诺贝尔物理学奖：宇宙的膨胀速度

诺贝尔物理学奖：宇宙的膨胀速度
2019诺贝尔物理学奖授予了三位卓越的天体物理学家：索尔·珀尔马特(SaulPerlmutter)、布莱恩·施密特(BrianP.Schmidt)和亚当·黎斯(AdamG.Riess)。

他们对超新星举行了系统的查看，发觉宇宙正在加快扩张。

这一发觉意义深远，多年来他们一直是获奖的热门人选。

这是宇宙学范畴第三个诺贝尔物理学奖。

1929年，美国天文学家哈勃利用当时世界上最大的望远镜——加利福尼亚威
尔逊山望远镜，首先发觉了星体间隔断在不断变大，由此发起了宇宙扩张理论。

根据这一发觉，俄罗斯天体物理学家伽莫夫发起了大爆炸理论，以为宇宙诞生于约140亿年前，宇宙从一个极小体积、极高密度的点猛烈地向外扩张，像产生了一次超级大爆炸。

大爆炸理论此后被很多不同类型的天文查看所证实。

不过，多年来，物理学界一直以为宇宙扩张的速度是恒定的，或者是越来越慢的；直到这三位物理学家开始了对超新星的查看。

超新星现象
1934年，天才天文学家茨维基等人发起超新星的概念，他们猜测，当大质量的恒星演化到其生命的晚期时，内部的核燃料消耗殆尽，恒星从中心开始冷却，没有足够的力量与引力反抗，整个星体向中心坍缩，坍缩时表层被迅速加热，产生
剧烈的爆炸，这便是超新星现象。

在中国汗青上，超新星爆发通常预示着兵祸和天灾，或者皇帝驾崩，是历朝皇帝极为重视的稀有异常天象。

从汉朝以来的2019多年里，最壮观的超新星爆发只有六七次。

北宋景德年间，公元1006年5月1日破晓，南方天空中虎豹座位置上忽然出现一颗很亮的恒星，亮度靠近半个月亮，在它的光照下无月的夜间也可以看清工具。

厥后三个月夜夜可见，三个月后变暗。

这是人类有文字记载以来最亮的超新星爆发，天文学上称这次超新星为SN1006，它离地球大抵7200光年远。

由于超新星很亮，在极远的地方都能看到，所以可用来研究宇宙学。

对宇宙学最有用的超新星是Ia型超新星，由于物理上的原因，这类超新星在爆发时的质量相同，因此它们的绝对亮度总是稳定的，大抵为太阳亮度的50亿倍。

超新星离地球越远，它的视觉亮度就越低，根据这一干系，可以把Ia型超新星看成“标准烛光”来使用：根据查看到的超新星的视觉亮度，可以反推它到我们的隔断。

随着宇宙的扩张，星体发出的光的波长会变长，在物理学上这叫做红移。

红移的巨细与星体的隔断大抵成正比，这便是著名的哈勃定律，宇宙学这一学科便是从哈勃的天文查看开始成长起来的。

怎样查看超新星？
此次获奖的三位天体物理学家所做的劳动是哈勃最早的查
看的准确化。

他们用最先进的天文查看工具查看了约60颗Ia型超新星，在地球上丈量超新星的亮度和光芒的红移，绘制出隔断-红移干系图(俗称哈勃图)，由这些哈勃图可以算出很多宇宙学参数，比如宇宙的年龄、扩张环境等。

有了哈勃图，人们终于能回答自古以来一直在追问的标题：宇宙是什么样的？它是怎样形成的？它将怎样演化下去？
虽说这一查看从原理上很简略，但实际操纵起来并不简略。

一个主要原因是大多数超新星离地球太远，极为微弱，很难辨别。

为发觉超新星，一般要用数码摄像头对天空举行两次照相，比较不同时刻某一天区的照片，用前一时刻的照片减去后一时刻的照片，从两者的区别中发觉可能变亮的待选目标。

第一张照片在新月之后拍摄，第二张照片则要在3个星期之后，抢在月光把星光淹没之前拍摄。

值得注意的是，这些待选目标中有的可能并非超新星，而是其他天体，比如偶然运动到这一地区的太阳系小行星。

消除这些干扰之后，再用大型光学望远镜对这些目标举行细致的查看，所有丈量需要在超新星变暗之前迅速完成。

这是一项艰难的使命。

虽然从上世纪八十年代起就有多个小组在举行这类查看，但未能获得很多有效终于，这可能与望远镜查看时间分派有关。

大型天文望远镜的查看时间通常要申请，一般来说，大型天文望远镜的查看时间分派表早在半
年或一年前就已经定下来。

在整个可查看宇宙之中，均匀每分钟大抵爆发10颗Ia型超新星。

但宇宙实在太过巨大，一个典范的星系均匀每1000年才会出现一到两颗超新星爆发。

由于没有办法预测超新星爆发的准确位置，并预先申请查看时间；所以通常科学家只能在发觉超新星后，暂时借用别人的查看时间举行后续查看，这使得其很难举行有效查看。

诺奖得主：宇宙正在加快扩张
此次获奖的三位天体学家来自两个查看小组。

此中一组是“超新星宇宙学项目”，于1988年启动，议决一段时间后由于成效微弱，项目险些被停掉。

危难时刻，索尔·珀尔马特领导起了超新星查看使命。

议决一番努力，这一项目得以连续下去。

为了查看超新星，珀尔马特普遍关联全世界各大天文台的望远镜，恳请正在使用望远镜的人帮他举行查看。

他还成长出一套迅速找到大量超新星候选者的要领，可以一次迅速找到多颗候选超新星，从而能够申请到更多查看时间。

另一个小组是“高红移超信息研究组”，于1994年启动，领导者是布莱恩·施密特，亚当·里斯在此中起到了至关重要的作用。

虽然他们起步较晚，但是转机迅速。

很快，两个小组就展开了激烈的竞争。

2019年1月，两个小组险些同时公告了其查看终于，此中珀尔马特小组发觉了42
颗超新星，施密特小组发觉了16颗超新星。

他们的终于都表明，宇宙正在加快扩张，这一终于轰动了物理界。

为评释宇宙的加快扩张，物理学家们发起了许多方案，此中最主流的是暗能量理论。

暗能量是一种假想的物质，平庸物质产生的压强为正，暗能量的压强为负；平庸物质产生万有引力，而暗能量则产生斥力；平庸物质让时空减速扩张，而暗能量则让时空加快扩张。

虽然有众多证据显示了暗能量的存在，但是物理学家一直不知道暗能量的本质是什么。

进一步的天文查看表明，本日宇宙中大抵74%的物质是暗能量，22%的物质是不可见的暗物质，而我们所熟悉的平庸物质只有4%左右。

在宇宙的整个汗青中，物质的引力越来越弱，暗能量所起的作用越来越强。

到五六十亿年前，暗能量开始发挥作用；在此之前，宇宙是减速扩张的；在此之后，宇宙是加快扩张的。