如果银河系也有诺贝尔奖,他们会把物理学奖颁给什么?
前几天晚上我躺在阳台上看星星,脑子里突然冒出一个挺好玩的问题——如果整个银河系是一个巨大的学术共同体,他们每年也要评诺贝尔物理学奖,那过去这些年里,究竟有哪些宇宙级别的发现能站上领奖台?
我越想越觉得有意思,干脆翻了翻手边的资料,把自己代入成一个银河系评委,梳理了一下那些真正改变了我们对宇宙理解的关键时刻,说实话,这个过程让我重新认识了很多东西,原来那些听起来高深莫测的物理学突破,掰开来看都跟我们普通人的生活有那么一丝丝联系。
好,那就正式开始吧。
引力波的发现:宇宙终于“开口说话”了
2015年9月14日,地球上发生了一件大事,那天,LIGO探测器第一次捕捉到了引力波信号,它来自13亿光年外两个黑洞的合并,我在读相关资料的时候,被一个细节震住了——那两个黑洞合并时释放的能量,比整个可观测宇宙中所有恒星在同一时刻发出的光还要亮好几倍,但我们却完全“看”不到,只能“听”到时空本身的颤动。
这让我想起小时候往池塘里扔石子的感觉,石子入水,波纹一圈圈漾开,引力波差不多就是这个意思,只不过它漾开的不是水,而是时空本身的结构,爱因斯坦在1916年就预言了这东西的存在,但他自己都觉得人类可能永远探测不到,因为那个信号实在太微弱了。
你知道LIGO的灵敏度有多夸张吗?它测量到的长度变化,相当于测量地球到比邻星之间的距离,精确到一根头发丝的宽度,我第一次理解这个比喻的时候,真的愣了好一会儿,人类这种生物,有时候确实挺了不起的。
如果银河系有诺贝尔奖评委会,他们大概会说:在长达一个世纪的等待之后,我们终于听到了宇宙的声音。
希格斯玻色子:为什么万物会有质量
接下来这个话题,跟我们每个人的存在都有关系。
2012年,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上,科学家们宣布发现了一种新粒子——希格斯玻色子,媒体喜欢叫它“上帝粒子”,虽然物理学家们特别讨厌这个名字,但这个发现确实解答了一个根本性的问题:物质为什么会有质量?
我试着用自己理解的方式来说说这件事,根据标准模型理论,整个宇宙都弥漫着一种看不见的场,叫希格斯场,有些粒子穿过这个场的时候会受到“阻力”,于是就有了质量,像光子完全不跟它作用,所以没有质量,可以以光速飞奔,而构成我们身体的夸克和电子,跟希格斯场作用很强,所以就有了实实在在的重量。
这个机制太巧妙了,如果希格斯场不存在,或者强度差那么一点点,整个宇宙可能就是一锅没有结构的粒子汤,不会有星系,不会有行星,更不会有躺在阳台上胡思乱想的我们。
银河系评委大概会这样写颁奖词:表彰你们用半个世纪的时间,在地下一百米深的地方,还原了宇宙诞生后十亿分之一秒时发生的事。
暗能量:宇宙正在加速膨胀
1998年发生了一件让所有人措手不及的事,两个独立的研究团队在观测遥远的Ia型超新星时,发现宇宙的膨胀速度不是在减慢,而是在加快。
这个发现直接推翻了我之前对宇宙结局的想象,按照之前的理解,大爆炸之后宇宙一直在膨胀,但引力会慢慢把物质往回拉,膨胀应该越来越慢才对,结果观测数据明明白白地告诉我们:不,宇宙正在加速往外冲。
推动这种加速膨胀的东西,我们给它起了个名字叫暗能量,但说实话,这个名字只是我们给一个完全不了解的东西贴的标签,根据目前的测量,暗能量占了宇宙总质能的大约68%,想想看,我们对自己所处的宇宙,竟然有三分之二的内容完全搞不清楚是什么。
我有时候觉得这挺让人沮丧的,但转念一想又觉得特别兴奋,这种“不知道”的状态,正是科学最迷人的地方,银河系评委肯定会给这项发现颁奖,并且致辞里大概率会有一句:你们勇敢地承认了自己的无知,这是智慧生物最珍贵的品质。
系外行星的发现:我们不再是孤独的想象
1995年,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹发现了第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星——飞马座51b,这个发现后来获得了2019年的诺贝尔物理学奖,而在我们想象的银河系评选里,它同样配得上一座奖杯。
我查资料的时候发现一个特别有意思的数据,在飞马座51b发现之前,人类一直猜测其他恒星周围也有行星,但始终找不到证据,很多人觉得这件事可能永远无法证实,因为行星太暗太小了,结果这两位科学家用一种叫“视向速度法”的技术,硬是从恒星微弱的摆动中推断出了行星的存在。
飞马座51b本身是一颗很极端的行星,质量跟木星差不多,但离它的恒星非常近,表面温度能到上千度,它完全不适合生命存在,却打开了一扇通往新世界的大门,到现在,人类已经确认了超过五千颗系外行星,其中有些位于“宜居带”内的岩质行星,让人忍不住想象上面会不会有生命在看着自己的夜空。
银河系评委可能会说:你们证明了行星是宇宙中的普遍存在,这让我们对自己在宇宙中的位置有了全新的认识。
如果真有一个银河系诺奖
说到这儿,我突然想到一个更深的问题——如果银河系里真的有很多智慧文明,他们也有自己的学术体系,那他们会怎么看待人类的这些发现呢?
我整理了一个表格,把我心目中的“银河系诺奖”候选名单列出来:
| 获奖发现 | 关键年份 | 改变了我们对什么的认知 |
| 引力波直接探测 | 2015年 | 时空的动态本质 |
| 希格斯玻色子 | 2012年 | 物质质量的起源 |
| 宇宙加速膨胀(暗能量) | 1998年 | 宇宙的未来命运 |
| 首颗系外行星(飞马座51b) | 1995年 | 行星的普遍存在 |
| 宇宙微波背景辐射精确测量 | 多次 | 宇宙早期的样子 |
这张表里的每一项发现,背后都藏着无数科研人员通宵达旦的工作、反复推倒重来的计算、以及在不知道结果会是什么的情况下依然选择坚持下去的那种执着,我们在新闻里看到的往往只是一个结果,一条简短的“科学家发现某某某”的消息,但那条消息背后可能是几代人的努力。
其实想想也挺奇妙的,我们生活在一个绕着普通恒星转的小小行星上,我们用脑子想出来的数学公式,居然能准确描述上百亿光年外的现象,我们造出来的探测器,能“听”到黑洞合并时时空本身的震动,我们在地下百米的隧道里,重新创造了宇宙刚诞生时的条件。
这本身就是一件特别值得在银河系层面被表彰的事情。
每次想到这些,我就会觉得,人类这个物种虽然总是有各种毛病,但至少在对宇宙的好奇心这件事上,我们做得还不赖,至于将来银河系深处的某个文明会不会真的读到我们写的关于引力波的论文,然后说一句“嘿,这帮小家伙还挺聪明的”——谁知道呢,万一呢。
