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  • 今年物理诺贝尔,不颁给新人,却给半个世纪前奠定“江山”的泰斗

  • 发布日期:2019-10-23 08:31:22 信息来源:互联网
  • 瑞典皇家科学院宣布,2019年诺贝尔物理学奖将授予詹姆斯·皮布尔斯(james peebles)、米歇尔·马约尔(michel mayor)和迪迪尔·奎罗兹(didier queloz),表彰他们“帮助我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置”的杰出贡献。

    这三位科学家重塑了人类对宇宙结构和历史的理解,并首次发现了一颗围绕太阳系外类似太阳的恒星运行的行星。这有助于回答关于人类存在的基本问题:早期宇宙中发生了什么,接下来又发生了什么?有没有可能有其他行星围绕着其他太阳转?

    詹姆斯·皮布尔斯

    詹姆斯·皮布尔斯研究示意图

    michel g. e. mayor

    迪迪埃·奎罗兹

    詹姆斯·皮布尔斯的物理宇宙观丰富了整个研究领域,为宇宙学在过去50年中从观察转向科学判断奠定了基础。自20世纪60年代中期宇宙发展以来,他的理论框架一直是我们当代宇宙思想的基础。

    大爆炸模型描述了宇宙的最初时刻。大约140亿年前,宇宙有极高的热量和密度。从那以后,宇宙一直在膨胀,变得越来越大,越来越冷。大爆炸后仅40万年,宇宙变得透明,光线可以穿过太空。即使在今天,那些古老的辐射仍然围绕着我们。解码这些辐射将揭示宇宙的许多隐藏秘密。詹姆斯·皮布尔斯的理论工具和计算方法可以解释宇宙婴儿期的这些痕迹,并发现新的物理过程。

    结果显示宇宙中只有5%的质量是已知的,剩下的95%是未知的暗物质和暗能量。这个谜是对现代物理学的挑战。1995年10月,米歇尔·迈耶(Michele Maier)和迪迪尔·奎罗斯(Didier Queiroz)宣布首次发现太阳系外的行星(即系外行星),围绕着我们的母星系——银河系——中的一颗类太阳恒星运行。在法国南部的上普罗旺斯天文台,他们观测到了行星51号,这是一颗与太阳系最大的气态巨行星木星相当的气态行星。

    米歇尔·迈尔和迪迪尔·奎罗斯宣布首次发现太阳系外的行星

    这一发现开启了天文学的一场革命。从那以后,银河系中发现了4000多颗系外行星。它们有令人难以置信的尺寸、形状和轨迹。这挑战了我们对行星系统的先入之见,并使科学家能够修正他们关于行星起源背后物理过程的理论。随着更多寻找系外行星的计划的启动,我们可能最终会找到是否存在其他生命形式的答案。

    物理学奖颁布后,培养了两位学者,他们第一次采访了国内天体物理学。

    北京师范大学天文系教授、博士生导师、天体物理学和宇宙学专家张童杰告诉我们为什么诺贝尔奖授予詹姆斯·皮布尔斯:

    首先,大多数以前的诺贝尔奖是根据重大发现授予天文学的,如宇宙加速膨胀和引力波。这一次,诺贝尔奖授予宇宙学基础研究,而不是重大天文发现,这对宇宙学基础研究意义重大。詹姆斯·皮布尔斯是世界上第一批研究宇宙学理论的天文学家。他是整个国际宇宙学圈的领导者和创始人。他也是对宇宙学基础理论有最大贡献和最高资格的人。他的专业作品是宇宙学必须阅读的经典书籍。

    2.詹姆斯·皮布尔斯做出了三大贡献:

    1.宇宙微波背景辐射的理论研究:

    2.对大规模结构理论的理论贡献;

    3.系统化、结构化分散的宇宙学理论,形成一系列基础著作。

    宇宙微波背景辐射图(来源:维基)

    第三,它给正在研究天文学基础理论的科学家们带来了极大的鼓舞,也肯定了这一群人多年来一直默默无闻的工作。

    今年授予他的奖项可能有争议,但作为一名研究了20多年的宇宙学家,我非常同意授予这位科学家的奖项。因为重大发现中有偶然性和运气。这对从事基础理论的科学家来说有点不公平。尽管他们可能没有取得重大发现,但他们一直努力工作,作为这门学科的基石。

    南京大学天文与空间科学学院长江学者、教授陈鹏飞说:

    事实上,几年前,人们猜测研究太阳系外行星的米歇尔g. e .马约尔可能会获得诺贝尔奖。当引力波在2017年获得该奖项时,他也是一个强有力的竞争者。

    太阳系以外的行星太远了,很难被看见,甚至看不见。如果你看不见呢?有两种方法使用得更频繁。

    第一种方法是掩星法。例如,行星只是阻挡了恒星。虽然我们看不到这颗小行星,但它挡住了那颗恒星的1/10000或1/1000的面积,恒星的亮度将会降低1/10000或1/1000。当行星不再阻挡恒星时,恒星将恢复其原始亮度。这样,我们就知道有一颗行星。这种方法是掩星法。

    第二种方法是诺贝尔奖获得者米歇尔·马约尔和迪迪尔·奎罗兹使用的方法,他们测量恒星的表观速度。

    我们知道,当行星围绕恒星旋转时,恒星实际上在旋转,尽管速度很慢。行星和恒星实际上绕着它们共同的质心旋转,它们的动量正好平衡。这有点像链球。当一个球员掷链球旋转时,他必须转动自己,但是人们转动的速度不如掷链球快。这样,当行星旋转时,恒星向我们移动,远离我们。

    这样,多普勒效应就会产生,它发出的光的频率也会改变,就像一列火车,当它靠近我们时,它的叫声的音调会变高,当它远离我们时,音调会变低。

    多普勒效应示意图

    恒星发出的光的频率变得更低、更高或更高。根据变化的幅度和周期,天文学家可以测量恒星的转速和行星的公转周期。根据公转周期,可以计算出行星到恒星的距离,并且可以进一步计算出行星的质量。

    瑞士日内瓦大学的两位学者用他们自己的光谱仪以每秒70米的精度进行测量。只要恒星的表观速度超过每秒70米,它就可以被测量。这样,他们第一次发现了太阳系以外的行星。

    直到2017年,有迹象表明这个星球含有水。

    因为水通常意味着可能有生命,这使得日内瓦大学教授的发现更有意义。每个人都关心生命的起源。地球上的生命在浩瀚的宇宙中是独一无二的吗?这可能意味着那个地方会有生命。虽然不一定有高层次的生活,但可能有生活。

    从昨天的诺贝尔生理学奖到今天的诺贝尔物理学奖,我们可以看到诺贝尔奖的风向标正在逐渐从关注各个学科的重大突破转向各个学科的基础科学研究。

    这也是124年后诺贝尔奖的一个重要转折点和突破。默默从事基础科学研究的科学家和致力于前沿科学发现的科学家共同为科学发展和人类无尽的好奇心探索做出了杰出贡献。

    编辑|黄成、李英、曹伟;校对|莉莉

    来源|诺贝尔奖官方网站;布局|瑛子

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