10月8日,瑞典皇家科学院发布了2019年诺贝尔物理学奖三位得主。其间美国普林斯顿大学教授James Peebles因“关于物理国际学的理论发现”而取得900万瑞典克朗奖金的一半。
获奖者James Peebles 本年现已 84 岁了,在得奖之前,他现已在国际微波布景辐射范畴作业了近六十年,对物理国际学的洞见丰厚了整个研讨范畴,成功地把物理国际学从笼统科学变成了一门能定量、能核算的科学。
James Peebles(图片来历:诺贝尔委员会)
诺贝尔委员会在推特上总结到:
“本年的诺贝尔物理学奖奖赏了人们对国际结构、和国际前史的新知道,也奖赏了人类初次发现的绕日行星。”
而这些发现,用他们的话来说:
“永远地改变了人类对国际的观念。”
仰视星空的时分
你是否也曾想过
国际从何而起
而咱们
又从何而来
国际之大
今日让咱们一同
微波眼看国际
远离大城市亮堂灯火的原野,夜晚如水晶般纯洁。一轮亮堂的满月从树梢飞往高空。在天鹅绒一般黑色的夜空里,星星就像宝石相同闪耀。但夜空里不止有所看到的这些……
咱们眼睛所见到的可见光只是是在国际中流布的悉数光线中极端细小的一部分。从太空之中向着地球倾注而下的,还有不见的光流。
在人类前史的绝大部分时期,咱们对这种光都一窍不通。但近年来,天文学家拓宽了咱们的双眼。新建成的望远镜可以看到X射线、红外光、射电波,以及其他各种看不见的光。现在,有史以来第一次,咱们可以看到更光辉的国际。
幻想一下,你可以看到天文学家们只是戴上一副“魔法”眼镜就能看到的悉数,只需滚动一下镜框上的按钮,就能“调理”到不同的光线上。你再也不会“失明”了,现在你有了红外眼睛、射电眼睛,以及可以看见紫外线、伽玛射线和X射线的眼睛。
用这些令人惊异的增强镜头,你能看到什么?
刚初步,好像没有什么改变。然后你会意识到,月亮正在变暗,大多数恒星也是如此。很快,月亮就看不见了,群星也初步一个接一个消失了。但跟着群星消失,从本来没有星星的当地又跳出来了新的星星,其间一些新的行星被模糊的白云笼罩着。
这便是紫外天空。你的眼镜记录下的是当你在沙滩上躺太久导致晒伤的那种不行见的光线。只要那些最火热的恒星才会闪耀着亮堂的紫外线。
旋转一下。
群星又变了。现在天空中没有了了解的路标。天空中激烈光辉所标明的,是恒星彼此吞噬之处,以及极端火热的气体冲进黑洞之处。但凡物质被加热至几十上百万开尔文(开)的当地,都闪耀着X射线。
持续旋转。
现在悉数又变暗了。咱们现在看到的是伽玛射线,国际中能量最高的光线,由科学家所能想到最强烈的工作所宣告。现在天空看起来彻底是黑的。
但还有一些细小却强烈的亮光。你转过头来注视,却什么都看不到,漆黑天空里一无悉数。但假如你的确十分有耐性,盯着伽马天空接连看上几天,你会看到在另一片彻底不同的天空又发作一道亮堂的亮光。再过几天又会看到一次。天文学家们称之为“伽马暴”。它们是国际之中最强烈的爆破,咱们所见到的它们来自国际边际。还没有人能彻底确认它们是什么,但它们或许是黑洞诞生时宣告的啼哭。
持续调理按钮,除了漆黑,还有更多的漆黑,再没有什么可看之处了。把按钮向另一个方向旋转回来,经过X射线和紫外天空,回到咱们了解的可见光天空,可以看到满月和咱们了解的群星。但别停,持续,持续旋转。
你现在看到的是红外线。你看到的不是国际中的火热天体,而是相对冷的天体。就连咱们人类也会宣告红外线。地震救援队用来勘探被困在瓦砾之下的人们时用的是同一种光。
月亮也再次出现在天空中。但它不是反射的亮堂的太阳光,而是由它匮乏的内热宣告的暗光。现在天空中布满了生疏的星星,是恒星冷却的灰烬。它们是困兽犹斗的胀大的红巨星,以及新诞生不久的恒星,还被包裹在它们从中构成的闪闪发光的气体之中。
但现在你又把红外天空甩在了后边,正在看到的是微波,也便是雷达和家家用来加热食物的微波炉所用到那一类光。假如现在咱们的眼镜作业还正常的话,有些古怪的工作正在发作:天空亮起来了,不是一部分天空,而是悉数天空。
整个天空,从一侧地平线到另一侧地平线,全都宣告均匀的珍珠般的白光。你持续向微波区域旋进按钮,可天空变得更亮了。整个太空看起来都在发光。你看起来就像身处一个巨大的灯泡之中。并且你所见到的都是十分实在的。它便是国际大爆破的遗址,是国际诞生其间的巨大火球。不行思议的是,那次工作发作之后137亿年,它依然充溢了太空每一个旮旯。
在这充溢全国际的“国际微波布景”中,包含了比悉数恒星宣告的可见光更多的能量。实际上,在此刻此刻,大爆破辐射占有了在国际中穿行的光粒子数的99.9%。
可是,虽然在第二次国际大战期间,勘探微波的技能现已发展出来了,但令人惊讶的是,直到1965年都没有人注意到这种“创世余辉”。乃至它在此刻被发现也是出于偶尔。意外发现它的两个天文学家拿到了诺贝尔物理学奖,但他们开端误以为它是鸽子粪便的微波亮光,并且在发现它之后至少一年里都不以为他们发现的是国际的来源。
发现来自国际大爆破的剩余辐射的精彩故事构成了本书的主干。它经过弯曲迂回的阅历、意外工作和失去的时机,为咱们供给了科学发展是怎么发作的一个绝妙的案例。
国际微波布景是最陈旧的创世“化石”。它直接来自国际大爆破自身,现已在太空穿越了137亿年。国际微波布景是由在火球中正在冷却的物质宣告的,所以它携带了大爆破发作后不久国际的印记。当你观看微波天空时,你看到的是137亿年前的国际快照。
你会觉得前期国际肯定是一个超级无聊的当地。究竟,在微波天空中没有任何一个特征可供辨认。可是,这种无特征、均匀的国际之美,比起一个杂乱目标来说,让科学家更简略了解,国际微波布景的滑润性告知咱们,前期国际的物质在整个空间里的散布必定也是极端滑润的。而这一点提出来一个极大的难题。今日的国际绝不滑润。事实上,国际中充溢了恒星,恒星调集构成星系,星系又再度链接构生长链和集群,跨过广袤的空间。在这些星系集群之间存在彻底虚空构成的巨大空泛。今日国际中的发光物质不光不是均匀的,并且出现瑞士奶酪相同多泡的外观。
那么,这一个不均匀的杂乱国际,是怎么从如此滑润简略的初步发生出来的呢?
明显,在某个时刻点上,国际中的物质必定初步像凝乳相同初步集合在一同。因而,虽然国际微波布景看起来极端滑润,它也不行能肯定滑润。假如咱们细心地看,咱们应该可以看到,在大爆破之后不久,在引力效果下,国际中开端的结构初步集合到一同的痕迹。
在发现国际微波布景之后25年多的时刻里,天文学家们一直在尽力地盯着它看,但不管他们多么尽力,他们便是发现不了微波布景亮度上的任何改变,找不到任何后来构成像咱们的银河系的那些物质团块的痕迹。国际微波布景的依据好像与咱们最为珍爱的一个理念——咱们和咱们时刻是存在的——对立的。
1989年,美国航空航天局把一个叫做COBE(发音如“柯比”)的不起眼的卫星发射进入地球轨迹,用来研讨火球辐射。在此之前,这项研讨十分困难是因为国际大气层也在宣告亮堂的微波。COBE灵敏的仪器细心地聆听着国际胀大137亿年之前的国际爆破的弱小低语。两年多过去了,卫星仍是一无所得,连科学家们也初步严重地嘀咕起来。
可是,在1992年4月,COBE力夺头奖。它发现了“国际布景辐射的涟漪”。在天空的某些当地,国际微波布景比起其他当地来显得略微亮一些。这是一种极端细小的效应。这些天空“热门”只是比“冷点”要热十万分之几,但科学家史无前例地大大松了一口气。“这就像是看见了天主的面庞,”COBE项目组的一位科学家如此声称。“这是一个世纪大发现,假如不是史上最大发现的话。”这是物理学家斯蒂芬·霍金声称的。
多数人觉得这些谈论有些夸大过度,但事实上,COBE卫星的确发现了前期国际中的星系“种子”。跟着大爆破之后国际逐步胀大,那些比其他当地密度稍大的区域会逐步增加,跟着它们的引力招引了越来越多的物质,其密度变得越来越大。它们终究变成了今日咱们在邻近国际所见的星系团和超星系团。COBE并没有见到天主的脸,而是看到了国际中最大也最陈旧的结构。
当这个发现被宣告时,全国际的媒体都张狂了。这个故事在咱们这个星球上的电视屏幕和报纸头版上漫山遍野。或许的确还没有其他任何一个科学故事遭到如此广泛的媒体重视。
为什么这么多人对一个如此不流畅难明的故事沉浸其间,这自身便是一个古怪的故事,这也是我稍后在本书中要叙述的。但在你知道悉数这些少见多怪是什么之前,你需求了解关于国际布景的一点儿布景,特别是,你需求了解国际大爆破。
这个故事初步于20世纪第一个10年,其时新一代大型望远镜让天文学家得以深化太空,第一次发现咱们所寓居的国际大致是什么样……
它是创世最陈旧的化石
它是国际婴儿期的相片
它含有国际99.9%的光
即便你处于室内,它也在你身边
发现者曾误以为它是鸽子粪便宣告的“光”
《创世余辉》初次印刷于1993年,它叙述国际大爆破余热的故事。不同寻常的是,这种余热至今仍在咱们周围。翻开你家里的电视,在你换台的时分,屏幕上的花点的1%就来自负爆破的余辉。在被你的电视天线接收到之前,它现已在国际中络绎了137亿年,上一次它们接触到的,便是“国际大爆破”的火球。
《创世余辉:破译来自时刻起点的信息》
作者:[美] 马库斯 · 尚恩
译者:孙正凡
ISBN:978-7-03-046176-6
《创世余辉》叙述的20世纪最严重的国际学发现——国际大爆破余辉的发现中所触及的科学家们的故事,以及1992年美国航空航天局的“国际布景勘探者”(COBE)卫星对余辉的观测。本书实际上即源于COBE卫星那张超卓的国际“婴儿照”,斯蒂芬·霍金称之为“20世纪的最巨大发现,假如不是悉数世纪的话”。
星斗大海仍在
咱们的征途才刚刚初步
……
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