本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
在得知他于10月8日获得诺贝尔物理学奖后,詹姆斯·皮布尔斯告诉《纽约时报》说,他之前“脑海中闪过这种可能性”。如果是这样,那他就是少数几个想到过这种可能的人之一。
皮布尔斯对宇宙学做出了许多贡献——这些理论帮助该领域从形而上学转变为物理学——这是无可争议的。用瑞典皇家科学院的公告中的话说,他今年物理学奖的一半份额“奖励了对宇宙结构和历史的新理解”。然而,这种描述也暗示了他的诺贝尔奖之所以令人惊讶的原因。
通常,物理学奖是为了表彰某项特定的成就。阿尔弗雷德·诺贝尔在他的遗嘱中规定,该奖项的获得者应是“在物理学领域做出最重要发现或发明的人”(斜体字为原文)。今年奖项的另一半授予了米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹,这符合传统。它表彰了“首次发现一颗围绕我们太阳系外类似太阳的恒星运行的行星”。这就是:一项非凡的探测成就。
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当然,该奖项并非不向皮布尔斯这样的理论家开放。例如,彼得·希格斯因预测了以他名字命名的玻色子的存在而获得了诺贝尔奖。但是,这项荣誉,即2013年的奖项,不得不等到验证性发现本身出现才颁发。
皮布尔斯也曾研究过预测诺贝尔奖的发现的理论。1964年,他是普林斯顿大学的一支理论家团队的一员,他们预测了宇宙微波背景的存在——这是宇宙在大爆炸后膨胀时出现的原始冲击波的当今残留物。对该辐射的同时探测是偶然的;贝尔实验室的天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·伍德罗·威尔逊在普林斯顿的理论家告诉他们之前,并不知道他们发现了什么。尽管如此,彭齐亚斯和威尔逊在1978年因该发现而获得了诺贝尔奖。
在20世纪60年代末,皮布尔斯意识到,宇宙微波背景不可能像彭齐亚斯和威尔逊的观测结果所显示的那样平滑和均匀。充满物质和能量的宇宙的早期版本一定存在不规则性,微小的变化会成长为星系、行星和我们。1992年发现这些各向异性的主要研究人员获得了2006年物理学诺贝尔奖。
在20世纪70年代初,皮布尔斯和他的普林斯顿同事耶利米·奥斯特里ker开始研究一种神秘的异常现象,这种现象开始出现在螺旋星系的观测中:星系可见边缘附近的气体和尘埃的旋转速度似乎与中心附近的气体和尘埃的旋转速度几乎相同,就像天王星在绕太阳的赛跑中与水星保持同步一样。皮布尔斯和奥斯特里ker设计了原始的计算机模拟来重现这种效果,他们发现他们确实可以做到——如果他们将星系植入一个更大的巨型物质晕中,该物质晕将充当引力稳定器。“有理由,”他们1974年发表的论文的开头一句写道,“越来越多和质量越来越高的理由相信,普通星系的质量可能被低估了10倍或更多。”
“太棒了,”这是率先进行这些星系探测的天文学家维拉·鲁宾对我说的那句话。(当我把赞美传达给皮布尔斯时,他带着假装的愤怒回答说,“她从来没有对我说过这样的话!”)在20世纪80年代初,皮布尔斯是一群理论家中的一员,他们认为这种“暗物质”的存在会极大地影响膨胀宇宙的大尺度结构,以至于一种反作用的引力效应会解释宇宙的稳定性。对这种效应——由于我们称之为暗能量的某种神秘物质而导致的宇宙膨胀加速——的发现发生在1998年,并获得了2011年的诺贝尔奖。
那么,皮布尔斯因哪一项成就而获得诺贝尔奖呢?所有这些成就。
在过去的20年里,我见过皮布尔斯很多次——通常是在新闻环境中(他在我2011年的书《4%的宇宙:暗物质、暗能量以及发现剩余现实的竞赛》中占有重要地位),偶尔在社交场合,还有一次在有点滑稽的场合。在他在史密森尼国家自然历史博物馆的“宇宙的本质”活动中露面之后,我们坐在同一辆美铁车厢里。我自我介绍了一下;我们简短地聊了几句。然后我回到座位上,惊讶地发现我们所知道的宇宙是如此之新,以至于它的创造者之一就坐在我过道的对面,喝着百威啤酒。
然而,我经常在这些相遇之后感到有些遗憾,那就是他性格中驱使他研究如此多问题的东西会破坏他获得诺贝尔奖的机会。皮布尔斯曾经向作家安·K·芬克拜纳描述他的科学职业生涯为“随机行走,不,是无向行走,或者更确切地说,是局部定向行走:当你迈出每一步时,你会决定下一步要往哪里走”——这种描述本身就抓住了他漫无目的的本质。
他一直喜欢找出下一个大问题,看看它会带来什么,找出那个大问题,看看它会带来什么:一种弯曲膝盖、迎风而上的冲向未来的感觉。(他是一位滑雪高手。)这种方法可以带来广泛的成就,但是——虽然没有人会指责皮布尔斯的工作缺乏深度——这种方法也可能导致缺乏一项具有职业生涯定义意义的突破。
电影艺术与科学学院有一个纠正历史记录的机制:为那些从未获得“真正”奥斯卡奖的人颁发荣誉奥斯卡奖——阿尔弗雷德·希区柯克、黛博拉·卡尔或彼得·奥图尔。瑞典皇家科学院没有。或者,更准确地说,直到今年才没有。
当然,奖项并不是最重要的;它们还不错,我想。但是,如果我们要有奖项,而且如果人们要把获得一个特定的奖项等同于进入科学万神殿,那么为什么一个应该在那个万神殿里的人不应该在那里呢?
因为出钱的那个人在他的遗嘱中这样说了,我想,这是一个合理的回答。但是今年,物理学委员会认为这不够合理——我也认为这是一个合理的回答:现在是他们的钱了。我对此感到困惑,我很好奇未来几年会发生什么。但最重要的是,我为吉姆·皮布尔斯感到高兴。
这瓶百威是为他准备的。