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诺贝尔物理学奖深奥?刷刷谢耳朵的台词会明白很多

2019-11-11 09:32:32 |来源:​匿名

詹姆斯·皮布尔斯(左)、米歇尔·马约尔(中)和迪迪埃·奎罗斯(右)

哲学家罗素说,他对“哲学”的理解是“介于神学和科学之间的东西”。他说:“所有确切的知识都属于科学;所有超出确切知识的教条都属于神学。在两者之间,没有任何一方的领土受到双方的攻击,这就是哲学。”

然后,关于2019年诺贝尔物理学奖,我们可能会从这样一个角度来理解:如果没有获奖者——詹姆斯·皮布尔斯(james peebles)、米歇尔·马约尔(michel mayor)和迪迪迪尔·奎罗兹(didier queloz)的指导工作,我们也许仍然能够从神秘主义、神学和哲学的角度更多地探索宇宙和理解系外行星。

但是在科学中,科学家只相信实验或观察所证明的,所以他们选择了一条沉重而无聊的道路。

2019年诺贝尔物理学奖奖励了这些科学家几十年。

詹姆斯·皮布尔斯因“物理宇宙学的理论发现”获得了一半的奖项;另一半奖给了米歇尔·马约尔和迪迪尔·奎罗斯,因为他们“发现了围绕太阳恒星运行的系外行星”。

宇宙定位器

詹姆斯·皮布尔斯教授把他的一生集中在拥有数十亿个星系和星系团的宇宙上。他的名字是天体物理学,他是创始人。

经过20多年的发展,皮布尔斯的理论框架已经成为现代理解宇宙从大爆炸到今天的历史的基础。他把高度投机的领域变成了精密科学。

10月8日晚,诺贝尔物理奖委员会的科学家们在现场解读皮布尔斯教授的研究时使用了一套道具:咖啡三剑客。

“让我们把宇宙比作一杯咖啡。这里的大部分咖啡都是暗能量。然后我开始添加奶油,这是暗物质,然后我添加了一点糖,这是普通物质。”

暗物质占宇宙中物理物体总量的80%,这意味着它实际上控制着宇宙中结构的形成。哪里有普通物质,哪里就有暗物质。

随着地球在银河系中运动,它也在不断地与银河系中的暗物质粒子相互作用。因此,我们可以捕捉地球上的暗物质。

暗物质

事实上,文学青年应该对暗物质有深刻的理解,因为刚刚结婚的谢尔登先生去艾米登记时,对暗物质有很深的了解

“我从没想过我会和任何人结婚。所以我发现你的事实令人震惊。这就像在寻找暗物质,只是他们在寻找暗物质。我甚至没在找你,所以你比暗物质更好.......当你做出这样的发现时,你不会把它带到市政厅——你会告诉全世界!”

事实上,在科学界,科学家对暗物质的认知也长期处于混乱状态。

自从神秘的暗物质幽灵于1933年首次出现在人类面前以来,很长一段时间以来,暗物质并没有引起科学家们的多大兴趣。

一方面,几乎没有证据证实暗物质的存在。另一方面,宇宙中有看不见的东西也就不足为奇了。没有光的矿井充满了看不见的矿藏和土壤。企业家可能仍然感兴趣,但是物理学家不关心这个,除非有超出人类对暗物质认知的东西。

事实上,直到20世纪70年代末,仍有许多人不相信暗物质的存在。

如果有人在物理会议上说“暗物质存在”,许多人可能会礼貌地微笑。然而,如果有人敢说“暗物质可能是构成宇宙的基本粒子”,许多同事更可能会说“哈哈哈”

自20世纪60年代以来,随着天文学方面的重大突破和美国空间计划的刺激,天文学的经费大幅增加,吸引了许多学习天文学的学生和许多物理学博士进入各个领域进行天文学研究。这两个领域的学者的兴趣集中在宇宙学领域,暗物质是基本粒子的假设已经开始被认真考虑。

20世纪80年代,皮布尔斯教授描述了一种叫做“冷暗物质”的模型。这种暗物质粒子相对于早期宇宙中的光速移动非常慢,所以它们被称为“冷”。

由于这种寒冷的性质,在由这种暗物质主导的宇宙中形成的第一个结构是质量非常低的小暗物质团。这些团块将通过合并和增加周围的暗物质而生长。普通物质将沉积在暗物质团的中心,直到恒星点燃,星系形成。

使用超级计算机,人们可以模拟宇宙中由这种暗物质主导的结构是如何形成的。结果表明,冷暗物质可以很好地解释星系测量中观察到的星系的空间分布。

同样,在皮布尔斯教授的贡献下,我们人类正在阐明我们在宇宙中的位置。也许我们可以理解,当奶油和咖啡在漩涡中混合并画出条纹时,我们可以得到一个微妙而复杂的结构。我们是宇宙咖啡杯里的漩涡。"

然而,像我这样的许多网民,研究诺贝尔奖,打呵欠,不知不觉地喝了一杯咖啡,然后大吃一惊:我正在摧毁一个平行的宇宙吗?

新世界的发现者

人类很久以前就想知道宇宙中是否有类似的生命。布鲁诺和牛顿在16世纪和17世纪都考虑过这个问题。然后人们需要首先找到一个可居住的外星球。

然而,系外行星极难找到——行星本身不发光,但只能反射恒星的光;这意味着地球的绝对亮度实际上非常非常弱。同时,最近的恒星和地球之间的距离以光年为单位进行测量。由于相距如此之远,系外行星必然会被它们周围的恒星所包围。换句话说,地球上的望远镜看不到系外行星。

三四百年来,这项事业没有任何进展。在这个世界上,所有跑出去声称已经发现太阳系外行星的人只能证明他们都在看自己。

但是在20世纪90年代,来自瑞士的大师和学徒麦尔和奎罗斯试图突然出生。他们用相当有力的证据证明了系外行星的科学存在。

迈尔(右)和奎罗斯

他们是如何完成这项科学壮举的?

方法是径向速度法。

在10月8日诺贝尔物理学奖的颁奖仪式上,诺贝尔奖委员会物理学会秘书长做了一个类比来分析这种方法:“就像火车进出车站时,声音是不同的。”——

如果一颗恒星周围真的有一颗行星,恒星和行星将形成一个相互绕轨道运行的两体系统。

你周围有人吗?如果有人比你重得多,那就更好了。你不妨邀请ta和你一起跳转圈舞——你绕ta转得很快,你就像太阳系外的行星;ta呢。因为质量比你大,ta的旋转比你小得多。ta象征着那颗星。

当这样一对天体相互旋转时,地球有一种感知方式-

当行星离开地球时,恒星会稍微靠近地球。这时,恒星发出的光会稍微带蓝色;

另一方面,当行星靠近地球时,恒星会稍微远离地球。此时,恒星发出的光会微微泛红。

因此,你知道迈耶大师(Master Maier)和他的弟子们坐在真实系统外行星上的基础:如果发现恒星的光谱有周期性的蓝移和红移交替,那么就可以得出恒星有行星的结论。这是径向速度法。

1995年底,迈耶和奎罗斯在《自然》杂志上发表了一篇论文,宣布他们在法国普罗旺斯天文台使用了一种新的分光计来探测距离太阳51,50光年的一颗名为飞马座(Pegasus)的恒星光谱中交替出现蓝移和红移的4.2天周期。

由此,他们推断,在距离飞马座51仅有800万公里的地方,有一颗木星大小的行星,在公转周期为4.2天。迈尔和奎罗斯称这颗行星为飞马座51b。这是人类历史上第一颗围绕主序星旋转的太阳系外行星。

这一里程碑式的发现为人类打开了通向新世界的大门。在接下来的20年里,跟随迈尔和奎罗斯的脚步,天文学家发现了近4000颗系外行星。

《纽约时报》甚至将麦尔和奎罗斯发现系外行星比作哥伦布和美洲发现,称这两人为“新大陆的发现者”。

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