布萊恩·施密特

編者按：北京大學(xué)“大學(xué)堂”頂尖學(xué)者講學(xué)計(jì)劃始終致力于打造國際一流的高端學(xué)者講學(xué)平臺(tái)。該計(jì)劃自2012年啟動(dòng)以來，以嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)邀請(qǐng)代表學(xué)科最高水準(zhǔn)的頂尖學(xué)者開展講學(xué)交流。目前已有21位學(xué)者入選該計(jì)劃，其中包括10位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。“走進(jìn)‘大學(xué)堂’”系列報(bào)道將聚焦這些學(xué)者及他們身后的科學(xué)故事。

■本報(bào)記者 馮麗妃

已經(jīng)泛白的蓬松金發(fā)、像暴風(fēng)雨過后的天空一樣湛藍(lán)的眼睛，讓這位宇宙學(xué)家看起來依然有些“孩子氣”—— 一種對(duì)未知世界依然充滿好奇并躍躍欲試的孩子氣。“現(xiàn)在，我和團(tuán)隊(duì)在做的事情是繼續(xù)尋找宇宙形成時(shí)期的最早恒星，因此我們要尋找宇宙中最早恒星的化石記錄。”布萊恩·施密特（Brian Schmidt）日前在北京大學(xué)接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說，“這項(xiàng)研究屬于宇宙學(xué)的研究范疇，但它也像考古學(xué)。”

這位天文物理學(xué)家被很多人稱為恒星凝望者。1998年，施密特領(lǐng)導(dǎo)高紅移超新星搜索團(tuán)隊(duì)，追蹤了宇宙在8萬億光年范圍內(nèi)的膨脹。2011年，他與亞當(dāng)·里斯和索爾·珀?duì)栺R特通過觀測遙遠(yuǎn)超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹的證據(jù)而獲得了當(dāng)年的諾獎(jiǎng)。此外，他還獲得過澳大利亞政府頒發(fā)的馬爾科姆·麥金托什獎(jiǎng)、美國哈佛大學(xué)博克獎(jiǎng)、印度天文學(xué)社Vainu Bappu獎(jiǎng)?wù)?hellip;…

現(xiàn)在，他仍在繼續(xù)凝望并思考著宇宙演化這部歷史古卷。“我仍然在暗物質(zhì)和暗能量研究領(lǐng)域繼續(xù)工作，我關(guān)注的領(lǐng)域還包括行星研究，希望發(fā)現(xiàn)更多近地行星，并研發(fā)出有用的技術(shù)，探索近地行星上是否有生命的跡象。”施密特說。

爭分奪秒探索超新星

科學(xué)家認(rèn)為，自從約140億年前一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)發(fā)生大爆炸后，從中誕生的宇宙一直處于分崩離析的狀態(tài)。在上世紀(jì)后半葉，天體物理學(xué)領(lǐng)域最大的問題是，引力作用最終是否會(huì)導(dǎo)致宇宙停止膨脹，并且開始收縮，最終坍塌。

“也就是說，宇宙的最終命運(yùn)是否會(huì)走向大爆炸的反面：大塌陷？”在北京大學(xué)“大學(xué)堂”頂尖學(xué)者講學(xué)計(jì)劃報(bào)告中，施密特一邊在報(bào)告臺(tái)上用抑揚(yáng)頓挫的音調(diào)作講述，一邊來回走動(dòng)著，講到關(guān)鍵處他不時(shí)停下來，然后用雙手加雙臂比劃著宇宙演化的過程，以幫助聽眾理解。

1987年，由加州大學(xué)伯克利分校教授珀?duì)栺R特帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開始利用遙遠(yuǎn)的爆發(fā)恒星——即超新星——發(fā)出的光作為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算宇宙膨脹在以多快的速率放緩。此后7年，即1994年，施密特在哈佛大學(xué)完成了超新星的博士論文。隨后，他和另外一名美國天文學(xué)同行Nick Suntzeff開始把目光鎖定在超新星上。“超新星之所以難以跟蹤，是因?yàn)樗鼈兂霈F(xiàn)的時(shí)間非常短暫，而且光線非常微弱。”施密特說。

在信心驅(qū)動(dòng)下，施密特和Suntzeff召集了一群能干的年輕天文學(xué)研究者——包括來自4大洲的20名研究人員，并把這支團(tuán)隊(duì)命名為“高紅移超新星搜索隊(duì)”。數(shù)月后，遷至澳大利亞工作的施密特成了該團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人。

“盡管總體上說他（施密特）是個(gè)好小伙，但這并不意味著他容易相處。他總是在給隊(duì)友施加壓力，但會(huì)通過建議的方式，讓你很難察覺到這一點(diǎn)。”Suntzeff在接受一家澳大利亞媒體采訪時(shí)曾說。不過，他表示，施密特給自己施加的壓力往往更大，因?yàn)樗麄冎�道珀�(duì)栺R特比他們?cè)?年開始研究。而且，讓他們更為緊張的是，超新星只有在一些很短的時(shí)間窗和很小地理區(qū)域才能做到最佳觀測。“那時(shí)，我們?cè)跔帄Z資源，力圖確保我們沒有落后。”施密特說，“如果我們不加緊時(shí)間，就可能永遠(yuǎn)落在其他團(tuán)隊(duì)后面。”

宇宙將變得“越來越枯燥”

真正的戲劇性時(shí)刻是從分析完收集的太空數(shù)據(jù)開始。施密特期望看到的是，宇宙膨脹在以多快的速率降低；然而，出乎預(yù)料的是，他發(fā)現(xiàn)眼前的數(shù)據(jù)卻表明宇宙在加速膨脹。“這種現(xiàn)象就像朝著空中投了一個(gè)球，然后眼睜睜看著它飛向藍(lán)天，而不是落向地面。”施密特說，“那時(shí)，我在想‘引力作用到底發(fā)生了什么？’”“當(dāng)時(shí)，我沒有想到我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了驚人的結(jié)果。”他說，“我說的是：‘哦，大家伙，我們一定犯了個(gè)錯(cuò)誤！’”

他和團(tuán)隊(duì)成員討論了應(yīng)該如何對(duì)待這一結(jié)果。一些人懷疑這個(gè)結(jié)果不正確，所以堅(jiān)決反對(duì)公開。施密特明白伙伴們的擔(dān)心，于是他和團(tuán)隊(duì)成員、首席數(shù)值計(jì)算分析師里斯對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了一次又一次的推演，最終他們打算公開研究成果。此后的1998年年初，珀?duì)栺R特在一次天文學(xué)會(huì)議中公布了他們的研究成果，表示發(fā)現(xiàn)了與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反的現(xiàn)象。“那時(shí)，我和團(tuán)隊(duì)成員都說，‘天哪，這看起來和我們的數(shù)據(jù)結(jié)論一模一樣。’”施密特回憶說。

但珀?duì)栺R特不知道的是，施密特和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始寫作論文，最終施密特團(tuán)隊(duì)的成果首先發(fā)表于《天文學(xué)期刊》。在相關(guān)文章發(fā)表后，施密特表示，自己感覺到的與其說是勝利感，不如說是放松感。“因?yàn)槲覀円恢币詠硖幱诓焕�地位，更多的是在追趕他們。”施密特說。

然而，盡管天文學(xué)界都認(rèn)為兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)上述結(jié)果，然而事情背后依然暗流涌動(dòng)。在1998年發(fā)表于《紐約時(shí)報(bào)》的一篇文章中，珀?duì)栺R特團(tuán)隊(duì)的研究者認(rèn)為施密特團(tuán)隊(duì)是后來者，他們利用了珀?duì)栺R特團(tuán)隊(duì)的先驅(qū)成果。

無論如何，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)最終都獲得了當(dāng)年的物理學(xué)獎(jiǎng)。他們的研究認(rèn)為：宇宙中最強(qiáng)大的力量是暗能量，這種神秘的力量抵制了引力作用，并且推動(dòng)著星系相互分離。

阿爾伯特·愛因斯坦在1917年曾在理論上推斷過這種未知力量的存在，但是后來他卻推翻了這一觀點(diǎn)，并表示這是他一生中所犯的最大錯(cuò)誤。但是施密特和珀?duì)栺R特的團(tuán)隊(duì)卻證明了這種力量的存在，并計(jì)算得出這種能量占宇宙空間的73%以上，另外23%的能量是同樣知之甚少的暗物質(zhì)。“那么，剩余的4%由什么構(gòu)成呢？”施密特說，“那就是你、我以及包括樹木、房屋和遙遠(yuǎn)的恒星、行星等在內(nèi)的各種物體。”

未來，宇宙的命運(yùn)將取決于暗物質(zhì)和暗能量的戰(zhàn)爭，而且暗能量或許是贏家。施密特告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，“在暗能量的驅(qū)動(dòng)下，未來宇宙將會(huì)變得越來越大、越來越大……各個(gè)天體離得越來越遠(yuǎn)、相互割裂，我們也會(huì)變得越來越孤獨(dú)。”他說，“最終，它會(huì)變成一個(gè)非常無聊的地方，那時(shí)所有的恒星都會(huì)死亡、星系會(huì)蒸發(fā)、原子會(huì)分解、黑洞會(huì)消失……我們也會(huì)變成像電子一樣的基本粒子。”

然而，這個(gè)過程要花費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間，而且比宇宙形成的時(shí)間早得多。“宇宙大致形成于140億年前，而星系大致會(huì)在數(shù)千億年后消失，恒星大致會(huì)在100萬億年后消失，而原子分裂可能要到萬億萬億年之后——1的后面至少有20個(gè)零。”施密特說，“這是很長的時(shí)間，但是宇宙永遠(yuǎn)在這個(gè)道路上前進(jìn)。”

科學(xué)的魅力在于探索未知

然而，在宇宙消失之前，人們能做的事情顯然還有很多。去年年初，通過賽丁泉天文臺(tái)的“星圖家”（Skymapper）望遠(yuǎn)鏡，施密特團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一顆距今約137億年的已知最古老恒星，這顆恒星距離地球大約6000光年，這一發(fā)現(xiàn)有助于增強(qiáng)人們對(duì)大爆炸之后早期宇宙和遠(yuǎn)古恒星的了解。“現(xiàn)在我們希望搜尋更多的類似恒星，接下來我們還要尋找宇宙中最早恒星形成的化石記錄，尋找銀河系如何匯聚在一起的化石記錄。”施密特告訴記者。

同時(shí)，地外行星也是施密特的探索目標(biāo)之一。今年7月底，英國理論物理學(xué)家霍金、俄羅斯億萬富翁兼慈善家尤里·米爾納聯(lián)合宣布啟動(dòng)一項(xiàng)1億美元的探尋地外生命計(jì)劃——即突破傾聽計(jì)劃。該計(jì)劃打算于2016年啟動(dòng)，旨在借助世界上最強(qiáng)大的天文望遠(yuǎn)鏡，執(zhí)行最先進(jìn)的射電和光學(xué)掃描，打造迄今為止最龐大的外星生命尋找項(xiàng)目。

對(duì)此，施密特表示，這個(gè)項(xiàng)目很讓人激動(dòng)。“一個(gè)原因是搞清是否有其他文明在試圖聯(lián)系我們。同時(shí)，在探索這個(gè)問題的過程中，我們也可以研發(fā)出對(duì)天文學(xué)有價(jià)值的各種新技術(shù)。”施密特說，“另外，類似探索對(duì)象很難受到政府的資助，納稅人也會(huì)說‘我們不愿意在這個(gè)問題上耗費(fèi)金錢。’但是要知道，孩子們會(huì)問，‘地外生命究竟存在嗎？’因此，這項(xiàng)投入非常有意義，他們?cè)谧龊芏嗳岁P(guān)心的事情。”

事實(shí)上，施密特也是該計(jì)劃的顧問之一。在該計(jì)劃公布之前，米爾納曾問施密特是否有興趣給他們尋找地外生命提供指導(dǎo)意見。他回答說：“當(dāng)然了，這是個(gè)有趣的問題。”但是在施密特看來，最有可能發(fā)現(xiàn)的生命跡象不是有智慧的生命，而是在行星及其大氣層中尋找生命的痕跡，如細(xì)菌或是類似的生命。那么，究竟有沒有地外生命呢？“我不知道，我懷疑應(yīng)該有。”他說，“這正是科學(xué)的魅力所在，我們可以提出各種問題。”

天文學(xué)研究正在向國際合作邁進(jìn)，施密特說，比如美國的30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）項(xiàng)目、中國的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）項(xiàng)目、澳大利亞的星圖家項(xiàng)目等都是國際合作項(xiàng)目。“中國參與的TMT項(xiàng)目主要掃描的是北部星空，而我們的項(xiàng)目（星圖家）主要掃描南部天空。”他表示，未來雙方的合作將能夠看到整個(gè)星空。

“而且，未來中澳天文學(xué)的合作將會(huì)越來越多。”施密特說。2016年，施密特將出任他所在的澳大利亞國立大學(xué)校長。他表示，那時(shí)該校將與北京大學(xué)共同進(jìn)行博士生交換項(xiàng)目，開展更多合作。

談及未來夢(mèng)想，施密特表示，他覺得最棒的事情就是可以一邊作研究，一邊教書，后者可以讓人保持年輕活力。“恭喜，您馬上就要出任校長了！”“我的同事會(huì)對(duì)我說‘同情’！”對(duì)于記者的恭喜，施密特回應(yīng)說，“因?yàn)槟且惨馕吨��?zé)任。所以，我的夢(mèng)想還有一個(gè)：那就是讓我的大學(xué)成為世界上最優(yōu)秀的大學(xué)之一。”

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