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物理学正处于极其活跃的时代

作者:admin 2019-10-29 我要评论

继2011年亚当里斯、布赖恩施密特和索尔珀尔马特因为发现暗能量而获奖之后,再一次有宇宙学家获得诺贝尔奖,也是首次有行星科学家获得诺贝尔奖。这几位科学家的发...

继2011年亚当·里斯、布赖恩·施密特和索尔·珀尔马特因为发现暗能量而获奖之后,再一次有宇宙学家获得诺贝尔奖,也是首次有行星科学家获得诺贝尔奖。这几位科学家的发现有何意义,他们的研究领域目前又有哪些进展?诺贝尔物理学奖委员会成员、瑞典皇家理工学院物理学教授戴维·哈维兰(David Haviland)在发布会结束后接受了本刊的采访。

诺贝尔物理学奖委员会成员戴维·哈维兰

 

三联生活周刊:能否简要介绍一下你在诺贝尔奖委员会的工作,以及今年诺贝尔物理学奖最终的诞生过程?

哈维兰:我是瑞典皇家理工学院(KTH)进行纳米结构研究的教授,同时我也是瑞典皇家科学院的院士,诺贝尔物理学奖委员会的成员。我们在今天早上进行的最后一轮投票,在公布前一小时才确定了今年最终的获奖人选。

三联生活周刊:在我看来,今年诺贝尔物理学奖的几位得主可能稍微有些出人意料。一位宇宙学家,还有两位行星科学家,这应该是第一次有行星科学家获得诺贝尔物理学奖。

哈维兰:确实是这样的。研究太阳系之外的行星,这是一个从20世纪90年代开始,随着马约尔和奎洛兹做出的发现而出现的全新物理学领域。他们设计了一个极为准确的光谱仪,使人们可以测量遥远的恒星在移动过程中光谱发生的极其微小的变化。

三联生活周刊:这三位得主都是在20世纪90年代取得了突破,在经过了20多年的发展之后,这些领域的研究如今都取得了哪些新的进展和影响?

哈维兰:两位行星科学家通过分析光谱发现了第一颗太阳系外的行星,之后他们又通过另外的方法,称作“凌日法”(Transit Method),发现了更多的系外行星(行星在掠过恒星时,会遮挡住一部分恒星的光线。利用这个原理,通过观测恒星光线发生的微小变化就能够发现在远处围绕某颗恒星运转的行星)。在他们最初的发现之后,人类现在已经发现了超过4000颗系外行星。这个全新的物理学领域自从出现以来,发展非常迅速。在2021年即将升空的詹姆斯·韦伯太空望远镜会更进一步研究系外行星,它甚至能够探测这些行星的大气成分。

三联生活周刊:在这两位行星科学家做出的发现基础之上,你是否认为人类在未来有机会发现与地球环境非常类似的、适合居住的星球,甚至有可能移居到其他适合居住的星球?

哈维兰:进行星际旅行并不现实。考虑到人类的重量,外加上整个生命支持系统,以极高的速度进行星际旅行,这几乎是不可能的。但是另一方面,我们可以向其他星球发射信号,或是尝试接收来自外星的信号。(在发现了众多的系外行星之后)起码现在我们已经知道该把我们的高增益天线指向哪个方向,然后仔细探测信号了。

三联生活周刊:皮尔布斯所开创的宇宙学研究到现在又有哪些进展?

哈维兰:皮尔布斯因为在理论物理宇宙学领域取得的成就获得了诺贝尔奖。他发展出了一套理论,让我们可以非常精确地解释宇宙在诞生初期的状态。而且他的理论被宇宙大爆炸的回声——宇宙微波背景辐射的探测数据非常精确地证实了。可以说这是人类做出的最令人惊叹的精确观测之一——人类在夜空中测量了宇宙微波背景辐射在百万分之一度范围内的变化,这样的变化可以告诉我们在宇宙中物质和星系的分布情况,而这与皮尔布斯的理论非常契合。

我们现在也有了非常坚实的实验证据,证明在宇宙中分布着很多我们尚且不了解的看不见的物质和能量,我们把它称之为暗物质和暗能量。这仍然是一个巨大的谜题。

三联生活周刊:皮尔布斯的工作是不是让我们更接近解开暗物质和暗能量之谜?

哈维兰:他的工作为我们建立了非常坚实的基础,在理论上分析宇宙微波背景辐射的波动,让人们确信暗物质和暗能量的存在。至于暗物质和暗能量的真正身份,起码现在仍然是一个巨大的谜题。

三联生活周刊:近些年来不断涌现出一些新的科学奖项。比如由俄罗斯亿万富翁设立的科学突破奖(Breakthrough Prize),同样也在物理学领域授奖。作为诺贝尔委员会的成员,你如何看待这些新设立的科学奖项?

哈维兰:我想科学家们选择进行研究工作,是因为他们热爱科学研究,是被一种智力上的好奇所驱动,而不是为了获得个人奖项或是为了金钱。当然有科学奖项可以对科学家们的杰出工作给予认可是一件非常好的事情。可能也正是这个原因,人类在科学领域内的奖项数量比其他任何领域都多。关于新设立的科学奖项,我认为这是一件好事。阿尔弗莱德·诺贝尔最初设立诺贝尔奖的时候,正是出于和国籍无关的,利用科学造福全人类的愿望。在评奖时,他并不希望人们去考虑与科学无关的问题。诺贝尔也很有长远眼光,他自己就是一个发明家和科学家。他对于科学好奇,又非常擅长把科学发明商业化,因而积累了大量的财富。正是因为他的努力才有了这样的一个奖项。在他之后,自然也就有了很多人进行模仿。

三联生活周刊:你是否担心其他科学奖项会挑战诺贝尔奖的地位?

哈维兰:诺贝尔奖有非常长的历史,而且只授予最杰出的科学家。诺贝尔奖委员会的成员都对这份工作非常严肃,非常努力,我们也与整个国际科学界有着密切的联系,因此每年都会得到非常杰出的提名名单。所以说,如果其他科学奖项也采用同样的评奖模式,那么它们可能也需要100年的时间才能够具有诺贝尔奖现在的重要性。

三联生活周刊:作为一个物理学家和诺贝尔奖的评选人,你认为物理学目前的发展状况如何?是处于危机之中,还是状况良好?

哈维兰:物理学正处于一个极其活跃的时代。无论是在我个人所研究的纳米领域还是在其他领域,比如宇宙学,都在做出各种各样的新发现。物理学的发展,新技术的出现,物理学和技术的结合,利用新技术做出的新的科学观测,物理学的发展还在刺激产生新的技术想法……对于物理学的发展来说,这是一段极为活跃的时期。

三联生活周刊:也有人对于实验物理学和理论物理学之间的鸿沟感到担忧。

哈维兰:从某种程度上说这个鸿沟是存在的。物理学家们习惯于把自己划分为实验物理学家或是理论物理学家,但是我认为一个物理学家应该对两者都有兴趣。比如说皮尔布斯一生都在做理论宇宙学研究,但是如果没有实验观测的证实,他的工作就显得毫无意义。物理学的意义就在于把理论和观测结合起来。

20世纪60年代,皮尔布斯在普林斯顿大学学习理论宇宙学时,这一套理论看起来还只是推测性的概念而已。在当时,只有少数非常杰出的实验物理学家,例如皮尔布斯的导师罗伯特·迪克(Robert Dicke)在关键性的技术出现之后,立即做出重要的观测,并且把观测结果与爱因斯坦的理论相验证。

三联生活周刊:物理学的概念一直处于不断变化之中。我们能否通过回顾诺贝尔奖的历史,展望物理学发展的趋势?

哈维兰:和其他学科一样,物理学也在不断地进化。现代物理学和19世纪末的物理学截然不同。但是进行科学研究的方法一直没有太大改变,都是数学方法建立模型,并且把理论模型与实验观测进行对照。从这一点来说,物理学并没有发生变化。


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