2019年諾貝爾物理學獎得主獲獎成就:解釋宇宙起源、探索外星人。

2020-10-18 FanqiangMeng3

10月8日,瑞典皇家科學院宣布將2019年諾貝爾物理學獎授予吉姆·皮布爾斯(James Peebles),米歇爾·麥耶(Michel Mayor)和 迪迪埃·奎洛茲(Didier Queloz),以表彰在宇宙認知的顛覆性貢獻。

詹姆斯·皮布爾斯是加拿大裔美國物理學家和理論宇宙學家,目前是美國普林斯頓大學阿爾伯特·愛因斯坦科學名譽教授。

詹姆斯·皮布爾斯的理論發現有助於我們理解大爆炸之後宇宙的演化。他為大爆炸模型(Big Bang model)做出了許多重要的貢獻,曾與羅伯特·迪克(Robert H. Dicke)等人一起預測了宇宙微波背景(CMB)輻射。

大爆炸理論對宇宙誕生及演化過程的描述

在大約一百多億年前的某個時刻,我們現在能觀測到的所有物質和能量都聚集在一個比硬幣還小的區域裡,隨後,它開始以一種不可思議的速度膨脹並冷卻。當溫度下降到1億倍太陽核心溫度時,自然界的那些基本作用力開始出現,基本粒子夸克則自由地徜徉在能量海洋裡。接著,宇宙又膨脹了1 000倍,我們眼下能觀測到的所有物質佔據的空間膨脹到了太陽系那麼大。

那時,自由夸克開始被束縛在中子和質子裡。當宇宙又膨脹1 000倍後,質子與中子開始聚在一起組成原子核,今天的氦原子和氘原子大部分就是那時形成的。以上所有過程都發生在大爆炸後的一分鐘內,此時溫度仍然太高,原子核還不能捕獲電子。直到宇宙持續膨脹了30萬年後,中性的原子才開始大量出現,這時宇宙尺寸達到了現在的千分之一。此後,中性原子開始凝結成氣體雲,這些雲團隨後演化成恆星。在宇宙膨脹到現在尺寸的五分之一時,恆星聚在一起,形成了年輕的星系。

當宇宙尺度達到現在的一半時,恆星裡的核反應產生了大多數重元素,類似地球的行星就是由這些元素構成的。我們的太陽系相對比較年輕:形成於50億年前,那時宇宙尺度是現在的三分之二。隨著時間流逝,恆星的形成過程會耗盡星系中的氣體,因此恆星數目正逐漸減少。再過150億年,像太陽這樣的恆星會更稀少,對天空觀測者來說,那時的宇宙將遠不如現在這般熱鬧。

今年諾貝爾獎頒給詹姆斯·皮布爾斯,說明主流科學界已經完全接受了「大爆炸」理論及其觀點。「大爆炸」理論成為解釋宇宙起源及演化的重要理論學說。

如果大爆炸理論成立,那麼,宇宙會是怎樣的?

1、「多元宇宙」理論面臨危機。

大爆炸理論認為,宇宙起初聚集在一個很小的區域。隨後突然發生爆炸並以不可思議的速度膨脹,如今可觀測宇宙體積直徑約960億光年。如果存在「多元宇宙」,我們的宇宙誕生於「其它」宇宙內(宇宙是在多元宇宙中生成的)。大爆炸的發生必然會給其它宇宙帶來巨大影響,強大的爆炸衝擊力必然使其它宇宙結構發生改變(星系的劇烈碰撞引發強烈的輻射效應)。為何,現實宇宙中沒有觀測到這種現象?其次,隨著新宇宙的不斷膨脹,新宇宙空間與其它宇宙空間必然發生融合,新宇宙創生的物質與多元宇宙的星系、星體相互融合(起初新宇宙空間很小,周圍全是多元宇宙空間,隨著爆炸膨脹,新宇宙邊緣與多元宇宙空間並不排斥,新宇宙誕生的物質必然會與其它宇宙的物質融合到一起)。如此一來,新宇宙邊緣的物質必然會與其它宇宙物質發生碰撞。現實中,為何我們沒有觀測到這個現象帶來的效應?如果新宇宙與多元宇宙融合在一起,我們觀察到的古老星系是否屬於多元宇宙(另一個宇宙的星系)?新誕生宇宙的邊緣和界限又在哪裡?

如果我們同時接受「大爆炸」和「多元宇宙」理論。宇宙是多元的,無數個宇宙存在於「多元」空間中相繼誕生和毀滅。「多元宇宙」空間相互融合,沒有明顯的界限。我們只能在浩瀚宇宙空間通過觀測到「新宇宙」與「舊宇宙」的星系、星體差異來劃分不同宇宙的邊界(目前人類所觀測遙遠的古老星系可能屬於另一個宇宙)。

2、「物質創生」問題。

大爆炸理論認為宇宙起初是由至高密度的物質構成。如果否定「多元宇宙」學說,認為我們的宇宙是唯一的。那麼,至高密度物質從何而來?假設至高密度物質是宇宙本有的(宇宙自然存在的物質),它應當存在了很長時間(狀態應該很穩定),為何突然發生爆炸?假設至高密度物質也是創生的(不是宇宙本有的而是突然產生的),宇宙起源於虛無(宇宙的本源是什麼)?虛無如何創生出物質?假若虛無可以創生宇宙,為何現在我們不能發現這個現象(按照物理觀點,宇宙規律是普適的。虛空如果可以創造宇宙,這個現象無論何時在哪裡都可以發生)?假若虛空並非真空,那麼,構成宇宙之初的「虛空」是什麼(它與物質之間的聯繫和區別是什麼)?我們能否在宇宙中檢測這種「虛空」並利用這種「能量」?

瑞士天文學家米歇爾·麥耶出生於1942年,目前任職於日內瓦大學天文學系。據悉,麥耶已於2007年退休,但他仍以榮譽退休教授的身份繼續留校研究。1995年,麥耶和迪迪埃·奎洛茲共同發現了第一個環繞類太陽恆星飛馬座51的行星飛馬座51b。

迪迪埃·奎洛茲現年53歲,是本屆諾貝爾物理學獎中最年輕的獲獎者。1995年,在日內瓦大學攻讀博士的奎洛茲與他的導師米歇爾·麥耶共同發現了圍繞主序星的首顆太陽系外行星。

米歇爾·梅耶和迪迪埃爾·奎洛茲的貢獻是搜尋未知的行星,探尋了我們的宇宙「鄰居」。

瑞典TV4:會有外星生命嗎?

答:這只是我的猜測——目前我們已經非常確認地球之外會有適宜人類居住的地方,那裡會有我們可以稱之為生命的存在。但我們也幾乎可以確定永遠也不會看到其他星球上的其他生命。

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