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没有他们 宇宙可能还被神秘主义笼罩着
2019诺贝尔物理学奖昨颁出 三位天体物理学家共同获奖
2019年10月09日 02:40:05 来源:钱江晚报 记者 章咪佳

  哲学家罗素说,他理解的“哲学”,是“某种介于神学和科学之间的东西”。他说:“一切确切的知识,都属于科学;一切涉及超乎确切知识之外的教条,属于神学。而两者之间,一片受到双方攻击的无人之域,是哲学。”

  那么,昨天下午颁出的2019诺贝尔物理学奖,我们或许可以从这样一个角度理解:

  如果没有获奖者——詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)、米歇尔·马约尔(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛斯(Didier Queloz)师徒的工作,我们对于宇宙、系外行星的认知,依然只能更多地从神秘主义、神学、哲学的角度来进行探索。

  他们是科学家,他们只相信那些经过实验或观测证实的东西,因此,他们选择的也是一条沉重乏味的道路。

  2019年诺贝尔物理学奖,奖励了这些几十年如一日研究的科学家。奖项的一半,授予詹姆斯·皮布尔斯关于“物理宇宙学的理论发现”;另一半奖项,授予米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛斯“发现了围绕太阳型恒星运行的系外行星”。

  谢耳朵眼里无比美好的暗物质

  是获奖者的理论成果之一

  今年84岁的詹姆斯·皮布尔斯教授,一生着眼于拥有数十亿个星系和星系团的宇宙,在天体物理学界,他是祖师爷级别的。皮布尔斯的理论框架经过20多年的发展,成为我们从大爆炸到宇宙结构和历史新理解的基础,他将高度猜测性的领域,转变为精密科学。

  昨天,诺奖委员会科学家在现场用一杯咖啡作了解读:“让我们把宇宙比作一杯咖啡,这里大部分是咖啡,就是暗能量;然后我开始加奶油,这是暗物质,然后再加入一点点砂糖,这是普通物质。”

  暗物质占据着宇宙实物总量的80%,这意味着它实际上主导了宇宙中的结构形成。在有普通物质的地方,总有暗物质伴随,在银河系中运动的地球,也有可能捕获到暗物质。

  不少人对暗物质并不陌生,因为在美剧《生活大爆炸》中,它是“谢耳朵”的“真爱”,甚至在最后一季,“谢耳朵”和女友Amy去结婚登记时,还重重cue到了暗物质——我能找到你简直就是奇迹了,这就好比找到暗物质。

  其实在科学界,科学家对暗物质的认知,在很长一段时间处于迷茫状态,甚至到上世纪70年代末,仍有很多人不相信暗物质的存在。

  在20世纪80年代,皮布尔斯教授描述了一类被称作“冷暗物质”的模型。这一类暗物质粒子在宇宙早期相对于光速,运动得非常缓慢,因此被称作是“冷”的。

  在这类暗物质主导的宇宙中,最先形成的结构是质量非常低的暗物质小团块,这些团块通过合并吸积周围的暗物质增长,普通物质会沉积在暗物质团块的中心,直到恒星点燃,星系形成。

  最后说回那杯咖啡。借助皮布尔斯教授的贡献,我们正在搞清楚自己在宇宙中的位置,“奶油与咖啡交融,画出条纹般精致的复杂结构。我们,就是宇宙咖啡杯里的漩涡。”

  哎,你是不是也和我一样,打着哈欠烧着脑,边刷诺奖边喝掉了一杯咖啡,然后被吓一跳,我这是毁灭一个平行宇宙了?

  靠着这对瑞士师徒的发现

  20年里找到近四千颗系外行星

  人类很早就在想,宇宙中有没有类似的生命。那么,人们需要先找到一颗宜居的系外行星。

  系外行星极其难找——行星本身不会发光,只能反射恒星的光芒,就算反射,也肯定会被笼罩在它所环绕的恒星的光芒中,根本无法被地球上的望远镜所看到。

  三四百年里,这项事业毫无进展。但在20世纪90年代,来自瑞士的师徒马约尔和奎洛斯横空出世,用相当有力的证据,证明了系外行星的科学存在,被当时的《纽约时报》称为“新世界的发现者”,可与哥伦布发现美洲大陆相提并论。

  他们是如何做到的?方法是径向速度法。

  在昨天的发布会上,诺奖委员会物理学会的秘书长打了个比方:“就好比火车驶入和驶出车站时,声音是不一样的。”

  如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星,这对恒星和行星就会构成一个彼此绕转的两体系统。

  就好像你身边有一个比你重许多的家伙,你邀请TA和你一起转圈圈——你旋转着,会发现因为TA块头比你大,转幅就比你小,看上去,你就像那颗系外行星;而TA象征那颗恒星。

  这样一对天体在彼此旋转时,地球是有办法感知的——

  当行星离地球远去时,恒星就会略微地靠近地球,此时恒星发出的光就会发生轻微的偏蓝;反之,当行星向地球飞来时,恒星就会略微地远离地球,此时恒星发出的光就会发生轻微的偏红。

  这就是这对师徒坐实系外行星存在的依据:如果发现一颗恒星的光谱出现了周期性的蓝移和红移交替的现象,就可以断定这颗恒星拥有一颗行星。这就是径向速度法。

  1995年底,马约尔和奎洛斯就用这套理论和一台新型光谱仪,推断出在离飞马座51仅仅800万千米的地方,有一个和木星差不多大小、公转周期为4.2天的行星飞马座51b。它是人类历史上发现的第一颗绕主序星旋转的系外行星。

  这个划时代的重大发现,为人类打开了一扇通往新世界的大门。在此后的20多年的时间里,追随着马约尔和奎洛斯的足迹,天文学家们发现了将近4000颗系外行星。


标签:暗物质;恒星;宇宙;外行星;谢耳朵;行星;咖啡;哲学;神学;地球 责任编辑:叶露
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