宇宙學(xué)又獲諾獎(jiǎng)

李淼

進(jìn)入21世紀(jì)，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)似乎特別偏愛(ài)宇宙學(xué)和天體物理，純粹的宇宙學(xué)和天體物理領(lǐng)域獲頒了4次獎(jiǎng)。如果加上和天體物理有關(guān)的中微子物理，則一共6次獲得獎(jiǎng)項(xiàng)。

今年的獎(jiǎng)分為兩部分，一部分頒給了現(xiàn)代宇宙學(xué)的創(chuàng)始人之一皮博斯，另一部分頒給了發(fā)現(xiàn)系外行星的師徒兩人馬約爾和奎洛茲。

先說(shuō)皮博斯。其實(shí)，早于他，20世紀(jì)30年代大爆炸宇宙學(xué)已經(jīng)誕生了，提出大爆炸的人是比利時(shí)研究神學(xué)和天文學(xué)的勒梅特。勒梅特不僅第一個(gè)發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹，他還由此推測(cè)，宇宙在很多年前應(yīng)該起源于一場(chǎng)大爆炸。他給這個(gè)大爆炸起了個(gè)十分有趣的名字：原始原子。不過(guò)，在那個(gè)時(shí)代，除了宇宙膨脹之外，宇宙大爆炸并沒(méi)有更多的實(shí)驗(yàn)證明。

到了1965年，兩位雷達(dá)專家彭齊亞斯和威爾遜發(fā)現(xiàn)了大爆炸的遺跡，就是太空中到處都是的微波輻射。彭齊亞斯和威爾遜用來(lái)發(fā)現(xiàn)微波輻射的雷達(dá)叫狄基輻射計(jì)。而這個(gè)狄基呢，就是皮博斯的老師。就在一年前，也就是1964年，狄基和皮博斯寫(xiě)了一篇論文，論文指出，宇宙中到處都是微波背景輻射，他們還預(yù)言了這些微波的波長(zhǎng)。這樣，他們一起開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代宇宙學(xué)。

如果發(fā)現(xiàn)一顆恒星的光譜出現(xiàn)了周期性的藍(lán)移和紅移交替的現(xiàn)象，就可以斷定這顆恒星擁有一顆行星。

非常遺憾的是，皮博斯的老師狄基沒(méi)有等到獲獎(jiǎng)的那一天，而皮博斯則等了整整55年。在過(guò)去的55年間，現(xiàn)代宇宙學(xué)取得了輝煌的成績(jī)：我們知道宇宙大爆炸發(fā)生在大約137億年前，我們知道恒星是如何形成的、星系是如何形成的，我們也知道宇宙中各種元素是怎么來(lái)的。我們甚至還知道了宇宙中的普通物質(zhì)只占宇宙中能量的百分之五以下，其他的都是暗物質(zhì)和暗能量。我們甚至還探測(cè)到了引力波：發(fā)現(xiàn)兩個(gè)黑洞碰撞變成一個(gè)黑洞之后輻射出強(qiáng)大的引力波。

接下來(lái)我們談?wù)劮窒砹硪话胫Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金的師徒兩人。老師叫馬約爾，是瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的教授;學(xué)生叫奎洛茲，是劍橋大學(xué)的教授。

我們知道，太陽(yáng)系內(nèi)有不少行星，有更多的小行星。那么，恒星有自己的行星嗎？用天文望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀測(cè)，這是很難的，因?yàn)椋罱暮阈蔷嚯x我們也有4光年之遠(yuǎn)，如果它們擁有行星，發(fā)出的光幾乎是無(wú)法觀測(cè)到的。

但是，1995年，這對(duì)師徒想到一個(gè)辦法：如果一顆恒星的周圍真的存在一顆行星，恒星和行星就會(huì)構(gòu)成一個(gè)彼此繞轉(zhuǎn)的兩體系統(tǒng)。在萬(wàn)有引力相互吸引之下，恒星和它附近的行星就會(huì)互相繞著轉(zhuǎn)。只是，由于恒星質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于行星質(zhì)量，恒星旋轉(zhuǎn)的幅度遠(yuǎn)比行星要小。

由于在彼此旋轉(zhuǎn)，當(dāng)行星離地球遠(yuǎn)去時(shí)，恒星就會(huì)稍微靠近地球;恒星發(fā)出的光頻率就會(huì)大一些。而當(dāng)行星向地球飛來(lái)時(shí)，恒星就會(huì)略微地遠(yuǎn)離地球;此時(shí)，恒星發(fā)出的光頻率就會(huì)小一些。這樣一來(lái)，如果一顆恒星的周圍真的存在一顆行星，這顆恒星的光譜就會(huì)出現(xiàn)周期性的藍(lán)移和紅移交替的現(xiàn)象。換言之，如果發(fā)現(xiàn)一顆恒星的光譜出現(xiàn)了周期性的藍(lán)移和紅移交替的現(xiàn)象，就可以斷定這顆恒星擁有一顆行星。這種探測(cè)系外行星的方法就是徑向速度法。

就這樣，在1995年，他們發(fā)現(xiàn)與太陽(yáng)相距50光年名叫飛馬座51的恒星系中有一顆行星。這個(gè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)然非常重要，它導(dǎo)致了后來(lái)更多的系外行星的發(fā)現(xiàn)。為什么系外行星的存在很重要呢？不少人看過(guò)《流浪地球》吧？總有一天，人類需要離開(kāi)我們的太陽(yáng)系，這樣，其他適合人類生存的系外行星就很重要了。