近年来最重要的科学发现之一是发现宇宙不仅在膨胀,而且膨胀速度还在加快。在神秘暗能量的影响下,宇宙最终将变得稀薄并走向寒冷的死亡。对于《见解》故事“暗能量在起作用”,发表于2008年5月刊的《大众科学》,大卫·阿佩尔采访了加州大学伯克利分校的索尔·珀尔马特,他是得出这一惊人结论的团队领导人之一。以下是该采访的编辑摘录。
在发现宇宙正在走向失控膨胀的过程中,您必须找到 Ia 型超新星,它们可以充当距离标记。您是如何参与到超新星搜索中的?
我当时在加州大学伯克利分校读研究生。伯克利这里的一位英雄是路易斯·阿尔瓦雷斯。他开创的传统是寻找有趣的科学,无论它在哪里,然后找到工具来做这些事情。例如,他发明了最早的稳定器之一。
他的门生之一是我的教授理查德·穆勒。有一个项目是做一个超级自动化的超新星搜索,这是路易斯·阿尔瓦雷斯向里奇建议的。他们刚刚做了一个最早的自适应光学实验。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
因此,作为一名研究生,您开始开发用于机器人超新星搜索的技术。但是您也发现它们可以用于其他类型的目标。
我对理查德·穆勒、马克·戴维斯和皮埃特·胡特提出的一个理论产生了兴趣,即你可以通过太阳周围可能的伴星来解释地球上周期性的大规模灭绝。他们称这颗星为复仇女神。我们意识到,对于天空中最常见的恒星类型,红矮星,你不会知道它是否在围绕我们的太阳运行。你可能会认为它是一颗更遥远的红巨星,仅仅因为它相对于我们来说几乎没有运动,因为它与我们结合在一起。我们意识到,我们可以在红星目录中寻找一颗具有您期望的运动的恒星,并且我们可以使用我们用于机器人超新星项目的同一个望远镜。所以我开发了天体测量技术来精确测量视差运动。
您之后是否做过任何关于复仇女神的研究?
没有,这是我当时做的事情之一,但我的主要项目是研究附近的机器人超新星搜索。我开发了一些新的软件。我们正在运行搜索并发现超新星,编目并跟踪一切,以便您可以将其与我们发现的一切进行比较。
您更倾向于理论型,还是更倾向于技术型?
我真的是一个实验型的人。我真的很喜欢尝试抓住宇宙在做一些非常令人惊讶的事情,并通过测量来弄清楚它在做什么。
在 1990 年代,您是超新星宇宙学项目的团队负责人,该项目由十几个成员组成。您是如何将责任委托给您的团队成员的?
你正在努力找出实现你想要的结果的关键路径是什么。有时你认为自己做更快,而其他事情也会出现,你想做它们,但我正努力完成这件事,而你团队中的其他人加入了进来并开始做。因此,它更具有有机性,因为你发现自己不能做所有事情。最好的情况是,你找到的每个合作者都比你优秀,因为那样你所做的工作就会比你独自完成的更好。
从事该项目有什么缺点?
我研究生活中最糟糕的事情是,我总是担心在接下来的 24 小时内,有时甚至是接下来的两个小时内必须发生的事情。这是一种可怕的生活方式。
当您开始这个项目时,您期望发现宇宙的膨胀正在减速,但是超新星数据并没有符合这个假设。是否曾经有过一个顿悟时刻,每个人都说:“也许我们必须考虑加速”?
有很多事情为我们做好了准备。超新星 1992bi 的误差线降到了加速的范围内。我问,我们该如何处理那部分?那会是一个具有负质量的宇宙。有人说,我们可以加入那个旧的宇宙学常数。所以我们正式地把它放进去作为表达答案的方式。我们并不讨厌宇宙学常数,但每个人都认为它应该设置为零。如果与零有任何合理的大偏差,宇宙看起来就不会像今天这样。
事实上,阿尔伯特·爱因斯坦称宇宙学常数是他最大的错误。它是一种理论上的修补工作,目的是保持宇宙静止而不是因引力而坍缩。但是您对超新星进行的红移测量——这与对宇宙学常数和宇宙临界质量的假设有关——使您得出了关于宇宙命运的结论。
仅仅通过进行这种测量就能提出如此深刻的问题,我感到震惊的是,人们没有争先恐后地去做。你可以弄清楚宇宙是否会永远存在,你可以弄清楚宇宙是无限的还是向内弯曲的。有什么实验比这更吸引人呢?
数据分析花了多长时间?
分析所有这些东西需要很长时间,并且要进行大量的交叉检查。你做的最后一件事是在哈勃图(一个连接物体距离和红移的图)上绘制它,但即使这样,我们仍然知道我们还有六件事要检查。
首先,我们在哈勃图上得到了七颗超新星,但这暗示了“欧米伽质量 = 1”的宇宙。
换句话说,宇宙的质量密度使得宇宙是“平坦的”:它不会永远膨胀,但也不会坍缩回自身。
然后,我们从哈勃太空望远镜获得了数据,这产生了巨大的影响,因为它可以看到更远的地方,更高的红移。那是你第一次开始看到数据偏离平坦宇宙,这具有暗示性。
我们没有得到 1 的欧米伽质量,这一事实开始暗示人们,也许存在一个欧米伽λ(即宇宙学常数)。那是我们第一次从我们自己的数据中得到这样的结果。这是 1997 年初。
最终我们有了 42 颗超新星。误差线仍然足够大,而且你必须进行交叉检查的事情太多了,在你检查所有可能出错的地方之前,你不会认真对待类似[加速结果]的事情。我们知道宇宙学常数如果属实将会是一个惊人的发现。但这不是你想弄错的事情。
因此,您是逐渐得出关于失控宇宙的结论的?没有突然的领悟吗?
如果你想说是否有顿悟时刻,那就是我们最终确定这是真的,并且我们开始出去就此发表演讲的那一刻。这是一个你能想象到的最奇怪的顿悟时刻:E…U…R…E…K…A,历时九个月。在这种情况下,你已经看了将近一年的数据,它对你来说不再是一个惊喜,但你有点惊讶的是你开始相信它了。
对我来说,最接近顿悟时刻的是我在圣克鲁斯发表演讲时,我展示了结果并试图澄清。演讲结束后,著名的宇宙学家乔尔·普里马克站起来说:“在任何人问任何问题之前,我想向听众澄清宇宙学常数的意义。这是一个震惊,一件大事。” 宇宙学常数当时根本不在人们的脑海中,那时我才意识到这是一个震惊。那是 1997 年 11 月下旬到 12 月初。
然后我们决定真正公开并大肆宣传,并在 1998 年 1 月 9 日的美国天文学会会议上张贴海报。我们做了一张海报、一次演讲和一次新闻发布会。然后,当竞争团队公布他们的结果并使用其他术语时,它变得更加显眼:“反重力”。
另一个团队是由澳大利亚国立大学的布赖恩·施密特领导的 High-Z 超新星搜索团队。您的超新星宇宙学项目和 High-Z 团队之间的竞争感如何?
两个团队如此接近地宣布有一些优势。在科学史上,我没有听说过有太多次应该是一个大惊喜并且人们不应该接受的事情。到年底,许多圈子里都把这当作定论。发生了很多与此发现相关的事情。从最狭隘的意义上来说,我的团队成员认为我们非常努力地建立了所有使这件事情成功的技术。然后,另一个团队在一个半月后在玛丽安德尔雷举行的会议上宣布了他们的结果,我们也在那里进行了展示。当你知道另一个团队已经得到结果时,展示你真正的令人震惊的结果要容易得多。我们的团队会觉得有优先权,是他们建立的。但另一个团队首先发表了最终的出版论文,这也是事实。
为什么你们没有在 1998 年 1 月宣布发现时就发表?
我们认为,确定结果是什么并将其发布给社区是最重要的事情,并确保检查和交叉检查了每一个问题。我们认为不存在优先权问题。
我认为大多数人觉得这像是一个同时发生的事件。如果我们以稍微不同的方式呈现,我们可能就成为赢家了。从大局来看,有时你会有点恼火,但如果每个人都分享荣誉,我就不会太恼火。当你退后一步思考时,你会发现这类发现取决于太多因素的结合。人们花了数年时间才理解了不同的方面。这些结果的出现不是因为某一个人做了什么,而是因为一个社群非常努力地工作才证明了结果。
你认为你科学成功的最大原因是什么?
我认为最重要的是,首先,愿意学习新事物,愿意涉足新的领域,同时也能够与其他人合作。大多数这些工作对于任何一个人来说都过于庞大。你最终会试图找到一个和你一样兴奋并想要推动这项技术前进的团队。我总是惊讶于,科学家的形象是一个孤独的人,穿着实验室外套,独自在实验室里工作数小时,而我的感觉是,也许对于一个科学家来说,除了能够思考好问题之外,最重要的事情是找到优秀的合作者,并享受与他人一起发明想法的过程。
每年十月诺贝尔奖宣布时,你会感到兴奋吗?
这些奖项真是很有趣。最大的担忧是关于邀功。人们认为你做了一些好事,总是很高兴的。人们可能会花费一生等待看看他们是否能获得诺贝尔奖,这不是一个非常健康的心态。