诺奖解读 | 探索星辰大海，是人类永久的追求

北京时间10月8日下午5点50分，2019年诺贝尔物理学奖揭晓。三位学者分享了这一奖项，以“表彰他们为理解宇宙演化以及地球在宇宙中的位置所作出的贡献”。其中，美国普林斯顿大学教授吉姆·皮布尔斯（James Peebles）将分得一半奖金；瑞士日内瓦大学教授米歇尔·麦耶（Michel Mayor）以及瑞士日内瓦大学教授兼英国剑桥大学教授迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）平分另一半奖金。

探索星辰大海，从来都是人类永久的向往。皮布尔斯在上世纪60年代提出的宇宙演化理论，让人类离解答“我们从哪里来”这个终极问题又进了一步；而麦耶和奎洛兹第一次发现了系外行星，在满足人类一直以来最原始的好奇——“我们是否是苍茫宇宙中唯一的生命体”这一问题上，提供了更多可能的答案。

或许可以这样说：皮布尔斯的成就主要在基础研究领域，而麦耶和奎洛兹的成就主要在探测领域，正是得益于他们的卓越工作，人类重新认识了自身在宇宙中的位置。

宇宙大爆炸世界是什么样的？皮布尔斯的发现奠定了宇宙学的研究基础

皮布尔斯是加拿大裔美国物理学家和理论宇宙学家，目前是普林斯顿大学的阿尔伯特·爱因斯坦科学名誉教授。自1970年以来，他就被认为是世界上领先的理论宇宙学家之一，对原始核合成、暗物质、宇宙微波背景和结构形成具有重要的理论贡献。他的三本教科书《物理宇宙学》《宇宙的大规模结构》《物理宇宙学原理》已成为该领域的标准参考书。

“皮布尔斯的研究成果主要产生于上世纪60年代至80年代初，他的理论为后来宇宙学的快速发展奠定了理论基础。”中国科学院院士、上海交通大学物理与天文学院院长景益鹏教授介绍，他的理论涵盖宇宙大爆炸核合成、宇宙微波背景辐射、冷暗物质理论、宇宙结构形成的理论、宇宙大尺度结构的统计主要研究领域。

众所周知，宇宙起源于大爆炸。大爆炸模型从大约140亿年前的第一刻开始描述了宇宙，当时它非常炽热且密集。此后，宇宙开始膨胀，变得越来越大，越来越冷。40万年后，宇宙变得透明，光线得以穿越太空。即使在今天，大爆炸最初的古老辐射仍在我们周围，这被认为是宇宙微波背景。

皮布尔斯的研究结果向我们展示了宇宙仿佛一杯“咖啡”：其中5%的内容是已知物质，由恒星、行星等物质构成；其余的95%是未知的暗物质和暗能量。

在今天诺奖揭晓、诺奖委员会接通皮布尔斯的电话时，他说：“我的研究始于1964年，这是我一生的事业。但是在宇宙学研究这样宏大的项目面前，我感到自己是非常渺小的，常常也有进展不下去的时候。最初我们的科研项目是很小的，直到80年代才被整个科研界认可，成为一个相对重要的项目。随着科学的发展，我的理论也得到越来越多的证明，作为科学家的经历，真是令人欣喜的过程。”

地球是宇宙中唯一的宜居行星吗？两位学者的发现开启了一场天文革命

“麦耶和奎洛兹的发现可以说是开启了天文学的一场革命，自从1995年他们发现太阳系外的第一颗行星至今，银河系已经发现了4000多颗系外行星。而这些行星的大小、形状和轨道之丰富令人难以置信。”上海交通大学青年学者刘江来教授称，系外行星的发现满足了人类长久以来的好奇心“我们是整个宇宙中的唯一吗？”

长久以来，人们一直怀疑在茫茫宇宙中还有许多其它的行星，就连牛顿都曾在他的著作中提到这一猜想，但长久以来，却没有证据。

“通过对系外行星的研究，可以了解行星的演化过程，他们的成果改变了我们对人类与地球在宇宙中的位置的理解。”中国科学院国家天文台研究员陈学雷说，今年的诺贝尔物理学奖的成果可说是为我们绘制了整个宇宙的地图，比我们想象的更陌生，更璀璨。

陈学雷介绍称，寻找系外行星极端困难。因为行星本身不发光，只能反射恒星的光芒；同时，离地球最近的恒星，与地球之间的距离也以光年计。相距如此遥远的情况下，系外行星肯定会被笼罩在它所环绕的恒星的光芒中。昨天诺奖委员会在介绍他们的成果时也称，在麦耶和奎洛兹那个年代，要发现系外星形，不仅需要深入的研究，还需要一些天赋。

当行星远去时，恒星的光就会发生轻微的蓝移。反之，当行星靠近时，恒星发出的光就会发生轻微的红移。这样一来，如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星，这颗恒星的光谱就会出现周期性的蓝移和红移交替的现象，反之亦然。这种探测系外行星的方法就是径向速度法。诺奖委员会在颁奖时称，通俗地讲，这个现象可以理解为仿佛一辆车驶入车站和离开车站时，反射的光会有微弱的不同。

陈学雷说，更重要的是，他们发现的行星还是一颗非常特殊的行星。在太阳系中，离太阳近的行星质量小，离太阳远的行星是大质量的木星、天王星之类的行星，但是他们发现的行星是离恒星又近，质量又大，“这意味着宇宙中行星和恒星的绕行有不同的形式，事实上，其后陆续发行的系外行星，确实证明了这一点”。

我国越来越多的团队参与研究，尚未达到满地开花的程度

“宇宙学在上世纪六七十年代还是冷门学科，但是上世纪80年代以后进入蓬勃发展，国内几个主要的天文观测单位和高校都相继开始研究，目前也进入了快速发展时期。”景益鹏告诉记者。

国家天文台、上海天文台、南京紫金山天文台等单位都相继开始，中国科技大学、上海交通大学、北京大学、南京大学等高校也都纷纷在宇宙学领域布局。景益鹏介绍称，中国的科学家团队也参与了国际大项目， 如主焦点巡天（PFS）”、“暗能量光谱仪器巡天（DESI）”。上海交大、清华大学也都在四川锦屏山进行暗物质探测。中科院高能所正在西藏阿里建造观测宇宙微波背景偏正的望远镜。

陈学雷也说，目前，国内的科研团队在宇宙学研究领域越来越活跃，一方面，虽然与国家上最发达的团队仍然有差距，但是试验设备近年来越来越先进，出现了很多不错的成果；另一方面理论研究也越来越活跃，虽然还没有进入全面开花的阶段，但是也出于上升的势头。

今天，皮布尔斯也说：“我的成果并非来自我一个人，当时全世界的科学家，包括前苏联的科学家都给了我很多的启迪，我觉得和我同时代的科学家都有一种精彩绝伦的天才想法，这都对我产生了很大的影响。”

不过，对于外星生命是否存在，皮布尔斯在电话连线中称：“这只是一个猜测，我们能够确定星球本身有些是适合生命的进化的，但是目前为止，很难知道其他星球是否有生命。我可以非常确定的是，我们能够见到外星人、外星生命迹象的机会是微乎其微的，这取决于我们需要全世界更多的科学力量共同加入。”

作者：姜澎

编辑：沈湫莎

责任编辑：许琦敏

*独家稿件，转载请注明出处。