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2015年诺贝尔物理学奖:暗物质or系外行星?

天文八卦学刘博洋2015年10月06日07:36

[摘要]北京时间10月6日17时45分,诺贝尔物理学奖获奖名单即将揭晓,暗物质还是系外行星,今年哪一领域最有可能获此殊荣呢?

首先,祝贺北大校友屠呦呦获得诺贝尔生理学和医学奖!

这是华人第一次获得诺贝尔生理学和医学奖。而今天即将出炉的诺贝尔物理学奖,则是历次华人所获诺奖中,“中奖”次数最多的一个奖项。现在各路高人已经开始猜测物理学奖将花落谁家,本专栏也便一起凑凑这个热闹。

近几年的诺贝尔物理学奖似乎正在物理学的四个主要分支中轮流打转:2011年获奖的“暗能量”属于天文学,2012年获奖的是量子物理,2013年获奖的“希格斯粒子”是高能和粒子物理,2014年获奖的“蓝光LED”则是凝聚态物理的成果。

如果四年一轮的规律真的存在,那今年就又要转回天文学了。那么,天文学里有哪些够得上诺奖荣耀的成就,还没有被诺奖垂青过呢?

“暗物质”的发现似乎是目前呼声较高的一个。

2015年诺贝尔物理学奖:暗物质or系外行星?

实际上早在1930年代,瑞士天文学家Fritz Zwicky就已经发现,根据后发座星系团中星系运动速度计算得到的星系团总质量,似乎比星系团中可见物质所对应的质量要小两个量级。他当时就猜测,可能有某种不发光的“暗物质”存在,造成这一现象。然而这次发现并未引起同行的重视,石沉大海。

比Zwicky还早一年的是荷兰天文学家Jan Hendrik Oort,他发现银河系中一些恒星运动的也过快。他也用到了dark matter一词来解释,但该现象亦有其他可能解释,总的来说他的这次发现力道尚不及Zwicky的。

不管怎么说,这二位仁兄早已故去;健在的天文学家中,有资格拿暗物质这个诺奖的,就是Vera Rubin和Kent Ford了。他们在上世纪60年代用Ford做的一台光谱仪研究仙女星系(M31)中不同位置的恒星的速度,据此得到了所谓其星系旋转曲线。然而,他们测到的旋转曲线竟然不符合万有引力定律——在星系外侧看不到什么东西的地方,本来应该掉下来的旋转曲线,疯了似的水平延展开来,这说明在恒星盘边缘之外,仍然存在大量我们看不到的东西。

2015年诺贝尔物理学奖:暗物质or系外行星?

仙女星系旋转曲线示意

这被公认为暗物质的正式发现,这一次发现没有再次石沉大海,改变了人们对宇宙认知的基本图景。现在虽然我们仍然不知道暗物质是什么,但它的存在已经被极多的证据广泛证实,暗物质早已成为宇宙学标准理论的一个基石。

2015年诺贝尔物理学奖:暗物质or系外行星?

普朗克卫星测得的宇宙各组分占比

Rubin奶奶今年已经87岁,Ford大爷年轻一些,今年也有84了。这个奖要是再不发,那诺奖对科学家抗衰老能力的要求也太高了点。虽然说暗物质的本质尚未搞清,不过同样没有彻底搞清楚本质的暗能量,就只是因为观测证据确凿,而获得了2011年的诺贝尔物理学奖。作为天文学为整个物理学学科贡献的“新两朵乌云”之一的发现者,Rubin和Ford得奖的话,将是众望所归。

2015年诺贝尔物理学奖:暗物质or系外行星?

还记得7月份NASA宣布发现“第二地球”时的舆论热潮吗?(一天涨了5k粉的我印象极其深刻……)另一个近些年呼声很高的领域,就是系外行星了。

其实说起来,系外行星并不是一个特别“物理”的领域,系外行星的存在与发现并不能让我们对物理的认知产生颠覆性的变化。实际上人人都可以根据哥白尼原理轻易断言“其他恒星周围一定也有行星存在”,而发现系外行星的技术,不管是靠测光观测的掩星法,靠光谱观测的视向速度法,还是看上去很酷炫的微引力透镜法,乃至超高分辨率下的直接成像法,都只是在技术上有一定的挑战,并没有太深的物理内涵。

不过如果系外行星领域获得诺贝尔物理学奖,倒也和这些年物理学奖向应用物理倾斜的趋势一致。光纤、石墨烯、蓝色LED,都是以其造福人类的巨大应用价值而获奖。系外行星研究是为两三百年后的人类找退路,应用价值也不必这几项差,要获奖确也能说得过去。

问题是,发给谁呢?

系外行星领域不可谓不拥挤。一口气能拎出好多人来:

2015年诺贝尔物理学奖:暗物质or系外行星?

通过对脉冲星的观测,最早发现系外行星系统的人是Aleksander Wolszczan 和Dale Frail。

然而人类显然并不想移民到一个死气沉沉的脉冲星旁边。通过掩星法,首先在主序星周围发现系外行星的是 Didier Queloz 和他的导师、操着一口瑞士吞音英语的Michel Mayor。他们的这一发现后经Geoffrey Marcy观测确认——这位仁兄发现的系外行星数量很多,前100个里有70个都是他的小组发现的。

有人说还要再算上默默推动开普勒任务十余年年的 William Borucki 老爷子,这就已经六个了——而诺奖每次不能超过三人,这个名单早已长到没法发奖了。怎么办?一个办法是等——很残忍的熬死几个老家伙,等人数少到3人以下,就好办了;不过这几位大哥看起来都还活蹦乱跳的,不像是能靠身体健康大赛决出胜负的。再就是对贡献进行一下取舍:前二位发现的是脉冲星旁边的,太非主流,算了吧;Marcy只是跟进确认,要不也算了?Borucki 虽然占不到什么“第一”名分,但劳苦功高,Kepler发现的系外行星数量极多,留下也情有可原。这样的话,如果颁给系外行星领域,可能会授予Didier Queloz、Michel Mayor和William Borucki。

暗物质的发现为物理学提出了一个巨大的挑战,而系外行星的发现为人类的未来开启了无限的憧憬。如果要笔者进行选择,我还是更倾向于暗物质发现者Vera Rubin和Kent Ford。当然,“诺贝尔奖的四年轮回”本身可能就是臆测,如果“轮回”失效,放眼整个物理学界,那竞争者的名单还会大大加长,不在本文所能管窥之列。欲知后事如何,坐等今晚揭晓。

作者:刘博洋 中国国家天文台博士生

本文转自其微信公众号:astrobaguaology

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[责任编辑:chirongui]
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