从流浪地球到宇宙迷航——2019年诺贝尔物理学奖解读

发布时间：2021-10-23 06:27

　　2019年诺贝尔物理学奖同时授予了系外行星和宇宙学领域,诺奖委员会给出的理由是"为我们理解宇宙的演化和地球在宇宙中的位置做出的贡献"。这两个领域在近二三十年内展现出了蓬勃的生机,系外行星和外星生命的研究到了本世纪伴随先进技术的发展有了爆发式的发现;进入新世纪后,宇宙学领域已经获得4次诺贝尔奖,分别是宇宙背景探测者卫星、宇宙加速膨胀的发现、引力波的探测,以及此次诺贝尔物理学奖,它们使当代宇宙学获得了广阔的发展前景。文章就本次诺奖热点话题展开,对系外行星和宇宙学两大领域做概括性的科普解读。具体介绍马约尔和奎洛兹在系外行星领域的发现,系外行星的探测手段和发展前景,以及宇宙学领域的发展简史,皮布尔斯在该领域的贡献,和目前宇宙学领域的一大研究热潮,即原初引力波的探测。作者借此文抛砖引玉,期待更多年轻学者能加入到天文学和宇宙学的研究中,在新时代的浪潮下推动该领域获得更重大的突破。 

【文章来源】：物理. 2020,49(01)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

2019年诺贝尔物理学奖获得者：James Peebles(左)、Michel Mayor(中)、Didier Queloz(右)

人类对宇宙的近代认知，自文艺复兴后日心说的兴起为起点，紧接着牛顿力学的建立为宇宙学和天文学的发展在理论上打下了坚实的基础。20世纪初以量子力学和广义相对论为标志的物理学革命开始后，以相对论时空观为基础的真正意义上的宇宙学开始被建立起来。1929年美国天文学家哈勃做出了一项令爱因斯坦都为之震惊的里程碑式的发现，那就是他发现了宇宙正在膨胀。这一观测结果直接促使在20世纪40年代伽莫夫等人建立起了热大爆炸宇宙学说，这一理论描述宇宙创生于一个时空奇点的大爆炸，在极早期宇宙中充斥着由微观粒子构成的辐射流体，温度极高且密度极大，这一温度在整个宇宙背景下是统一均匀的，也就是宇宙背景温度[3,4]。图3 地外行星系统示意图。绿色条带为宜居带，适合生命存在，靠恒星太近就太热，太远则太冷(图源：ScienceDaily.com)

图2 径向速度法示意图。在我们的视线方向上，恒星会轻微的接近和远离地球，它的谱线上就会因出现微小的多普勒效应而被捕捉到(图源：The Royal Swedish Academy ofSciences)宇宙创生之后温度逐渐降低，辐射粒子逐渐冷却，迅速通过聚变反应合成了氢、氦等轻元素的原子核，并在38万年以后通过与电子的复合逐渐形成中性原子。随着膨胀的持续，宇宙温度进一步下降，最早的一批恒星慢慢形成。伴随着这一批恒星的诞生与死亡，宇宙中又逐渐通过超新星爆发等机制合成了碳、氧、硅、铁等元素，同时老一批恒星死亡时抛出的星际尘埃又为新一代恒星的诞生创造了原料，此后，星系结构逐渐出现，直到最后生命的诞生，我们开始思考宇宙[4]。热大爆炸宇宙演化历史如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]原初引力波与阿里探测计划[J]. 张新民,苏萌,李虹,李明哲,蔡一夫.  现代物理知识. 2016(02)
[2]现代宇宙学简史[J]. 蔡一夫,朴云松,张新民.  现代物理知识. 2015(05)



本文编号：3452652