凝望宇宙的“考古学家”访澳大利亚诺贝尔物理学奖得主布莱恩·施密特

编者按:北京大学“大学堂”*学者讲座项目一直致力于打造国际一流的高端学者讲座平台。自该项目于2012年启动以来，代表最高学科水平的顶尖学者应邀以严格的标准进行讲座和交流。目前，已有21名学者入选，其中包括10名诺贝尔奖获得者。“走进大学堂”系列报道将聚焦这些学者和他们背后的科学故事。

蓬松的金发变白了，蓝色的眼睛像暴风雨后的天空，这仍然让宇宙学家看起来“幼稚”——一种充满好奇心和渴望尝试未知世界的幼稚。“现在，我和我的团队正在做的是继续寻找宇宙形成过程中最早的恒星，所以我们正在寻找宇宙中最早恒星的化石记录。”“这项研究属于宇宙学，但它也像考古学，”布莱恩·施密特最近在北京大学接受《中国科学日报》采访时说。

这位天体物理学家被许多人称为天文学家。1998年，施密特领导了高红移超新星搜索小组，跟踪宇宙在8万亿光年内的膨胀。2011年，他和亚当·里斯以及索尔·佩尔穆特因观察遥远的超新星发现宇宙加速膨胀的证据而获得诺贝尔奖。此外，他还获得了澳大利亚*颁发的马尔科姆·麦金托什奖、哈佛大学颁发的博克奖、印度天文学会颁发的瓦努·巴普奖章...

现在，他仍然盯着并思考着宇宙的进化。“我仍在暗物质和暗能量研究领域工作。我的重点还包括行星研究，希望找到更多的近地行星，并开发有用的技术来探索近地行星上是否有生命迹象。”施密特说。

与时间赛跑探索超新星

科学家们认为，从一个密集而炽热的奇点诞生的宇宙，自140亿年前爆炸以来，一直处于解体状态。在上世纪下半叶，天体物理学中最大的问题是重力是否最终会导致宇宙停止膨胀、开始收缩并最终崩溃。

"换句话说，宇宙的最终命运会转向大爆炸的反面:大崩溃吗？"在北京大学“大学堂”*学者的演讲计划报告中，施密特在演讲台上抑扬顿挫地来回走动，不时在关键点停下来，然后在宇宙进化的过程中用双手和手臂做手势，帮助观众理解。

1987年，加州大学伯克利分校的佩尔穆特教授领导的一个研究小组开始使用遥远的爆炸恒星(即超新星)发出的光作为标准来计算宇宙的膨胀速度有多快。在接下来的七年里，1994年，施密特在哈佛大学完成了他关于超新星的博士论文。后来，他和另一位美国天文学家尼克·孙泽夫开始关注超新星。“超新星很难追踪，因为它们出现的时间很短，光线也很弱。”施密特说。

在信心的驱使下，施密特和孙泽夫召集了一群有能力的年轻天文学研究人员，其中包括来自4个大洲的20名研究人员，并将该团队命名为“高红移超新星搜索团队”。几个月后，搬到澳大利亚工作的施密特成为了团队的领导者。

“虽然他(施密特)总体上是个好人，但这并不意味着他很容易相处。他总是给他的队友施加压力，但他会让你很难通过建议注意到这一点。”孙泽夫在接受澳大利亚媒体采访时说。然而，他说施密特经常给自己施加更大的压力，因为他们知道佩尔穆特比他们早7年开始研究。此外，让他们更紧张的是超新星只能在很短的时间窗口和很小的地理区域内被观察到。“当时，我们在争夺资源，并努力确保不落后。”施密特说，“如果我们不快点，我们可能会永远落后于其他球队。”

宇宙将变得“越来越无聊”

真正激动人心的时刻是从分析收集的空间数据开始的。施密特希望看到宇宙膨胀的速度有多快。然而，令他惊讶的是，他发现他面前的数据显示宇宙正在加速膨胀。“这就像把球扔向空中，看着它飞到蓝天，而不是落到地上。”施密特说，“当时，我在想，‘重力到底发生了什么？”“当时，我没想到我们发现了惊人的结果。”他说，“我说:‘哦，大家伙，我们一定是弄错了！’"

他和队员们讨论了如何处理结果。有些人怀疑结果是不正确的，所以他们坚决反对宣传。施密特理解他的合作伙伴的担忧，所以他和团队成员兼首席数值分析师里斯对这些数据进行了一次又一次的演绎，最后他们打算披露研究结果。后来，在1998年初，佩尔穆特在一次天文学会议上宣布了他们的研究结果，说他们发现了一种与传统观点相反的现象。“当时，我和我的团队成员说，‘天哪，这看起来和我们的数据一模一样。”“施密特回忆道。

然而，佩尔穆特不知道的是，施密特和他的团队已经开始撰写论文，施密特团队的研究结果首次发表在《天文学杂志》上。相关文章发表后，施密特说，他感受到的与其说是一种胜利感，不如说是一种放松感。“因为我们一直处于劣势，所以我们在更多地追逐他们。”施密特说。

然而，尽管天文学界认为这两个研究小组同时发现了上述结果，但这一事件背后仍有暗流。1998年，在《纽约时报》发表的一篇文章中，佩尔穆特团队的研究人员认为施密特的团队是后来者，他们利用了佩尔穆特团队的开创性成就。

无论如何，两个队最终都获得了年度物理奖。他们的研究认为宇宙中最强大的力量是暗能量。这种神秘的力量抵抗重力，将星系相互推开。

阿尔伯特·爱因斯坦在1917年从理论上推断出这种未知力量的存在，但后来他推翻了这一观点，并说这是他一生中犯下的最大错误。然而，施密特和佩尔穆特的团队已经证明了这种力的存在，并计算出这种能量占空间的73%以上，另外23%是暗物质，这也是鲜为人知的。“那么，剩下的4%是什么？”施密特说，“那就是你、我和各种各样的物体，包括树、房子和遥远的恒星和行星。”

在未来，宇宙的命运将取决于暗物质和暗能量之间的战争，暗能量可能是赢家。施密特告诉《中国科学》，“在暗能量的驱动下，宇宙在未来会变得越来越大...每个天体之间的距离会越来越远，我们会越来越孤独。”他说，“最终，它会变成一个非常无聊的地方。然后所有的恒星都会死亡，星系会蒸发，原子会分解，黑洞会消失...我们也会变成像电子一样的基本粒子。”

然而，这个过程需要相当长的时间，而且比宇宙的形成要早得多。“宇宙形成于大约140亿年前，而星系将在大约几千亿年后消失，恒星将在大约100万亿年后消失，原子裂变可能在1万亿年后至少消失20个零。”施密特说，“这是一段很长的时间，但宇宙将永远沿着这条道路前进。”

科学的魅力在于探索未知。

然而，在宇宙消失之前，人们显然可以做更多的事情。去年年初，施密特的团队通过星空图望远镜发现了大约137亿年前已知的最古老的恒星。这颗恒星距离地球约6000光年。这一发现有助于增强人们对宇宙大爆炸后早期宇宙和古代恒星的理解。“现在我们希望寻找更多类似的恒星，然后我们还将寻找宇宙中最早恒星形成的化石记录，并找到银河系是如何聚集在一起的化石记录。”施密特告诉记者。

同时，系外行星也是施密特的探索目标之一。今年7月底，英国理论物理学家霍金和俄罗斯亿万富翁兼慈善家尤里·米尔纳共同宣布启动一项耗资1亿美元的探索外星生命的计划——突破性聆听计划。该计划将于2016年启动，旨在使用世界上最强大的天文望远镜进行最先进的无线电和光学扫描，并创建迄今为止最大的外星生命搜索项目。

对此，施密特表示，该项目非常令人兴奋。“一个原因是要找出其他文明是否试图联系我们。与此同时，在探索这个问题的过程中，我们还可以开发各种对天文学有价值的新技术。”施密特说，“此外，类似的勘探目标很难获得*资助，纳税人也会说，‘我们不愿意在这个问题上花钱。“但是你知道，孩子们会问，‘外星生命存在吗？因此，这项投资非常有意义。他们正在做许多人关心的事情。"

事实上，施密特也是该计划的顾问之一。在计划宣布之前，米尔纳曾问过施密特，他是否有兴趣给他们寻找外星生命的指导。他回答说:“当然，这是一个有趣的问题。”但在施密特看来，最有可能被发现的生命迹象不是智能生命，而是在行星及其大气层中发现生命的痕迹，比如细菌或类似的生命。那么，有外星生命吗？“我不知道，我想应该有。”他说，“这就是科学的魅力。我们可以问各种各样的问题。”

天文学研究正在走向国际合作。施密特说，例如，美国的30米望远镜项目、中国的500米球面射电望远镜项目和澳大利亚的星图项目都是国际合作项目。“中国的TMT项目主要扫描北方的天空，而我们的项目(星际科学家)主要扫描南方的天空。”他说，双方的合作将能够在未来看到整个天空。

"此外，中国和澳大利亚在天文学方面的合作将会越来越多."施密特说。施密特将于2016年成为澳大利亚国立大学的校长。他说，届时，北京大学和北京大学将联合开展博士交流项目，开展更多的合作。

谈到未来的梦想，施密特说，他认为最好的办法是边教书边做研究，这样可以让人们保持年轻和精力充沛。“祝贺你，你很快就要成为校长了！”“我的同事会对我说‘同情’！”为了祝贺记者，施密特回应道，“因为这也意味着责任。因此，我的梦想是让我的大学成为世界上最好的大学之一。”

作者:冯