宇宙從何而來?諾獎研究改變了我們對宇宙和生命的認知

早在2000多年前，偉大的詩人屈原就在《天問》中寫道：“遂古之初，誰傳道之?上下未形，何由考之?”試圖追尋宇宙誕生之理。

宇宙從何而來?又如何在近140億年間演變成現(xiàn)在這個曼妙多姿而又神秘莫測的樣子的?我們在宇宙中是獨一無二的嗎?其他星球上是否存在生命?這是縈繞在所有人心頭的“天問”。而今年諾貝爾物理學(xué)獎得主的研究將有助于回答這些亙古謎團。

詹姆斯·皮布爾斯的研究改變了我們對宇宙結(jié)構(gòu)和宇宙歷史的認識;米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲則讓我們首次管窺一顆圍繞類似太陽的恒星旋轉(zhuǎn)的系外行星的“芳容”，翻開了天文學(xué)的新篇章。

他的理論框架，奠定現(xiàn)代宇宙學(xué)基礎(chǔ)

詹姆斯·皮布爾斯對物理宇宙學(xué)的深刻見解豐富了整個宇宙學(xué)研究領(lǐng)域，他的研究也使宇宙學(xué)在過去50年間演變?yōu)橐婚T嚴肅的科學(xué)。他的理論框架自20世紀60年代中期發(fā)展起來，是我們現(xiàn)在認識和理解宇宙的基礎(chǔ)。而自1970年以來，他就被廣泛認為是世界領(lǐng)先的理論宇宙學(xué)家。他對原始核合成、暗物質(zhì)、宇宙微波背景和結(jié)構(gòu)形成等領(lǐng)域做出了理論貢獻。

皮布爾斯也為宇宙大爆炸模型做出了許多重要貢獻。大爆炸模型從大約140億年前宇宙誕生的那一刻開始描述宇宙。

該理論認為，鴻蒙之初，混沌一片，那時的宇宙熾熱且稠密。大爆炸后，宇宙一直在膨脹，變得越來越大，越來越冷。大爆炸發(fā)生僅40萬年后，宇宙變得透明，光線得以穿越太空。即使在今天，這種古老的輻射——宇宙微波背景輻射仍環(huán)繞在我們周圍，身負諸多宇宙奧秘，等待我們?nèi)ソ沂?。皮布爾斯能夠借助他的理論工具和計算方法，來解釋這些來自宇宙誕生之初的“余暉”并發(fā)現(xiàn)新的物理過程。

結(jié)果，宇宙大爆炸模型向我們展示了這樣一個宇宙：其中只有5%是我們已知的物質(zhì)，這些物質(zhì)包括日月星辰、山川河流、風(fēng)花雪月以及我們這些蕓蕓眾生等等。而另外95%是未知的暗物質(zhì)和暗能量。暗能量和暗物質(zhì)是現(xiàn)代物理學(xué)的未解之謎，揭示它們的“廬山真面目”是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。

他們發(fā)現(xiàn)首顆系外行星，引發(fā)天文學(xué)革命

1995年10月，米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲宣布，他們首次在太陽系外發(fā)現(xiàn)了一顆行星，圍繞著我們銀河系中一顆類似太陽的恒星旋轉(zhuǎn)。

在位于法國南部的普羅旺斯高級天文臺，他們使用定制的儀器發(fā)現(xiàn)了飛馬座51b(51Pegasib)，這是一顆位于飛馬座、距離地球約50.9光年、軌道周期為4.2天的系外行星。它是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆圍繞類似太陽的恒星運轉(zhuǎn)的系外行星，也是一顆與太陽系最大的天然氣態(tài)巨行星木星相當(dāng)?shù)臍鈶B(tài)行星。它的出現(xiàn)挑戰(zhàn)了當(dāng)時公認的行星形成觀點。

一石激起千層浪!這一發(fā)現(xiàn)如同哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸，引發(fā)了天文學(xué)領(lǐng)域的一場革命，此后，科學(xué)家們在銀河系中發(fā)現(xiàn)了4000多顆系外行星。而且，不斷有新奇的美麗新世界“現(xiàn)形”，其大小、外觀和軌道各異，向我們展示了宇宙的豐富多彩與曼妙多姿。

這些系外行星挑戰(zhàn)了我們關(guān)于行星系統(tǒng)的先入為主的觀念，并迫使科學(xué)家們修改關(guān)于行星起源背后物理過程的理論。

搜尋系外行星的腳步并不止歇!美國國家航空航天局(NASA)的“凌日系外行星勘探衛(wèi)星”(TESS)目前正在鄰近恒星周圍尋找可能支持生命的新世界;2021年，新的“系外行星捕手”、接替哈勃的新一代太空望遠鏡——詹姆斯韋伯太空望遠鏡(KWST)將要上天;歐洲專門用于系外行星大氣研究的ARIEL望遠鏡也計劃于2028年升空;此外，NASA已經(jīng)開始制訂建造新一代太空望遠鏡——“先進技術(shù)大孔徑太空望遠鏡”(ATLAST)的計劃，該望遠鏡也旨在搜索系外生命?？梢韵胂?，在這些超級望遠鏡的“圍追堵截”下，未來將有更多系外行星“現(xiàn)形”。

而且，新一代空間望遠鏡使研究更暗弱的系外行星大氣成為可能，更大樣本的觀測將幫助人類理解系外行星(尤其是宜居帶系外行星)的組成和大氣，是否其他星球上還存在生命這一永恒問題的答案也有望被揭曉。NASA就曾經(jīng)宣稱，我們有能力在今后20年中找到外星生命，它很可能就在我們的太陽系之外。

這三位諾貝爾物理學(xué)獎獲得者的智慧改變了我們對宇宙的看法。皮布爾斯的理論發(fā)現(xiàn)有助于我們理解大爆炸之后宇宙的演變;而馬約爾和奎洛茲則對我們的宇宙鄰居進行了探索，開啟了我們尋找未知行星以及未知生命的旅程，他們的發(fā)現(xiàn)永遠改變了我們對自身在宇宙中所處位置的認識。(記者劉霞)

關(guān)鍵詞： 宇宙生命認知