2019年诺贝尔物理学奖揭晓

 新闻资讯     |      2019-12-08 07:03

北京时刻10月8日音讯,2019年诺贝尔物理学奖揭晓:加拿大裔美国科学家James Peebles、瑞士科学家Michel Mayor、瑞士科学家Didier Queloz获奖。奖赏他们 在增进咱们对世界演化,以及地球在世界中位置的了解方面所做出的奉献 。其间一半奖金颁发美国普林斯顿大学的James Peebles,获奖理由是 关于物理世界学方面的理论发现。 另一半奖金颁发瑞士日内瓦大学的Michel Mayor,以及瑞士日内瓦大学/英国剑桥大学的Didier Queloz,获奖理由是 发现了环绕其他类太阳恒星运转的系外行星 。

关于咱们在世界中位置的簇新视角

本年的诺贝尔物理学奖奖赏人类关于世界结构与前史方面的簇新了解,以及环绕类太阳恒星运转的系外行星。James Peebles关于物理世界学的洞悉丰厚了整个研讨范畴并为曩昔50年间世界学范畴所发作的深化革新奠定了根底,将猜测变为了科学。他在上世纪1960年代中期以来所树立的理论结构,现已成为咱们了解世界的根底。

大爆破模型描绘了世界从大约140亿年前诞生初步的前史,其时的世界极点高温,密度极大。自那今后,世界阅历了不断的胀大,体积变大,不断降温。大约在世界大爆破之后40万年,世界初步变得通明,光第一次得以在世界间传达。即便在今日,这一陈旧的辐射依旧充满在咱们的周围,并在其间隐藏着许许多多关于世界的隐秘。凭借他所创始的理论东西和计算办法,James Peebles得以解码这些来自世界婴儿时期的头绪,并发现了全新的物理学进程。

他的研讨成果显现,咱们所知的世界只占到世界的5%,它包含了一切的恒星,行星,树木,以及咱们。剩下的95%都是不知道范畴,包含暗物质以及暗能量。这是今世物理学所面对的严重疑团和应战。

1995年10月,Michel Mayor和Didier Queloz宣告初次发现太阳系外的一颗行星,一颗系外行星,环绕咱们的银河系中的一颗相似于太阳的恒星运转。在法国南部的Haute-Provence地理台,运用定制的仪器,他们能够看到行星 51 Pegasi b ,一个可与太阳系最大的气体巨星 木星 相媲美的气态球体。

这一发现敞开了地理学的一场革新,自那时以来,银河系现已发现了4000多颗系外行星。奇特的新世界仍在不断被发现,其巨细、形状和轨迹之丰厚令人难以置信。这些行星应战了咱们对行星体系的先入之见,并迫使科学家批改他们关于行星来历背面的物理进程的理论。跟着很多的寻觅系外行星的方案着手施行,咱们或许最终能答复其他星球是否有生命存在这一永久的问题。

本年的获奖者改变了咱们对世界的观念。James Peebles的理论发现有助于咱们了解世界在大爆破后是怎么演化的,而Michel Mayor和Didier Queloz则在寻觅不知道行星的进程中探究了咱们的世界街坊。他们的发现永久改变了咱们对地球和世界的观念。

现代世界学提醒了世界的前史,以及世界中令人意想不到的物质和能量组成部分。与此一起,人们发现太阳远不是银河系中仅有具有行星的恒星。新的发现显现,行星体系具有广泛的多样性。在曩昔的几十年里,咱们对世界的了解发作了深化的改变,也改变了咱们对地球在世界中所在位置的观念。本年的诺贝尔物理学奖重视的正是这些突破性的发现。

物理世界学

地理学家对世界微波布景中温度各向异性的丈量越来越准确,对世界胀大前史的研讨也愈加深化,一起对世界大型结构的地理观测也越来越具体,这一切都使世界学开展成为一门以准确性为标志的科学。

如此令人兴奋的开展之所以成为或许,要感谢曩昔半个世纪以来,物理学家们在世界学理论结构中的突破性发现。本年的诺贝尔奖得主James Peebles在这个范畴做出了创始性的奉献。他经过具体的建模,并使用剖析和数值办法,对世界的根本特点进行了探究,发现了意想不到的新物理学。现在,咱们有了一个一致的模型,能够描绘世界从开始的几分之一秒到现在以及悠远未来的状况改变。

图一:左边是世界不知道的来历点,逐步向右侧扩展,构成一个不断变暗的世界。右侧的曲线指示布景辐射。

图一:左边是世界不知道的来历点,逐步向右侧扩展,构成一个不断变暗的世界。右侧的曲线指示布景辐射。

现代世界学树立在爱因斯坦广义相对论的根底上,假定了开始的 大爆破 时期,其时世界极端高温文稠密。大爆破后不到40万年,世界温度下降到3000K左右,电子与原子核得以结组成原子。由于没有留下任何能轻易与光子互相作用的带电粒子,其时的世界对光是通明的。这种辐射现在以世界微波布景的方式呈现。由于世界学上的红移,CMB的温度现在只要2.7K 自物质和辐射去耦以来,这一系数降低了约1100倍。在图1中,CMB的来历能够当作一个屏幕,使咱们无法轻易地回溯到大爆破后几百万年曾经的时刻。

美国恐惧小说作家埃德加 爱伦 坡是最早提出世界始于大爆破这类观念的人之一,他在他的散文诗《尤里卡》中描绘称,世界是有初步的,以此来解说为什么夜晚的天空是漆黑的。这一问题后来被称为奥伯斯佯谬,由德国地理学家海因里希 威廉 奥伯斯于1823年提出,指出若世界是稳恒态且无限的话,那晚上应该是亮光而不是漆黑的。在《尤里卡》中,爱伦 坡乃至提出世界开始是一个 原始粒子 ,然后爆破了。

1922年,俄罗斯数学家、世界学家亚历山大 弗里德曼使用爱因斯坦新提出的广义相对论,初次提出了世界胀大的数学理论。他在1924年进一步开展了自己的理论。1927年,这些观念被比利时天主教神父和地理学家乔治 勒梅特从头发现,他后来提出了 原始原子 的概念。勒梅特还以为,星系之间正在互相远离,这一点能够用世界胀大来解说。1924年,瑞典地理学家克努特 伦德马克取得了相似的观测成果,虽然严密性和准确性有所缺乏。跟着美国地理学家埃德温 哈勃在1929年的观测,人们遍及接受了世界实际上在胀大的观念。

经过地理观测,咱们了解到以核子方式存在于恒星、气体云等结构中的惯例重子物质的数量,不超越现在总能量密度的5%。此外,暗物质占世界临界密度的26%。咱们也能够称暗物质为看不见的物质,由于它既不发光也不吸收光。到现在为止,地理学家只能经过暗物质的引力效应来了解它。

世界中最重要的组成部分是世界学常数,它代表了不受胀大影响的稳定能量密度。世界学常数是暗能量的两种模型之一, 暗能量 一词也说明晰它随时刻和空间改变的或许性。也就是说,暗能量纷歧定是量子场论中引进的常数,也纷歧定与真空能量有关。观测成果表明,暗能量约占世界临界密度的69%。跟着物质的其他成分被胀大稀释,暗能量将跟着时刻变得越来越重要。

暗能量能够迫使星系加快远离互相,这一点好像并不直观,但却是暗能量不寻常特点的直接结果。图1的右半部分显现了世界加快胀大的阶段,星系的数量逐步稀少。在图1中,图中心橘红色的 火焰 显现的是大爆破时期,这暗示着在大爆破之前,或许还存在一个预备阶段,如胀大阶段。地理学家假定存在一个快速加快的胀大时期,这能够解说世界的几个特性,比方平整性。

世界的根本组成部分,以及它们之间怎么互相作用和演化的方程,构成了大爆破世界学中的索引模型,有时称为 CDM。其间 为世界学常数,是解说当时世界观测到的加快胀大的暗能量项;CDM即冷暗物质的英文缩写。这个模型是物理世界学的一次成功,它体系地将物理规律应用于世界的演化。该模型最重要的创始人之一就是James Peebles,他出书的三本教科书《物理世界学》、《世界的大标准结构》和《物理世界学原理》现已成为该范畴重要的参考文献。

获奖者简介

James Peebles,1935年出世于加拿大温尼伯。1962年获美国普林斯顿大学博士,现在是美国普林斯顿大学阿尔伯特 爱因斯坦荣誉科学教授。

Michel Mayor,1942年出世于瑞士洛桑。1971年取得瑞士日内瓦大学博士,现在是瑞士日内瓦大学教授。

Didier Queloz,1966年出世。1995年取得瑞士日内瓦大学博士,现在是瑞士日内瓦大学和英国剑桥大学教授。