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2019年诺贝尔物理学奖获得者让我们重新认识宇宙
2019/10/08 22:12  新华报业网  

  交汇点讯 北京时间10月8日17点50分,2019年诺贝尔物理学奖揭晓,詹姆斯皮布尔斯(James Peebles)、米歇尔梅耶(Michel Mayor)和迪迪埃奎洛兹(Didier Queloz)获得这一奖项。

  

  今年的诺贝尔物理学奖授予3位科学家,他们对宇宙结构和历史提出新的认知观点,以及在太阳系外首次发现一颗环绕类日恒星运行的行星,这些发现将改变我们对宇宙的看法。

  诺贝尔物理学奖一半奖金授予詹姆斯皮布尔斯,表彰他在物理宇宙学方面的理论发现;另一半奖金授予米歇尔梅耶和迪迪埃奎洛兹,表彰他们发现一颗环绕类太阳恒星的系外行星。

  三位新晋诺奖得主的贡献为何如此关键?记者就此采访了南京大学两位学者。

  他预言的古老辐射,至今仍然包围着我们

  多年以来,詹姆斯皮布尔斯探索研究了包含数十亿个星系和星系团的宇宙,他在20世纪60年代中旬发展的理论框架如今已成为我们理解宇宙的基础。从大爆炸至现今,他为宇宙学几乎所有的现代研究奠定了基础,既包括理论也包括观测,将一个高度不确定的领域变成了一门精密的科学。

  大爆炸模型描述了大约140亿年前宇宙诞生之初的状态,当时的宇宙拥有极高的温度和密度。在此之后,宇宙不断膨胀,变得越来越庞大,也越来越冷。

  南京大学物理学院教授刘佐伟介绍,大爆炸之后38万年,宇宙变得透明,光子得以在宇宙中自由穿行;这些光子一直遗留到了今天,红移到微波波段,被我们测量到,此即“宇宙微波背景辐射”。微波背景辐射隐藏着早期宇宙和宇宙演化的许多秘密。詹姆斯皮布尔斯和合作者在上个世纪60年代独立预言了宇宙微波背景辐射的一些重要性质;这些性质被贝尔实验室的两位工程师意外发现,证明了我们的宇宙起源于“大爆炸”。

  刘佐伟说,皮布尔斯在宇宙尺度形成的研究方面做出了很多开创性的工作,对于我们理解整个宇宙的结构形成,包括星系的形成做出了重要贡献。皮布尔斯利用理论工具和计算,诠释了宇宙早期留下的痕迹,并发现了新的物理过程。此外,他在暗物质、暗能量等领域也做出了一些重要贡献。未知的暗物质和暗能量,目前仍是现代物理学所面临的谜团和挑战。

  

  第一个发现与太阳系类似的行星系统 “其他地球上一定存在生命”

  1995年,日内瓦大学的米歇尔梅耶及迪迪埃奎洛兹发现了第一颗围绕类日恒星运行的系外行星,它环绕类日恒星“飞马座51(51 Pegasi.)”运行,距离地球只有50光年。这一发现同样具有开创性,因为它采用了一种新的方法来寻找与我们太阳系类似的行星系统。

  恒星很亮,容易观察,但行星很暗,过去很难发现。“他们利用了一种很巧妙的方法,随着观测技术,特别是恒星光谱分辨率的大幅度提高,天文学家可以测量行星通过引力作用对其母恒星运动产生的影响,间接推测出行星的存在。” 南京大学天文与空间科学学院教授周济林科普道,这就是所谓视向速度方法,其原理类似于多普勒效应,如果某颗恒星在视线方向(朝向或远离地球的方向)的运动发生变化(很有可能是由于它的附近有行星存在),就会体现在它的光谱上。当光源远离我们运动时,谱线会向频率的红端移动,我们称为红移,相反,如果光源朝向我们运动,谱线会发生蓝移。尽管后来有很多新的间接观测方式的出现,但这种方法目前仍然是成果最丰硕的发现和确认系外行星的方法。

  周济林说,行星是如何形成的,类似太阳系的行星系统有多少,有没有像地球一样的宜居行星,这些问题一直没有彻底解决。寻找系外行星非常困难。米歇尔梅耶及迪迪埃奎洛兹可以说是第一个“吃螃蟹的人”,他们发现了第一颗围绕主序星运行的太阳系外行星。这项在上普罗旺斯天文台完成的石破天惊的发现,开启了人类探测太阳系外行星的新篇章。

  米歇尔梅耶和迪迪埃奎洛兹的发现开启了天文学革命性变化,迄今为止,银河系已发现4000多颗系外行星,一些奇特的星球不断地被探索发现,其大小、外形和轨道具有多样性,令人难以置信。

  有记者提问“其他星球上是否存在生命?”皮布尔斯回答:“我们非常确定,其他星球上有一些可以被称为生命的东西,但是很难确定这样的生命是否和地球上的一样,也许化学家会对此进行研究。但是我们永远无法看到这些生命。”

  周济林解释,从生命演化成人这样的生命,可能还需要很长时间。但可以相信,类似地球的星球上,应该也存在了生命。之所以很难看到,主要是这些星球非常暗,尽管离我们可能只有几十光年,以我们现在的飞行器速度,基本是很难达到的,要到亚光速级别的飞船,也要上百年。

  还有记者邀请皮布尔斯对那些想要在科学领域深耕的年轻人提出一些建议,皮布尔斯说:“希望年轻人们怀揣着对科学的热爱踏入这一领域,一些奖项很诱人,但那不是你入行的原因,你应该被科学本身深深吸引。”

  交汇点记者 杨频萍

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责编:王建旸

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