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          2019諾貝爾物理學獎:重新認識我們在宇宙中的位置


            今天,2019年諾貝爾物理學獎授予加拿大裔美國物理學家和理論宇宙學家詹姆斯·皮布爾斯(James Peebles)、瑞士天文學家米歇爾·梅耶(Michel G。 E。 Mayor)和瑞士天文學家迪迪埃爾·克羅茲(Didier Queloz),以表彰他們在理解宇宙進化上作出的卓越貢獻——因為他們的工作,人類重新認識了自身在宇宙中的位置。
           
            詹姆斯·皮布爾斯因在物理宇宙學理論上作出了突出貢獻獲獎,將獲得 1/2 的獎金;而米歇爾·梅耶和迪迪埃爾·克羅茲因共同發現了第一顆圍繞類太陽恒星運轉的系外行星獲獎,將平均分享另外 1/2 的獎金。
           
            這三位新晉諾獎得主擁有怎樣的科研生涯?為什么他們的貢獻如此關鍵?讓我們為您一一解讀。
           
            詹姆斯·皮布爾斯(James Peebles)
           
            詹姆斯·皮布爾斯是加拿大裔美國物理學家和理論宇宙學家,目前是美國普林斯頓大學阿爾伯特·愛因斯坦科學名譽教授。他 1935 年 4 月 25 日出生于加拿大曼尼托巴省溫尼伯,并在曼尼托巴大學(University of Manitoba)獲得了學士學位,1958 年離開曼尼托巴進入普林斯頓,于1962 年獲得普林斯頓大學博士學位。
           
            皮布爾斯為大爆炸模型(Big Bang model)做出了許多重要的貢獻。他與羅伯特·迪克(Robert H。 Dicke)等人一起預測了宇宙微波背景(CMB)輻射;為大爆炸核合成、暗物質和暗能量做出了重大貢獻;此外他還是 1970 年代宇宙結構形成理論的主要先驅。
           
            一直以來,皮布爾斯都在不斷創新基本觀念,例如,他在 1987 年提出了原初等曲率重子模型(primordial isocurvature baryon model);在 1970 年代初期為暗物質問題的創立作出了貢獻。他還因奧斯特里克-皮布爾斯判據(Ostriker-Peebles criterion)而聞名,該判據與銀河系形成的穩定性相關。
           
            獲獎經歷:愛丁頓獎章(Eddington Medal,1981),海因曼獎(Heineman Prize,1982),皇家學會會員(Fellow of the Royal Society,1982),亨利·諾里斯·羅素講座(Henry Norris Russell Lectureship,1993),布魯斯獎章(Bruce Medal,1995),奧斯卡·克萊因獎章(Oskar Klein Medal,1997),英國皇家天文學會金獎( Gold Medal of the Royal Astronomical Society,1998),格魯伯宇宙學獎(Gruber Prize in Cosmology,2000),哈維獎(Harvey Prize,2001),邵逸夫獎(Shaw Prize,2004),克拉福德獎(Crafoord Prize,2005),狄拉克獎章(Dirac Medal,2013),諾貝爾獎(2019)。
           
            米歇爾·梅耶(Michel G。 E。 Mayor)
           
            米歇爾·梅耶是瑞士天文學家,他 2007 年退休前任教于日內瓦大學天文學系,目前仍以榮譽退休教授身份繼續在日內瓦天文臺進行研究。
           
            梅耶 1942 年生于瑞士沃州埃沙朗。1966 年在洛桑大學取得物理學士學位之后,他于 1971 年在日內瓦大學取得天文學博士學位。1971 年他在劍橋大學天文研究所工作,隨后以休假方式在智利的歐洲南方天文臺和夏威夷的夏威夷大學天文研究所進行研究。
           
            他和迪迪埃爾·克羅茲于 1995 年一起發現了第一個環繞類太陽恒星飛馬座51的行星:飛馬座51b。此后,他的研究聚焦在搜尋系外行星上。
           
            1998 年 8 月,梅耶獲得了專門頒發給瑞士籍或有瑞士居留權科學家的馬塞爾·本努瓦獎;同年獲得法國天文學會頒發最高獎項皮埃爾·讓森獎。2000 年,他獲得巴仁獎,2004 年獲得阿爾伯特·愛因斯坦獎章、法國榮譽軍團勛章騎士勛位。2005 年他獲得邵逸夫獎的天文獎。2010 年,梅耶獲得維克托·安巴楚勉國際獎(Viktor Ambartsumian International Prize)和德國天文學會卡爾·史瓦西獎章。2015 年 1 月他獲得英國皇家天文學會頒發最高榮譽金質獎章。
           
            迪迪埃爾·克羅茲(Didier Queloz)
           
            迪迪埃爾·克羅茲 1966 年 2 月出生,他是瑞士天文學家,卡文迪許實驗室和日內瓦大學的物理學教授。1995 年,克羅茲在日內瓦大學攻讀博士學位期間,與他的導師米歇爾·梅耶一起發現了太陽系外的第一個巨行星,這一發現挑戰了當時公認的行星形成觀點,為行星形成和演化理論帶來了一場革命。從那時起,克羅茲就參與了一系列成功的精密光譜儀開發工作,極大地提高了多普勒技術的精度。
           
            2007 年,在新興的行星軌道探測領域,他與英國的 WASP 團隊建立了成功的國際合作,為光譜確認、精確的光度跟蹤和新行星的確認提供了新的研究方法。他還積極參與過境行星的探測工作。
           
            因為開發出了新的觀察太陽系外行星的天文學儀器和實驗技術,2011 年克羅茲(和他的博士導師梅耶)獲得了 BBVA 基礎科學前沿知識獎,2017 年,克羅茲獲得了沃爾夫物理學獎。
           
            2013年,他成為劍橋大學教授,負責領導一項全面的研究計劃,目的是使我們進一步了解系外行星的形成,結構和宜居性,并促進和分享這一點的興奮性。
           
            他的研究興趣為系外行星、恒星物理學和宇宙生命。
           
            2019年諾貝爾物理學獎:重新認識我們在宇宙中的位置
           
            今年的諾貝爾物理學獎授予重新認識宇宙結構和歷史的研究,以及首個圍繞類太陽恒星旋轉的系外行星的發現。
           
            詹姆斯·皮布爾斯(James Peebles)對物理宇宙學的洞見豐富了整個研究領域,為過去五十年宇宙學研究從推測轉化成科學奠定了基礎。他在 20 世紀 60 年代中旬發展的理論框架如今已成為我們理解宇宙的基礎。
           
            大爆炸模型描述了大約 140 億年前宇宙誕生之初的狀態,當時的宇宙擁有極高的溫度和密度。在此之后,宇宙不斷膨脹,變得越來越龐大,也越來越冷。大爆炸之后僅僅過了 40 萬年,宇宙已經變得透明,讓光線得以穿過。即使在今天,這一古老的輻射仍然包圍著我們,宇宙的許多秘密就隱藏其中。皮布爾斯利用理論工具和計算,詮釋了宇宙早期留下的痕跡,并發現了新的物理過程。
           
            這些結果對我們展示了這樣一個宇宙——我們只了解了它的 5%,這些物質構成了恒星、行星、樹木與我們。剩余的 95% 是仍然未知的暗物質和暗能量,這是現代物理學所面臨的謎團和挑戰。
           
            1995 年 10 月,米歇爾·梅耶(Michel G。 E。 Mayor)和迪迪埃爾·克羅茲(Didier Queloz)宣布發現了第一顆太陽系之外的行星,即系外行星。它位于我們所處的銀河系中,圍繞一顆類太陽恒星運行。在法國南部的上普羅旺斯天文臺(Haute-Provence Observatory),他們用專門定制的望遠鏡發現了飛馬座51b(51 Pegasi b),這是一顆氣態行星,體量與太陽系最大的氣態巨行星——木星相當。
           
            這一發現掀起了天文學的一場革命,此后我們在銀河系中發現了 4000 多顆系外行星。奇特的新世界仍在被發現,它們有著各種各樣的大小、形態和軌道,差異之大令人難以置信。它們挑戰了我們關于行星系統的陳舊觀念,迫使科學家們修改了行星起源背后的物理過程的理論。已經有更多的計劃開始尋找系外行星,我們最終可能會找到一個永恒問題的答案,那就是宇宙中是否還有其他生命。
           
            今年的獲獎者改變了我們對宇宙的看法。詹姆斯·皮布爾斯的理論發現有助于我們理解大爆炸之后宇宙的演化,米歇爾·梅耶和迪迪埃爾·奎洛茲搜尋未知的行星,探尋了我們的宇宙“鄰居”。他們的發現已經永遠改變了我們對世界的認知。

          編輯整理:武漢龍門尚學

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