宇宙学的黄金时代--2019年诺贝尔物理学奖点评

zelon1234

更多精彩视频登陆网站

www.koushare.com

作者 | 陈超、颜俊、鄢盛丰（中国科大天文系博士生）、蔡一夫（中国科大教授）

菲利普·詹姆斯·埃德温·皮布斯（Phillip James Edwin Peebles，1935年4月25日-），出生于加拿大的温尼伯，理论宇宙学家，普林斯顿大学阿尔伯特·爱因斯坦荣誉科学教授，同另外两位天文学家共同分享了今年的诺贝尔物理学奖。



图片来源于网络

今年的诺贝尔物理学奖和往年的都不太一样，并不是技术上的革新，也不是实验上的新发现，而是授予了一位理论家，当然他的贡献完全足够获此殊荣。皮布斯在原初核合成，暗物质，宇宙微波背景辐射和大尺度结构形成等现代宇宙学的重要领域做出了关键的理论贡献，是开拓精确宇宙学时代的标志性领军人物。
在此之前，皮布斯曾两次与诺奖擦肩而过，而这次则是在他84岁高龄这年获此殊荣，名至实归，也是对他之前的失之交臂做了一个弥补。自从上世纪初爱因斯坦提出广义相对论，哈勃发现宇宙膨胀，宇宙学便成为一门科学进入到世人的眼中，后经勒梅特、弗里德曼和伽莫夫等人的发展，在上世纪中期大爆炸模型已经逐渐受到了学界的重视，而皮布斯正是在这个时期进入这个领域，并用他的一生研究为人类理解这个波澜壮阔的宇宙做出了巨大贡献。此前有关宇宙学的诺奖都被授予了实验发现，而这次应该是理论宇宙学第一次被诺奖垂青，这是对自上世纪中叶以来日益发展成熟的热大爆炸宇宙学以及相关的宇宙学扰动理论为人类呈现的新的宇宙观的极大肯定。
在他所作出的一些列开创性工作中，最重要的当属参与了宇宙微波背景辐射的理论预言以及发现。宇宙微波背景辐射是在宇宙极早期时的高温等离子体和光子解耦后，光子自由穿行在宇宙中形成的。他和他的导师迪克非常重视这个理论发现，也很快向美国官方申请成立观测项目进行观测，但是在这期间两位无线电科学家找到他们，说他们发现了意外之物，后经证实，这意外之物正好就是宇宙微波背景辐射的信号。这两位无线电科学家就是1978年诺贝尔物理学奖得主彭齐亚斯和威尔逊，这是宇宙微波背景辐射也可以说是宇宙学领域的第一个诺奖。
在此之后六七十年代，他的兴趣转向了宇宙的大尺度结构形成，研究宇宙的各种物质组分以及宇宙本身的演化，并做出了重要贡献。在此之前宇宙学的研究都比较定性，在此之后宇宙学理论进入了可以定量研究的精确宇宙学时代，我们可以对宇宙的物质、暗物质等物质组分的演化分布进行计算。并且，皮布斯和前苏联的苏尼亚耶夫、泽尔多维奇等人还发现宇宙大尺度结构的种子来源于宇宙微波背景辐射中的扰动，这对宇宙学的理论发展至关重要。
上世纪90年代初，NASA发射了第一颗宇宙微波背景辐射探测卫星COBE，这颗卫星探测到了宇宙微波背景辐射上的涟漪，宇宙学自此全面进入了精确宇宙学时代。这个项目的两个负责人，斯穆特和马瑟获得了2006年诺奖，这是宇宙微波背景辐射也是宇宙学领域的第二个诺奖。这两次诺奖他都错过了，但这次终于授予了他。
通过皮布斯等人早年的对宇宙演化的理论研究，宇宙学或者说整个理论物理，已经进入了一个全新的黄金时代。物理学的交叉，特别是以前的物理金矿——粒子物理学与现代宇宙学的交叉尤为深刻，宇宙学的发展也会对粒子物理的发展产生重要影响。再加上分别于2011年和2017年先后被授予诺奖的宇宙加速膨胀和引力波的发现，这些都为宇宙学带来了全新的机遇和挑战。
尽管如此，我们现在对宇宙的起源事实上还知之甚少，热大爆炸宇宙学并非人类对宇宙认识的终点，我们现在的宇宙也可能是先经历了收缩然后通过大反弹再诞生出来的。而探测这极早期宇宙的一个强有力探针就是原初引力波，从实验的角度来说就是宇宙微波背景中的原初B模偏振。目前，中国的宇宙学家们也正在迎头赶上这场宇宙学研究领域的汹涌巨浪，例如在西藏阿里高海拔地区中国科学家们正在夜以继日建设着以搜寻原初引力波为主要科学目标的宇宙微波背景辐射探测项目。期待着我们国家也能迎头赶上，在这个领域做出属于我们中国人自己的重大发现！



—— ——往期精彩回顾—— ——●【诺奖得主Wilczek科普专栏】大数据不等于科学规律●【学术视频】Particle Cosmology | 中国科大蔡一夫教授●【学术视频】现代宇宙学 | 中科院理论物理所黄庆国研究员●【学术视频】Cuprate superconductivity without a model | 2003年诺奖得主Anthony Leggett教授
●【学术视频】Genes that control sleep and circadian rhythms | 17年诺奖得主Michael Young
●【学术视频】国际空间站上AMS 实验的最新进展 | 1976年诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授
●【学术视频】什么是量子光学 | “2005年诺贝尔物理学奖得主”、“量子光学”之父--Roy J. Glauber 教授
●【学术视频】物理学百年展望 | 2004年诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek教授

END

为满足更多科研工作者的需求，蔻享学术推出了蔻享APP以及相应的微信公众号，并开通了各科研领域的微信交流群。

蔻享APP

蔻享学术公众号

进群请添加微信：15665513690
小编拉您入群哟！未经许可，禁止转载本页内容转载授权请联系：xxsui@am-hpc.com