2019年諾貝爾物理學獎的一半授予美國物理學家和理論宇宙學家詹姆斯·皮布爾斯（James
Peebles），以表彰其在宇宙物理學的理論發現中做出的突出貢獻。
來來，看一下什麽叫“突出貢獻”。皮布爾斯做了大量工作使得物理宇宙學成為嚴肅的、定量的物理學分支，他為宇宙學中幾乎所有的現代研究奠定了基礎，包括理論和觀測，將一個高度猜測性的領域變成了一門精密的科學。
毫不誇張的說，咱們普通人能說的出來的跟宇宙學相關的詞，什麽宇宙大爆炸、星係紅移、暗物質，都跟他的研究有關！
△詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）
他的貢獻有多大？一句話：將宇宙學從推測轉變為科學
宇宙學是研究宇宙起源和進化的一門學科，過去的五十年是宇宙學的黃金時代。上世紀60年代，宇宙學從推測轉變為科學，而推動這一轉變的關鍵人物就是詹姆斯·皮布爾斯（James
Peebles），他的發現將宇宙學牢牢地安置在科學地圖上，豐富了整個研究領域。他的第一本書《物理宇宙學》（1971年）啟發了新一代的物理學家。
“我們來自何處，又將往去何處？”這是一個永恒的問題。在信仰和意義之外，宇宙學為人類提供了一種解答問題的新思路。直到近一百年，人類才有了對宇宙演化的科學描述。在此之前，宇宙被認為是靜止的和永恒的。但早在上世紀20年代，天文學家發現，所有星係都彼此遠離，並且在遠離我們，這意味著宇宙在成長。現在的我們知道，今天的宇宙與昨天的宇宙不同，而明天的宇宙又將和今天的宇宙不同。
下麵咱們就詳細說說皮布爾斯的幾個重要貢獻。
貢獻一：推動讓愛因斯坦後悔不已的宇宙常數重返宇宙學。1916年，愛因斯坦的廣義相對論已經預言了天文學家在太空中所看到的一切，這一理論現在也已經成為所有有關宇宙的大規模計算的基礎。
不過當愛因斯坦發現該理論得出的結論是空間在擴大時，他在方程式中添加了一個常數（宇宙常數），該常數將抵消重力的影響並使宇宙靜止不動。
而十多年後，科學家觀察到了宇宙膨脹，確認宇宙並非靜止的，也就不再需要這個常數了。愛因斯坦認為，這是他一生中最大的錯誤。不過，他不知道的是，宇宙學常數會在20世紀80年代，通過詹姆斯·皮布爾斯（James
Peebles）的貢獻，重返宇宙學。
貢獻二：從宇宙的第一縷光芒裏尋找宇宙誕生的秘密
宇宙的膨脹就意味著過去的它更密集，更熱。在20世紀中葉，我們稱宇宙的誕生為“大爆炸”。沒有人知道一開始的實際情況，但是早期的宇宙充滿了緊湊、熱和不透明的粒子，如同一碗湯。
經過將近40萬年的冷卻，這種原始湯冷卻到幾千攝氏度。原始粒子能夠結合，形成主要由氫和氦原子組成的透明氣體。緊接著光子開始自由移動，光得以在太空中傳播。宇宙的第一縷光線直到現在仍然充滿著宇宙。空間的擴展拉伸了可見光波，因此它們最終進入了波長為幾毫米的微波範圍，這也就是宇宙微波背景輻射。
1964年，兩位美國射電天文學家（1978年諾貝爾獎獲得者亞諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜）偶然抓住了宇宙誕生的光芒。但他們無法擺脫天線從太空各處拾取的恒定“噪聲”，因此他們在其他研究人員的研究中尋求解釋，其中包括詹姆斯·皮布爾斯（James
Peebles）。當皮布爾斯（Peebles）意識到輻射的溫度可以提供有關在大爆炸中產生多少物質的信息時，現代宇宙學的新紀元開始了。
宇宙中起源於嬰兒期的古老輻射已經變成了一個金礦，它幾乎包含了所有宇宙學家想要知道的一切的答案。
“宇宙多大了？它的命運是什麽？存在多少物質和能量？”科學家們可以從這些餘輝中找到宇宙最初的痕跡。如同海浪反映著海洋的變動，這些漣漪（微波）揭示了早期宇宙的變化。
△Plank衛星繪製的最新最高分辨率宇宙微波背景輻射圖（圖片來源：ESA/NASA/JPL-Calteck）
貢獻三：理論證實暗物質和暗能量的存在
暗物質的組成仍然是宇宙學最大的謎團之一。長期以來，科學家一直相信，已知的中微子可能構成這種暗物質。但中微子速度過快而無法將物質凝聚到一起。1982年，皮布爾斯（Peebles）提出，冷的暗物質中重而慢的顆粒可以完成這個任務。
直到今天，我們仍在尋找冷暗物質中的這些未知粒子。
根據愛因斯坦的廣義相對論，空間的幾何形狀與引力相互關聯——宇宙包含的質量和能量越多，彎曲的空間就越多。在質量和能量的臨界值下，宇宙不會彎曲。我們稱這種類型的宇宙為平坦宇宙。
宇宙微波背景輻射的測量以及理論上的考慮提供了明確的答案——宇宙是平坦的。但是，它所包含的物質僅足以滿足臨界值的31％，其中5％是普通物質，26％是暗物質，還有69％失蹤了。
詹姆斯·皮布爾斯（James
Peebles）再次提出了一個解決方案。使用皮布爾斯提出的理論模型，可以通過計算預測宇宙的形狀以及其中所包含的物質和能量（下圖）。而他的計算與之後的背景輻射測量非常吻合。從計算結果中，還可以得出一個結論，如果宇宙的31％（5％+
26％）由物質組成，那麽剩下的69％，必須是暗能量才能滿足對平坦宇宙的要求。
所以，毫不誇張地說，詹姆斯·皮布爾斯（James
Peebles）對物理宇宙學的研究和見解豐富了整個研究領域。他的理論框架自1960年代中期發展起來，奠定了當代宇宙學基礎。
現在，暗物質和暗能量都已成為宇宙學中最大的謎團。宇宙的暗麵隱藏著什麽秘密？未知背後隱藏著哪些新的物理學？在解決空間奧秘的嚐試中，我們還會發現什麽呢？
遼闊的宇宙等待著我們去探索，無窮的真理讓我們孜孜追求。再一次，向皮布爾斯致敬，向探尋真理、探索宇宙的前輩們致敬！
華客網:84歲天文學家獲諾獎,在他之前，研究宇宙基本靠猜(圖)