這次諾貝爾物理學獎讓我們仰望星空_風聞

哲學家羅素説，他理解的“哲學”，是“某種介於神學和科學之間的東西”。他説：“一切確切的知識，都屬於科學；一切涉及超乎確切知識之外的教條，屬於神學。而兩者之間，一片受到雙方攻擊的無人之域，是哲學。”

那麼，關於2019諾獎物理學獎，我們可能可以從這樣一個角度理解：如果沒有獲獎者——詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）、米歇爾·馬約爾（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛斯（Didier Queloz）師徒的工作，可能關於宇宙、對於系外行星的認知，我們依然只能更多地從神秘主義、神學、哲學的角度來進行探索。

但是在科學上，科學家只相信那些經過實驗或觀測證實的東西，因此他們選擇的是一條沉重乏味的道路。

△詹姆斯·皮布爾斯（左）、米歇爾·馬約爾（中）和迪迪埃·奎洛斯（右） 圖片來源：THE NOBEL PRIZE

2019年諾貝爾物理學獎，獎勵了這些幾十年如一日的科學家。

獎項的一半，授予詹姆斯·皮布爾斯關於“物理宇宙學的理論發現”；另一半獎項，授予米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛斯“發現了圍繞太陽型恆星運行的系外行星”。

【宇宙的定位者】

10月8日晚，諾獎物理學獎委員會科學家對皮布爾斯教授的研究進行現場解讀時，用了一組道具：咖啡三劍客。

“讓我們把宇宙比作一杯咖啡，這裏大部分是咖啡，就是暗能量；然後我開始加奶油，這是暗物質，然後再加入一點點砂糖，這是普通物質。”

暗物質佔據着宇宙實物總量的百分之八十，這意味着它實際上主導了宇宙中的結構形成。在有普通物質的地方，總有暗物質伴隨。

當地球在銀河系中運動的時候，它也在不斷地和銀河系中的暗物質粒子交匯。因此，我們在地球上就有可能捕獲到暗物質。

△ 暗物質 圖片來源：MIT

其實，文藝青年對暗物質應該是有深刻認識，因為前不久剛剛結了婚的“謝耳朵”先生，在和Amy去登記時，重重地cue到了暗物質——

“I never thought I’d want to marry anyone. So the fact that I found you is astonishing. It’s like finding dark matter,except they were looking for dark matter. I wasn’t even looking for you, so you’re even better than dark matter…….When you make a discovery like this, you don’t take it down to City Hall--you tell the whole world!”

圖片來源：CTV

其實在科學界，科學家對暗物質的認知，也在很長一段時間裏處於迷茫狀態。

自從1933年，暗物質這個神秘的幽靈第一次在人類面前現出蹤跡後，在很長一段時間裏，暗物質並沒有引起太多科學家的興趣。

一方面，確認暗物質存在的證據還太少。另一方面，宇宙中存在看不見的東西並不奇怪，沒有光線照耀的礦坑裏，滿是看不見的礦藏和泥土，企業家或許還有興趣，但物理學家並不關心這個，除非這些暗物質有什麼超出人類認知的特點。

事實上，直到上世紀70年代末，仍然有很多人不相信暗物質的存在。

如果有人在物理學會議上説“暗物質是存在的”，很多人可能會禮貌地微笑；而如果有人敢説“暗物質可能是構成宇宙的基本粒子”，很多同行更可能會“哈哈哈哈”。

上世紀60年代以後，隨着天文學領域不斷髮生重大的觀測突破，以及美國航天項目的刺激，天文學獲得的經費資助顯著增加，吸引了眾多學習天文的學生，也吸引力了眾多物理學博士跨領域進入天文研究。兩個領域學者的興趣在宇宙學這個領域交匯了，“暗物質是一種基本粒子”這一假説開始被認真考慮。

圖片來源：metal-archives

在20世紀80年代，皮布爾斯教授描述了一類被稱作“冷暗物質”的模型。這一類暗物質粒子在宇宙早期相對於光速運動得非常緩慢，因此被稱作是“冷”的。

由於這種冷的特性，由這類暗物質主導的宇宙中，最先形成的結構是質量非常低的暗物質小團塊。這些團塊會通過合併和吸積周圍的暗物質增長。普通的物質會沉積在暗物質團塊的中心，直到恆星點燃，星系形成。

利用超級計算機，人們可以模擬由這一類暗物質主導的宇宙中結構是如何形成的。結果顯示：冷暗物質可以完美地解釋星系巡天觀察到的星系空間分佈狀態。

圖片來源：Cold Dark Matter Records

再説回一嘴上面提到的這杯“宇宙咖啡”，藉助皮布爾斯教授的貢獻，我們人類正在搞清楚自己在宇宙中的位置，也許可以理解為，是在奶油與咖啡的漩渦交融，畫出條紋時，就能得到精緻的複雜結構。我們，就是宇宙咖啡杯裏的漩渦。”

不過有很多網友和我一樣，研究着諾獎，打着哈欠，不覺喝掉一杯咖啡，然後狠狠地嚇一跳：我這是毀滅了一個平行宇宙了？

【新世界的發現者】

人類很早就在想宇宙當中有沒有類似的生命，16、17世紀時，布魯諾、牛頓，都思考過這個問題。那麼人們需要先找到一顆宜居的系外行星。

圖片來源：insidescience

但是系外行星極其難找——行星本身不會發光，只能夠反射恆星的光芒；這意味着，行星的絕對亮度其實非常非常微弱；同時，即使是最近的那些恆星，它們與地球之間的距離也要以光年計。相距如此遙遠的情況下，系外行星肯定會被籠罩在它所環繞的恆星的光芒中；也就是説，系外行星根本無法被地球上的望遠鏡所看到。

三、四百年裏，這項事業毫無進展。19世界裏，所有人跑出來宣稱他們發現了太陽系以外的行星的人，都只能證明，他們全是自己看花了眼。

但是20世紀90年代，來自瑞士的師徒麥耶和奎羅茲試圖橫空出世，他們用相當有力的證據，證明了系外行星的科學存在。

△ 麥耶（右）和奎羅茲 圖片來源：media wired

他們是如何完成這項科學壯舉的？

方法是徑向速度法。

在10月8日的諾獎物理學獎發佈會上，諾獎委員會物理學會的秘書長打個比方解析這個方法：“就好比火車駛入和駛出車站時，聲音是不一樣的。”——

如果一顆恆星的周圍真的存在一顆行星，這對恆星和行星就會構成一個彼此繞轉的兩體系統。

這會你身邊是否有人？如果有一個比你的體重要重磅許多的傢伙，那更好了。你不妨邀請TA和你共同跳一個圈圈舞——你繞着TA快速地旋轉舞蹈，你就像那顆系外行星；而TA呢？因為質量大於你，TA的轉幅要比你小得多，恩，TA象徵那顆恆星。

這樣一對天體在彼此旋轉時，地球是有辦法感知的——

當行星離地球遠去時，恆星就會略微地靠近地球。此時，恆星發出的光就會發生輕微的偏藍；

反之，當行星向地球飛來時，恆星就會略微地遠離地球；此時，恆星發出的光就會發生輕微的偏紅。

所以你就知道了麥耶師徒坐實系外行星存在的依據：如果發現一顆恆星的光譜出現了週期性的藍移和紅移交替的現象，就可以斷定這顆恆星擁有一顆行星。這就是徑向速度法。

1995年底，麥耶和奎羅茲在《自然》雜誌上發表了一篇論文，宣佈他們用位於法國普羅旺斯天文台的一台新型光譜儀，測出一顆與太陽相距50光年、名叫飛馬座51的恆星的光譜中，存在一個週期為4.2天的藍移紅移交替的現象。

由此他們推斷出，在離飛馬座51僅僅800萬千米的地方，有一個和木星差不多大小、公轉週期為4.2天的行星。麥耶和奎羅茲把這顆行星稱為飛馬座51b。它是人類歷史上發現的第一顆繞主序星旋轉的系外行星。

這個劃時代的重大發現，為人類打開了一扇通往新世界的大門。在此後的20多年的時間裏，追隨着麥耶和奎羅茲的足跡，天文學家們發現了將近4000顆系外行星。

《紐約時報》甚至把麥耶和奎羅茲發現系外行星這件事，與當年哥倫布發現美洲大陸相提並論，稱這對師徒為“新世界的發現者”。