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2019诺贝尔物理学奖获得者回答宇宙终极问题

作者: 责任编辑NO。姜敏0568 2019-10-09

编者按:本文来自微信大众号“PingWest品玩”(ID:wepingwest),作者邢逸帆,36氪经授权发布。

北京时刻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告,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 )、瑞士日内瓦大学地理教授米歇尔·梅耶尔(Michel Mayor),以及他的学生迪迪埃·克罗兹(Didier Queloz)一同取得。

其间,詹姆斯·皮布尔斯因在“物理国际学方面的理论发现”取得 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”而平分别的一半奖金。

传闻自己取得诺贝尔奖的音讯时,米歇尔·梅耶尔正在西班牙讲学,不断涌入的恭喜邮件让他在机场的快餐店里目不暇接,显得十分尴尬。

▲图片来历:诺贝尔委员会

迪迪埃·克罗兹接到音讯时,正在参与学术会议的路上,接下来等候他的或许是来自同行们的很多热心拥抱和祝愿。

▲图片来历:诺贝尔委员会

而另一位获奖者詹姆斯·皮布尔斯本年现已 84 岁了,在得奖之前,他现已在国际微波布景辐射范畴作业了近六十年。正是他多年以来的作业,成功地把物理国际学从笼统科学变成了一门能定量、能核算的科学。

▲图片来历:诺贝尔委员会

之后,诺贝尔委员会在推特上总结到:

“本年的诺贝尔物理学奖奖赏了人们对国际结构、和国际前史的新知道,也奖赏了人类初次发现的绕日行星。”

而这些发现,用他们的话来说,“永远地改变了人类对国际的观念”。

解读国际的前史

“国际是怎么呈现的?”

无论是科学哲学仍是神学,人类都在不断寻求这个究极问题的答案。

从“六合玄黄,国际洪荒”的混沌知道,到 1929 年美国物理学家埃德温·哈勃经过观测发现国际正在胀大,人类的国际观在曩昔的一百年间不断被改写推翻。

而在曩昔的 50 年中,把国际学从估测科学变成一门能够定量核算的科学的要害人物之一,便是詹姆斯·皮布尔斯。

皮布尔斯的奉献很难用三两句话解说清楚,但正如物理学家 Sean Carroll 所说:

“绝非夸大,现代国际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果中,简直都能看到皮布尔斯的身影。

60 时代,他与罗伯特·迪克(Robert Dicke)等人一同猜测了国际微波布景(CMB)辐射;依据他提出的模型,人们发现国际中存在着很多暗能量和暗物质;他从 1960 时代中期开端开展出的理论结构,至今仍是构成咱们今世国际观的根底。

▲皮布尔斯的理论效果

而他的一系列奉献,构建了国际大爆破结构和国际微波布景辐射理论的根底,为后来的科学家们指明晰一条追溯国际来源的路途。

现在咱们都知道,国际来源于大爆破。在大爆破后不到40万年的时刻,国际开端变得通明,光总算能够在空间中自由地络绎。

大爆破完毕后,国际中留下了很多的热辐射(国际微波布景辐射),这些热辐射分散在整个国际中,随国际不同阶段的开展而改变,成为了国际成长而构成的“年轮”。因而,国际微波布景辐射在现代,就成为了准确丈量国际学的要害。

德国马克斯普朗克天体物理研究所 Torsten Enßlin 博士曾这样描述国际微波辐射:

“国际微波布景是咱们国际中最陈旧的光,当国际刚刚 380,000 岁时就刻在了天空上。它显示出细小的温度涨落,对应着部分密度的纤细差异,代表着一切未来的结构,是当今的恒星与星系的种子。”

经过观测微波布景辐射,咱们能够推断出国际的曩昔:从国际开始极高速的爆破,到转入所谓热大爆破,再到逐步冷却、构成第一代的恒星和星系、构成今日的国际……微波布景辐射的角功率谱上,忠实地记录着这一切。

但是,皮布尔斯回答了一些问题,却留给了咱们更多的迷。

依据他的模型,从国际微波布景中,科学家估测出了国际的成分:构成行星和人类的一般物质仅占国际总物质量的 5%,剩余的是 26% 的暗物质和 69% 的暗能量。

它们终究是什么?又怎样影响着人类的日子?这将是这是现代物理学要面临的下一个应战。

地球的胞兄

美国地理学家、科幻作家卡尔·萨根深信国际中不止一个地球,他说道:“假如天主只为人类发明了这么大的一个国际,那也太糟蹋空间了。”

30 年之后 ,这个迷思总算被米歇尔·梅耶尔和迪迪埃·克罗兹的观测证明了。

1995年10月6日,米歇尔·梅耶尔和迪迪埃·克罗兹在《天然》杂志上发表文章,声称他们使用径向速度法,经过普罗旺斯地理台的埃洛迪摄谱仪发现了一颗地外行星,即 “飞马座 51b”(51 Pegasi b)。这是人类初次在一颗与太阳相似的恒星周围发现行星。

这颗行星的质量下限差不多是地球的 150 倍,外表有大气,全体呈红热状况。最重要的是飞马座 51b 所盘绕的恒星与太阳十分相似:巨细附近并且正值壮年。

而之前,地理学家观测到的母恒星不是现已逝世的脉冲星,便是步入老年的红巨星。

他们的发现在地理学界掀起了一场革新,迫使地理学家们重新考虑自己的观测方向、更新旧有的行星构成理论。

在此之后,地理学家又发现了 4000 多颗地外行星,其间包含坐落半人马座、间隔地球 4.2 光年的宜居星球“比邻星b”,间隔地球 39 光年的“七星绕日”体系 TRAPPIST-1,以及外表存在大气和水的 K2-18b。

依据现有的数据预算,在银河系中相似地球的行星或许有 110 亿颗,其间的一颗或许便是人类未来的新家。

詹姆斯·皮布尔斯的理论发现让咱们得知了暗物质的存在,而米歇尔·梅耶尔和迪迪埃·克罗兹则在观测不知道行星的过程中第一次发现了咱们的近邻们。

由于这三人的成果,当咱们再次审视国际,视角已与前人彻底不同。

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