2011諾貝爾物理學(xué)獎得主

    2011年諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)給美國加州大學(xué)伯克利分校天體物理學(xué)家薩爾?波爾馬特、美國/澳大利亞布萊恩?施密特以及美國科學(xué)家亞當(dāng)?里斯以表彰他們發(fā)現(xiàn)“通過超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹”，這有助于人類更多地了解宇宙擴張的秘密；1915年，愛因斯坦發(fā)表了他的廣義相對論，此后這一直是人們理解宇宙的基礎(chǔ)。按照廣義相對論，宇宙只能收縮或者膨脹，不可能穩(wěn)定不變。但事實剛好相反：宇宙正在膨脹。

超新星

    超新星是某些恒星在演化接近末期時經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸都極其明亮，過程中突發(fā)的電磁輻射經(jīng)常能夠照亮其所在的整個星系，并可能持續(xù)幾周至幾個月才會逐漸衰減。而在此期間，一顆超新星所釋放的輻射能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相當(dāng)。恒星通過爆炸可以將其大部分甚至幾乎所有物質(zhì)以高至十分之一光速的速度向外拋散，并向周圍的星際物質(zhì)輻射激波。這種激波會導(dǎo)致一個由膨脹的氣體和塵埃構(gòu)成的殼狀結(jié)構(gòu)形成，這被稱作超新星遺跡。超新星是星系引力波潛在的強大來源。初級宇宙射線中來自超新星的占了很大的比例。

    超新星比新星活動性更劇烈。超新星的英文名稱為 supernova，nova在拉丁語中是“新”的意思，這表示它在天球上看上去是一顆新出現(xiàn)的亮，super-是為了將超新星和一般的新星有所區(qū)分，也表示超新星具有更高的亮度。超新星這個名詞是沃爾特·巴德和弗里茨·茲威基在1931年提出的。

宇宙膨脹

    宇宙膨脹學(xué)說提出：我們可以假設(shè)宇宙是一個正在膨脹的氣球，而星系是氣球表面上的點，我們就住在這些點上。我們還可以假設(shè)星系不會離開氣球的表面，只能沿著表面移動而不能進入氣球內(nèi)部或向外運動……。如果宇宙不斷膨脹，也就是說，氣球的表面不斷地向外膨脹，則表面上的每個點彼此離得越來越遠，其中某一點上的某個人將會看到其他所有的點都在退行，而且離得越遠的點退行速度越快。

宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)

    1998年，兩個研究小組的發(fā)現(xiàn)動搖了宇宙學(xué)的根基。其中，Saul Perlmutter領(lǐng)導(dǎo)的小組1988年開始研究，而Brian Schmidt領(lǐng)導(dǎo)的小組開始于1994年底，Adam Riess在Schmidt小組中扮演了關(guān)鍵角色。

    研究小組急于通過定位最遙遠的超新星來繪制宇宙地圖。越來越多更先進的望遠鏡的出現(xiàn)，以及更強大的電腦和數(shù)碼成像技術(shù)的應(yīng)用，在1990年代為解決這一宇宙學(xué)難題提供了可能。

    研究小組利用了一種特殊類型的超新星，稱作Ia超新星。它是一個古老緊密恒星的爆發(fā)，該古老恒星質(zhì)量重如太陽，體積卻小如地球。一個這樣的超新星就能放射出如同整個銀河系的光?？偠灾?，這兩個小組發(fā)現(xiàn)了50多個這樣的超新星——它們發(fā)出的光比預(yù)期的要弱，這是宇宙加速膨脹的一個證據(jù)。潛在的缺陷有很多，但令科學(xué)家安心的是，這兩個小組得出了同樣的令人驚異的結(jié)論。

    在幾乎一個世紀(jì)的時間里，宇宙一直被認(rèn)為將作為140億年前大爆炸的結(jié)果而進行膨脹。然而，宇宙膨脹正在加速的發(fā)現(xiàn)令人驚駭不已。如果膨脹持續(xù)加速，宇宙將終結(jié)于寒冰。

    這種加速度被認(rèn)為由暗能量驅(qū)動，但是這種暗能量是什么仍然是個謎——這也許是當(dāng)今物理學(xué)最大的謎題。已知的是，暗能量大約構(gòu)成了宇宙的四分之三。2011年諾貝爾物理學(xué)獎得主的發(fā)現(xiàn)幫助揭開了宇宙的部分面紗。


諾貝爾明星巡禮系列（二）2011年物理學(xué)獎——超新星及宇宙膨脹

圖文簡介

介紹2011年物理學(xué)獎得主對超新星及宇宙膨脹的研究成果