專訪諾貝爾物理獎得主:暗能量無所不在

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【大紀元2013年01月08日訊】(大紀元記者董韻報導)2011年諾貝爾物理獎獲得者、擁有美國和澳洲雙重國籍的澳洲國立大學(Australian National University)「高紅移超新星搜尋團隊」(High-z Supernova Search Team)負責人、天文學家施密特(Brian Schmidt)教授接受大紀元記者專訪,他表示,暗物質和暗能量在宇宙中無所不在,人類在宇宙面前卑微而渺小。他同時還介紹了這項跨國項目所面臨的挑戰,以及他獲得成功的秘密和在天文學課題之外的個人生活。

施密特和美國加州大學伯克利分校教授索爾‧佩爾馬特和約翰斯‧霍普金斯大學教授亞當‧里斯,因發現宇宙在加速膨脹而獲得諾貝爾物理學獎。

記者:可以描述一下您得知自己獲的諾貝爾獎的時刻嗎?

施密特教授:我在8點半(北美時間)的時候接到諾貝爾評選委員會的電話。當時,我很興奮,非常激動。這種激動和我的第一個孩子降生的時候是一樣的,非常的激動。

記者:這個獎項對您個人意味著甚麼?

施密特教授:這個時刻屬於人類如何來認知我們周圍世界,這個諾貝爾獎的意義更多的不在個人。

記者:那您的發現對科學界意味著甚麼呢?

施密特教授:我想這種發現是一個巨大的驚喜。其蘊含的意義是告訴我們宇宙存在巨大的人類尚未探知的空間,我們將之稱為暗能量,這種能量充滿了空間,並對宇宙本身產生一種推動力,使得重力產生一個相反的作用力,實際上是一種推動力而不是拉力。我們所生活的空間,可見的物質和原子,只佔有4.5%。我想這對人類而言,渺小而卑微。這似乎在提醒我們,宇宙中有巨大的未知領域有待我們去探尋。

記者:我們人類對宇宙的瞭解有多少?

施密特教授:對宇宙的瞭解是無止境的。當你不知道宇宙中的96%是由甚麼組成的時候,這意味著你不知道的太多了。

從我個人的理解,在天文學上,我們需要認識宇宙的東西太多了,這些都是最根本和基礎的東西,宇宙是由甚麼構成的。

我相信宇宙中有一些基本的規律在運行著……更好的瞭解宇宙意味著人類知道怎樣更好的生活在這裡。

有很多事情,可能是我們人類所不知道的。有很多事情,是我們還認識不到的。在到達這一目標之前,我們還有很長的路要走。

記者:您用「卑微」來形容人類對宇宙的瞭解,能再提供一些細節嗎?

施密特教授:有時我們人認為身邊的世界已經太廣大了,但是實際上,地球只是銀河系中的一顆小小的星星。銀河系中有萬億的星星,而在這之外更加廣闊的空間是由暗物質和暗能量所構成的。

宇宙在膨脹,我們希望這個過程慢下來,因為宇宙充滿了重力,重力會緩衝這種趨勢,就像是我向空中拋出一個球,在重力會將球拉回來。但是我們發現恰恰相反,重力非但在起拉回來的作用而是在往前推動……據我們的認知,這只有在宇宙中充滿一種叫做暗能量的時候,才能做到這一點。

記者:甚麼是暗能量?

施密特教授:我不知道暗能量是甚麼。科學家們最好的一種猜想是,這是宇宙本身的一部份。 所以當人們問:甚麼是真空,以前我們會說:甚麼都沒有。但是現在,(我理解)真空是有物質的,比如能量。宇宙在膨脹的時候,更多的能量也會產生。根據愛因斯坦的重力守恆定律,這會使得重力的推力強於拉力。

記者:那甚麼是暗物質呢?

施密特教授:暗物質不是一種東西,我們的檢測使得我們對此有一點瞭解。暗物質看起來,有他本身的重力,就像原子一樣,由於各種原因,它並不和其它物質互相有影響,就像是它在穿越地球進行旅行一樣。所以,我們懷疑這是一種尚未被發現的粒子,但是我們並不肯定,因為還沒有能力來發現這種粒子。

有一種叫做中微子,也穿越地球。 我們肯定這種暗物質不是中微子。

記者:暗能量和暗物質之間有甚麼聯繫?

施密特教授: 尚未發現任何明顯的聯繫,不過如果科學家能發現其中的一種,則是另一種情況。

有人希望它們是一種物質,但是所起的作用不同。目前來說,最明顯的聯繫是每一塊暗物質中,有三塊暗能量,它們在宇宙中無處不在,非常普遍。

記者:你們怎麼來證明宇宙的膨脹在加速?

施密特教授: 科學家哈伯在1929年測試到宇宙在膨脹,他是通過衡量星系之間的距離,這些星系以多快的速度在離我們遠去從而得出這一結論的。因為從已經膨脹的宇宙中散發出的光線,將發生偏離。所以光線拉伸得越厲害(波長改變),其顏色將從藍色變成紅色。所以,宇宙的膨脹將可非常準確的通過光線顏色的變化而判斷。

我們衡量這些距離,研究超新星,我們做的實驗和哈伯從事的是一樣的,但是我們測量非常遙遠的星體,所以它們的光線需要經過幾百萬年才能到達地球。

這意味著,我們在研究宇宙的過去。所以我們所研究的對象都是4百萬至8百萬年前的。由於我們現在做的實驗和哈伯所做的很類似,所以在比較現在的實驗結果和之前的實驗結果,我們發現宇宙的膨脹在加速。

記者:你們的項目從甚麼時候開始?項目中最大的挑戰是甚麼?

施密特教授: 我們的項目從1994年開始,實驗在2003年結束。

1994~1995年,我們的合作夥伴分佈全球,在不同的時區來工作和生活,並且網絡不通暢,非常慢。分享信息,讓不同時區的人非常有效的一起來工作,這是非常富有挑戰性的。

另外的挑戰還包括怎樣能夠讓實驗本身運作和起到作用,發現那些遙遠的爆炸的星體是有挑戰的,分析數據也是富有挑戰的,我們必須要能夠像一個團體一樣來合作,才能完成所有這些工作。

1995年,這些天文望遠鏡有了新的數碼相機,這幫助我們分區塊來研究太空,每一塊大小就像一輪滿月一樣。但是電腦和網絡的速度都非常慢,尋找星空中的超新星非常難,就像在一個大草堆中尋找一根針一樣難,每250年,在一個普通星系中,才有出現一次的頻率。我們在千萬個圖像中篩選才能找到一個目標,而每當我們找到一個目標後,必須要確認,這就是我們所要的合適研究對象。

記者:這個小組是不同地方的人來完成這個項目的不同部份?

施密特教授:我們的小組成員來自世界各地,他們有來自美國、德國、智利等各個地方。

我們所有人擁有不用領域的專業知識,有幾位會做監督工作,這樣可以確保我們都不會犯錯;有的專門從事發現超新星的工作;有的分析超新星的數據;有的用分析的數據和宇宙模型來比較,這用於理解我們的宇宙是怎麼膨脹的;有的研究光譜,這幫助理解宇宙逐漸拉伸了多少。不同的人在不同項目的不同方面努力,但同時,彼此的工作之間,又有一些重合。

這巨大的工作量遠超過一個人所能為,同時所需要的博大的專業知識亦非一人所能。所以,團隊合作是非常關鍵的。

記者:你們是如何共同來工作的?

施密特教授:我們最主要是使用Email來一起工作溝通,也有電話,每年我們會見面一次開會。一部份人,見面更頻繁一些。

這巨大的工作量遠超過一個人所能為。同時所需要的博大的專業知識亦非一人所能。所以,團隊合作是非常關鍵的。

我嚐試用電話和Email交替進行溝通,但是挑戰非常之大。我想如果我們不能繼續去發現和研究甚麼的話,我們的項目就可能從此終止。在最後時刻,我們討論了一顆叫做「1995k」的超新星,這是當時被探測到的最遙遠的一顆超級新星。這樣我們的項目得以開始和延續,最後取得了很大的成功。

記者:請介紹這個過程中令人激動和有趣的事情。

施密特教授:這是我們第一次尋找超新星,這非常令人激動的。 我剛剛搬到澳大利亞居住,和智利的朋友們一起來討論如何使用我寫的軟件來發現新體,但是這是從未使用過的。澳大利和智利之間的網絡連接速度當時糟極了。傳輸速度大約是一秒鐘一個字。

如果我們不能合作得很好,就不會有今天的成功。我們必須要求每一個人思考和向同一個方向來工作。

記者:宇宙在加速膨脹,那麼這個後果是甚麼呢?

施密特教授:宇宙看起來會繼續加速膨脹,越膨脹,暗能量越多。暗能量將和宇宙一起開跑,這將使得宇宙膨脹越來越快,以至於使得光子無法從星系抵達地球了。 所以當我們在遙遠的未來再看宇宙的時候,會完全是空的。因為在過去我們能夠看到的都已膨脹,光的速度已無力可追及。

記者:這對於人類意味著甚麼呢?

施密特教授:我想這是任何人需要思考的問題……(如果繼續下去),(看起來)至少現在人類沒有方式能夠阻止這一趨勢。當然不排除未來有新的情況。

我們需要來認識這個宇宙,地球有超過40億年的歷史了,這是一個很長的時間。如果人類非常想繼續探索和認識這個世界,慢慢會瞭解得越來越多。

記者:您對宇宙的認識是甚麼?

施密特教授:我研究宇宙到現在有20多年了,從我1989年讀博士時開始的。對我而言,這就是人類的一個重要課題。

記者:獲得諾貝爾獎對您的生活和工作,有甚麼影響?人們對你的態度有變化嗎?

施密特教授: 獲得諾貝爾獎是一件很大的事情,同時也意味著責任。我要保證繼續作研究和繼續高效多產。

「我希望我的生活不會因為諾貝爾獎有很多改變,我還是希望自己是一個科學家。」

周圍的人對我的態度沒有改變,獲諾貝爾獎的當天,我還在教課,接下來還會繼續教課。我希望和原來一樣。獲獎後,學生們看起來比較激動。

記者:聽說您在一個農場裡生活?

施密特教授:是的,我在美國的西部長大。我的父母在農場中長大的。暑假的時候,我很多時間都在農場裡。雖然是澳大利亞的首都堪培拉,但是是一個郊外的環境,我非常喜歡這樣的生活。你知道,農場裡有馬,還有養殖的雞和袋鼠,我還有一個葡萄園……這對我來說,這一切是平衡生活的一部份。你可以在農場外工作,但在週末,我的注意力會從天文研究中稍微轉移開,恢復正常的生活。

記者:是哪些因素令你獲得成功?

施密特教授:對我而言,成功有部份因素是運氣,也有天時和地利的因素。但是同任何事情一樣,我工作非常努力,並且有一個非常平衡的生活,所以,我又能夠有自己的視角,能夠和一個小組的同事們非常有創建性的進行工作,這是非常重要的。並且,需要有優秀的技巧來回答問題,有時候願意嚐試和冒險,你知道,當你認為這是重要的事情,你需要去嘗試,而你也知道並不一定會成功。失敗是可以接受的。一方面,你可以準備一個預備的方案以防失敗,另一個重要方面是不要過多的擔心會失敗。

我不僅僅是從事天文學的工作,我也做農場的事情,和孩子們呆在一起。我的年青求學年代,我還參加很多體育活動,是樂隊的成員。如果時間允許,保證生活的多樣性也是很重要的。

記者:您在農場的時候,主要是做甚麼呢?

施密特教授:我有我的葡萄園和釀酒廠,大部份時間花在這裡,當然,你還要修剪草坪,殺死雜草,砍伐樹木等等。在這個週末,我修理了屋頂…… 這些事情會讓我忘掉那些擔心,很快地完成一些事情,這會讓你有成就感。這些對我都是重要的事情。

記者:哪些人對您的一生影響很大?

施密特教授:當然是我的父母,父親是一位科學家,所以我對這些很熟悉。母親主要教我如何和別人交流,如何和人相處,讓別人感到愉快。我在小學、初中、高中時代都遇到了很好的老師。在亞歷桑那大學,我碰到了一位很好的導師,他總是積極地鼓勵和幫助我。當然還有我的博士導師……很多人幫助過我。

記者:您認為甚麼樣的特質是非常重要的?

施密特教授:平衡、擁有面對挑戰的能力、能夠理解別人、從更廣泛的角度來看待問題,不要害怕會失敗。特別是當你和一個小組一起工作的時候,需要和別人合作,更需要理解別人。

記者:請描述一下自己是一個甚麼樣的人?

施密特教授:我通常非常快樂,努力事事以積極態度對待。我不喜歡坐著,不喜歡非常懶散而漫不經心。我總是忙碌的在做一些事情。

我希望自己儘可能是個友好和積極向上的人。當然,和正常人的生活一樣,我也有低落的時候。

問:您對年青人的建議?

施密特教授:年青的時候一定要努力,同時玩也是很重要的。不要總是做一件事情,你得出門,做一些運動,比如,登山,音樂。這也是很重要的事情,事業的成功需要生活的整個平衡。

(責任編輯:林詩遠)

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