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2019物理诺奖得主掀宇宙学革命 外星人存在吗(图)

新闻来源: 新京报/澎湃新闻/环球科学 于2019-10-08 9:20:42  提示:新闻观点不代表本网立场

北京时间10月8日17时45分许,瑞典皇家科学院宣布2019年诺贝尔物理学奖。

美国普林斯顿大学名誉教授James Peebles因“在物理宇宙学上的理论发现”独享一半奖金,瑞士日内瓦大学教授Michel Mayor和Didier Queloz因“发现一颗环绕类太阳恒星的系外行星”共享另一半奖金。

当天晚些时候,诺贝尔奖官网对今年物理学奖的获奖理由进行了解读。

今年的获奖者革新了我们对宇宙的认知。詹姆斯·皮波斯的理论发现有助于我们理解宇宙在大爆炸之后的演化,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹则探索地球的邻居们,寻找未知的行星。

皮波斯对物理宇宙学的洞见丰富了整个研究领域,奠定了过去五十年来物理学转型的基础:从猜测到科学。他从1960年代中期以来发展起来的理论框架是我们当前宇宙观的基石。

大爆炸理论从约140亿年前的最初时刻来时描述宇宙,打那之后,宇宙在持续扩张,变得越来越大,越来越冷。大爆炸后约40万年,宇宙变得透明,光线终于可以穿行。直到今天,这些古老的辐射仍然围绕在我们身边,是隐藏了许多宇宙奥秘的密码。




大爆炸后40万年产生宇宙微波辐射背景;人类已知的宇宙只占5%

皮波斯用他的理论共计和计算来解释这些宇宙婴儿时期的痕迹,发现了许多新的物理过程。结果显示,我们已知的构成恒星、星星、树木、人类等等的宇宙物质只占到5%,其余95%是未知的暗物质和暗能量。这是一个谜,困扰着现代物理学。

1995年10月,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布首次发现太阳系外行星,该系外行星绕着银河系中的一颗太阳型恒星运转。在南法的上普罗旺斯天文台,他们用特制的仪器看到了行星51 Pegasi b。这是一颗巨大的气态行星,堪比太阳系最大的木星。



1995年51 Pegasi b行星被发现

这一发现开启了天文学的一场革命,此后人类在银河系中发现了逾4000颗系外行星。科学家们还在源源不断地发现新奇的世界,有些体积大得惊人,有些奇形怪状,有些轨道刁钻。它们改变了我们对行星的固有观念,迫使科学家们修正有关行星起源的物理过程理论。

目前,人类已经启动了无数寻找地外行星的计划,我们可能终将回答那个永恒的问题:是否有外星生命。

新京报快讯(记者 陈沁涵)当地时间10月8日, 2019年诺贝尔物理学奖揭晓,其中一半授予来自美国的吉姆·皮布尔斯(James Peebles),获奖理由为“在物理宇宙学的理论性发现”;另一半授予来自瑞士的米歇尔·麦耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz),获奖理由为“发现围绕类日恒星运行的系外行星”。



在诺奖揭晓现场,吉姆·皮布尔斯通过电话连线回答记者问题。图片来源/诺奖官网视频直播截图

2019诺贝尔物理学奖揭晓后,诺贝尔奖委员会与获奖者吉姆·皮布尔斯进行语音连线,并接受记者采访。

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。”

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。”

诺贝尔物理学奖揭晓!他们开启了宇宙学研究的新时代



2019年10月8日,天文物理学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)、米歇尔·梅厄(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)共享了今年的诺贝尔物理学奖。其中,皮伯斯获奖理由是物理宇宙学的理论研究,而后两位科学家因发现首个围绕类日恒星运行的系外行星而获奖。

詹姆斯·皮布尔斯

詹姆斯·皮布尔斯1935年4月25日出生于加拿大的温尼伯,加拿大-美国物理学家和理论宇宙学家,普林斯顿大学阿尔贝特·爱因斯坦荣誉科学教授。

皮布尔斯是研究宇宙微波背景辐射的专家。早期宇宙是极高温度和极高密度的均匀气体——当时其实宇宙早期的气体并不是完全均匀的——但是,总之,随着宇宙的膨胀,尺度因子变大,早期宇宙的温度就反比例地降低了,为什么是反比例降低呢?

因为宇宙的尺度因子和光子波长成正比,随着宇宙的膨胀,尺度因子变大。因此光子波长正比例变长。同时因为波长和频率的乘积是光速,是一个常数,所以光子的频率与宇宙的尺度因子成反比。这就是宇宙学红移将引起光子的能量变低。能量在热力学上是波尔兹曼常数和温度的乘积,能量同时与光子频率成正比,所以光子的频率应该与温度成正比。所以总的结果是,尺度因子应该与温度成反比。

一开始,宇宙中是一堆氢离子和氦离子以及电子组成等离子气体,并没有自由光子。在高中物理中,我们知道,氢原子的最低能级是-13.6电子伏特,所以,只要存在能量超过13.6ev的光子气体,氢原子里的电子就会被光子打出来,成为离子状态。这个时候的光子是不自由的,经常与电子碰撞,它们不能跑出来——这就好像一个电影明星穿过一个菜市场,大家都找她签名,明星是不自由的,根本跑不出那个菜市场。

当宇宙的温度降低到退耦温度(T=0.26eV,相当于3000K)以下时,质子与电子才会结合起来生成氢原子。当大多数自由电子被质子俘获后,光子就可以自由地在宇宙中传播,即宇宙对光子变得透明了——这发生在宇宙大爆炸的38万年以后。这就是我们能够观察到的宇宙中最早也是最古老的光,它携带了宇宙大爆炸后遗留下来的信息。由于宇宙学红移,现在观察到大爆炸后遗留下来光子频率的极大值已经移 动到了微波波段,这就是宇宙微波背景辐射被发现的历史故事。

1965年,贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊意外地发现了宇宙最早的光。他们在波长为7.35厘米的长波段发现了温度为3.5K的不明信号——这个温度是根据电子学里的纳奎斯特定理估计出来的。这个信号非常特别,就是无论你如何改进探测仪器,它永远如影随形,不可消除。这个信号甚至与时间无关,与空间无关。也就是说,在任何季节,这个信号存在,在天空的任何方向,这个信号也存在。

作为工程师,彭齐亚斯和威尔逊完全不懂宇宙学,他们刚开始以为,这事情真是见鬼了,他们甚至清除了微波天线上的鸽子粪,但这个神秘信号依然存在。于是他们把观测结果写了一个1000字的文章发表出去了,意思在排除了微波天线上的鸽子粪以后,这些信号依然存在,他们指出这个神秘信号是来自远处的辐射背景。但具体是什么需要得到科学家的解释。普林斯顿大学的科学家迪克和皮布尔斯也在同一期的《天体物理杂志》上详尽地讨论了彭齐亚斯和威尔逊发现的信号的宇宙学意义:这个信号可能来自宇宙大爆炸。

这项工作解释了宇宙微波背景辐射的本质,开启了一个宇宙学研究的新时代。

米歇尔·梅厄和迪迪埃·奎洛兹

1992年,亚历山大·沃尔兹森(Aleksander Wolszczan)首次发现系外行星,这颗系外行星围绕脉冲星PSR 1257运行。3年后,在日内瓦大学的梅厄和奎洛兹更进一步,他们在《自然》杂志上发表论文,宣布在利用径向速度测量(多普勒光谱)对飞马座51(51 PEGASI)进行分析的过程中,首次发现围绕主序星运行的系外行星。一周后,加利福尼亚的立克天文台证实了他们的发现。这项发现成为了天文学研究的重要转折点,促进了新的探测仪器的发展,以及促进了对行星形成和演化的理解。此后天文学家开始接受巨行星可以存在于短周期轨道的事实。这项发现使得更多的天文望远镜开始参与系外行星的搜寻。目前,人类发现的系外行星数量已经有4000多颗。

米歇尔·梅厄(Michel Mayor)生于1942年1月12日,他是日内瓦大学天文学系的天体物理学家和荣誉教授。已经于2007年正式退休,但之后仍在日内瓦天文台担任研究员。他是2010年维克托·汉巴久缅国际奖的共同获奖者,以及2015年京都奖的获得者。梅厄拥有洛桑大学的物理学硕士学位(1966)和日内瓦天文台的天文学博士学位(1971)。

迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)是瑞士天文学家,1995年在瑞士日内瓦大学获得博士学位,当时他和博士导师沃尔兹森一起发现了第一颗围绕主序星的系外行星。随后,奎洛兹教授参与了一系列精密摄谱仪的研发,大大提高了多普勒技术的精度。2013年,他获得剑桥大学教授,对宇宙中系外行星的形成、结构和宜居性进行深入的研究。2017年,奎洛兹获得沃尔夫物理学奖。
网编:和评

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评论人:对不起我是警察 [★品衔R6★][个人频道][个人动态] 发送时间: 2019年10月08日 9:34:57 回复
探索人类未知科学领域,还是在欧美
10  7
评论人:ghostbuddy [☆品衔R4☆][个人频道][个人动态] 发送时间: 2019年10月08日 10:09:54 回复
 回复1楼:

看看人家的马斯克,贝佐斯, 再看我们的东哥,马总。
8  3
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