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新进展!宇宙理论持续发展,人类从未停止探索系外行星

2019年的诺贝尔物理学奖有一半应奖励给普林斯顿大学的詹姆斯·皮布尔斯,另一半给瑞士日内瓦大学的米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹,因为前者的理论工作促进了我们对宇宙的理解,而后者发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。

据瑞典皇家科学院介绍,该年度奖项被认为是物理学家最负盛名的奖项之一,这些科学家的获奖原因是因为他们在研究了行星和宇宙尺度——“为我们理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置做出贡献”。

今天最普遍意义上描述宇宙的模型被称为,代表一个宇宙学常数加上冷暗物质,是科学家、数学家和哲学家几十年(甚至几百年)探索夜空的结果。其中大部分是从爱因斯坦著名的广义相对论开始的,在广义相对论中,一个被称为“宇宙学常数”的数学术语几乎充当了调节宇宙膨胀的旋钮,还有埃德温·哈勃著名的观测,它显示宇宙正在膨胀。此后,科学家们认识到,控制宇宙的表现和命运的核心成分有三:最不重要的部分(规则物质和能量);决定宇宙结构的一些神秘物质,我们称之为暗物质;还有一种更为神秘的太空固有能量,称之为暗能量。

有许多的证据显示,这个正确描述我们的宇宙的理论来自于对天空中最遥远的辐射的观测,称为宇宙微波背景,即用来理解这种光的理论工作。皮布尔斯是研究这种辐射的行为及其微小的温度波动理论化的物理学家之一,将其与暗物质的行为联系起来,并将暗物质作为宇宙的支架,重新引入宇宙学常数计数来解释暗能量。现如今我们对宇宙的观测一直在验证皮布尔斯和其他物理学家的工作。

皮布尔斯帮助我们更好地了解整个宇宙,而梅厄和奎洛兹则帮助我们认识到我们在其中的地位。科学家奥托·斯特鲁夫率先提出了一种寻找其他恒星周围行星的方法,这种方法基于他们对我们在地球上看到的星光的影响——恒星的放射方向速度的一些改变,包括系外行星引力引起的光线颜色的变化。不同的研究小组致力于发展不同的观测方法来捕捉这些微小的变化,但是在1994之年,科学家们只能探测到系外行星环绕着被称为脉冲星的中子星,但是没有发现任何的类太阳中子星。

之后那些年,梅厄和奎洛兹开始观察51号恒星佩加西(Pegasi)那样的类太阳星的光线每四天重复一次的微小波动。他们在法国用一种叫做光谱仪的仪器观察到这种闪烁现象,该仪器安装在一个相对较小的望远镜上。他们在1995年宣布:他们发现了一颗木星大小的系外行星,围绕51号恒星佩加西运行。尽管这一发现最初遭到质疑,但天文学家后来发现了数千颗系外行星,证明了梅厄和奎洛兹的观点是正确的。回顾过去,这一发现点亮了一个持续至今的系外行星狩猎新时代。

加州大学圣地亚哥分校物理学教授、《失去诺贝尔奖》的作者布莱恩·基廷在一封电子邮件中对吉兹莫多说:“这是一个组合的‘精选’奖,是因为皮布尔斯对理论宇宙学的众多贡献,也是梅厄和奎洛兹的一个绝妙的发现。”但他指出,这些奖项也是其他科学家数十年来努力的结果,其中许多科学家已经死亡,因此无法获得诺贝尔奖——他们自己曾强烈斥责的奖项。

一些物理学家已经注意到,今年的诺贝尔奖揭开了旧伤。尽管梅厄和奎洛兹的工作很重要,但大卫·拉瑟姆领导的一个科学家团队在1989年发现了HD 114762的一个大伴星。对早期的系外行星研究也有影响的是杰夫·马西,他长期的性骚扰史玷污了这个领域。尽管皮布尔斯发表了重要的研究成果,但许多其他物理学家在发展现代宇宙学方面也发表了同样重要的论文。这个奖项提醒了一些人,维拉·鲁宾在没有获得诺贝尔奖的情况下去世了,许多物理学家认为这个奖项是她应得的,她的观测工作证明了宇宙中暗物质引起的异常现象的存在,(类似于2011年三位男性物理学家获得诺贝尔奖的)。一个只奖励三个人的奖项无法促进天文研究领域的合作,并且宣扬了一个错误的观点,即最好的物理学是由一群像以前的爱因斯坦(通常是男性)一样,独自完成工作。

新罕布什尔大学的物理学助理教授和女性研究核心教师钱达·普雷斯科德·韦恩斯坦告诉吉兹莫多:“任何只被一个人或两三个人的认可的发现,都反映在我们法律下的政治能见度,这些人口群体比其他人更容易成为著名科学家。”

今年的获奖者确实对物理学和宇宙学做出了不可或缺的贡献。物理学家们继续寻找解释暗物质和暗能量的方法,而美国天文学界可能很快会建议美国建造一台足够灵敏的望远镜,能在遥远的系外行星上寻找生命迹象。但是,就像我每年都做的那样,我会提醒你,也许是时候重新考虑诺贝尔奖和它颂扬的人了。

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