本年诺贝尔物理学奖公布,曾两次重构了人们的宇宙观

摘要

这两个奖项都告诉我们一些至关重要的事情,我们在宇宙中的地位存在着某些现实意义。

北京时间 10 月 7 日下午 5 点 50 分,诺贝尔委员会公布了 2019 年度第 113 项诺贝尔物理学奖获奖者:加拿大裔美国理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles),瑞士天文学家米歇尔·麦耶(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)。其中,皮布尔斯在过去的 20 年间发现了物理宇宙学的理论框架,该框架已经成为宇宙大爆炸至今在理论解释的基础。马约尔和奎罗兹则因在 1995 年发现了太阳系外第一个系外行星而获奖。三位获奖者将平分 900 万瑞典克朗(约合人民币 647 万元)的奖金。

诺贝尔奖委员会在推特上表示:「今年诺贝尔物理学奖奖励给刷新了人们对宇宙架构和历史的认识,首次发现第一颗类太阳系系外行星的成就。」

诺贝尔委员会委员乌尔夫·丹尼尔森(Ulf Danielsson)表示:「这两个奖项都告诉我们一些至关重要的事情,我们在宇宙中的地位存在着某些现实意义。」

         2019 年诺贝尔物理学奖获奖者 | 诺贝尔奖官网

诺贝尔物理学奖规则规定,获奖者的贡献必须「已经受时间的考验」。这意味着诺贝尔委员会往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。因此这三位获奖者在上世纪九十年代的发现,在历经了二十多年的漫长时间之后,于今日得到了物理学界的最高殊荣。


「从推测到科学」的现代物理学转型

上世纪 60 年代,天文学家们通过望远镜发现了恒星、星系、气体云层,同时扩展了可观测宇宙的边界,但始终没有一套合理的宇宙历史和形成演变的理论。自 1970 年与来,皮布尔斯用理论工具和计算方法,解释了宇宙的演变以及地球在宇宙中的位置,解释了微波背景辐射是宇宙大爆炸后形成的印记,他对构成了 95% 宇宙的暗物质、暗能量理论作出了重要贡献。

         皮布尔斯的主要贡献 | 瑞典皇家科学院

很难说詹姆斯·皮布尔斯的某一项发现让他获此殊荣,在斯德哥尔摩的皇家瑞典科学院新闻发布会上,皮布尔斯表示「这是毕生的工作,也是协作的工作。」据瑞典皇家科学院表示,皮布尔斯在物理宇宙学上的贡献「丰富了整个研究领域,为过去 50 年『从推测到科学』的宇宙学转型奠定了基础。」

而皮布尔斯从大爆炸模型到暗物质、暗能量所构成的物理宇宙框架,也成为了当代物理宇宙研究的基础。


催生天文学革命的发现:「飞马座 51b」

本次诺贝尔奖的另外两名获奖者马约尔和奎罗兹,则是因为在 1995 年发现了太阳系外第一个系外行星而获奖。

1995 年,法国南部的普罗旺斯天文台上,年仅 29 岁还在读博士的瑞士天文学家奎罗兹和他的博士导师麦耶,通过研究周围行星是如何牵引和影响恒星的运转,基于多普勒效应,利用径向速度法发现了首枚系外行星「飞马座 51b」。「飞马 51b」是一颗类木行星,与太阳系中的木星相似,它围绕着一颗距离地球约 50 光年的类太阳恒星「飞马座 51」环行。

飞马座 51 | 瑞典皇家科学院

这是人类发现的第一颗绕类太阳恒星运转的系外行星,这次发现催生了一场天文学革命,天文学家们不仅从「飞马座 51b」上获取了大量观测数据,「飞马座 51b」的存在也推翻了当时盛行的行星形成理论,即「巨行星不会如此靠近母恒星」,它使科学家认识到在短周期轨道上也可能存在巨行星。从此,天文学家们开始密集搜寻系外行星,至今,已有超过 4000 多颗系外行星被发现。

类木行星「飞马座 51b」被发现后至今 24 年,越来越多的类地行星也被发现,在二十一世纪太空探索重新成为全球性议题时,天文学家们随之开始探索一些问题,比如地外生命的存在以及是否有人类可以前往的「第二地球」。


获奖者生平简介:

詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)

詹姆斯·皮布尔斯生于 1935 年,加拿大裔美国理论物理学家,任教于普林斯顿大学,为普林斯顿大学阿尔贝特·爱因斯坦荣誉科学教授。1970 年以来,他主要对原始核合成,暗物质,宇宙微波背景和结构形成等领域做出了理论贡献,他的理论框架塑造了现今人们对宇宙形成历史的基础。他的三本教科书《物理宇宙学》(1971 年)《宇宙的大尺度结构》(1980 年)《物理宇宙学原理》(1993 年)已经成为物理宇宙学领域标准的参考文献。

在诺贝尔物理学奖之前,他曾被评定为英国皇家学会会士(1982),获得过丹尼·海涅曼天体物理学奖 (1982)、英国皇家天文学会金质奖章 (1998)、邵逸夫奖 (2004)、同为瑞典皇家科学院评定的克拉福德奖 (2005) 等多项奖项。


米歇尔·麦耶(Michel Mayor)

米歇尔·麦耶生于 1942 年,瑞士天文学家,曾任教于日内瓦大学天文学系。在 1995 年和迪迪埃·奎洛兹一起发现了第一个环绕类太阳恒星飞马座 51 的行星飞马座 51b。
 

在 2007 年,麦耶于智利拉西拉天文台同另外 10 位欧洲科学家发现格利泽 581c,这是首颗位在适居带内的太阳系外行星。

2009 年麦耶和他的团队发现环绕主序星的,目前质量最小的太阳系外行星格利泽 581e。

在诺贝尔物理学奖之前,他获得了专门颁发给瑞士籍或有瑞士居留权科学家的马塞尔·本努瓦奖;法国天文学会最高奖项皮埃尔·让森奖;亚伯特爱因斯坦奖章(2004)、邵逸夫奖(2005)、英国皇家天文学会金质奖章 (2015)。


迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)

迪迪埃·奎洛兹生于 1966 年,瑞士天文学家,就职于剑桥卡文迪许研究室天体物理学小组以及日内瓦大学。1995 年,还在日内瓦大学读博士的奎洛兹和他的博士导师米歇尔·麦耶在发现了用径向速度测量的方法分析了飞马座 51,发现了一颗轨道周期为 4.2 天的行星飞马座 51b。

在诺贝尔物理学奖之前,他曾同米歇尔·麦耶共同获得了 2011 年 BBVA 基础科学知识前沿奖,以及沃尔夫物理学奖 (2017)。


关于诺贝尔物理学奖

诺贝尔物理学奖为 1900 年根据诺贝尔的遗嘱设立的五个奖项之一,旨在奖励那些对人类物理学领域里作出突出贡献的科学家。目前,每年的诺贝尔物理学奖最多颁给三个人及两项不同的科学研究。与其他诺贝尔奖相比,物理学奖的荐举和甄选过程更长、更缜密。诺贝尔物理学奖也因此上升成为物理学界最重要的奖项。诺贝尔物理学奖被普遍认为是在物理学领域能够取得的最高荣誉。

诺贝尔物理学委员由瑞典皇家科学院所推举的五名成员组成,在每年 9 月举行诺贝尔物理学奖第一轮选拔,包括大学教授、诺贝尔物理学奖和化学奖得主等人在内的约 3000 人会收到一份保密的提名表。委员会在审议后,在被提名人中选出 15 人左右,最终人选将呈交至皇家科学院。皇家科学院最后以多数表决的方式,挑选出获奖者。

2018 年 10 月 2 日,瑞典皇家科学院将 2018 年诺贝尔物理学奖授予 Arthur Ashkin, Gerard Mourou 和 Donna Strickland,以表彰他们在激光物理学领域的奠基性工作。


延伸阅读:

2019 年诺贝尔医学奖《本年首个诺贝尔奖公布,让细胞缺氧来治疗癌症》

2018 年诺贝尔物理学奖《时隔半世纪女性物理学家终获诺贝尔奖,美加法科学家「彻底改变激光物理学」》


题图来源:视觉中国

责任编辑:宋德胜

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