※奇闻提要:
2011年10月,瑞典皇家科学院决定将今年的诺贝尔物理奖授予保穆特,以及他的竞争对手布里安·施密特(Brian P. Schmidt)和亚当·里斯(Adam G. Riess)。他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星,发现宇宙正在加速膨胀”。
宇宙学家们早就知道索尔·保穆特(Saul Perlmutter)要获诺贝尔奖,至于是哪一年的10月,只是个时间问题。在他做出那项重要发现10周年之际的2008年,《科学美国人》杂志曾问他是否每到十月份就会激动起来,他回答说:“人们可以把一辈子的时间都用来期待诺奖,这不是一个很健康的心理状态。”
事实证明,保穆特并不需要期待一辈子,他的诺贝尔奖来得还算比较快。2011年10月,瑞典皇家科学院决定将今年的诺贝尔物理奖授予保穆特,以及他的竞争对手布里安·施密特(Brian P. Schmidt)和亚当·里斯(Adam G. Riess)。他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星,发现宇宙正在加速膨胀”。
1998年,保穆特的团队和施密特的团队分别独立宣称发现宇宙加速膨胀。据同行讲,他们之间的竞争“很激烈”,为究竟是谁率先做出了这项发现而争执不下。2008年,在一次暗物质研究的国际会议上,先是保穆特团队的一位老先生上台说,保穆特早就在自己大学的讲座里提到了这项发现。而施密特团队的人则上台反驳,称保穆特那番讲座只不过是举了一个例子,并不是在说明实际的观测结果。甚至,阵营之中还有人在自己撰写的科普书中暗暗嘲讽对方。
“现在同时获得了诺贝尔奖,他们的争执大概也就了结了。”中科院国家天文台暗能量组首席科学家陈学雷对南方周末记者说。
从“不靠谱”的研究出发
索尔·保穆特,1959年出生于美国伊利诺伊州,天体物理学家。他一开始所从事的研究在许多天文学家看来都相当“不靠谱”。那是在1990年代,保穆特所在的劳伦斯伯克利实验室(LBL)从美国一名军工科学家那里获得启发,研制了一套自动搜寻天体的系统。实验室当时想用这套系统来寻找所谓的 “复仇之星”(Nemesis),也就是在一些人的假想之中,那颗太阳的伴星,它造成了地球历史上的生物大灭绝。
实际上,劳伦斯伯克利实验室从建立之初就散发出特异的气息,因为它的创始人是路易斯·阿尔瓦雷茨(Luis Alvarez)。用保穆特的话来讲,此人的风格就是“寻找有趣的科学——不管它在哪,然后找到工具去研究它们”。美国在广岛投下原子弹时,阿尔瓦雷茨是在轰炸机上测量爆炸效果的科学家。他曾钻到金字塔内部,记录宇宙线打穿金字塔之后的状况,以期揭示金字塔的内部结构。他首先提出了恐龙灭绝是由小行星撞击导致的。他还因为发明高能物理实验中用到的气泡室而获得了1968年的诺贝尔奖。
就是在阿尔瓦雷茨建立的这种由着兴趣来的研究风气中,劳伦斯伯克利实验室开始寻找那颗“复仇之星”。他们理所当然地没有找到“复仇之星”。但这也并不是说他们一无所获。他们在这个过程中意识到,运用相同的技术,能够去寻找超新星。
超新星是一些质量较大的恒星演化到晚期发生爆炸所产生的天体。它们在短时间内很明亮,一颗超新星的亮度可以相当于整个星系。超新星中有一类被称作Ia型超新星,天文学家认为它的亮度是固定的,可以当作“标准烛光”来使用。也就是说,它离我们越远,我们看到它就越暗,由此在天文学中可以用它们来测量距离。
劳伦斯伯克利实验室后来将研究方向由“复仇之星”转向了寻找宇宙中的“标准烛光”。但是搜寻超新星也不是一件容易的事情。尽管它们本身很明亮,但由于距离遥远,在地球上看来,超新星还是相当的暗弱。另一个困难在于,超新星爆发之前并不会做出预告,而天文学家的望远镜使用时间是提前至少几个月就申请好的,所以当超新星出现时,你并不一定能有可用的望远镜。保穆特曾经给世界各地的天文学家打电话请求他们协助观测,但这些人当然都会认为自己手头在做的事情更重要,所以并不是每次都配合。
由于种种障碍,劳伦斯伯克利实验室搜寻超新星的项目一开始是两手空空,一些研究人员对此感到悲观,有人转行去做科普了,也有人去研究更为现实的气候变化问题。保穆特是少数坚持了下来的人。他后来接掌这个项目的时候,正是它最让人黯然的时期,当时他们一颗超新星都没有发现。但是美国的资助机构却继续给了他们经费,支持这项看上去毫无成果可言的研究。 |本文转载于:奇图网
“2011年诺贝尔物理奖带给我们的一个启示就是,你根据什么标准来判断是否资助一项研究。”陈学雷感慨道,“要通过真正懂行的专家来评估它,考虑其具体的方案,看它在科学和技术上是否具有前景。如果仅仅看有没有发表论文,或者是否完成了计划,那么这种评估就是任何人,甚至是一个管理者就能做的了。”
并不存在的错误
与保穆特相比,澳大利亚国立大学的施密特和美国约翰·霍普金斯大学的里斯,都是更为“正统”的天体物理学家。施密特1967年出生于美国,他在哈佛大学读博期间的工作便是与著名天文学家罗伯特·科什那(Robert Kirshner)一起用超新星测距。里斯1969年出生于华盛顿,同样师从科什那,同样做的是用超新星测距的工作。
也正因为他们从一开始就是从事这项工作,所以当他们试图用超新星去测量宇宙膨胀的时候,他们会很清楚弥漫在天文学家之中的悲观情绪。不仅仅是搜寻超新星非常困难,而且在它们是否能被当作标准烛光这个基本问题上,天文学家也有诸多怀疑。
但是他们仍然决定从事自己的老本行。1995年,施密特来到澳大利亚,开始调用地球上最大的望远镜搜寻超新星。他们倒是比较幸运,第一年便发现了一颗超新星。他们所使用的观测方法不同于保穆特的团队,不过二者心中的预期是相同的:发现宇宙膨胀正在减速。
大约在137亿年前,我们的宇宙在一次大爆炸中诞生,然后一直膨胀到今天。对于宇宙的未来,科学家们认为有三种可能性。一是膨胀会慢慢停止,然后整个宇宙再缩回去;一是宇宙会加速膨胀下去,变得越来越大,越来越冷,越来越空。最多的人认为,膨胀会减速,但介于以上二者之间。施密特、里斯和保穆特当时也是这样认为的。 |本文转载于:宇宙奇闻奇图网
但是,他们的观测结果却分明给出了相反的结论:宇宙膨胀并没有减速,而是在加速。里斯把所有数据处理完得到这个结论时,第一反应是:“啊,我犯了个可怕的错误,我得把这个错误找出来。”然后,他花了几个星期的时间寻找那个并不存在的错误,这个过程让他开始想到,这个结果会不会是正确的?
而在保穆特那边,他们也并不是一下子就发现了重大突破。他们也是在对数据的处理过程中慢慢意识到事情的不同寻常。他们没有像阿基米德那样在泡澡的时候突然喊出“Euraka!”(找到了),而是在持续九个月的时间里逐个拼出以上六个字母。
竞争的一个好处就是,它让里斯看到,原来其他人也得到了与他们相同的结论。于是,他的想法从“我犯了个可怕的错误”转变为,“我的天哪,这可能是正确答案!”
随着两个团队分别发表自己独立的研究结果,“宇宙在加速膨胀”成了为1998年最大的科学突破。天文学家为了解释这一现象,提出了“暗能量”的概念。正是在暗能量的驱动下,宇宙出现了加速膨胀。
暗能量和暗物质成为了或许是21世纪初最令天体物理学家们迷惑的课题,它们的实质至今尚未清楚。现在知道的是,我们的宇宙由大约70%的暗能量、26%的暗物质和4%的普通物质组成。我们的身体、我们所用到的一切,我们看到的天上所有的星星,都只属于那4%的宇宙。