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乱谈诺贝尔奖中的天文味儿 精选

已有 5907 次阅读 2011-10-5 07:58 |个人分类:思考|系统分类:观点评述|关键词:诺贝尔奖,天文| 天文, 诺贝尔奖

时至今日,诺贝尔物理学奖有一次和天外来物有关:1936年诺贝尔物理学奖 ----宇宙辐射和正电子的发现。但是要说这次诺奖有什么天文味儿,有那么点牵强。但是确实有几次,诺奖是货真价实和天文学(天体物理学)有关的,有一些和创新的观测设备有关:1974年诺贝尔物理学奖----射电综合孔径技术。还有一些和天体物理理论有关:1983年诺贝尔物理学奖----恒星结构和演化(包括白矮星结构);1983年诺贝尔物理学奖----元素形成的核合成。但更多的是天文发现:1974年诺贝尔物理学奖----脉冲星的发现;1978年诺贝尔物理学奖----宇宙微波背景辐射的发现;1993年诺贝尔物理学奖----脉冲双星的发现(间接验证了广义相对论);2002年诺贝尔物理学奖----宇宙中微子;2002年诺贝尔物理学奖----宇宙X射线;2006年诺贝尔物理学奖----宇宙微波背景辐射黑体谱以及各项异性;2011年诺贝尔物理学奖----宇宙加速膨胀。

有人认为诺贝尔物理学奖颁给天文学家是牵强的,因为天体物理不过是把物理用到天体上去,天体物理只是一种应用物理。这个观点是有问题的,为了看出这一点,我们考察这么一种说法:原子物理不过是把宏观物理用到原子上去,原子物理是一种应用物理。后一种说法通常大家是不能接受的。类似地,前一种说法也是不对的,不同尺度的客体有不同的规律,在宇观尺度同样有独特的规律。

在通常的物理里,发明一种有重大影响的新工具有可能获得诺奖(如航标灯自动调节器、光纤等),发现、解释一种新的规律也有可能(如分数量子霍尔效应),创立影响重大的理论也能(量子理论)。宇宙中存在的天体,除了和通常物理中的研究对象尺度不同,我实在看不出有它们有什么高下之分。所以,如果发现了宇观尺度的新规律,理应能够获得诺奖。

从几项天文味儿浓厚的诺奖来说,白矮星结构的研究让人们认识到死亡恒星有质量上限;元素合成的研究让人们认识到了宇宙中的物质从何而来;微波背景的发现让人们认识到宇宙在大尺度上基本是各向同性的;脉冲星的发现使人们认识到存在一种非常致密的星体;脉冲双星的发现帮助间接验证了广义相对论;宇宙中微子和宇宙X射线的发现也极大拓展了人们的视野;而微波背景各项异性的发现让我们认识到了现今宇宙中的各种天体和天体集合如何起源;今年(2011年)获诺奖的工作则是揭示了宇宙的出人意料的运动、演化方式。分析至此,这些奖项的颁发就不难理解了。

宇宙中的天体众多,但不是发现任何新的天体就能发现新的规律。类星体的发现也曾轰动一时,发现者上过《时代》杂志封面。因为从类星体的观测发现了巨大的红移,这极大地拓展了人类对宇宙尺度的认识。但是宇宙膨胀(红移-距离)的规律在此之前就已经由哈勃发现了,这并不是一个新的规律。当然,这不是说类星体的发现不重要,相反,这是天文学中的一个重要发现,也成为了一个重要工具。曾经有人想用类星体探测宇宙的膨胀规律,就像今年诺奖的工作用超新星探测宇宙膨胀规律一样。可惜的是类星体不像Ia型超新星那样标准,其亮度不能用来作为距离标准,因而无法准确测定红移-距离关系,也就无从探测宇宙膨胀规律。如果类星体是标准的,那么很可能今年的诺奖就会颁给最先理解类星体红移的Maarten Schmidt了。

通常物理的对象是复杂的,从中找出简单的规律是物理学家的追求。天体系统同样是复杂的,从中找出简单的模式是天文学家的追求。不管是物理味儿还是天文味儿,它们之间并没有本质差别。原来上本科的时候,有些同学鄙视天文,一个原因是研究天文不容易获得诺贝尔奖。如今,射电天文获得了几项诺奖。今年,光学天文也终于扬眉吐气,那些喜欢天文而又为"研究天文难以获得诺贝尔奖"而纠结的同学们终于可以不用纠结了吧。


2011诺贝尔奖
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