解讀韋伯望遠鏡的觀測成果 - 《華爾街日報》

插圖：托馬斯·瓦倫塔諾貝爾獎與鄧普頓獎得主、物理學家弗蘭克·維爾切克探索宇宙奧秘。閲讀往期專欄請點擊此處。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發佈的首批照片美得令人窒息。當你意識到眼前所見之物的真實含義時，這些圖像更會震撼你的心靈。

這些圖像的製作凝聚了大量創意與藝術加工。基於重要科學考量，韋伯望遠鏡主要設計用於接收紅外輻射，這種成像方式與可見光形成互補，能呈現不同的天體特徵。要觀測宇宙的遠古歷史、捕捉年輕星系，這正是最佳觀測方式。來自這些天體的光在宇宙膨脹過程中被拉伸至電磁波譜的紅外波段。為觀測此類光線，必須進入太空並避開近處温熱天體發出的紅外干擾。

韋伯望遠鏡生成的高精度紅外圖像與人類肉眼所見存在差異。我們通常將紅外輻射感知為熱量而非可見光（蟒蛇和吸血蝙蝠卻能看見，並藉此追蹤獵物散發的熱量）。為彌補人類感官侷限，天文藝術家們為不同紅外光賦予可見的偽彩色。這種處理既順應了人類的自然視覺，又超越了其侷限。此舉具有科學意義——人類擁有計算機尚無法企及的視覺模式識別能力；當然也包含文化目的——讓宇宙隱藏之美更易被大眾領略。

然而，對於科學家和硬核科學愛好者而言，關鍵不在於處理後的圖像，而在於底層信息。這些詳盡且量化的信息，無論對計算機還是人類大腦的分析部分，都是滋養思想的食糧。韋伯望遠鏡的科學計劃將解答諸多問題，很可能包括其自身觀測所引發的新疑問。就個人而言，我特別關注兩個"確定事項"和兩個相關的長線課題。

目前，測量宇宙年齡的兩種不同方法存在分歧。基於早期宇宙信號（特別是宇宙微波背景輻射）的測算結果，比基於近期宇宙信號（特別是遙遠星系和超新星）的測算值更大。這種被稱為"哈勃張力"的差異約為10%——雖不巨大，但超出了測量宣稱的精度範圍。韋伯的觀測應能顯著鞏固——或修正——涉及更復雜數據分析的近期宇宙測算結果。

韋伯的紅外成像還將為其他（相對）寒冷暗淡的天體打開新窗口。尤其令人感興趣的是研究太陽系外行星——系外行星——大氣層的可能性。韋伯必將發現大量新系外行星，包括迄今難以捕捉的類地小行星。地球生命通過光合作用等方式極大地改變了大氣的組成，這種改變是普通化學反應難以複製的。異常的系外行星大氣或許暗示着遙遠生命的存在。

這些都是相當有把握的預測。這裏還有兩個引人深思的長線猜想：其一，如果哈勃張力問題得到確證，可能表明早期宇宙中存在比現今更多的"暗能量"——這種被認為能加速宇宙膨脹的物質。這與現有理論相悖，但我不會強烈反對這種可能性。這將為基礎物理學注入一些令人欣喜的（暗）能量。

其二：眾所周知，人類技術已開始顯著改變地球大氣層。大型工程可能涉及巨大的能量與物質流動，因此有理由相信，終有一天人類工程活動對太陽系的改造，將能被韋伯級望遠鏡從遙遠距離探測到。若我們自身永不停歇的智慧能由此發現外星智慧文明的跡象，豈不是充滿詩意的巧合？

本文發表於2022年7月30日印刷版，標題為《解讀韋伯望遠鏡的發現》