物理獎：宇宙微波研究獲獎

Posted on 2010/01/22 in 專題, 物理新知, 知識通訊評論, 科技報導 with 尚無留言 3,057 views

物理獎：宇宙微波研究獲獎
知識通訊評論第46期

梅瑟 (John Mather) 與史穆特 (George Smoot) 利用「宇宙背景探測者」 (Cosmic Background Explorer, COBE) 衛星，所做的宇宙初始量測結果，創造出一塊全新的研究領域，並攫獲全世界數百萬人的想像力。

麻省理工學院宇宙學家泰格馬克 (Max Tegmark) 表示，宇宙學過去經常被人嘲弄取笑，說這個研究領域是古怪玄奧的哲思，但現在可有精確的宇宙學了。

COBE 的目的是為了要研究宇宙初生的大霹靂殘留的熱量。這種被稱為「宇宙微波背景」的大霹靂餘暉，在一九四○年代有人預測其存在，並且在一九六○年代的測量中得到證實。

今年的諾貝爾物理獎頒發給兩項發現。首先是由現在美國太空總署馬里蘭州綠帶市高達太空飛行中心的梅瑟，由他領導的研究團隊所做的微波背景光譜測量，確認其光譜具有「黑體」 (black-body) 輻射的形狀。這種輻射由某一特定溫度的物體所發出，在此指的是昔日溫度比今日高上數千度的宇宙。

這項結果首度指出，宇宙學家可以利用輻射的性質，來檢驗宇宙起源的相關理論。梅瑟在一九九○年一月的一場研討會裡展示其研究發現，並且獲得全場起立鼓掌歡迎；研究 COBE 資料的英國德罕大學宇宙學家富蘭克 (Carlos Frenk) 說，在他的科學生涯裡，就只看過這麼一次盛況。

現在服務於美國加州勞倫斯柏克萊國家實驗室的史穆特，則是負責尋找微波背景溫度的細微波動；這些是形成今日銀河與群星種子的一塊塊物質，是宇宙早期結構遺留下來的痕跡。有些人認為探測這種各向異性 (anisotropy) ，是超過了 COBE的敏感度；泰格馬克表示，許多人認為梅瑟跟史穆特等人，根本不會發現任何東西。

但是史穆特在一九九二年宣布了讓全世界為之喝采的新聞：他發現了宇宙微波。這是證明大霹靂確實發生過，迄今最強而有力的證據。英國劍橋大學的拉森比 (Anthony Lasenby) 表示，發現各向異性這件事，就好比首次觀察、揭露化石記錄一般。

當時拉森比自己也快要發現類似的結果，他說他的研究團隊當時正在研究一項在特納利夫島（編按：西班牙屬加那利群島中的第一大島）上進行的實驗，當時已有測得溫度波動的先兆，但是他們需要更多時間，史穆特就捷足先登了。不過拉森比表示，能夠確認史穆特的研究結果，將兩邊的研究結果聯結起來也很重要；從他的言語裡，聽不出一絲酸味。

在 COBE 之後緊接著上場的是「威金森微波各向異性探測器」 (the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP) ，這個計畫是以協助設計 COBE 探測器，於二○○二年辭世的威金森 (David Wilkinson) 命名；許多人相信倘若他還在世，今天的諾貝爾獎也有他一份。 WMAP 以更細微的程度調查背景輻射；將在二○○八年由歐洲太空總署發射的蒲朗克 (Planck) 衛星，亦會接續這項工作。

不過到目前為止， COBE 的影響無可比擬。物理學家霍金 (Stephen Hawking) 在一九九二年形容史穆特的研究結果時，就捕捉到這種心情，表示這是二十世紀，甚至可能是史上最偉大的發現。不過當史穆特說「看到觀察結果就好像看到上帝的面容」時，也引發了爭議；富蘭克表示，把上帝扯進科學裡，並不總是好事一樁。