诺贝尔物理学奖聚焦发现系外行星和宇宙配方的科学家

联合颁奖公告中使用了咖啡的比喻,并呼吁合作。

周二清晨,2019 年诺贝尔物理学奖授予美国宇宙学家 Jim Peebles,以表彰他“在物理宇宙学领域的理论发现”,以及瑞士科学家 Michel Mayor 和 Didier Queloz,以表彰他们发现了“一颗围绕太阳型恒星运行的系外行星”。

据诺贝尔委员会称,该奖项将两个不同的研究领域——宇宙学和天文学——联合起来,其共同的指导原则是更好地理解宇宙。Peebles 在宇宙学领域的研究帮助我们定义了对宇宙起源和演化的理解,而 Mayor 和 Queloz 在天文学领域的发现则帮助我们扩展了对地球在宇宙中位置的理解。

诺贝尔委员会成员 Ulf Danielsson 在解释 Jim Peebles 的诺贝尔奖获奖研究时引用了《生活大爆炸》的主题曲,该曲点明了宇宙学基本要点:“我们整个宇宙曾经处于一个炽热、致密的状态 / 大约十四亿年前,膨胀就开始了。”

Peebles 的工作使人们认识到,我们宇宙中只有 5% 是“有序物质”,即行星和恒星等可识别的东西。其余 95% 由暗物质和暗能量组成。诺贝尔委员会成员 Danielsson 将宇宙的构成比作一杯咖啡:杯中大部分是咖啡(暗能量),还有“相当一部分”奶油(暗物质)。一点点糖代表有序物质,也就是我们能看到、触摸和理解的一切。“这(有序物质)是数千年来科学一直关注的焦点,”Danielsson 说,“直到现在。”

在过去的 50 年里,Peebles 一直致力于开发理论工具来揭示宇宙中的这些暗物质成分。他是最早认识到宇宙微波背景辐射重要性的科学家之一,这种古老的辐射在 20 世纪 60 年代中期被发现,此后帮助科学家们辨别出宇宙的年龄、形状和组成

委员会主席 Mat Larsson 说:“如果没有 James Peebles 的理论发现,那么过去 20 年对这种辐射进行的高精度测量将几乎告诉我们任何信息。”

Peebles 对宇宙学的贡献主要是理论性的。但正如 Peebles 在宣布后的新闻发布会上所说,“任何自然科学中的理论,如果没有观察,都是空洞的。”与他分享物理学奖的瑞士天文学家 Mayor 和 Queloz,则因他们实际观测到第一颗围绕类似太阳的恒星运行的系外行星而获奖。

1995 年 10 月,Mayor 和 Queloz 发现了 51 Pegasi b,它位于 50 光年外,围绕着飞马座中的一颗类似太阳的恒星运行。他们发现这颗新行星与地球截然不同:它比木星大 50%,表面温度高达 1800 华氏度,并且如此靠近其宿主恒星运行,以至于一个“年”只有四个地球日。

Mayor 和 Queloz 使用多普勒光谱学探测到了 51 Pegasi。当一颗大行星围绕恒星运行时,恒星会因行星的引力而在一个小椭圆轨道上移动——从地球上看,这就像恒星在来回摆动。当恒星向地球移动时,它的光会显得稍微蓝一些;当它移开时,它的光会显得稍微红一些。这种效应是我们相对于位置对光感知变化的后果。

自 1995 年发现以来,银河系中已发现超过 4000 颗系外行星,让我们认识了种类繁多的气态巨行星、巨大的超级地球和不宜居的海王星世界

James Peebles, Michel Mayor, and Didier Queloz
从左到右:James Peebles、Michel Mayor 和 Didier Queloz。插画由 Niklas Elmehed/瑞典皇家科学院提供

Danielsson 表示,Mayor 和 Queloz 的研究为“我们的行星家园提供了新视角”,并“unofficially 启动了如今蓬勃发展的系外行星研究领域”。当然,还有许多其他人铺平了道路:比如 Dale Frail 和 Alex Wolszczan(他们在 1992 年发现了第一颗围绕脉冲星运行的系外行星),以及 Bruce Campbell、Gordon Walker 和 Stephenson Yang(他们早在 1988 年就推测了系外行星 Gamma Cephei Ab 的存在),仅举几例。

对诺贝尔奖形式的一个常见批评是,它强化了“孤胆英雄”科学家的神话。尽管备受诟病的“三人规则”规定每个领域最多有三位获奖者,但 Peebles 迅速强调他并非独自工作。“从一开始,我身边就一直有同事,”他在新闻发布会上说道。他特别提到了苏联科学家Yakov Zeldovich,他对宇宙微波背景辐射信号的解释做出了重要贡献。另一位为揭示暗物质和暗能量之谜做出努力的杰出科学家是Vera Rubin,她已于几年前去世。(旁注:虽然只有三位女性获得过物理学奖,但 Jim Peebles 是获得该荣誉的第六位“James”。

科学被认为是高度协作的机构,而联合奖项旨在庆祝理论发现与实践发现之间的互动。正如委员会解释的那样:“今年的诺贝尔物理学奖得主描绘了一幅比我们以往任何时候都更加奇特和美妙的宇宙图景。”

周三,委员会将颁发诺贝尔化学奖。

 

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