追寻神秘暗能量的人——天体物理学家索尔·帕尔马特访谈录

最近几年,重大的科学发现之一当属宇宙加速膨胀.在神秘的暗能量的作用下,宇宙会变得越来越稀疏,最终在冰冷中死寂.当时有两个科学家小组独立的通过天文学观测做出了这一惊人的发现,其中之一就是美国加州大学伯克利分校的天体物理学家索尔·帕尔马特(Saul Perlmutter,下图)领导的团队.     

Ia型超新星测距揭示宇宙的命运——2011年诺贝尔物理学奖简介

2011年度诺贝尔物理学奖授予了在天体物理研究领域取得杰出成就的美国科学家索尔·波尔马特、拥有美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯。他们通过Ia型超新星测距发现宇宙的膨胀是加速的,从而揭示了暗能量的存在。笔者将对人类认识宇宙的过程、Ia型超新星与宇宙加速膨胀、暗能量以及Ia型超新星研究中存在的问题做全面的介绍,并介绍中国学者在该领域的研究进展。文章的最后做了展望。     

科学大步迈进新一年--Science评出1998年世界十大科学进展

加速膨胀的宇宙天文学家深入研究宇宙，发现它正以越来越快的速度飞离开来，提示爱因斯坦提出的有种神秘的能量充满空间的理论是正确的。宇宙的性质和最终命运已使哲学家和科学家困扰了几个世纪。几十年前，科学家们就发现宇宙在膨胀，其中的星系向各个方向飞离。但重力和吸引可以使其减慢，于是研究者努力猜测宇宙的最终命运如何：是会有足够的物质使它崩溃呢，还是会永远膨胀下去。lops年，为了回答这一问题，两个天文学家小组深入探索了跨度巨大的时间和空间，所得的发现连他们自己也感到震惊。宇宙中物质太少了，自己根本无法停止膨胀，…     

宇宙加速膨胀的射电直接测量研究获得重要进展

<正>最近,北京师范大学天文系张同杰宇宙学团队基于宇宙学中Sandage-Loeb效应也称Redshift Drift原理,提出了第一个宇宙加速膨胀的射电直接测量方法.传统方法是通过距离观测并且基于宇宙学哥白尼原理和爱因斯坦方程来测量宇宙加速膨胀,这是一种间接方法.新提出的方法是一种与宇宙学模型无关的直接测量方法.该研究工作于2014年7月25日在Physical Review Letters杂志上发表.20世纪20年代美国天文学家Hubble发现宇宙在膨胀,并根据当时少量的观测数据总结得出著名的Hubble定律,因此爱因斯坦也为自己构造了一个静止的宇宙而后悔不已.根据Hubble定律,通过观测河外星系的红移可以测量星系的退行速度,基本相当于宇宙整体膨胀的速度.既然宇宙在膨胀,那么宇宙膨胀是加速的还是减速的,如何测量宇     

暗能量

宇宙正在加速膨胀的发现,也许是过去25年中所有科学领域中最重要的发现之一,它拯救了一个优美的理论--暴胀理论,并且给理论家们提出了一个重大的课题--暗能量.     

暗能量和加速膨胀的宇宙

1998年发现的宇宙加速膨胀是当代科学中最重大的课题之一.理论上,宇宙的加速膨胀可能意味着当前宇宙中约三分之二的能量密度是由一种新的能量组分,即暗能量所提供的也可能意味着爱因斯坦提出的广义相对论在宇宙学尺度上需要修正.暗能量和修正引力这两种完全不同的物理机制可以给出完全相同的宇宙背景膨胀历史,但却预言不同的结构形成过程.因此,我们可以通过观测宇宙的大尺度结构形成和演化来区分这两种不同的物理机制,揭示宇宙加速膨胀背后的物理规律.宇宙大尺度星系巡天是研究宇宙加速膨胀机制的重要探针之一.基于星系巡天,我们可以通过测量重子声波振荡(baryonic acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)两种特殊的星系成团属性,同时测量宇宙的背景膨胀和结构形成历史,进而分别开展暗能量性质以及引力研究.SDSS(Sloan Digital Sky Survey)三期的BOSS(Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)巡天是近期完成的世界最大规模的星系巡天.通过对10000平方度左右天区的观测,BOSS获取了近一百万条星系光谱.基于BOSS的观测,我们对暗能量和引力性质开展了深入研究,并发现了暗能量的动力学迹象.目前正在巡天的e BOSS(extended Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)项目以及后续的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)和PFS(Prime Focus Spectrograph)等大型巡天将在更高的红移、以更高的精度测量BAO和RSD,这将为宇宙加速膨胀机制的研究提供关键的观测支持.     

科学新发现中的冲突

今年的诺贝尔物理学奖授予了美国科学家索尔．珀尔马特、亚当·里斯和澳大利亚科学家布莱恩·施密特。这三位天体物理学家发现了宇宙膨胀在加速：今年的化学奖奖给了以色列科学家丹尼尔．舍特曼．他发现了非周期不重复的准晶体。     

一九九八年十大科技突破

1998年12月号美国《科学》杂志刊登了它评选的十大科技突破。 (1)一个国际天文学家小组通过对超新星的研究发现,宇宙中存在着一种反引力,正是这种力与引力相抗衡使得宇宙不断地加速膨胀。这种观点不同于宇宙“大爆炸”理论。 (2)科学家发现果蝇、老鼠和细菌具有类似人体生物钟的守时基因。 (3)科学家发现神经系统里有能够使化学信号以每秒100个离子的速度从一个神经元流向另一个神经元的结构。     

挑战物理学的暗宇宙--现代宇宙学世纪回眸

继“宇宙加速膨胀”当选为美国《科学》周刊1998年最大爆炸性新闻之后，“暗宇宙”又摘取了该刊2003年十大科学成就的桂冠。为什么说宇宙是“黑暗的”?什么是暗物质和暗能量?它与人们熟知的灿烂星河有何关系?人们是怎么知道它们的存在的?要弄清这些问题，需回顾20世纪初以来近百年的现代宇宙学史。     

宇宙始于大爆炸

对一次巨变型爆炸的温度标志的找寻，最终变成了里程碑式的理论--“我们的宇宙膨胀自一个奇点”的一个证据。这是人类历史上最伟大的发现之一。宇宙诞生于一种炙热、稠密状态（英国著名天文学家弗雷德·霍伊尔称之为“大爆炸”）这个理念是最重要、最确凿的科学概念之一。然而，这个伟大理念的诞生还不到100年，甚至直到英国披头士乐队（也叫甲壳虫乐队）大红大紫的20世纪60年代初，天文学家都还没能找到真的发生过宇宙大爆炸的确凿证据。     

美天文学家计算出新的宇宙膨胀速度

<正>美国科研团队采用新方法测量宇宙膨胀速度(即所谓哈勃常数)。此前两项研究发现,宇宙目前的膨胀速度比早期预测的膨胀速度快,而新数值则缩小了两者差距。芝加哥大学天文学家利用红巨星测量得出的哈勃常数为69.8km/(s·Mpc),即一个星系与地球的距离每     

宇宙加速膨胀助力三位科学家荣获诺奖

十三年前,天文学家和物理学家各自发现了斯塔克效应:浩瀚宇宙就像一个巨大的充气球,正在加速膨胀。当时许多科学家都认为,星系引力一定会使宇宙扩张速度放缓。如今,两个研究小组却因其戏剧性的观测,分享了2011年度诺贝尔物理学奖。他们的发现改变了人们在天文学、宇宙学和粒     

宇宙:从混沌中膨胀起来

在过去五年里,宇宙学家们对宇宙最初阶段的演化理论做了很大修正,这个修正是以所谓“膨胀宇宙原始模型”(inflationary univerce scenario)为基础的。这一新模型的创建人之一在本文中详细论述了“混沌的膨胀”(chaotic inflation)这一最有前途的见解。如同生命起源之谜一样,宇宙的起源与消亡之谜也是科学中最激动人心的课题之一。按照热大爆炸理论(这一理论今天已为天文学家们广泛接受),宇宙产     

走近诺贝尔奖(十) 宇宙或将在冰冷中死去

<正>众所周知,万事万物都会有一个发生、发展和消亡的过程。那么,我们身处的宇宙会不会遵守这样的自然规律呢?宇宙的最终命运又将是怎样的呢?有人说世界将终结于熊熊烈火,也有人说它将终结于凛凛寒冰……宇宙也正处在一个"生长发育"的过程中,其表现形式是加速膨胀。最终,宇宙也将在一片冰冷之中逐渐走向死亡。来自美国的萨尔·珀尔马特、具有澳大利亚籍和美籍双重国籍的布莱恩·施密特以及另外一     

宇宙或将在冰冷中死去——2011年诺贝尔物理学奖

我们知道．万事万物都会有一个出现、发展或发育、消亡的过程。那么，我们身处的宇宙会不会遵守这样的自然规律呢？3位2011年诺贝尔物理学奖得主的获奖成果告诉我们，宇宙也处在一个“生长发育”过程中，其表现形式是加速膨胀。最终，宇宙也将在一片冰冷之中逐渐走向死亡。3位诺贝尔物理学奖得主分别是美国研究人员索尔·珀尔马特、澳大利亚研究人员布莱恩·施密特和美国研究人员亚当·里斯。     

宇宙或在冰冷中死去

我们知道,事物一般都会有一个出现—发展—消亡的过程。那么,我们身处的宇宙会不会遵守这样的自然规律呢?2011年3位诺贝尔物理学奖得主的获奖成果告诉我们,宇宙也处在一个生长发育的过程中,其表现形式是加速膨胀。最终,宇宙也将在一片冰冷之中逐渐走向死亡。3位诺贝尔物理学奖得主分别是美国研究人员索尔·珀尔马特,有美、澳双重国籍的研究人员布莱恩·施密特以及美国研究人员亚当·里斯。     

具有根本影响的科学发现——2011年度诺贝尔奖自然科学三大奖项介绍

今年的诺贝尔奖自然科学三大奖项分别授予在免疫系统领域做出重大贡献、天文学领域发现宇宙膨胀加速和材料科学领域发现准晶体的科学家。医学奖:免疫系统机理新发现按照诺贝尔奖历年来的常规,该奖不授予已故之人,但今年却有一个例外。纽约洛克菲勒大学的     

人类首次探测到引力波涟漪

<正>科学发现史上又一个重要里程碑宇宙时空中的引力波让我们有机会一窥遥远过去宇宙大爆炸瞬间发生的事情。原始引力波的发现如果能得以证实,将在整个科学领域内产生涟漪效应。引力波的存在支持了一些非常关键的预测,例如宇宙是如何开始和运作的,并为将现代物理学的两个基础理论合二为一提供了一线希望。引力波预测成为现实大质量天体加速穿越时空结构时引起空间动荡产生的涟漪就叫作引力波。很早以前,爱因斯坦广义相对论就已经预测到了引力波的存在,尽管它们从未被直接探测到。     

获取宇宙最初一刻的吉光片羽

<正>宇宙学是一门奇特的学问:课题是独特的,对象是独特的,方法是独特的,甚至它的研究者也是独特的。美国BICEP2研究团队就是这样一批独特的宇宙学家。他们发现了宇宙诞生之后一亿亿亿亿分之一秒遗留下来的"吉光片羽"。他们探测到了大爆炸之后穿过宇宙的引力波。这是一个石破天惊的发现,对了解宇宙如何诞生具有里程碑式的意义,如果得到确认,他们将有望获得下一个诺贝尔物理学奖——解构大爆炸在137亿年前大爆炸发生的那个时刻,我们所居住的宇宙被压缩到一个难以想象的小尺度上,相伴随的是极高的温度和极大的密度。当宇宙年龄在38万年时,宇宙膨胀得足以让辐射冷却下来,不再     

从无穷小到无穷大的发现

近年来,科学家们已经展开了对粒子物理、天体物理和宇宙学交叉领域的探索,包括潜伏在山洞中探测致星系成团的暗物质粒子;把探测器置于南极冰面和地中海下探测来自外层空间的中微子;建造γ射线望远镜以便打开宇宙的新视角;追踪超新星爆发以解读促使宇宙加速膨胀的暗能量.