2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
2019年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了三位科學(xué)家，分別是吉姆·皮布爾斯（James Peebles），米歇爾·麥耶（Michel Mayor）、迪迪?！た迤潱―idier Queloz）。其中吉姆·皮布爾斯分享1/2的諾貝爾獎(jiǎng)，而米歇爾·麥耶和迪迪埃·奎洛茲分享1/2的諾貝爾獎(jiǎng)。
大圖模式那這三位科學(xué)家到底做出了什么科學(xué)成果呢？
我們先來(lái)看一下，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的授獎(jiǎng)詞：
表彰他們?cè)谟钪胬碚擃I(lǐng)域、系外行星的發(fā)現(xiàn)。
大部分看到這里，心里一定是崩潰的，因?yàn)樽侄伎吹枚?，但合起?lái)就不知道到底說(shuō)了啥？
今天，我來(lái)給你科普一下這三位科學(xué)家到底干了啥？
當(dāng)然，在此之外，我們要先來(lái)用一句話概括他們的科學(xué)成就，大概就是：
天文學(xué)的兩個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的重大革命。
具體咋回事呢？我們來(lái)一個(gè)個(gè)看看。
吉姆·皮布爾斯：為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠基
吉姆·皮布爾斯的主要貢獻(xiàn)是對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)的奠基作用。
大圖模式那么問(wèn)題來(lái)了，宇宙學(xué)到底是什么？這和天文學(xué)有什么關(guān)系？
宇宙學(xué)這個(gè)詞最早來(lái)自于希臘語(yǔ)，具體的意思是：
宇宙學(xué)是對(duì)宇宙整體的研究，并且探討人類在宇宙中的地位。
說(shuō)白了就是，不拘泥于研究某個(gè)天體或者某種天文學(xué)現(xiàn)象，而是從整體的角度來(lái)研究宇宙。我們熟悉的科學(xué)家霍金，其實(shí)也是這個(gè)領(lǐng)域的著名研究者之一。所以，吉姆·皮布爾斯和霍金是同行。
大圖模式吉姆·皮布爾斯到底做了什么呢？
這里我們要搞清楚一個(gè)核心的問(wèn)題：科學(xué)的語(yǔ)言是數(shù)學(xué)。
所有的理論最終都要依靠數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行描述，物理學(xué)是這樣，化學(xué)也是這樣，生物學(xué)其實(shí)也得這樣，當(dāng)然，宇宙學(xué)也就不例外了。
我們最常聽說(shuō)的愛(ài)因斯坦其實(shí)就是這方面的高手，他在1905年發(fā)表了4篇具有開創(chuàng)性的論文，其中一篇是關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的，具體來(lái)說(shuō)就是，花粉顆粒在水溶液中會(huì)出現(xiàn)不停頓的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，這是水分子對(duì)于花粉粒子的影響造成的。
不過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)是在1827年被一位叫做布朗的學(xué)者提出來(lái)的，一直到1905年之間，也有一些科學(xué)家提出了合理的理論來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象。但只有到了愛(ài)因斯坦才真正被解決了，這是因?yàn)閻?ài)因斯坦用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述了布朗運(yùn)動(dòng)。
大圖模式吉姆·皮布爾斯其實(shí)做的就是和愛(ài)因斯坦同樣的工作。具體來(lái)說(shuō)是，過(guò)去100年來(lái)的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙誕生于138億年前，起初宇宙是非常熾熱的，大爆炸之后，宇宙空間開始膨脹，溫度就開始下降，不過(guò)早期的宇宙就像一鍋粒子湯，里面的各種粒子亂跑，由于溫度還很高，原子核還沒(méi)有辦法俘獲電子。
一直到宇宙大爆炸之后的38萬(wàn)年，也就是宇宙38萬(wàn)歲時(shí)，原子核俘獲電子，形成了溫度的原子結(jié)構(gòu)，而早期宇宙大爆炸的余熱以電磁波地形式在宇宙中傳播一直持續(xù)至今，它們成為了宇宙的背景輻射，被稱為宇宙微波背景輻射。就是吉姆·皮布爾斯和羅伯特·迪克等人從理論上解釋了宇宙微波背景輻射其實(shí)是大爆炸的印記。
大圖模式1964年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位工程師阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜意外發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景，并且因此獲得了1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
大圖模式但是早期觀測(cè)到的宇宙微波背景輻射還很粗糙，后來(lái)COBE衛(wèi)星得到了更精準(zhǔn)的宇宙微波背景輻射，兩位相關(guān)的研究院?jiǎn)讨巍に鼓绿睾图s翰·馬瑟因此獲得了2006年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)當(dāng)時(shí)給出的頒獎(jiǎng)理由是：
宇宙背景探測(cè)的計(jì)劃可以視為宇宙學(xué)成為精密科學(xué)的起點(diǎn)。
大圖模式發(fā)現(xiàn)沒(méi)有，宇宙微波背景輻射已經(jīng)催生了2次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但都是給到觀測(cè)方面的，理論方面還沒(méi)有給，而吉姆·皮布爾斯是在理論方面做出貢獻(xiàn)的，可以說(shuō)是實(shí)至名歸。
但吉姆·皮布爾斯在宇宙學(xué)的貢獻(xiàn)不止這些，宇宙學(xué)是近100年才高速發(fā)展起來(lái)的學(xué)科，其中有很多定量的計(jì)算并沒(méi)有落實(shí)，他學(xué)術(shù)生涯的大量工作都是在讓物理宇宙學(xué)成為一個(gè)可以被定量研究的物理學(xué)分支，并且在宇宙大爆炸、暗物質(zhì)、暗能量等領(lǐng)域都有很高的建樹。2004年，邵逸夫獎(jiǎng)就頒給了他，授獎(jiǎng)詞如下：
他為宇宙學(xué)中幾乎所有的現(xiàn)代研究奠定了基礎(chǔ)，包括理論和觀測(cè)，將一個(gè)高度猜測(cè)性的領(lǐng)域變成了一門精密的科學(xué)
因此，吉姆·皮布爾斯應(yīng)該可以被認(rèn)為是現(xiàn)代宇宙學(xué)奠基人之一。也正是他，推動(dòng)了物理宇宙學(xué)的定量研究的革命。
發(fā)現(xiàn)系外行星
至于米歇爾·麥耶和迪迪?！た迤潱麄兊呢暙I(xiàn)主要是發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)環(huán)繞類太陽(yáng)恒星飛馬座51的行星飛馬座51b。
大圖模式這聽起來(lái)很拗口，一般人也很難理解這到底有什么？
我們可以先從太陽(yáng)系的角度出發(fā)來(lái)理解，我們都知道地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，但實(shí)際上，太陽(yáng)本身也在繞著質(zhì)心轉(zhuǎn)。
那這有啥的呢？我們可以想象一下，我們夜晚之所以可以看到星光，很大程度上是因?yàn)檫@些天體本身發(fā)光，發(fā)出的光來(lái)到了地球被我們看到。也就是說(shuō)，我們?nèi)庋勰芸吹降奶祗w基本上都是恒星或者星系，以及極其個(gè)別的幾個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)的行星。太陽(yáng)系外的行星由于自身不發(fā)光，反射的光又不足以到達(dá)地球，所以科學(xué)家很難觀測(cè)得到。
米歇爾·麥耶和迪迪?！た迤澨岢隽艘环N徑向速度法，具體啥意思呢？
如果我們從地球上去觀測(cè)一顆恒星，這顆恒星由于自身也在繞著質(zhì)心轉(zhuǎn)，因此就會(huì)出現(xiàn)來(lái)來(lái)回回，處于搖擺不定的狀態(tài)。
大圖模式這種來(lái)來(lái)回回的速度可以利用多普勒效應(yīng)來(lái)測(cè)量得到，具體來(lái)說(shuō)就是我們看到的光的波長(zhǎng)會(huì)發(fā)現(xiàn)改變。遠(yuǎn)離我們時(shí)會(huì)紅移，靠近我們時(shí)會(huì)藍(lán)移。我們就可以通過(guò)光的變化以及理論模型，得到恒星和繞行行星的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
大圖模式他們的這個(gè)發(fā)現(xiàn)拉開了尋找“系外行星”的革命。他們利用這個(gè)辦法找到了類太陽(yáng)恒星飛馬座51的行星飛馬座51b，后來(lái)許多科學(xué)家利用相同的辦法找到了4000多顆系外行星，同時(shí)還促進(jìn)了科學(xué)家對(duì)于行星的理解。
關(guān)于2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的解讀就到這里，最后我們來(lái)總結(jié)一下，這次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了兩個(gè)天文學(xué)的重大革命，其一吉姆·皮布爾斯對(duì)于現(xiàn)代宇宙學(xué)的奠基，其二是米歇爾·麥耶和迪迪?！た迤澨岢龅膶ふ蚁低庑行堑挠^測(cè)方法。
