【原】2019狄拉克獎出爐，三位獲獎者因宇宙大尺度結構的量子漲落起源理論分享殊榮

返樸 2020-12-23

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三位獲獎者都對用暴漲宇宙學模型來理解早期宇宙做出了重要貢獻。他們的工作經過多方面的實驗驗證，并通過結合微觀物理和宇宙的大尺度結構，使宇宙學逐漸演變成了精準測量的科學領域。

編譯 | “返樸”編譯組（董曉怡、木槐等）

當地時間8月8日，意大利國際理論物理中心（ICTP，Trieste Italy）將 2019 年的狄拉克獎章及獎金授予了三位對近代宇宙學有著深遠影響的物理學家：穆卡諾夫（Viatcheslav Mukhanov，慕尼黑大學，Ludwig Maximilian University of Munich ），斯塔羅賓斯基（Alexei Starobinsky，朗道理論物理研究所）和蘇尼亞耶夫（Rashid Sunyaev，馬克斯·普朗克天體物理研究所），獎勵他們對宇宙微波背景（CMB）物理作出的杰出貢獻，這些理論研究有多方面實驗驗證結果并且通過結合微觀物理和宇宙的大尺度結構，使得宇宙學逐漸演變成了精準測量的科學領域。

三位獲獎者都對用暴漲宇宙學模型來理解早期宇宙做出了重要貢獻。

宇宙微波背景（CMB）是充滿整個宇宙空間的微弱背景輻射。在宇宙大爆炸模型中，宇宙微波背景是來自早期宇宙的殘存電磁輻射，可以被足夠靈敏的射電望遠鏡探測到。1964 年，兩位射電天文學家 Arno Penzias 和 Robert Wilson 意外探測發現了宇宙微波背景，這是宇宙起源于大爆炸的關鍵證據。

基于物理宇宙學的暴漲理論，宇宙在極為短暫的時間內經歷了指數式的超快空間膨脹。這一所謂的“暴漲”時期可能從大爆炸奇點之后的 10^-36 秒持續到大約10^-33 秒，接著是慢得多的一直持續到今天的宇宙膨脹。

在上世紀70年代后期，Alexei Starobinsky是宇宙暴漲理論的早期推動者之一。80年代，Viatcheslav Mukhanov等人的研究工作對宇宙暴漲理論貢獻巨大。Rashid Sunyaev的主要貢獻在于在70年代預言了宇宙微波背景中的聲波峰值以及隨后的對這些模型進行檢驗的觀測實驗。因為宇宙暴漲理論對我們所知的大量已觀測宇宙的性質（均勻性和平坦性）給予了合理解釋，所以目前它被認為是基礎物理和宇宙學中最為相關的理論發展之一，同時它也提供了一個可以解釋宇宙原初漲落的理論，這是其它理論所不能及的。在廣義相對論和量子場論的框架中，暴漲理論認為，宇宙的原初漲落來源于一個微觀尺度上的量子效應，其在一個宇宙尺度上產生各種宏觀效應，這些最終顯示成為宇宙的大尺度結構。

宇宙暴漲模型提出的很多理論預言已經被若干實驗證實，它對當代宇宙學貢獻巨大。

“宇宙原初密度擾動的計算是理論物理學中最為優美的成就之一，它為我們的起源提供了重要的信息，并且令人驚嘆地被實驗證實了。”ICTP主任Fernando Quevedo解釋說：“三位獲獎者對這一領域的重要貢獻符合ICTP為狄拉克獎章設定的高標準。”

ICTP的研究人員（Staff Associate）Ravi Sheth補充說：“他們在基礎物理領域就可觀測宇宙的研究產生了深遠的影響。他們的貢獻不僅僅體現在他們的準確預言上，而且反映在他們的工作以及他們個人對幾代宇宙學家的重大深遠影響上。”

Viatcheslav Mukhanov、Alexei Starobinsky和Rashid Sunyaev并不是第一次因為他們在宇宙學方面的卓越貢獻而獲獎。

早在2013年，Viatcheslav Mukhanov 和Alexei Starobinsky獲得總額50萬美元的格魯伯宇宙學獎（Gruber Cosmology Prize），理由是他們在發展形成暴漲理論方面有持續性的重大影響，其理論是對理解宇宙演化和結構的關鍵組成部分。他們的理論工作改變了人類對我們宇宙的起源和它的結構形成機制的觀點。他們為宇宙暴漲和時空度規的暴漲擾動理論做出了意義深遠的貢獻。其理論解釋了宇宙結構的量子起源，這是量子力學規律運用到宇宙大尺度上的一次最為令人驚嘆的實踐。由于他們的貢獻，科學家們終于可以為宇宙學的兩大基本問題給出令人信服的解答：為什么宇宙結構在最大尺度上是如此均勻？宇宙是從何處開始偏離其均勻分布的，即星系、行星、包括我們人類是從何而來的？

2014年，Starobinsky又因為在宇宙暴漲理論方面的前瞻性工作，同Alan Guth和Andrei Linde一起獲得了2014年的科維理天體物理學獎。

Sunyaev獲得過天文學界和與天體物理相關的物理學界的幾乎所有重要獎項。比如2002年的Friedmann獎，2003年的Gruber宇宙學獎和Heineman天體物理學獎，以及2008年的Crafoord獎等。

獲獎者簡介

Viatcheslav Mukhanov現任德國慕尼黑大學物理系主任，他最廣為人知的貢獻是宇宙結構的量子起源理論。1981年，正在莫斯科列別捷夫物理研究所工作的Mukhanov與Gennady Chibisov合作研究Starobinsky首先提出的一個宇宙暴漲模型，就該模型中時空度規的標量擾動，他們發現了產生機制。Mukhanov預言星系和星系團都起源于最初的量子漲落，這個理論被眾多測量宇宙微波背景（CMB）溫度漲落的實驗所證實。1985年，他進一步發展了一個嚴格的理論框架，被許多暴漲模型用來描述密度擾動。

Alexei Starobinsky供職于俄羅斯科學院朗道理論物理研究所。他與Alan Guth和Andrei Linde一起被認為是宇宙暴漲理論的先驅和領軍人物。1979年，他預言引力波應該來自日后被稱之為暴漲的過程。Starobinsky隨后又提出了一個更加具體的宇宙暴漲模型，這個模型迄今為止仍是與觀測結果最為吻合的。Starobinsky發表了最早期計算“慢滾暴漲”模型中密度擾動的文章之一，這個模型被公認為是最有成功希望的。而后，Starobinsky又提出了“隨機”暴漲的物理框架，這個模型不像先前的那些模型那樣理想化。

Rashid Sunyaev現任德國普朗克天體物理研究中心主任和俄羅斯空間研究中心教授。他在物理宇宙學和高能天體物理學方面都做出過開創性貢獻。1970年，他和Yakov Zel’dovich一起預言了宇宙微波背景（CMB）聲波峰值的存在。這些聲波峰值可以認為是在宇宙微波背景天空圖案中的組成部分，顯示了宇宙微波背景（CMB）的不均勻性。他們提出的Sunyaev-Zel’dovich效應認為宇宙微波背景（CMB）的亮度會在富星系團的方向上減弱一些。這一發現使得星系團成為觀測宇宙學的強大工具。而且實踐證明，這的確為測量遙遠星系團的豐度和運動提供了我們現有的最佳工具。

其他相關科學家簡介

Gennady Chibisov 最出名的工作是在1981年與Mukhanov合作完成的關于宇宙密度擾動的量子漲落起源的研究，這是暴漲宇宙學研究中最早強調密度漲落起源的計算工作。

Alan Guth 是最早提出暴漲宇宙學的學者之一。由于對暴漲的研究，Guth分別獲得了愛丁頓獎章（1996年）、狄拉克獎章（2002年）和科維理獎（2014年）。

Andrei Linde 是最早提出暴漲宇宙學的學者之一，并修正了古斯的模型。他一直是宇宙學研究的領袖人物之一。

Yakov Zel’dovich 早年工作于物理化學領域，并提出了爆炸過程中氧化氮的生成機制，稱為Zel’dovich機制。1939年起，開始從事鈾裂變的研究，提出鏈式反應理論。1943年開始參與蘇聯核武器研發，提出了氫彈的Zel’dovich-Sakharov構型。而后預言了pi介子的貝塔衰變，預言了mu子催化。自1956年，開始研究天體物理和宇宙學。他第一個提出類星體來自于黑洞吸積盤，并且提出活動星系核的能量來自超大質量黑洞。在恒星磁場起源方面提出“拉伸-扭轉-折疊”機制的磁流體發電機理論。在宇宙學領域提出引力物質的Zel’dovich不穩定性。1964年，Zel’dovich提出銀河系X射線源是雙星系統中的中子星或者黑洞的吸積過程產生的。同年他還提出了宇宙微波背景輻射的存在。1972年，他與Sunyaev預言了星系團對宇宙微波背景輻射的影響，這一現象被命名為Sunyaev-Zel’dovich效應，可以用來測量星系團中物質的分布和哈勃常數的數值等等。

關于狄拉克獎

國際理論物理中心(ICTP)的狄拉克獎章于1985年首次發獎，目的在于紀念其忠實的朋友、二十世紀最偉大的物理學家之一——P.A.M.狄拉克(Dirac)。獎章于每年8月8日狄拉克的生日頒發，授予對理論物理學做出過有重大意義貢獻的理論物理學家。頒獎典禮將在當年晚些時候進行，屆時三位獲獎者會就他們的工作發表演講。

ICTP掛出的歷屆狄拉克獎得主名單