【腾讯科技编者按】北京时刻10月8日音讯，2019年诺贝尔物理学奖被颁发詹姆斯 皮布尔斯(James Peebles)、米歇尔·麦耶（Michel Mayor）以及迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)，以赞誉他们在人类了解国际演化史和地球在国际中所在方位而做的奉献。
其间一半奖金颁发美国普林斯顿大学的皮布尔斯，以赞誉他在物理国际学方面的理论奉献；另一半颁发瑞士日内瓦大学的麦耶和英国剑桥大学的奎洛兹，以赞誉他们发现了一颗环绕类日恒星运转的系外行星。
以下是诺奖官网的威望解读
关于地球在国际中所在方位的新见地
2019年诺贝尔物理学奖旨在赞誉科学家对国际结构和前史的新见地，以及初次发现环绕类日恒星运转的系外行星。本年的获奖者为答复关于咱们存在的基本问题做出了奉献。国际初期发作了什么，接下来又将发作什么？会不会有其他行星环绕着相似于太阳的其他恒星运转？
詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)与具有数十亿个星系和星系团的国际展开了比赛。他的理论结构来源于20世纪60年代中期，现已开展了20多年，是咱们今世国际观的根底。皮布尔斯的发现使人类对国际环境有了更深入的知道，其间已知物质只占国际中全部物质和能量的5%，其他95%都躲藏其间。这关于现代物理学来说是一个谜，也是一个应战。
米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)则在探究咱们的家园银河系，从中寻觅不知道的国际。1995年，他们初次发现了一颗环绕类日恒星运转的系外行星。他们的发现推翻了咱们对这些古怪国际的固有观念，并引发了地理学前史上的革新。迄今为止人类所发现的4000多颗系外行星方式之丰盛令人难以置信，其间大多数行星体系和咱们彻底不同。这些发现导致研讨人员不断批改关于行星来源背面物理进程的新理论。
国际大爆炸的来源
曩昔50年是研讨国际来源和进化的国际学的黄金时代。20世纪60年代的研讨奠定了将国际学从估测转向科学的根底。这一改变中的关键人物是皮布尔斯，其决议性发现将国际学牢牢地置于科学范畴之中，丰盛了整个研讨范畴。他出书的榜首本书《物理国际学》(1971)鼓励了整整一代的物理学家。其不只通过理论考虑，还通过调查和丈量为该国际学的开展做出了奉献。科学和其他任何东西都不能答复关于咱们从哪里来和咱们要到哪里去这种永久问题，但国际学却摆脱了比如崇奉和含义等人为概念。这照应了阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）上世纪初的话: 国际永久的谜便是它的可知性。
国际的故事是关于国际演化的科学叙说，直到最近一百年才为人所知。长期以来人们都以为国际是停止和永久的，但在20世纪20年代，地理学家发现全部的星系都在远离互相，远离咱们。国际在生长。咱们现在知道今日的国际与昨日的不同，明日国际也会愈加不同。
早在1916年，爱因斯坦的广义相对论就现已预言过了地理学家在天空中看到的东西，现在这一理论现已成为关于国际全部大规模核算的根底。当爱因斯坦发现广义相对论得出空间正在胀大的定论时，他在方程中增加了一个常数(国际常数)，这将抵消重力的影响，使国际停止不动。十多年后，一旦调查到国际的胀大，就不再需求这个常数了。爱因斯坦以为这是他一生中最大的过错。他并不知道国际常数会在20世纪80年代通过皮布尔斯的奉献光辉地回归国际学。
图示：皮布尔斯在物理国际学方面做出的理论奉献
国际中的榜首束光线
国际胀大理论意味着国际从前密度更大，温度更高。在20世纪中叶，国际的诞生被命名为“国际大爆炸”。没有人知道一开端究竟发作了什么，可是初期的国际是一锅火热、细密的“粒子汤”，其间的轻粒子光子在其间来回反弹。
这锅汤冷却到几千摄氏度花了将近40万年的时刻。开端的粒子彼此结合，构成首要由氢原子和氦原子组成的通明气体。光子现在开端可以自在移动，使得光可以在空间中传达。这样以来榜首束光线就充满了整个国际。空间的不断胀大拉长了可见光波，所以其终究成为波长只要几毫米的不行见微波。
1964年，两位美国射电地理学家榜初次偶尔捕捉到国际诞生时的光辉。这便是1978年诺贝尔奖得主阿尔诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）。他们无法消除天线从太空中任何当地接收到的继续不断 “噪音”，所以不得不在其他研讨人员的作业中寻觅解说，而皮布尔斯也现已对这种无处不在的布景辐射进行了理论核算。近140亿年后，布景辐射的温度现已下降到挨近绝对零度(-273°C)。当皮布尔斯意识到布景辐射的温度可以供给关于国际大爆炸中发明了多少物质的信息时，国际学的严重打破随之而来，并使得咱们了解到这种光对物质后来怎么集合构成现在太空中的星系和星系团起到了决议性的效果。
微波布景辐射的发现创始了现代国际学的新纪元。来自国际婴儿期的远古辐射现已成为一座金矿，其间蕴含了国际学家想要知道的简直全部问题的答案。国际存在了多久？它的命运是什么？有多少物质和能量存在其间？
科学家可以在这些冰冷的余辉中找到国际诞生开端时刻留下的痕迹，细小改变以声波方式通过前期的“粒子汤”传达开来。假如没有这些细小的改变，国际就会从一个火球变成冷而均匀的空无之地。咱们知道这并没有发作，由于空间中充满了星系和星系团。布景辐射是滑润的，就像海洋外表是润滑的相同；但波涛近距可见，其间的波纹就提醒了前期国际的改变。
皮布尔斯一次又一次主导着对这些国际初期留下痕迹的解说。国际学家以惊人的准确性猜测了布景辐射的改变，并展现出它们怎么影响国际中的物质和能量。
榜首个严重的观测打破出现在1992年4月，其时美国COBE卫星项目的首要研讨人员展现了国际中榜首束光线的图画，这一研讨也使得美国科学家约翰·马瑟(John C. Mather)和乔治·斯穆特(George F. Smoot)获得了2006年诺贝尔物理学奖。而美国WMAP和欧洲Planck等卫星的观测数据逐步完善了有关年青国际的画像。正如猜测的那样，布景辐射的均匀温度改变了千分之一度。跟着准确度的进步，对国际中所含物质和能量的理论核算得到了证明，其间95%对咱们来说是不行见的。
暗物质和暗能量：国际学最大的疑团
自20世纪30年代以来，咱们现已知道，咱们所能看到的并不是国际的悉数。对星系旋转速度的丈量标明，它们有必要通过看不见物质的引力而结合在一同，不然就会被撕裂开来。人们还以为，远在“粒子汤”放松对光子的操控之前，这种暗物质就在星系来源中发挥了重要效果。
暗物质的组成依然是国际学最大的疑团之一。长期以来科学家们一向以为，已知的中微子可以构成这种暗物质，但以简直光速穿越空间的低质量中微子数量多得不可思议，其速度太快以至于无法凝集在一同构成物质。相反，皮布尔斯在1982年提出，冷暗物质沉重而缓慢的粒子可以完结这项作业。咱们仍在寻觅这些不知道的冷暗物质粒子，它们避免与已知物质彼此效果，并占国际的26%。
依据爱因斯坦的广义相对论，空间的几许形状与引力彼此相关：国际包括的质量和能量越多，空间就会越曲折。在质量和能量的临界值下，国际不会曲折。这种类型的国际中两条平行线永久不会相交，一般被称为平面国际。别的两种或许是物质太少而导致平行线终究发散的敞开国际，或许物质太多导致平行线终究会穿插的关闭国际。
对国际微波布景辐射的丈量，以及理论上的考虑供给了一个清晰的答案：国际是平的。但是，它所包括的物质只够31%的临界值，其间5%是一般物质，26%是暗物质。其他69%都不见了。皮布尔斯再次供给了一个急进的解决方案。1984年，他为康复爱因斯坦的国际常数做出了奉献，这种虚空中的能量被命名为暗能量，占有了整个国际的69%。与冷暗物质和一般物质一同，它足以支撑平面国际的理论观念。
14年来暗能量一向只是一个理论，直至1998年科学家发现国际在加快胀大。这一效果也让苏尔·珀尔姆特（Saul Perlmutter）、布莱恩·施密特（Brian Schmidt）和亚当·里斯（Adam Riess）获得了2011年诺贝尔物理学奖。除了物质之外，一定有其他东西导致了国际日益快速的胀大：一种不知道的暗能量正在推进它。突然之间，这个理论补遗变成了可以在太空中调查到的实际。
暗物质和暗能量现在都是国际学中最大的疑团。两者只会通过对周围环境的影响来让为人所知：一个在拉，另一个在推。除此之外，人们对它们知之甚少。在国际的黑暗里躲藏着什么隐秘？在不知道的背面躲藏着什么新的物理学？在咱们企图解开太空之谜的进程中，咱们还会发现什么？
榜首颗环绕另一个太阳运转的系外行星
大多数国际学家现在都赞同，国际大爆炸模型是一个关于国际来源和演化的实在故事，虽然现在只知道国际物质和能量的5%。这一小片物质终究集合在一同，构成了咱们周围所见的全部：恒星、行星、树木和花卉，还有人类。只要咱们在注视国际吗？在绕另一个太阳运转的行星上还会存在生命吗？没有人知道。但咱们现在知道，咱们的太阳并不是仅有有行星的恒星，而且银河系数千亿颗恒星中的大多数也应该有随同的行星。地理学家现在现已发现超越4000颗系外行星。古怪的新国际现已被发现，和咱们自己的行星体系彻底不同。榜首个被发现的系外行星是如此独特，以至于简直没有人信任它是实在存在的。这颗行星太大了，不应离它的主星如此之近。
米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)于1995年10月6日在意大利佛罗伦萨举办的地理学会议上宣告了他们的惊人发现。这是榜首颗被证明环绕类日恒星运转的系外行星。这颗行星名为51Pegasi b，环绕它的恒星51Pegasi快速旋转，而这颗恒星间隔地球50光年。51Pegasi b需求四个地球日的时刻来完结一次公转，这意味着行星离这颗恒星很近，两者之间的间隔只要800万公里。因而恒星将51Pegasi b加热到1000°C以上。相比之下，地球的状况要安静得多，地球绕太阳公转一周需求一年，间隔太阳1.5亿公里。
图示：米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)初次发现系外行星
这颗新发现的行星也出其不意地大，这颗气态行星可以与太阳系最大的行星木星相媲美。木星的体积是地球的1300倍，分量是地球的300倍。依据从前关于行星体系是怎么构成的主意，木星巨细的行星应该是在远离其宿主恒星的当地发生的，因而需求很长时刻才干完结一次公转。木星简直需求12年的时刻才干绕太阳一周，所以51 Pegasi b公转周期如此之短对系外行星观测者来说彻底是一个惊喜，也从旁边面阐明他们此前找错了当地。
这个发现发布之后，美国地理学家保罗·巴特勒（Paul Butler）和杰弗里·马西（Geoffrey Marcy）就将他们的望远镜对准了恒星51 Pegasi，而且很快就承认麦耶和奎洛兹的革新性发现。只是几个月后，他们又发现了两颗绕类日恒星运转的新系外行星。它们的公转轨迹周期是如此之短，以至于地理学家不需求等候几个月或几年就能看到一颗系外行星环绕其恒星运转一周。现在他们有时刻看着这些系外行星转了一圈又一圈。
它们怎么会离恒星如此之近？这个问题应战了现有的行星来源理论，并导致了新理论的诞生，这些理论描绘了巨大的气态行星是怎么在恒星体系的边际发生，然后向内环绕主星旋转。
改善办法获得的效果
追寻系外行星需求杂乱的办法：行星自身并不发光，它们所反射的星光是如此弱小，以至于光辉会被主星的亮光所掩盖。研讨小组用来寻觅行星的办法被称为径向速度法，通过丈量主星在遭到其行星引力影响时的运动来完结。当行星环绕其恒星运转时，恒星也会有细微移动，它们都会绕着一同的引力点移动。从地球上的调查点来看，恒星在视界中前后摇摆。
这种径向速度可以用众所周知的多普勒效应来丈量：当恒星朝向咱们移动时，宣告的光更蓝；假如物体离咱们远去时，宣告的光就更红。
因而，行星的影响将恒星光在蓝色和赤色之间替换改变，地理学家用他们的仪器捕捉到的便是恒星光波长的改变。通过丈量恒星光的波长，可以准确地确认色彩的改变，然后直接丈量恒星的径向速度。
最大的应战是径向速度十分低。例如，木星的重力使太阳以大约12米/秒的速度环绕整个太阳系的引力点移动。地球的影响只要0.09米/秒。假如要发现相似地球的行星，这就对设备的灵敏度提出了十分高的要求。为了进步精度，地理学家会一同丈量数千个波长，并运用光谱仪将光分红不同的波长，这是这些丈量的中心。
图示：自此之后，人类现已发现了4000多颗系外行星
20世纪90年代初，当奎洛兹在瑞士日内瓦大学开端他的研讨生计时，马西现已花了很多年研讨恒星运动，并在其他研讨人员的协助下制作了自己的丈量仪器。1977年，马西将他的榜首台光谱仪装置在坐落马赛东北100公里的上普罗旺斯高地地理台望远镜上。这部仪器将径向速度的下限拉低到300米/秒左右，但这依然太高，看不到行星在拉扯其恒星。
此刻的博士生奎洛兹被要求与研讨小组一同开发更准确丈量的新办法。他们利用了许多新技术，使得快速调查许多恒星并在现场剖析效果成为或许。光纤可以将星光传送到光谱仪而不会失真，更好的数字图画传感器CCD进步了光谱仪的灵敏度，这些效果也使得查尔斯·高（Charles Kao），威拉德·博伊尔（Willard Boyle）和乔治·史密斯（George Smith）获得了2009年诺贝尔物理学奖。而功用更强壮的核算机使科学家可以开发定制软件生成数字图画并进行数据处理。
当新的光谱仪在1994年春天完结时，使得可以观测到的径向速度下降到10到15米/秒，这也意味初次发现系外行星瓜熟蒂落。其时，寻觅系外行星并不是地理学界的干流研讨，但马西和奎洛兹决议宣告他们的发现。他们花了几个月时刻完善他们的观测效果，并在1995年10月向国际展现他们发现的榜首颗系外行星。
提醒了许多新国际
榜初次发现环绕类日恒星运转的系外行星，敞开了地理学的一场革新。
数以千计的不知道新国际被发现。现在不只地球上的望远镜可以发现新的行星体系，卫星也可以发现新的行星体系。美国太空望远镜“苔丝”现在正在扫描间隔咱们最近的20多万颗恒星，寻觅类地行星。此前，开普勒太空望远镜带来了丰盛报答，发现了2300多颗系外行星。
除了径向速度法之外，现在地理学家还通过凌日测光法查找系外行星。这种办法丈量当一颗行星通过所属恒星前方时引起的光强改变。凌日测光法还使得地理学家可以调查这颗系外行星的大气层，由于来自恒星的光在抵达地球之前会通过行星大气层。有时两种办法都可以运用；凌日测光法确认系外行星的巨细，而径向速度法确认其质量。这样就有或许核算出系外行星的密度，然后确认其结构。
迄今为止发现的系外行星以其巨细、形状和轨迹之丰盛令人难以置信。它们应战了咱们对行星体系的先入之见，并使得科学家不断批改关于行星来源背面物理进程的理论。跟着很多寻觅系外行星的方案得以成行，咱们或许终究会找到是否有其他地外生命存在这个永久问题的答案。
本年的诺贝尔物理学奖获奖者改变了咱们对国际的观念。皮布尔斯的理论发现有助于咱们了解国际在大爆炸后是怎么演化的，而麦耶和奎洛兹则在寻觅不知道行星的进程中探究到了咱们在国际中的街坊。他们的发现永久改变了咱们对国际的观念。（编译/皎晗）
