【天體物理學】塵歸塵,土歸土

2021-01-15 ECO中文網

Astrophysics
天體物理學


Dust to dust

塵歸塵,土歸土


A dramatic recent 「discovery」 in physics is looking rather dodgy
最近物理學方面的一次戲劇性的「發現」看起來相當撲朔迷離


Sep 27th 2014 | From the print edition of The Economist


譯者:Shevchenko0126


IN MARCH Chao-Lin Kuo, an astrophysicist at Stanford University, filmed himself knocking on the door of his colleague Andrei Linde. In the 1980s Dr Linde was one of several cosmologists who developed the theory of cosmic inflation, which holds that, in the first instants of its existence, the universe underwent a brief period of faster-than-light expansion.
三月份,史丹福大學的一位天體物理學家, Chao-Lin Kuop拍攝了自己敲同事Andrei Linde的門的視頻。在80年代,Linde教授是幾位發現宇宙膨脹理論的宇宙學家之一。這個理論認為,在宇宙出現的一瞬間,宇宙產生一次簡短的超越光速的膨脹。

Because inflation neatly cleaves several knotty problems in cosmology, many astrophysicists (though not all) subscribe to the theory. But direct, unambiguous evidence for it has been lacking. That was why Dr Kuo was visiting Dr Linde—to tell him that, thanks to the work of a telescope in Antarctica called BICEP-2, such evidence had now been found. After digesting the news, an emotional Dr Linde broke open a bottle of champagne to celebrate. The video has been viewed almost 3m times.
因為膨脹這一說法清楚簡單地解釋通了一些宇宙學的難題,許多天體物理學家(儘管不是全部)認可了這一理論。但直截了當地說,關於此理論還缺少毫無爭議的證據來支撐。Kuo博士拜訪Linde博士正是因為要去告訴他,多虧了在南極洲的BICEP-2號望遠鏡的工作,需要的證據如今已經找到了。消化完這個消息後,激動的Linde博士打開了一瓶香檳慶祝。這段視頻已經被瀏覽了3000000次。

It now seems that Dr Kuo might have to make a new video, informing Dr Linde that he has wasted a bottle of bubbly. Apaper just released by the team behind Planck, a European space telescope, casts serious doubt on the BICEP-2 result. What looked like a clear window back into the earliest moments of the universe might simply have been a faint glow from the diaphanous clouds of dust that exist between the stars.
如今Kuo教授也許不得不製作一段新的視頻,通知Linde教授他浪費了一瓶起泡酒。歐洲空間望遠鏡,普朗克的一個團隊剛發表了一份論文,嚴重質疑BICEP-2的結果。那看似是宇宙最早期的影像的也許只是來自於星球之間灰塵雲層的一束微弱的光。

The BICEP-2 team, led by John Kovac of Harvard University, had been studying the cosmic microwave background radiation (CMB)—a weak bath of radiation, left over from the Big Bang, that suffuses the universe. They were looking for evidence of primordial gravitational waves. These are ripples in the fabric of space, created, if the theory of inflation is correct, as the early universe was undergoing its post-creation growth spurt.
哈佛大學的John Kovac,帶領著BICEP-2團隊,一直研究著本底輻射宇宙微波(CMB),這片微弱的輻射自大爆炸以來充斥著宇宙。他們一直尋找著原始重力波的的證據。這是空間中交織的漣漪。如果膨脹理論是正確的,那麼早期的宇宙確實經歷過宇宙產生階段後的再一次急劇擴增。

A dusty trail
一條塵埃小徑


Such waves should have left a distinctive, polarised mark imprinted upon the CMB. And, in a press conference on March 17th, that is exactly what the BICEP-2 team claimed to have found. It was the biggest news in physics since the discovery, in 2012, of the Higgs boson, and it was widely covered (including in The Economist). Not only would the BICEP result have confirmed the theory of inflation, but studying the gravitational waves it purported to have found would have given cosmologists a way to look back to the very earliest moments of the universe.
這種波動本應該在CMB之上留下獨特的,極化的印記。3月17號的媒體發布會上,這也正是BICEP-2團隊聲稱找到的成果。這是自2012年發現希格斯玻色子之後物理學領域最大的新聞,並被廣泛報導(包含經濟學人雜誌)。不僅BICEP的結果證明了膨脹理論,引力波研究所聲稱的發現也會幫助宇宙學家觀察宇宙最早期時刻。

But gravitational waves are not the only things that BICEP-2 might have picked up. The Milky Way is filled with thin clouds of interstellar dust which, under the influence of the galaxy’s magnetic field, scatter and polarise starlight. The BICEP team were confident that the contamination from the dust was small enough not to affect their detection of gravitational waves. But the behaviour of the dust is poorly understood, says Chris Lintott, an astronomer at Oxford University, and not everyone was convinced.
但是引力波也許並不是BICEP-2團隊僅有的發現成果。銀河中充斥著稀薄的星際塵埃雲,這些塵埃受銀河系的磁場影響,分散並極化星光。BICEP團隊自信來自塵埃的汙染因為規模足夠小並不會影響引力波的觀測。但是塵埃的行跡很難琢磨,牛津大學的天文學家Chris Lintott說道,不是所有人都被說服。

The Planck results suggest that they were right to be sceptical. The European telescope has just unveiled a map of dust density across the entire sky. It suggests that, contrary to the BICEP team’s hopes, the signal from the dust is so strong that the telescope might well have seen no primordial gravity waves at all.
普朗克的結論暗示著之前的結果確實值得懷疑。歐洲望遠鏡只是僅揭示了整片天空中塵埃的密度分布。它表示,與BICEP團隊的願望相反,來自塵埃中的信號太強以至於望遠鏡根本觀測不到最早期的重力波。

That, at least, is the most likely interpretation, but it is not the only one. The Planck team are careful to stop short of saying that their results are fatal to BICEP’s claims, pointing out that applying their data to the BICEP results involves considerable 「statistical and systematic uncertainties」. There are, in other words, a couple of glimmers of hope that signs of inflation have actually been seen. One is that the precise behaviour of the dust is still mysterious, which means the mathematical transformations used to apply Planck’s data to BICEP’s results may turn out to be incorrect. And even if those maths are sound, statistics may ride to the rescue—for if the amount of radiation from the dust is at the lowest end of Planck’s estimates, a small gravitational-wave signal may survive.
這雖不是唯一的解釋,但至少是最可能的了。普朗克團隊很謹慎,並沒有表示自己的觀測結果對於BICEP的結果具有毀滅性打擊,但是指出如果將他們的數據應用到BICEP團隊的結果中,會出現巨大的「統計學的,數據的不確定性」。換句話說,膨脹的表現確實被觀察到的可能性存在一些。有一點是,塵埃的準確運行方式依舊是謎,這也意味著把普朗克的數據運用到BICEP團隊的結果上運用的數學轉換的結果可能並不正確。即使那些數學方式是有作用的,統計學也許會起到作用,如果塵埃中的輻射量處於普朗克估計的最低值,一小部分的重力波將會倖免,從而被觀測到。

Rowing back on a triumphant announcement about the first instants of creation may be a little embarrassing, but the saga is a useful reminder of how science works. There is no suggestion that anyone has behaved dishonourably. Admittedly, the BICEP team’s original press conference looks, with hindsight, seriously overconfident. More information-sharing between the various gravitational wave-hunters, all of whom guard their data jealously, might have helped tone down the triumphalism. But science, ideally, proceeds by exactly this sort of good-faith argument and honourable squabbling—until the weight of evidence forces one side to admit defeat.
回頭看當時宣布發現宇宙產生瞬間時的得意洋洋,會有那麼一點讓人掃興。但是英雄的傳說在提醒我們科學是如何起作用上非常有用。這並不意味著任何人是不值得尊重的。無可否認,馬後炮的角度來看,BICEP團隊最初的媒體發布會看起來確實過度自信了。各隊觀測重力波的團隊充滿猜忌地守衛著他們的數據,如果他們可以彼此分享更多的數據,也許會幫助降低這種必勝主義信念。科學,完美地來說,真是通過這種心懷美好信念的爭執,這種值得尊重的爭吵而進行的,直到有力的證據足以使另一方承認自己失敗。

That could happen soon: the Planck and BICEP teams have pooled their data and are working on a joint paper, expected to be published in the next few months. Information from other gravity-wave hunting experiments—including some run by the BICEP team themselves—will shed extra light, too. It is not yet impossible that Dr Kovac and his colleagues will be proved right after all. But at this point it would take a brave cosmologist to bet on it.
接下來很快會發生:普朗克和BICEP團隊合併數據,共同地致力於一份論文,並且有望於在後幾個月內發表。來自其它重力波探尋試驗的信息——包含一些BICEP團隊自己主持的試驗,也會低調處理。Kovac博士和他的同事們的結論並不是一定會被證明是完全錯的。但是在這點上,也許需要一個勇敢的宇宙學家來下賭注。


相關焦點

  • 專家說:人類並無來生 死後一切都將塵歸塵土歸土
    譯者|過客網易科技訊 9月16日消息 美國加州理工學院的一位宇宙學兼物理學教授Sean Carroll認為,他已經通過大量的物理學定律研究終結了圍繞
  • 哥本哈根大學 天體物理學
    天體物理學是研究空間/宇宙/宇宙現象的物理學分支,例如恆星、星系和它們之間的物質,既通過理論水平,也通過天文觀測。作為天文學的夢想之地之一的丹麥,有著得天獨厚的地理位置優勢和國家長久以來的政策支持,如果有意求學,請將哥本哈根大學列入你的申請名單。哥本哈根大學,坐落於丹麥王國首都哥本哈根,是丹麥最高學府。
  • 天體物理學就業前景如何
    現階段國家急需天體物理的人才。但是此專業在外向就業方面卻不是那麼好就業,所以一些考生在看到此專業時,會望而卻步。其實這個專業學好了,前景不比外向就業差。要知道進入科研場所或者高校,都是十分不錯的。隨著國家航天航空事業、天文事業的發展,天體物理專業的人才會享受越來越好的待遇。
  • 書評:《給忙碌者的天體物理學》
    自從劉慈欣的《三體》獲得雨果獎,收割歐巴馬、柳傳志、馬雲、馬化騰、雷軍、扎克伯格等一票粉絲,國內掀起了一股科幻熱,讀者對於天體物理學和探索太空,生出前所未有的欲望。 幾年前熱映的《人民的名義》, 「宇宙區長孫連城」夜觀星象還被觀眾調侃,如今讀者對於宙題材文學如饑似渴,市面上有很多質量很高的作品,今天要介紹的《給忙碌著的天體物理學》就是其中之一。
  • 如何從零開始學習天體物理學?
    人家是正經八百想學天體物理的呀,那些科普書除了讓人暈乎,真是啥用都沒有(是的,我在開玩笑)。另外,樓上有說「樓主來泡物理男的,正兒八經回答的歇啦」——您確認這不是「小夥伴們的好事,大快所有人心的大好事」?
  • 《刺客信條:起源》新預告片 塵歸塵 土歸土
  • 銀河系中心有「怪物」—諾貝爾物理學獎又雙叒叕頒發給天體物理學
    以表彰他們在天體物理學,特別是利用廣義相對論進行黑洞理論研究以及發現銀河中心超大質量黑洞方面取得的偉大功績。賴因哈德·根策爾和安德烈婭·蓋茲則發現在銀河系中央存在一個不可見的超大質量天體,正是由於這一天體提供的龐大引力,銀河系的恆星們才能按照目前的軌道運行。至於這個超大質量天體是什麼,按照人類目前的理論水平,除了黑洞我們無法找出第二種解釋。因此,二位科學家分享了剩下的一半獎金。黑洞究竟是什麼?
  • 為什麼這個世紀將屬於天體物理學?
    相信未來中微子依舊會是一個非常有趣的研究對象,並在宇宙學和天體物理學中扮演著重要的角色,並為我們帶來更多的驚喜。▶ 擴展閱讀:《尋找最罕見的衰變》 2.對於天體物理學它意味著什麼?為什麼希格斯玻色子的質量要遠遠小於普朗克質量?把這個問題重新表述就是:為什麼引力跟其它的基本力相比要弱那麼多?這個問題有許多可能的答案:超對稱理論、額外維度、希格斯玻色子是個複合粒子(擬色)等等。但到目前為止,沒有任何證據支持這些理論。
  • 唯尋「定向專業」挖掘機|倫敦大學學院——天體物理學
    天體物理學不僅要學習大量的理論知識,還要進行頻繁的實驗研究,應用材料科學、光學和電子學等學科最為前沿的技術。開設該學科的學校並不多,而UCL是英國G5中唯一單獨開設天體物理的學校,今天小編就帶你領略倫敦大學學院(UCL)的天體物理學吧!
  • 2020年諾貝爾物理學獎揭曉:為啥又是天體物理?
    中國科技新聞網10月7日訊(孔辰)2020年諾貝爾物理學獎昨天揭曉,再次「花落」天體物理學。當地時間10月6日,瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布,將2020年諾貝爾物理學獎的一半授予羅傑·彭羅斯(Roger Penrose),另一半授予雷因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德裡亞·格茲(Andrea Ghez),以表彰他們「發現了宇宙中最奇特的現象之一——黑洞
  • 2020年諾貝爾物理學獎揭曉:為啥又是天體物理?
    來源:中國科技新聞網中國科技新聞網10月7日訊(孔辰)2020年諾貝爾物理學獎昨天揭曉,再次「花落」天體物理學。當地時間10月6日,瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布,將2020年諾貝爾物理學獎的一半授予羅傑·彭羅斯(Roger Penrose),另一半授予雷因哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德裡亞·格茲(Andrea Ghez),以表彰他們「發現了宇宙中最奇特的現象之一——黑洞」。他們將分享1000萬瑞典克朗的獎金(約合人民幣760萬元)。
  • 暗物質是天體物理學中的「異形」嗎?
    那麼為什麼每次有一個正常的粒子 、光子、正電子、反質子等的天體物理學觀察,人們的第一本能就是歸咎於暗物質?本周早些時候,一個研究脈衝星周圍的伽瑪射線源的團隊在科學界發表了他們的成果 ,試圖更好地理解我們觀察到的多餘正電子來自哪裡。
  • 天體物理學後來居上,五年三次獲獎分別是哪幾項
    即使是物理學的外行,我們也不難看出2019年的諾獎是頒給的天體物理學。又是屬於天體物理學的,這是諾獎歷史上從未發生過的連續兩年頒給同一領域,所以出乎人們的意料;但是又在情理之中,隨著設備的不斷更新和天文觀測數據的累積,天體物理學已經成為物理學最活躍的領域之一,越來越多的科研成果如井噴式爆發。
  • 從玻璃工人到天體物理學之父,「他使星星變近」
    從玻璃工人到天體物理學之父,「他使星星變近」 2019-02-22 04:43:01來源:科技日報作者:${中新記者姓名}責任編輯:左盛丹
  • 《流浪地球》中的天體物理學
    影片中涉及了大量的天體物理學知識,而且都巧妙地把它們融入到了劇情中,所以現在我們就來聊聊《流浪地球》中的天體物理學。    什麼是「洛希極限」對於大部分普通觀眾而言,《流浪地球》電影中最難懂的天體物理學概念有兩個,一個是「氦閃」,另一個就是「洛希極限」了。電影中地球為什麼會被木星的引力捕獲呢?地球要想擺脫太陽的引力飛出太陽系,光靠行星發動機的推力是不夠的,還需藉助木星的引力加速才行,這叫「引力彈弓」效應。
  • 「接下來幾年也有可能屬於天體物理!」 「前任」諾貝爾物理學獎...
    另外一半授予萊因哈德·根澤爾和安德裡亞·格茲,因為在銀河系中心發現了一個超大質量的緻密天體,總獎金為1000萬瑞典克朗(約合760萬人民幣)。 羅傑·彭羅斯爵士是英國數學物理學家、牛津大學數學系名譽教授。他在數學物理方面的工作擁有高度評價,特別是對廣義相對論與宇宙學方面的貢獻。萊因哈德·根澤爾是德國天體物理學家,出生於巴特洪堡。
  • 諾貝爾獎揭曉 2019年諾貝爾物理學獎公布 三位獲獎者天體物理學...
    據人民日報報導,瑞典皇家科學院在當地時間10月8日正式公布了今年的「諾貝爾物理學獎」的獲獎人,今年的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)三位研究者,以獎勵他們在天體物理學方面的發現。