义:这个信号可能来自大爆炸。这项工作解释了宇宙微波背景辐射的性质,开启了宇宙研究的新时代。

值得一提的是,1978年诺贝尔物理学奖授予彭齐亚斯和威尔逊,以表彰他们的发现。许多观点认为,做出理论解释的迪克和皮布尔斯有足够的理由获得诺贝尔奖。一些批评家说,对于皮布尔斯来说,这个奖项已经晚了40年。

当然,皮布尔斯的贡献不仅在于宇宙微波背景辐射,还在于大爆炸核合成、暗物质和暗能量。复旦大学物理系的时宇教授评论说,宇宙学研究已经进入了一个精确宇宙学的时代。皮布尔斯在20世纪60年代的工作是开始。前几届诺贝尔物理学奖授予在观测领域取得成就的天体物理学研究。皮布尔斯奖是对理论宇宙学家的极大鼓励。

宇宙中还有其他生命吗?

你知道人类已经发现了4000多颗系外行星吗?

如果皮布尔斯的研究为我们深入了解宇宙奠定了基础,那么马约尔和奎罗兹的发现让我们开始思考另一个永恒的问题——宇宙中是否还有其他生命。

1995年,马约尔和他的博士生奎罗兹发现了第一颗环绕太阳型恒星运行的外行星——飞马座51b。

他们的方法是“表观速度法”。这种方法利用了光的多普勒频移效应。当系外行星围绕恒星运动时,人类观察到的恒星颜色会周期性地轻微变化,从而间接地决定了行星的存在。通过表观速度法,观测者也可以估计行星的质量。行星的质量越大,恒星的多普勒频移就越明显。

科学家分析,飞马座51b是一颗类似木星的气体行星,它离恒星非常近,只有太阳和地球之间距离的1/20。由于飞马座51b非常靠近恒星,它的表面温度可能达到1000摄氏度以上。科学家们生动地称这种行星为“热木星”。

这一发现导致了天文学的一场革命。科学家们意识到这样一颗巨大的气态行星可以在非常靠近恒星的轨道上运行,这不同于太阳系。

从飞马座51b开始,在开普勒和其他探测器和望远镜的帮助下,20多年来。银河系中已经发现了成千上万颗系外行星。记者询问了巴黎天文台编制的“太阳系外行星百科全书”网站,得知截至2019年10月7日,人类已经发现了4118颗系外行星。

然而,目前的研究还没有完全回答宇宙中是否存在另一个地球或其他生命。

天体物理学获奖了吗?

时宇预测马约尔和其他发现系外行星的人可能会在2015年获得诺贝尔物理学奖。但最终,今年的物理学奖被授予中微子振荡。

在获得今年的物理奖后,一直看好市长的时宇在电话中“出乎意料地”告诉记者,因为2017年的物理奖授予了天体物理学中的引力波。

人们普遍认为诺贝尔物理学奖一般遵循一定的“周期”:如果该奖在前一年授予凝聚态物质物理学,那么在接下来的几年中更有可能被用于其他领域。在今年的物理学奖颁发之前,预测并没有太多关注天体物理学。

时宇介绍说,本世纪诺贝尔物理学奖主要集中在四个领域:粒子物理、凝聚态物理、天体物理、原子分子和光物理。

据统计,从1901年到2018年,诺贝尔物理学奖已经颁发了112次,今年是第113次。自2015年以来,诺贝尔物理学奖先后认可了以下成就:2015年中微子振荡(天体物理学或粒子物理学),2016年拓扑相变(凝聚态物理),2017年引力波(天体物理学),2018年光镊和啁啾放大(激光物理)。

规划和协调:张智超


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