諾獎獲得者皮布爾斯的物理宇宙

皮布爾斯的物理宇宙

作者：

鄭政（猶他大學物理與天文系副教授、李政道研究所訪問教授）

張鵬傑（上海交通大學物理與天文學院天文系教授、李政道研究所兼職教授）

圖：獲得諾貝爾物理學獎當天早晨，皮布爾斯在他位於普林斯頓大學的辦公室(來自普林斯頓大學傳媒辦公室)。

2019年10月8日，瑞典皇家科學院宣布將今年的諾貝爾物理學獎授予詹姆斯·皮布爾斯（物理宇宙學方面的理論發現）以及米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲（首次發現圍繞類太陽恆星運動的系外行星）。

作為半個世紀以來宇宙學研究領域的卓越代表，詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles，即Jim Peebles）是現代物理宇宙學大廈的主要奠基者之一。他在宇宙微波背景輻射，宇宙原初核合成，重子聲波振蕩，宇宙中的結構形成，暗物質和暗能量等眾多方向做出了重大貢獻。他的三部著作《物理宇宙學》，《宇宙大尺度結構》，和《物理宇宙學原理》更是幾代宇宙學研究人員的藍寶書（第一部封面有淺藍的色塊，後兩部封面基調是藍色），乃入門和練功之必備秘籍。其實直到上世紀九十年代，宇宙學還有點曲高和寡，不被一些研究者看好。比如，九十年代初，一位博士後向加州理工大學的一資深教授詢問該校有沒有增設宇宙學方面教職的計劃，得到的答覆是：在很遠的將來，當宇宙學成為科學的時候。筆者之一在1997年左右也被好心的老師建議不要選擇宇宙學研究方向，因為宇宙學很難有進展 — 實際上，僅僅兩年之後以超新星觀測表明宇宙加速膨脹為標誌，以隨後的微波背景輻射各向異性觀測和大規模星系巡天為代表，宇宙學研究進入了黃金時代。宇宙學從哲學思考，定性討論，部分物理學家眼中的小玩鬧，逐漸成長為基于堅實物理基礎和框架的系統性的定量精確科學，皮布爾斯在其中扮演了關鍵的角色，他披荊斬棘，逢山開路，遇水搭橋，是領軍人物之一，功不可沒。他的貢獻是如此的重大、影響是如此的持久，以至於有人認為，「現代宇宙學之父」、「現代宇宙學的奠基人」、「現代宇宙學的巨人」都不足以形容他的貢獻 — 他不僅是現代宇宙學的奠基人，也是現代宇宙學的建設者，「現代物理宇宙學的發明人」（2012年S. Faber的採訪）。

上圖：皮布爾斯的三部宇宙學著作。

下圖：筆者之一存書扉頁的皮布爾斯親筆籤名。

現實生活中的皮布爾斯是一個溫文爾雅非常謙和的人，大家公認的友善。2004年筆者之一到普林斯頓高等研究院開始博士後研究工作。研究院的天體物理組每周都有一個例行報告會，邀請世界各地的優秀學者分享最新的研究工作，研究所和普林斯頓大學的天文研究人員都會來參加。筆者第一次參加這個報告會就注意到聽眾中有一位身材挺拔精神矍鑠的老者在很認真地聽報告，他問了一些問題，有些非常基本。筆者當時就覺得這老者真是謙虛，知之為知之，不知為不知，虛心請教，哪怕是最初級的問題。等報告會結束，一打聽，原來他就是大名鼎鼎的皮布爾斯！不由得敬仰之情又平添幾分，無論學問還是為人，高山仰止，乃我輩之榜樣。他當時已經退休，卻依然在享受科研之樂趣，是研究院的常客，時不時來參加報告會和午餐會，還有博士後的咖啡討論。2005年底，國家天文臺陳學雷研究員曾經計劃通過中國科學院的愛因斯坦講席教授項目邀請皮布爾斯訪華，遺憾的是由於種種原因未能成行。

圖： 2015年皮布爾斯在普林斯頓高等研究院紀念愛因斯坦廣義相對論創立100周年的會議上。 （https://www.ias.edu/news/peebles-nobel-prize）

皮布爾斯1935年生於加拿大馬尼託巴省。在馬尼託巴大學讀完本科以後，經校友介紹，他選擇於1958年赴普林斯頓大學物理系攻讀博士，準備研究粒子物理。普林斯頓大學物理系的研究生需要通過一個綜合考試，他在鑽研一些廣義相對論題目的時候，首次接觸到了宇宙學。後來通過一位馬尼託巴大學校友引薦，他開始參加羅伯特·迪克（Robert Dicke）教授的引力研究組的組會。他在迪克的指導下完成了博士論文，發展了一個精細結構常數變化的引力理論並基於放射性衰變測量結果對這一常數的變化進行了限制。皮布爾斯1962年取得博士學位以後，留在了普林斯頓大學，一直到現在。六十年代初，迪克等人製造了一個輻射測量計，準備探測宇宙熱大爆炸可能遺留下來的熱輻射。迪克邀請皮布爾斯對這個熱輻射進行一些理論研究，皮布爾斯的宇宙學生涯自此開啟。

左圖：1958年大學畢業時的皮布爾斯。

右圖：1990年在普林斯頓大學辦公室。

（來自普林斯頓大學傳媒辦公室）

皮布爾斯思想深邃，功底深厚。他在宇宙學方面的研究給他帶來了眾多榮譽，比如愛丁頓獎章，狄拉克獎章，格魯伯宇宙學獎等。2004年，皮布爾斯獲得了第一屆邵逸夫天文學獎。2005年他和普林斯頓大學天文系的詹姆斯·岡恩（James Gunn）同獲克勞福德獎（還有馬丁·裡斯，Martin Rees），由於兩人暱稱都是Jim，天文系慶祝會的蛋糕上就寫了「Congratulations, Jim & Jim!」。今年的諾貝爾物理學獎，既在意料之外又在情理之中。天文領域的諾貝爾物理獎項，大多是基於觀測的對我們理解大自然產生重要影響的發現（比如脈衝星和脈衝雙星的發現，微波背景輻射的發現和觀測，宇宙X射線和中微子觀測，宇宙加速膨脹的發現，引力波的探測，等等），像皮布爾斯這樣主要是理論貢獻的比例不大。如同錢德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar，1983年因對恆星結構和演化的理論研究榮獲諾貝爾物理學獎)，這個獎對皮布爾斯來說是錦上添花，有點姍姍來遲，可謂是終身成就獎。

好了，說了這麼多，讓我們來了解一下皮布爾斯的研究工作 。當我們著手寫此文的時候，才發現這基本上是一個不可能的任務：皮布爾斯在宇宙組份，宇宙演化，還有宇宙結構形成等諸多方面都有眾多影響深遠的貢獻，我們只能選擇性地介紹，掛一漏萬，能對他在宇宙學波瀾壯闊激動人心的發展過程中的貢獻領略一二就心滿意足了。

圖：宇宙的簡明演化歷史

通過一個多世紀理論研究和觀測探索，我們目前對宇宙總體和演化有了非常清晰的認識。為了闡述皮布爾斯在其中的貢獻，我們簡要回顧一下宇宙演化的基本圖像。我們的宇宙在經歷了極早期的極短暫的暴脹階段之後，從一個極高溫度極高密度的狀態不斷膨脹至今，已有大約140億年了。目前，宇宙中的能量組份構成中，70%左右是暗能量，25%左右是暗物質，只有5%左右是我們熟知的物質（稱為重子物質），還有近萬分之一的輻射成分。這只是當前的構成，不同的成份隨時間的演化是不同的。在早期，宇宙以輻射為主，溫度隨著膨脹不斷降低。在宇宙年齡是幾十秒鐘的時候，溫度低到不足以有高能光子把氘核解離，大爆炸核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN；也稱原初核合成）開始，質子和中子結合形成原子核。由於宇宙的膨脹，這個核合成過程只持續了三分鐘左右，產生了宇宙中最初的元素，主要是氫和氦4（還有少量的氘，氚，氦3，以及極少量的鋰）。充滿了輻射以及氫和氦等離子體的宇宙繼續膨脹，在宇宙年齡是大約5萬年的時候，物質（暗物質和重子物質）取代輻射成了宇宙能量密度的主要成份。年齡大約35萬年的時候，由於膨脹，宇宙溫度降低到4000K左右，氫和氦無法再保持電離狀態，原子核和電子結合形成原子。經過這一被稱為「再複合」（Recombination）的階段，宇宙從高度電離狀態轉為中性狀態。背景輻射場中的光子由此脫離了和等離子體重子物質相互作用的苦海而自由飛行至今（成為我們觀測到的宇宙微波背景輻射）。宇宙極早期暴脹的量子擾動在物質和輻射均勻分布的背景上產生了輕微的擾動，形成了極小的不均勻性。這個不均勻性由於引力不穩定性不斷被放大，在宇宙年齡大約一億年的時候，不斷增長的不均勻性導致暗物質暈和第一代恆星和星系的形成，宇宙結構形成和演化持續至今。在宇宙年齡約為100億年的時候，暗能量取代物質成為宇宙能量密度的主要成份。更早一些（宇宙年齡約75億年），暗能量已經開始主導宇宙膨脹的動力學，宇宙進入了加速膨脹階段。

＊宇宙微波背景輻射（Cosmic Microwave Background, CMB）

圖：1965年關於微波背景輻射的理論（左）和觀測發現（中）的兩篇論文背靠背發表在《天體物理學雜誌》；COBE衛星測量的微波背景輻射的黑體譜（右；數據點的誤差棒被放大了400倍，曲線是黑體譜擬合）。

從宇宙膨脹的觀測倒推回去，宇宙早期會極端高溫高密，以輻射為主，達到熱平衡的輻射其能量分布是特有的黑體譜。隨著宇宙的膨脹，溫度下降，這個黑體譜演化到現在的溫度是2.7K左右，峰值在微波波段，被稱為微波背景輻射。在六十年代初，這個輻射存在與否、溫度多少還是個未知數，雖然1941年麥克凱勒就注意到星際CN分子的吸收線預示著有個2.3K左右的輻射背景來激發，很少有人把它和早期宇宙聯繫起來。1964年皮布爾斯在迪克的建議下，對這個彼時被稱為原初火球的輻射進行了研究。迪克與羅爾和威爾金森利用他們製造的微波輻射計著手對這個可能的輻射進行探測。意外的是，貝爾實驗室的彭齊亞斯和威爾遜無心插柳，在對他們製造的接受衛星信號的靈敏天線進行調試時，發現一個無法消除的「噪音」，對應大約3.5K的天線溫度。他們的一位同事恰巧知道皮布爾斯不久前做過一個報告，於是建議他們和迪克聊聊。這一聊，聊來了他們的諾貝爾獎（1978年，物理），也聊沒了迪克等人的諾貝爾獎。原來，那個「噪音」正是宇宙大爆炸的遺蹟，迪克他們孜孜以求的背景輻射！交流的結果是來自兩個組的兩篇論文背靠背發表在了1965年的《天體物理學雜誌》上，前一篇五頁解釋宇宙黑體輻射（Dicke et al. 1965），後一篇一頁半說明測量結果（Penzias & Wilson, 1965；鄭重提示：拿諾貝爾獎，論文只需一頁半！）。

＊原初核合成

（Big Bang Neucleosynthesis, BBN）

宇宙微波背景輻射的發現是對大爆炸宇宙學的有力支持。在早期背景輻射極高溫度的情況下是不可能有原子核存在的，元素是隨著宇宙膨脹溫度降低到低於原子核結合能量級的時候才能產生。宇宙中元素起源的這個思想，伽莫夫和阿爾弗等人在四十年代末和五十年代初提出來並進行了計算嘗試（也預言了微波背景輻射）。由於種種原因，皮布爾斯並不知道他們的工作。皮布爾斯基於觀測到的微波背景輻射，在相對論宇宙學的基礎上對這一原初核合成過程利用計算機進行了數值計算（Peebles 1966）。現代的計算基本沿用了其方法和引入的物理過程，進行了更新，比如三種中微子（當時只發現了兩種）、還有更準確的反應截面和自由中子衰變速率。本質上，這個原初核合成是質子中子核反應形成原子核的速率和宇宙膨脹速率的競賽，取決於重子和背景輻射光子數密度之比。皮布爾斯的計算把各個過程考慮得很周全，得到了氘，氦3和氦4的豐度。比如他考慮了質子中子的質量差導致它們數密度的差異以及自由中子衰變的影響。由於當時還沒有在宇宙學中引入暗物質，對宇宙重子物質的密度也沒有很好的測量，皮布爾斯考慮了兩個極端情形，密度正好是臨界密度（Ωb=1）還有由星系觀測得到的密度（大致相當於Ωb=0.04）。他得到了氦4的豐度是0.26-0.28，表明其豐度是大爆炸宇宙學非常穩健的一個預言，這和目前的理論數值和觀測結果非常接近。

＊再複合 (Recombination)

在宇宙年齡三分鐘左右，膨脹導致重子物質密度降低到已無法繼續進行核合成的地步，原初核合成結束。由於溫度還很高，宇宙中充滿了背景輻射和等離子體。當膨脹導致溫度降到4000K左右的時候，能夠維持重子物質等離子態的高能背景光子數目已經不多了，電子和質子以及氦核開始結合形成原子。皮布爾斯對這一宇宙「再複合」過程（其實是電子和核子在宇宙歷史上的第一次結合）進行了細緻的研究，並得到了這一過程結束之後殘留的電離度（Peebles 1968）。和計算核合成一樣，在當時宇宙學參數遠沒觀測確定的情況下，他需要考察不同的宇宙學模型。他引入了對再複合起重要作用的物理過程，比如氫的複合過程產生萊曼-阿爾法發射線，由於是共振線，會很快被另一基態氫原子吸收，影響再複合的進程。皮布爾斯指出宇宙膨脹導致的紅移還有雙光子發射是解決之道。他的思路和方法以及考察的物理過程依然是我們現在進行精確計算的基礎。他在該論文中還探討了再複合過程對背景輻射黑體譜產生的微小扭曲，近半個世紀後的現在，這已經成為規劃微波背景輻射譜觀測項目的一個重要動機。

＊重子聲波振蕩（Baryon Acoustic Oscillations, BAO）和微波背景輻射的各向異性（CMB Anisotropy）

圖： 與重子聲波振蕩相關的微波背景輻射溫度起伏功率譜（左： Planck）和星系空間分布功率譜（右： SDSS-III）。

如果宇宙早期輻射和物質有一點點不均勻性，在再複合之前，這個不均勻性（擾動）在光子和重子物質等離子體這一整體的「氣體」（光子通過電子和重子物質緊密耦合在一起）中會產生聲波振動。再複合之後，光子和重子物質的耦合消失，不同波長的擾動因為振動頻率不同會凍結在不同振動相位，從而表現為不同的擾動強度。皮布爾斯和Jer Yu（皮布爾斯的第一個研究生，來自香港，當時已畢業去NASA)對擾動的時間演化以及再複合之後在背景輻射溫度起伏以及物質功率譜上的效應進行了研究和計算（Peebles & Yu 1970）。他們首次得到了物質功率譜隨波長（波數）的變化，呈現出多個峰的結構，這是不同波長的擾動凍結在不同振動相位的自然結果。其實這就是我們現在所謂的重子聲波振蕩（目前已經成為星系巡天的主要探測目標，被用做標準尺對宇宙學進行限制）。他們也指出這個振蕩在微波背景輻射上的效應，在不同方向上會有溫度起伏，他們計算得到的幅度比現在的測量高五倍。這並不奇怪，因為當時對宇宙學參數的限制非常有限，宇宙學還沒有引入暗物質，擾動從何而來也無從知曉（暴脹理論尚未出現，他們採用了白噪聲的原初擾動譜，和現在的限制非常接近！）。這樣超前的工作讓人拍案叫絕！

＊星系成團性的統計研究

圖： 手工繪製的星系分布圖。 七十年代根據茨威基近鄰星系表繪製的星系在天空的分布圖。 皮布爾斯利用繪圖儀列印了格點。 為了用方格的大小代表每平方度裡星系的多少。 他和夫人艾麗森在餐桌上手工塗黑。 這幅圖是他的著作《宇宙大尺度結構》的卷首插畫。 （取自Peebles 2012）

從1973年到1980年，皮布爾斯和他的合作者發表了一組文章，題目是「對河外天體星表的統計分析」，副標題編號從1到12。這組文章開啟了現代星系成團性的統計研究。該系列的第一篇文章（Peebles 1973）的副標題是「理論」，皮布爾斯建立了星系分布的相關函數和功率譜分析的框架。除了三維分布，為了用於當時星系測光巡天的觀測，他還研究了如何分析星系在天球上的二維分布，引入了角相關函數，利用球諧函數展開表徵角功率譜，並推導了其和三維功率譜的關係。皮布爾斯還考慮了星系巡天只覆蓋部分天區的情形，得到積分限制（integral constraint）和功率譜窗函數等改正。後面的系列文章把這些分析手段應用到當時存在的星系、星系團、射電星系和類星體等星表，對河外天體進行了成團性分析，而且還從兩點相關函數分析拓展到高階（三點和四點相關函數）。這一系列的工作奠定了以後星系巡天以及微波背景輻射各向異性的統計分析方法。尤其是第一篇文章，其推導之清晰，考慮之全面，令人嘆為觀止。

＊宇宙學常數-冷暗物質宇宙學（ΛCDM）

出於樸素審美，宇宙學家對平直宇宙情有獨鍾。按照廣義相對論，必須有足夠多的物質才能維繫宇宙幾何上的平直，即達到臨界密度。按照已知的物理（粒子物理標準模型），這些物質質量由重子主導，所以天文學家統稱為重子物質。重子物質會形成恆星、星系、發光，從而可以觀測、稱量。但是稱量結果低於預期兩個量級。失蹤的物質在哪裡？七十年代初，星系旋轉曲線的觀測表明，漩渦星系中存在大量不可見的物質，即暗物質。Ostriker, Peebles和Yahil（1974）由此推測這些暗物質形成很大的暗物質暈，將漩渦星系包裹在內，並貢獻了相當比例（約臨界密度20%）的宇宙質量。此後Rubin等人提供了更加確鑿的旋轉曲線和暗物質存在的觀測證據。那麼，這些暗物質是什麼組成的呢？當年他們推測是很暗的恆星。

然而，幾年之後皮布爾斯意識到，這些暗物質不可能是恆星，甚至不可能是重子物質，而可能是超出粒子物理標準模型的非重子暗物質（Peebles, 1982。同期其他的貢獻者包括Bond、Szalay、Turner、Blumenthal、Primack等)。八十年代初的宇宙微波背景輻射觀測表明微波背景各向異性小於0.01%。在一個由重子物質主導的宇宙，引力不穩定性只能把該初始擾動放大到最多10%，比當時星系成團性的觀測結果小至少一個量級。而如果存在質量大、速度低、與光子/重子幾乎不發生相互（非引力）作用的非重子暗物質（weakly interacting massive particles, WIMP. Peebles, 1982。天文方面的同期其他的貢獻者包括Bond、Szalay、Turner、Blumenthal、Primack等。粒子物理理論方面，1977年B. Lee和S. Weinberg也已經指出了WIMP的可能存在），則可以很自然地解決這個矛盾。此後，暗物質的含義逐漸從之前不發光的重子（例如此前猜測的暗恆星）轉變為非重子暗物質。這些暗物質因為粒子質量大，熱力學冷（熱運動速度低），所以被稱為冷暗物質（Cold Dark Matter, CDM）。

冷暗物質的引入很自然得解決了宇宙微波背景和星系成團性觀測結果的矛盾，但是皮布爾斯也清楚地意識到，星系成團性的觀測結果表明，這些冷暗物質似乎不足以維繫宇宙的平直幾何。經過兩年思考和更全面的數據分析（包括CFA巡天的星系紅移畸變、球狀星團年齡等），在1984年，他推測我們的宇宙應該是平直的，如暴脹理論預言，但是其中的物質（主要是冷暗物質），只佔臨界密度的20%。剩下的80%是什麼？他推測是愛因斯坦60多年前引入的宇宙學常數Λ（Peebles 1984）。這就是ΛCDM模型，亦即今天的標準宇宙學模型，已被從宇宙微波背景輻射、宇宙大尺度結構到超新星的多重觀測精確驗證。當年的預測，跟今天物質佔約30%，宇宙學常數佔70%的結果並無顯著差別，令人震嘆！宇宙學常數的存在，導致宇宙的膨脹在約60億年前從減速變為加速。2011年諾貝爾物理學獎授予了1998年通過超新星發現宇宙加速膨脹的三位宇宙學家，但是這個重大發現，其實很多年前已落入皮布爾斯的理論視野。

這是一個嶄新的宇宙，嶄新到難以置信：億萬生命、地球、太陽、比鄰星的三體世界、美麗星雲、燦爛銀河、粒子物理標準模型涵蓋的所有物質和能量，竟然只是宇宙的冰山一角，只佔宇宙中總物質和能量的5%！非重子冷暗物質佔25%，至今仍未被物理實驗發現；宇宙學常數/暗能量佔70%，在驅動著整個宇宙加速膨脹，但是我們仍然不清楚它究竟是什麼。

＊其他

皮布爾斯在星系和宇宙學領域貢獻實在太多。我們再簡單提及幾個。1965年，帕特裡奇和皮布爾斯（Partridge & Peebles 1965）考慮如何探測宇宙早期的星系，他們提出這些早期的星系恆星形成率會很高，產生大量大質量恆星。這些高溫的大質量恆星會把它們周圍星際氣體中大量的氫原子電離，電離氫在再複合的過程中有非常大的機率產生萊曼-阿爾法躍遷。他們指出，強萊曼-阿爾法輻射是這類星系的重要特徵，可以籍此來搜索發現早期星系。現在，萊曼-阿爾法發射線窄帶巡天以及積分視場巡天已經成為發現和研究宇宙早期高紅移星系的最主要手段之一，他們那篇論文成了這一領域的開山之作。在1969年的一篇論文裡（Peebles 1969），皮布爾斯探討了星系角動量的起源，考慮了物質密度擾動場的角動量分布和潮汐力矩作用下的角動量演化，這篇論文成為星系形成和演化領域的一篇重要文獻。皮布爾斯還研究過球狀星團的起源（Peebles & Dicke 1968, Peebles 1969）和星團中心塌縮天體（比如黑洞）周圍恆星的空間和速度分布（Peebles 1972），都為後來的工作提供了思路和啟示。宇宙學常數-冷暗物質宇宙學之外，皮布爾斯和拉特拉在1988年提出了標量場暗能量（Peebles & Ratra, 1988），後來被稱為「quintessense」（精質），到今天都是宇宙學的研究前沿。

皮布爾斯獲得2019年諾貝爾物理學獎後，一如既往地謙遜。他在諾貝爾獎發布會的採訪中特地強調他不是一個人在戰鬥，他提及了蘇聯卓越的物理學家雅克夫·澤爾多維奇，還有他的博士及博士後導師和同事羅伯特·迪克，以及他們領導的研究組在宇宙學研究中做出了重要貢獻。的確，在現代物理宇宙學的殿堂中，除了皮布爾斯，澤爾多維奇，迪克，還有伽莫夫，阿爾弗，霍伊爾，蘇尼亞耶夫等，星光璀璨，許多前輩業已仙去。這些宇宙學研究的武林高手，一起打造了破解宇宙奧秘的倚天劍和屠龍刀。皮布爾斯作為其中的傑出代表，成就加上機遇，斬獲了諾貝爾獎，可喜可賀。讓我們把這作為物理宇宙學走向成熟的一個標誌吧！

一個學科的成熟並不意味著終結。物理宇宙學的大廈上空依然飄浮著幾朵烏雲，暗物質是什麼，暗能量又來自哪裡，什麼場驅動了宇宙暴脹，暴脹能量尺度有多高，等等。這些謎團的存在正是宇宙學進一步發展的動力和源泉。我們期待正在進行的以及規劃中的大規模星系巡天（比如SDSS-IV，HETDEX，DESI，PFS，DES，LSST，WFIRST，Euclid等），微波背景輻射（偏振）觀測（比如SPT，ACT，BICEP-II，LiteBIRD，AliCPT，Simons Observatory等），以及地面和空間暗物質探測(PandaX、XENON、DAMPE、AMS等)能夠進一步揭示宇宙的奧秘，不斷帶給我們驚喜！

後記：今天坐擁海量宇宙學觀測數據的我們，很難想像當年天文觀測的數據匱乏、質量低下和自相矛盾。以皮布爾斯為代表的現代宇宙學先驅，竟然能夠憑藉著卓越的理論洞察和紮實的數據分析，抽繭剝絲，發掘出如此令人震撼的宇宙奧秘，實在是史詩般的壯舉。這個過程困難重重，「奇妙的洞察、幸運的猜測、優雅的推理，伴隨著更常態的不走運的猜測和disregard of unwelcome evidence[1]」(Peebles 2012)，後代研究者往往只能從他們的回憶中管窺一豹了。瀏覽他的論文，不得不再次感嘆皮布爾斯的確是一位極其謙遜的科學家，他總是大膽假設，小心求證，總是以戰戰兢兢的態度審視各種漏洞，嘗試新的可能，「Publish and be damned – but keep it short.」 — 他引用霍伊爾（Hoyle）的話，如是說。

[1] 直譯可能是「忽視不合意的證據」，也可能是「摒棄不合意的證據」。 結合當時的情形，理論與觀測都面臨篩選的問題，」unwelcome evidence」也可能包括與理論不符合也最終證明是錯誤的觀測結果。 因為不能把握其真實含義，我們選擇列出英語原文，不進行翻譯。兩位筆者均從事宇宙學方面的研究，上海交通大學天文系的大部分研究方向也離不開皮布爾斯的奠基和開拓，交大天文系參加的DESI、PFS、AliCPT等項目致力於暗能量和宇宙微波背景輻射的精確測量，交大粒子物理PandaX暗物質實驗首要探測目標WIMP的天文證據也離不開皮布爾斯的開創性工作。謹以此文，致敬皮布爾斯和他的物理宇宙。

Faber, S. 「A Conversation with P. James E. Peebles」 (https://www.annualreviews.org/do/10.1146/do.multimedia.2013.06.10.181/abs/)

Dicke, R.H., Peebles, P.J.E., Roll, P.G., & Wilkinson, D.T. 1965, ApJ, 142, 414, 「Cosmic Black-Body Radiation」

Penzias, A.A. & Wilson, R.W. 1965, ApJ, 142, 419, 「A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s」

Peebles, P.J.E. 1966, ApJ, 146, 542, 「Primordial Helium Abundance and the Primordial Fireball. II」

Partridge, R.B. & Peebles, P.J.E. 1967, ApJ, 147, 868, 「Are Young Galaxies Visible?」

Peebles, P.J.E. 1968, ApJ, 153, 1, 「Recombination of the Primeval Plasma」

Peebles, P.J.E. & Dicke, R.H. 1968, ApJ, 154, 891, 「Origin of the Globular Star Clusters」

Peebles, P.J.E. 1969, ApJ, 157, 1075, 「Primeval Globular Clusters. II」

Peebles, P.J.E. 1969, ApJ, 155, 393, 「Origin of the Angular Momentum of Galaxies」

Peebles, P.J.E. 1970, ApJ, 162, 815, 「Primeval Adiabatic Perturbation in an Expanding Universe」

Peebles, P.J.E. 1972, ApJ, 178, 371, 「Star Distribution Near a Collapsed Object」

Peebles, P.J.E. 1973, ApJ, 185, 413, 「Statistical Analysis of Catalogs of Extragalactic Objects. I. Theory」

Ostriker, J., Peebles, P.J.E. & Yahil, A., 1974, ApJL, 193, 1, 「The size and mass of galaxies, and the mass of the universe」

Peebles, P.J.E. 1982, ApJL, 263, 1, 「Large-scale background temperature and mass fluctuations due to scale-invariant primeval perturbations,」

Peebles, P.J.E. 1984, ApJL, 284, 439, 「Tests of cosmological models constrained by inflation」

Peebles, P.J.E. 2012, ARAA, 50, 1, 「Seeing Cosmology Grow」