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今年的诺贝尔物理学奖,属于三位“谢尔顿”吗?

时间:2019-11-06 18:58:30    

四个多月前,讲述四位科学家故事的著名美国电视剧《生活大爆炸》的最后一集正式上映。四个月后,世界著名的诺贝尔物理学奖颁给了真正的大爆炸理论相关研究——

加拿大裔美国物理学家和理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(james peebles)、瑞士天文学家米歇尔·迈耶(michelle meyer)和瑞士天文学家迪迪埃·克罗泽(Didier Croze)因其对理解宇宙演化的杰出贡献而获奖——由于他们的工作,人类重新认识了自己在宇宙中的位置。

“那不是三个谢尔顿吗?”在诺贝尔奖新闻的流行评论中,一些网民做出了这样的嘲讽。谢尔顿,美国电视剧中著名理论物理学家。

出于好奇,我们走进了三位获奖者的科学生活,看到了他们对宇宙所做的一切。

“鸽子粪问题”引发的宇宙学

"第一个反应相当令人惊讶。"上海大学物理系的葛宪辉教授表示,由于詹姆斯·皮布尔斯(James peebles)的领域是空间探索,米歇尔·迈耶和迪迪尔·克罗泽(Didier Croze)的研究是系外行星探索。在普通人的眼里,两者之间有很大的区别“没有多大区别”,而在专业研究者的眼里。“前者是关于宇宙的起源,而后者是关于生命的起源。有外星生命吗?”葛教授说。

在早期天文学研究中,对于宇宙的起源有两种观点,恒态宇宙和大爆炸理论。一些科学家支持稳态宇宙学理论,即宇宙没有起点,所以物质不会在过去的某一点突然形成。没有人能证明宇宙有一个起点。这完全是一个理论概念。

1965年,宇宙微波背景辐射的发现为大爆炸理论提供了新的支持,获奖的皮布尔斯是这一领域的专家。

1965年,贝尔实验室的两名工程师偶然发现了宇宙中最早的光。他们在7.35厘米的长波段发现了一个温度为3.5千米的未知信号..这种信号非常特殊,无论你如何改进检测仪器,它都将永远跟随而不可消除。这个信号甚至与时间或空间无关。换句话说,这个信号存在于天空的任何季节和任何方向。起初,工程师们认为这真的是一个幽灵。他们甚至去除了微波天线上的鸽子粪便,但是这个神秘的信号仍然存在。

所以他们写了一篇1000字的关于观察结果的文章并发表了,这意味着在微波天线上的鸽子粪便被去除后,这些信号仍然存在。他们指出这个神秘的信号来自遥远的辐射背景。但是到底需要科学家解释什么。

在同一期《天体物理学杂志》上,普林斯顿大学的科学家迪克(现已死亡)和皮布尔斯也详细讨论了这个信号的宇宙学意义: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,使其成为一门严肃的自然科学学科。

有趣的是,这两位工程师彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年诺贝尔奖。然而,41年后,皮布尔斯的诺贝尔奖姗姗来迟。

作为这一领域的先驱,詹姆斯·皮布尔斯(James peebles)自20世纪60年代以来已经成为学术界的“大人物”,但他的个性非常“低调”。中国国家天文台研究员陈薛磊说,他在宇宙学相关会议上与詹姆斯皮布尔斯有过几次接触,并想邀请皮布尔斯来中国。那时,他发现皮布尔斯是一个简单、谦逊和非常严肃的人。“当我和他谈话时,我发现他不喜欢说太多,但他更深入地看待问题,脚踏实地地做事。”陈薛磊说道。

陈薛磊认为,詹姆斯·皮布尔斯在背景辐射理论和结构形成理论方面做了重要的研究工作,可以说是宇宙学的“大师”。直到现在,他还没有停止科学研究的步伐,仍然非常积极地从事物理宇宙学的研究。

华东师范大学理论物理研究所的薛勋教授认为,皮布尔斯此次获得的诺贝尔奖不仅是对某项发现的奖励,也是对他在宇宙物理领域的贡献的荣誉奖励。这位专家当时还独立意识到,天文学家观察到的轻元素及其同位素的化学丰度,特别是氢、氘和氦4,需要用大爆炸理论来解释。

流浪地球的想象起源?

这一次,另一半的奖项颁给了日内瓦大学的米歇尔·马约尔教授和日内瓦大学及剑桥大学的迪迪埃·奎罗斯教授,因为他们发现了围绕太阳恒星运行的系外行星。

日内瓦大学米歇尔·马约尔教授

什么是太阳系外行星?据了解,系外行星通常指太阳系以外的行星。历史上,天文学家普遍认为太阳系外还有其他行星,但它们的普遍性和性质是个谜。直到1995年,米歇尔·马约尔(Michel Majoor)和迪迪尔·奎罗斯(Didier Quiros)首次发现了围绕类太阳恒星飞马座51运行的第一颗行星飞马座51b,这也是人类围绕类太阳恒星运行时发现的第一颗系外行星。

"这个发现很重要,因为它使人类有可能迁移到太空。"薛迅告诉记者,这个发现在科学意义上比观察方法更重要。这也意味着如果地球变得不适合人类生存,就像在漫游地球中一样,人类也可以在其他恒星系统中选择系外行星。

为什么直到20世纪90年代,人类才首次确认系外行星的存在?薛迅说,这与光学望远镜性能的提高有关。“观察恒星上的其他行星非常困难,只能通过周期性变化来判断。这通常需要数年的仔细搜索和从数千个数据中筛选出可能性。天文学是一门需要毅力的学科。”幸运的是,通过光学望远镜,科学家现在发现系统外的恒星速度正在加速。自2002年以来,每年都有20多个新发现的系外行星。据目前估计,不少于10%的类太阳恒星有行星。

事实上,早在2015年,复旦大学物理系的时宇教授就预测这一发现将获得诺贝尔奖。然而,在某种程度上,这种“实现”似乎打破了他自己总结的“规律”。

早在2009年,时宇教授就写了一篇文章,指出诺贝尔物理学奖在几个主要领域交替出现,如粒子、凝聚态物质、原子分子光(称为初级分裂)和天体。在许多专家看来,诺贝尔奖不仅是科学家的个人荣誉,也代表了对行业专业发展的认可和期望。

如今,学术界许多人也相当接受这一“规则”。此前,大多数人乐观地认为今年的物理学奖将授予粒子物理学或场论,因为这是“轮到他们了”。前年,与天体物理学相关的引力波获得了该奖项,今年的天体物理学研究再次获得了桂冠。虽然它配得上这个称号,但它是一匹相当黑暗的马。

然而,无论如何,诺贝尔奖的这些“小八卦”不仅保持了科学史的严肃性,也给普通人对科学的理解增添了一份喜悦。

随着人类科学技术的发展,探索宇宙的眼睛会越来越深地望向天空。至于物理学,科学家们正在写更多的故事,创造更多的传说。

总编辑:黄海华文本编辑:邱韩文

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