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  2019年11月《小康》上旬刊
  栏目:专栏
讲点物理:宇宙学又获诺奖

★文 /李淼

  中国小康网 独家专稿

  文|李淼

  诺贝尔物理学奖在新世纪似乎特别偏爱宇宙学和天体物理,纯粹的宇宙学和天体物理领域获颁了4次奖。如果加上和天体物理有关的中微子物理,则一共6次获得奖项。

  进入21世纪,诺贝尔物理学奖似乎特别偏爱宇宙学和天体物理,纯粹的宇宙学和天体物理领域获颁了4次奖。如果加上和天体物理有关的中微子物理,则一共6次获得奖项。

  今年的奖分为两部分,一部分颁给了现代宇宙学的创始人之一皮博斯,另一部分颁给了发现系外行星的师徒两人马约尔和奎洛兹。

  先说皮博斯。其实,早于他,20世纪30年代大爆炸宇宙学已经诞生了,提出大爆炸的人是比利时研究神学和天文学的勒梅特。勒梅特不仅第一个发现宇宙在膨胀,他还由此推测,宇宙在很多年前应该起源于一场大爆炸。他给这个大爆炸起了个十分有趣的名字:原始原子。不过,在那个时代,除了宇宙膨胀之外,宇宙大爆炸并没有更多的实验证明。

  到了1965年,两位雷达专家彭齐亚斯和威尔逊发现了大爆炸的遗迹,就是太空中到处都是的微波辐射。彭齐亚斯和威尔逊用来发现微波辐射的雷达叫狄基辐射计。而这个狄基呢,就是皮博斯的老师。就在一年前,也就是1964年,狄基和皮博斯写了一篇论文,论文指出,宇宙中到处都是微波背景辐射,他们还预言了这些微波的波长。这样,他们一起开创了现代宇宙学。

  非常遗憾的是,皮博斯的老师狄基没有等到获奖的那一天,而皮博斯则等了整整55年。在过去的55年间,现代宇宙学取得了辉煌的成绩:我们知道宇宙大爆炸发生在大约137亿年前,我们知道恒星是如何形成的、星系是如何形成的,我们也知道宇宙中各种元素是怎么来的。我们甚至还知道了宇宙中的普通物质只占宇宙中能量的百分之五以下,其他的都是暗物质和暗能量。我们甚至还探测到了引力波:发现两个黑洞碰撞变成一个黑洞之后辐射出强大的引力波。

  接下来我们谈谈分享另一半诺贝尔物理学奖金的师徒两人。老师叫马约尔,是瑞士日内瓦大学的教授;学生叫奎洛兹,是剑桥大学的教授。

  我们知道,太阳系内有不少行星,有更多的小行星。那么,恒星有自己的行星吗?用天文望远镜来观测,这是很难的,因为,最近的恒星距离我们也有4光年之远,如果它们拥有行星,发出的光几乎是无法观测到的。

  但是,1995年,这对师徒想到一个办法:如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星,恒星和行星就会构成一个彼此绕转的两体系统。在万有引力相互吸引之下,恒星和它附近的行星就会互相绕着转。只是,由于恒星质量远远大于行星质量,恒星旋转的幅度远比行星要小。

  由于在彼此旋转,当行星离地球远去时,恒星就会稍微靠近地球;恒星发出的光频率就会大一些。而当行星向地球飞来时,恒星就会略微地远离地球;此时,恒星发出的光频率就会小一些。这样一来,如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星,这颗恒星的光谱就会出现周期性的蓝移和红移交替的现象。换言之,如果发现一颗恒星的光谱出现了周期性的蓝移和红移交替的现象,就可以断定这颗恒星拥有一颗行星。这种探测系外行星的方法就是径向速度法。

  就这样,在1995年,他们发现与太阳相距50光年名叫飞马座51的恒星系中有一颗行星。这个发现当然非常重要,它导致了后来更多的系外行星的发现。为什么系外行星的存在很重要呢?不少人看过《流浪地球》吧?总有一天,人类需要离开我们的太阳系,这样,其他适合人类生存的系外行星就很重要了。

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  (《小康》·中国小康网 独家专稿)

  本文刊登于《小康》2019年11月上旬刊


 
编辑:李煦
来源:小康杂志
发布时间:2019-10-31


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