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科學與生活
今天（2019年10月8日）的《自然》(Nature) 雜誌網站刊登了一篇新聞，題目是“Physics Nobel goes to exoplanet and cosmology pioneers（諾貝爾物理學獎授予係外行星和宇宙學先驅）”副標題是“Michel Mayor and Didier Queloz, who discovered the first extrasolar planet orbiting a Sun-like star, share award with theoretical cosmologist James Peebles.(發現第一顆圍繞太陽係恒星運行的太陽係外行星的米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲與理論宇宙學家詹姆斯·皮布爾斯分享了獎項）。”
文章的第一部分介紹了米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲的科研業績，第二部分介紹了另一位今年諾貝爾物理獎得主詹姆斯·皮布爾斯。先摘譯部分內容：
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皮布爾斯（Peebles）的理論使宇宙學家能夠理解宇宙微波背景（Cosmic Microwave Background - CMB），物理學家從中汲取了關於宇宙起源的大部分知識。
斯德哥爾摩大學分子物理學家，2019年諾貝爾獎主席馬特·拉森在物理學委員會宣布獲獎時說：“如果不是詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）的理論發現，那麽過去20年對這種輻射進行的出色的高精度測量幾乎不會告訴我們任何事情。”
巴黎天體物理學研究所的天體物理學家弗朗索瓦·布切特（François Bouchet）說：“這是一個當之無愧的殊榮。”他說，皮布爾斯在宇宙學的幾乎所有分支上都留下了自己的印記，通過紮根於物理學的計算，使它在合理的基礎上得到了體現。特別是在1970年[1]，皮布爾斯是CMB形狀的先驅。布切特是歐洲航天局的普朗克巡天任務的首席研究員，該任務在這十年中已經完成了CMB天空迄今為止最精確的製圖。
皮布爾斯幫助開發了宇宙演化的模型，稱為“冷暗物質”理論，該理論描述了宇宙從熱的，稠密的開始膨脹和冷卻時如何形成宇宙結構。再加上後來有關暗能量的神秘力量的想法，這已成為現代宇宙學的標準框架。[2]
盡管尚不清楚暗物質的確切性質，但對宇宙的一些高精度測量為這種理論提供了支持-其中包括對CMB的研究以及橫跨大片天空的星係的製圖。假說表明，如果暗物質由亞原子顆粒組成，則它們必須是塊狀的且運動相對較慢。現在，觀測已基本排除了模型，在該模型中，較輕但運動更快的粒子將主導暗物質。
歐洲普朗克和其他項目發現了皮布爾斯預測的CMB功能。天體物理學家拉希德·桑尼亞耶夫（Rashid Sunyaev）說：“這些都是在天空中-它們確實存在，而不僅僅是理論。”他是1970年進行過類似計算的蘇聯天體物理學家之一，現在就職於德國Garching的馬克斯·普朗克天體物理學研究所。
這篇新聞附了參考文獻，見[1]。
宇宙微波背景觀測是天文界的一個老話題。從1941年起就有人開始研究和觀測。
1964年阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）用通訊衛星設計的天線，接收到了來自天空的均勻、且不隨時間變化的訊號。1965年，他們二人在《天體物理學報》上發表了題為《在4080兆赫上額外天線溫度的測量》的論文，見右圖。而另一些科學家：迪克、皮布爾斯、勞爾和威爾金森在同一期雜誌上以《宇宙黑體輻射》為標題發表了一篇論文，對這個發現給出了正確的解釋，即：這個額外的輻射就是宇宙微波背景輻射，見左圖。
1978年諾貝爾物理獎的一半頒給了美國學者阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜，獎給他們對“for their discovery of cosmic microwave background radiation（發現宇宙微波背景輻射）”所做的貢獻。
另外，2006年諾貝爾物理獎頒給了美國學者約翰·馬瑟和喬治·斯穆特，獎給他們對“for their discovery of the blackbody form and anisotropy of the cosmic microwave background radiation（發現宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性）”所做的貢獻。
人們認為文獻[1]是討論宇宙微波背景下各向異性的密度不均勻性的基礎論文。論文的共同作者是 J. T. Yu。
Yu 當時是 NASA 的 Goddard Institute for Space Studies（戈達德太空研究所）的NAS-NRC Postdoctoral Research Associate（博士後研究助理）。
皮布爾斯在他的回憶錄中[3]提到了Yu。他說：“當我們介紹使用功率譜和球諧展開時，Jer Yu和我擁有可編程計算機的巨大優勢”(p14)。
“我的第一個研究生 Jer Yu 來自香港，後來回到了香港城市大學。他曾是密歇根大學的一名本科生，在那裏他遇到了當時的研究生 David Wilkinson。戴夫（Dave）於1963年去了普林斯頓大學物理係成為一名講師，傑爾（Jer）於1964年以研究生身份去了那兒，戴夫（Dave）將他介紹給我，而我則指導傑爾（Jer）研究阿貝爾星團的聚類程度。我們發現了顯著的位置相關性（Yu ＆ Peebles 1969），但我擔心整個天空采樣不均的可能影響”。
按此推算 Yu 今年應該有70多歲了。他聽到當年的導師獲得諾貝爾物理學獎時，也會一樣開心，也會為他當年的工作驕傲。
[1] Peebles, P. J. E. & Yu, J. T. PRIMEVAL ADIABATIC PERTURBATION IN AN EXPANDING UNIVERSE（擴展宇宙中的主要絕熱擾動）Astrophys. J. 162, 815-836 (1970)
[2] Davide Castelvecchi. Big Bang telescope finale marks end of an era in cosmology. Nature 559, 455-456 (2018) doi: 10.1038/d41586-018-05788-5
[3] P.J.E. Peebles. Annual Review of Astronomy and Astrophysics Vol. 50:1-28 (2012)https://doi.org/10.1146/annurev-astro-081811-125526
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