乔治·斯穆特

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George Smoot
乔治·斯穆特
George Smoot.jpg
出生 1945年2月20日1945-02-20(69歲)
佛罗里达州育空
国籍 Flag of the United States.svg美国
研究領域 物理学家
任职於 劳伦斯伯克利国家实验室
母校 麻省理工学院
博士導師 en:David H. Frisch
著名成就 宇宙微波背景辐射
獲獎 Nobel prize medal.svg 诺贝尔物理学奖(2006年)

乔治·斯穆特英语George Fitzgerald Smoot III,1945年2月20日),美国伯克利加州大学物理学教授,天体物理学家、宇宙学家。乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖

這個使用 COBE(Cosmic Background Explorer 宇宙背景探測)衛星的工作,有助於鞏固宇宙大霹靂理論。據諾貝爾獎委員會的記載,"此 COBE 計畫,堪稱是宇宙學步入精確科學的一個起點".

他是柏克萊的物理教授。在 2003 年,他曾獲頒愛因斯坦獎章

傳記[编辑]

學歷[编辑]

1966年獲得麻省理工學院雙學士學位(數學和物理);1970年獲得麻省理工學院粒子物理學博士學位。

初期研究[编辑]

喬治·斯穆特不久转投宇宙学的研究,并前往威廉·勞倫司國立實驗室继续他的研究。在威廉·勞倫司國立實驗室,他与Luis Walter Alvarez合作进行了HAPPE实验,利用一个平流层气球来探测大气层上部的反物质

随后,他对阿諾·彭齊亞斯羅伯特·威爾遜于1964年发现的宇宙微波背景輻射产生了兴趣(CMB)。当时,有许多关于宇宙结构等充满争议的基本问题。 一些宇宙模型推测宇宙是一个不停旋转的整体,因此宇宙微波背景輻射就会受到影响:观察的方向不同,它的温度就应该不同。 在AlvarezRichard A. Muller的帮助下,斯穆特制作了一个辐射差值测量计,用于观测两个夹角为60度的方向上宇宙微波背景輻射的差别。

这个儀器被安装在洛克西德的 U-2 偵察機上,并成功地测定了宇宙的整体旋转是零(不超出仪器的精确范围)。同时,这个仪器探测到了宇宙微波背景輻射温度上另一种形式的变化——偶極異向性

這個偶極的圖案(宇宙微波背景輻射在天空的一侧温度较高,另一侧的温度则较低)是一种地球相對於背景辐射的運動带来的多普勒效应,它被称作最后散射面。 这个多普勒效應产生的原因是由于太陽(实际上整个银河系)并非静止的,而是以接近于600 km/s的速度相对最后散射面运动。这可能是由我们星系和巨引源(又被称为“大引力子”)之间的万有引力引起的。

參與 COBE[编辑]

怎樣才能得到宇宙微波背景輻射黑體譜的完整譜形?怎樣才能檢測出微乎其微的宇宙微波背景輻射異向性馬瑟斯穆特領導的研究團組決心要解決這兩個難題。

1974 年,馬瑟提議發射專門用於探索宇宙背景的衛星,宇宙背景探測者(Cosmic Background Explorer,簡稱 COBE 衛星),對微波背景進行探測。提議獲得 NASA 的批准。NASA 最初打算用太空梭將 COBE 衛星送入太空。

但 1986 年挑戰者號失事後,太空梭停飛數年,COBE 衛星的前途莫測。為了能讓 COBE 早日飛上天,馬瑟和斯穆特與同事們專門爭取到一枚火箭,最終於 1989 年11月將 COBE 衛星送入太空。馬瑟作為 COBE 衛星科學項目的首席科學家自始至終領導和協調了 COBE 的觀測以及對 COBE 觀測資料的分析研究。

借助 COBE 衛星,馬瑟領導的研究團組,首次完成了對宇宙微波背景輻射的太空觀測,精確地測量出宇宙微波背景輻射各個波長的黑體譜形。利用太空的有利條件,他們一次完成了各個波長上的測量。彌補了過去由許多人的觀測結果拼湊出並不完整的黑體譜這一遺憾。

他們對 COBE 衛星測量結果進行分析計算後發現, COBE 衛星觀測到的宇宙微波背景輻射譜與溫度為 2.74K 的黑體輻射譜非常符合,與大爆炸宇宙學所預言的結果非常一致。換句話說,他們更精確地驗證了宇宙微波背景輻射的黑體譜形的特徵。

在 COBE 衛星項目中,斯穆特主要負責測量微波背景輻射微小的溫度波動。

1977 年,以斯穆特為首的天文學家小組,曾經將靈敏輻射儀放置在退役的 U2 高空偵察機上,在大氣層上面飛行,得到了關於背景輻射中溫度變化的第一個證據,叫做偶極異向性現象。天空的微波輻射在沿著地球運動的方向熱一些,在反方向冷一些。這是由於地球隨著太陽宇宙當中向前穿行所產生的。

我們的地球繞著太陽運行,太陽繞著銀河系的中心轉動,銀河繫在本星系群中運動,本星系群又朝室女座星系團運動。本星系群相對於宇宙微波背景輻射的運動速度是最快的。偶極異向性是一種多普勒效應,並不是宇宙微波背景輻射本身的異向性

斯穆特在 1977 年觀測的基礎上,設計了一個叫做差動微波輻射計(Differential Microwave Radiometer,簡稱 DMR)的特殊的精度更高的儀器,放置在 COBE 衛星上。

DMR 由 3.3mm、5.7mm 和 9.6mm 三個不同射電波長的三個輻射計組成。在這三個波長上,宇宙微波背景輻射的強度大大高於其他波長的強度。

斯穆特又為這個儀器設計了一對天線,使用這對天線去測量兩個不同天區的溫度差,能夠測出 1% 的溫度差,獲得比其他輻射計精度更高的觀測結果。

1992 年 4 月,斯穆特激動地宣佈了,他們利用 COBE 衛星的觀測結果--發現了期待已久的宇宙微波背景中的微弱的異向性現象,這是在 1 億光年大小的天區內的熱的和冷的變化。這些區域內的溫度變化相對於平均溫度為 2.74K 的微波背景來說,變化幅度僅有百萬分之六。這微弱的溫度起伏是由引力起伏造成的,也就是由物質密度的不均勻造成的。

馬瑟和斯穆特領導的團組,利用 COBE 衛星所進行的觀測和研究,更精確、也更全面地驗證了宇宙微波背景輻射的兩個特徵,他們的工作使宇宙學的研究,進入了一個更為精確的新時代。

約翰·馬瑟和喬治·斯穆特獲得2006年諾貝爾物理學獎。他們於2006年12月10日,赴斯得哥爾摩接受諾貝爾獎評審委員會對他們的頒獎。

外部链接[编辑]