2019年諾貝爾物理學獎的一半授予美國物理學家和理論宇宙學家詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles） ，以表彰其在宇宙物理學的理論發現中做出的突出貢獻 。

來來 ，看一下什麼叫「突出貢獻」 。皮布爾斯做了大量工作使得物理宇宙學成為嚴肅的 、定量的物理學分支 ，他為宇宙學中幾乎所有的現代研究奠定了基礎 ，包括理論和觀測 ，將一個高度猜測性的領域變成了一門精密的科學 。

毫不誇張的說 ，咱們普通人能說的出來的跟宇宙學相關的詞 ，什麼宇宙大爆炸 、星系紅移 、暗物質 ，都跟他的研究有關 ！

△詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）

他的貢獻有多大？一句話 ：將宇宙學從推測轉變為科學

宇宙學是研究宇宙起源和進化的一門學科 ，過去的五十年是宇宙學的黃金時代 。上世紀60年代 ，宇宙學從推測轉變為科學 ，而推動這一轉變的關鍵人物就是詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles） ，他的發現將宇宙學牢牢地安置在科學地圖上 ，豐富了整個研究領域 。他的第一本書《物理宇宙學》（1971年）啟發了新一代的物理學家 。

「我們來自何處 ，又將往去何處？」這是一個永恆的問題 。在信仰和意義之外 ，宇宙學為人類提供了一種解答問題的新思路 。直到近一百年 ，人類才有了對宇宙演化的科學描述 。在此之前 ，宇宙被認為是靜止的和永恆的 。但早在上世紀20年代 ，天文學家發現 ，所有星系都彼此遠離 ，並且在遠離我們 ，這意味着宇宙在成長 。現在的我們知道 ，今天的宇宙與昨天的宇宙不同 ，而明天的宇宙又將和今天的宇宙不同 。

下面咱們就詳細說說皮布爾斯的幾個重要貢獻 。

貢獻一 ：推動讓愛因斯坦後悔不已的宇宙常數重返宇宙學 。1916年 ，愛因斯坦的廣義相對論已經預言了天文學家在太空中所看到的一切 ，這一理論現在也已經成為所有有關宇宙的大規模計算的基礎 。

不過當愛因斯坦發現該理論得出的結論是空間在擴大時 ，他在方程式中添加了一個常數（宇宙常數） ，該常數將抵消重力的影響並使宇宙靜止不動 。

而十多年後 ，科學家觀察到了宇宙膨脹 ，確認宇宙並非靜止的 ，也就不再需要這個常數了 。愛因斯坦認為 ，這是他一生中最大的錯誤 。不過 ，他不知道的是 ，宇宙學常數會在20世紀80年代 ，通過詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）的貢獻 ，重返宇宙學 。

貢獻二 ：從宇宙的第一縷光芒里尋找宇宙誕生的秘密

宇宙的膨脹就意味着過去的它更密集 ，更熱 。在20世紀中葉 ，我們稱宇宙的誕生為「大爆炸」 。沒有人知道一開始的實際情況 ，但是早期的宇宙充滿了緊湊 、熱和不透明的粒子 ，如同一碗湯 。

經過將近40萬年的冷卻 ，這種原始湯冷卻到幾千攝氏度 。原始粒子能夠結合 ，形成主要由氫和氦原子組成的透明氣體 。緊接着光子開始自由移動 ，光得以在太空中傳播 。宇宙的第一縷光線直到現在仍然充滿着宇宙 。空間的擴展拉伸了可見光波 ，因此它們最終進入了波長為幾毫米的微波範圍 ，這也就是宇宙微波背景輻射 。

1964年 ，兩位美國射電天文學家（1978年諾貝爾獎獲得者亞諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜）偶然抓住了宇宙誕生的光芒 。但他們無法擺脫天線從太空各處拾取的恆定「噪聲」 ，因此他們在其他研究人員的研究中尋求解釋 ，其中包括詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles） 。當皮布爾斯（Peebles）意識到輻射的溫度可以提供有關在大爆炸中產生多少物質的信息時 ，現代宇宙學的新紀元開始了 。

宇宙中起源於嬰兒期的古老輻射已經變成了一個金礦 ，它幾乎包含了所有宇宙學家想要知道的一切的答案 。

「宇宙多大了？它的命運是什麼？存在多少物質和能量？」科學家們可以從這些餘輝中找到宇宙最初的痕跡 。如同海浪反映着海洋的變動 ，這些漣漪（微波）揭示了早期宇宙的變化 。

△Plank衛星繪製的最新最高解像度宇宙微波背景輻射圖（圖片來源 ：ESA/NASA/JPL-Calteck）

貢獻三 ：理論證實暗物質和暗能量的存在

暗物質的組成仍然是宇宙學最大的謎團之一 。長期以來 ，科學家一直相信 ，已知的中微子可能構成這種暗物質 。但中微子速度過快而無法將物質凝聚到一起 。1982年 ，皮布爾斯（Peebles）提出 ，冷的暗物質中重而慢的顆粒可以完成這個任務 。

直到今天 ，我們仍在尋找冷暗物質中的這些未知粒子 。

根據愛因斯坦的廣義相對論 ，空間的幾何形狀與引力相互關聯——宇宙包含的質量和能量越多 ，彎曲的空間就越多 。在質量和能量的臨界值下 ，宇宙不會彎曲 。我們稱這種類型的宇宙為平坦宇宙 。

宇宙微波背景輻射的測量以及理論上的考慮提供了明確的答案——宇宙是平坦的 。但是 ，它所包含的物質僅足以滿足臨界值的31％ ，其中5％是普通物質 ，26％是暗物質 ，還有69％失蹤了 。 詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）再次提出了一個解決方案 。使用皮布爾斯提出的理論模型 ，可以通過計算預測宇宙的形狀以及其中所包含的物質和能量（下圖） 。而他的計算與之後的背景輻射測量非常吻合 。從計算結果中 ，還可以得出一個結論 ，如果宇宙的31％（5％+ 26％）由物質組成 ，那麼剩下的69％ ，必須是暗能量才能滿足對平坦宇宙的要求 。

所以 ，毫不誇張地說 ，詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）對物理宇宙學的研究和見解豐富了整個研究領域 。他的理論框架自1960年代中期發展起來 ，奠定了當代宇宙學基礎 。

現在 ，暗物質和暗能量都已成為宇宙學中最大的謎團 。宇宙的暗面隱藏着什麼秘密？未知背後隱藏着哪些新的物理學？在解決空間奧秘的嘗試中 ，我們還會發現什麼呢？

遼闊的宇宙等待着我們去探索 ，無窮的真理讓我們孜孜追求 。再一次 ，向皮布爾斯致敬 ，向探尋真理 、探索宇宙的前輩們致敬 ！