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84岁天文学家获诺奖,在他之前,研究宇宙基本靠猜(图)

来源:科普中国 (10-09) 小编ID:1506482455



  2019年诺贝尔物理学奖的一半授予美国物理学家和理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles),以表彰其在宇宙物理学的理论发现中做出的突出贡献。

  来来,看一下什么叫“突出贡献”。皮布尔斯做了大量工作使得物理宇宙学成为严肃的、定量的物理学分支,他为宇宙学中几乎所有的现代研究奠定了基础,包括理论和观测,将一个高度猜测性的领域变成了一门精密的科学。

  毫不夸张的说,咱们普通人能说的出来的跟宇宙学相关的词,什么宇宙大爆炸、星系红移、暗物质,都跟他的研究有关!

  



  △詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)

  他的贡献有多大?一句话:将宇宙学从推测转变为科学

  宇宙学是研究宇宙起源和进化的一门学科,过去的五十年是宇宙学的黄金时代。上世纪60年代,宇宙学从推测转变为科学,而推动这一转变的关键人物就是詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles),他的发现将宇宙学牢牢地安置在科学地图上,丰富了整个研究领域。他的第一本书《物理宇宙学》(1971年)启发了新一代的物理学家。

  “我们来自何处,又将往去何处?”这是一个永恒的问题。在信仰和意义之外,宇宙学为人类提供了一种解答问题的新思路。直到近一百年,人类才有了对宇宙演化的科学描述。在此之前,宇宙被认为是静止的和永恒的。但早在上世纪20年代,天文学家发现,所有星系都彼此远离,并且在远离我们,这意味着宇宙在成长。现在的我们知道,今天的宇宙与昨天的宇宙不同,而明天的宇宙又将和今天的宇宙不同。

  下面咱们就详细说说皮布尔斯的几个重要贡献。

  贡献一:推动让爱因斯坦后悔不已的宇宙常数重返宇宙学。1916年,爱因斯坦的广义相对论已经预言了天文学家在太空中所看到的一切,这一理论现在也已经成为所有有关宇宙的大规模计算的基础。

  不过当爱因斯坦发现该理论得出的结论是空间在扩大时,他在方程式中添加了一个常数(宇宙常数),该常数将抵消重力的影响并使宇宙静止不动。

  而十多年后,科学家观察到了宇宙膨胀,确认宇宙并非静止的,也就不再需要这个常数了。爱因斯坦认为,这是他一生中最大的错误。不过,他不知道的是,宇宙学常数会在20世纪80年代,通过詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)的贡献,重返宇宙学。

  贡献二:从宇宙的第一缕光芒里寻找宇宙诞生的秘密

  宇宙的膨胀就意味着过去的它更密集,更热。在20世纪中叶,我们称宇宙的诞生为“大爆炸”。没有人知道一开始的实际情况,但是早期的宇宙充满了紧凑、热和不透明的粒子,如同一碗汤。

  经过将近40万年的冷却,这种原始汤冷却到几千摄氏度。原始粒子能够结合,形成主要由氢和氦原子组成的透明气体。紧接着光子开始自由移动,光得以在太空中传播。宇宙的第一缕光线直到现在仍然充满着宇宙。空间的扩展拉伸了可见光波,因此它们最终进入了波长为几毫米的微波范围,这也就是宇宙微波背景辐射。

  1964年,两位美国射电天文学家(1978年诺贝尔奖获得者亚诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊)偶然抓住了宇宙诞生的光芒。但他
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