对宇宙起源与演化的认识，是人类最伟大的科学成就之一。

01《生活大爆炸》与诺贝尔奖

诺贝尔委员会成员乌尔夫·丹尼尔松（Ulf Danielsson）在宣布2019年诺贝尔物理学奖得主时来了这么一段：

“我们的整个宇宙曾处于热而密的状态，然后在近140亿年前开始膨胀。（'Our whole universe was in a hot, dense state, then nearly 14 billion years ago expansion started,' ）”

这是粉丝们再熟悉不过的美国顶级搞笑科学喜剧《生活大爆炸》主题曲的开头两句，在陪伴我们十二年带给我们无数欢乐后，今年迎来了让所有粉丝恋恋不舍的大结局，最终科学怪咖谢尔顿和妻子艾米因为一起提出了“超不对称”理论联手拿下了诺贝尔奖。

 

 

是梦想真的照进现实了吗？当然不是，“希望谢尔顿和艾米今天不要太失望。”

2019年物理界真正的明星是这三位: 美国普林斯顿大学教授詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles ）（以表彰他“在物理宇宙学的理论发现”）， 以及瑞士日内瓦大学天文教授米歇尔·梅耶尔（Michel Mayor），和他的学生迪迪埃·克罗兹（Didier Queloz），（以表彰他们“发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星”）。其中，詹姆斯·皮布尔斯获得 900 万瑞典克朗（约合人民币 697 万元）奖金中的一半。

 

 

      之后，诺贝尔委员会在推特上总结到：“今年的诺贝尔物理学奖奖励了人们对宇宙结构、和宇宙历史的新认识，也奖励了人类首次发现的绕日行星。”

 

 

而所谓“人们对宇宙结构、和宇宙历史的新认识” 的重点正是美剧《生活大爆炸》所科普的，科学界最著名的概念之一：标准宇宙模型（也称大爆炸理论）。

詹姆斯·皮布尔斯为大爆炸理论做出了许多非常重要的贡献。正如邵逸夫奖授奖词所言"他为宇宙学中几乎所有的现代研究奠定了基础，包括理论和观测，将一个高度猜测性的领域变成了一门精密的科学"。

 

 

过去五年当中，天体物理的成果已经三次拿到诺贝尔奖。包括2015年的中微子振荡 以及2017年引力波的发现。

人类对宇宙起源和演化的探索已经到了硕果累累的阶段。

02 创世，还有比这个更有趣的问题吗？

1979年诺奖得主斯蒂芬·温伯格喜欢和上帝辩论，关于创世，他曾如此幽了上帝一默。

“「起初神创造天地。」(创世纪1:1)

但当时没有人在现场看。”

但这也表明，宇宙的起源，吸引着所有人类伟大的宗教家，哲学家和科学家的不断追求。世界上几乎所有宗教，不同文明都曾经给过不同的解释，包括现代科学。

到了今天，许多科学家的范式共识是：宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。尤其经过诺贝尔奖的多次加持，这个理论已经被广泛接受，深入人心。

 

 

那一个瞬间，一个无比光辉的时刻，在那一个体积无限小，密度无穷大，温度无穷高，时空曲率无限大的奇点，一切的物质和能量，空间、时间，都从中产生。所有的语言都难以形容这一历程。

仅仅为了理解爆炸的最初一秒钟，已经耗尽了许多物理学家一生的精力。直到今天，依然是理论物理学家们的热门研究课题。

在大爆炸后 38万年的时间，电子和原子核结合成为原子，宇宙开始放晴，光终于能够在其中自由传播，这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射。

「神说，要有光，就有了光。」(创世纪1:3)

宇宙38万岁时，还没有太阳月亮星星，没有恒星星系星云，就有了光，

宇宙的第一缕光线，直到现在仍然在宇宙的深处，这是创世的余辉。

“宇宙微波背景是我们宇宙中最古老的光，当宇宙刚刚 380,000 岁时就刻在了天空上。它显示出微小的温度涨落，对应着局部密度的细微差异，代表着所有未来的结构，是当今的恒星与星系的种子。”----德国马克斯普朗克天体物理研究所托尔斯滕博士（Enßlin, Dr. Torsten）。

在波澜壮阔的创世后，我们终于可以看见这样一个宇宙，一个瑰丽壮美的世界。

03 大爆炸的证据

大爆炸理论描绘的图景很美很动人，但证据呢？

1929年，天文学一代宗师埃德温·哈勃发现：天空中的所有星系（除我们自己的星系以外）都在离我们远去（多普勒红移），也在彼此分离。而且星系距离越远、红移越大，也就是说，越远的星系正以越快的速度飞驰而去，它们的速率和距离完全成正比，这就是著名的“哈勃定律”。

从那时起到今天，无数的天文学家，没有最先进只有更先进的望远镜，更多的实测观察，无一例外都发现，宇宙就在我们眼前“自我膨胀”。这是一个极其震撼的发现。

一个合乎逻辑的推理和暗示就是：如果让时光倒流，宇宙会收缩而不是膨胀，一直倒流回去，就会存在一个叫作大爆炸的时刻。

1931年，比利时的天主教神父勒梅特(Georges Lemaitre)首次提出宇宙诞生于某个粒子，在某一时间爆炸，当时是离经叛道之语。

1948年，俄国出生的美国物理学家伽莫夫将相对论和宇宙膨胀论相结合，提出了宇宙大爆炸理论的“原始火球模型”，他先知般地预言了宇宙空间应该充满着残余辐射（宇宙微波背景辐射 ），正如一个火炉虽然不再有火了，但还可以冒一点热气。

好玩的是，虽然伽莫夫预测对了，“但是他们最初的计算，在细节上没有一个是正确的”，“在数学上很荒谬”（史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）《最初的三分钟》（The First Three Minutes））

读到这，你一定满肚子狐疑，宇宙微波背景辐射到底是什么鬼？

微波背景辐射（英语：CMB, cosmic microwave background，又称3K背景辐射）是宇宙大爆炸的最重要证据之一，这些大爆炸后的残余辐射充满整个宇宙，是宇宙的“年轮”。

伽莫夫做出的理论预言很快就被遗忘在科学文献的浩瀚海洋里，直到十几年后的1964年，才有些物理学家拼命想去寻找，包括普林斯顿的几个著名物理学家，但遗憾的是，由于各种原因，他们没有发现。

幸运垂青了贝尔实验室的两个工程师，阿尔诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔森（Robert Wilson）。1964年，他们俩为了改进卫星通讯，建了高灵敏度天线，可是不断受到一个温度为3.5K（1965年，他们又订正为3K）的不明信号的干扰，不论怎么改进探测仪器，即使清理掉微波电线上的鸽子粪便，信号也依然存在,它日日夜夜一刻不停,而且来自天空的各个方位。

 

 

限于他们的宇宙学知识，彭齐亚斯和威尔逊实在搞不定，但他们还是发表了这个发现。普林斯顿大学的几位著名物理学家（其中一个就是皮布尔斯）最终确认了这就是他们众里寻她千百度的宇宙微波背景辐射。

这将整个宇宙都浸润其中的辐射是原初宇宙高热的遗迹，是原初宇宙火球正在暗淡下去的最后光芒。

 

 

宇宙微波背景全天图，由威尔金森微波各向异性探测器9年成果绘制

两个工程师无意中揭开了现代天文500年来最伟大的发现之一，并为此获得1978年诺贝尔物理学奖，不愧是诺贝尔奖史上最幸运的两个得主。

宇宙微波背景辐射的发现为宇宙大爆炸模型提供了最强有力的证据，是一个检测大爆炸宇宙模型的里程碑，并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学的“四大发现”。

04 宇宙学中最成功的模型

詹姆斯·皮布尔斯今年拿奖时84岁，在得奖之前，他已经在宇宙微波背景辐射领域工作了近六十年。

这个在很荒谬的数学计算基础上被预测，以非常偶然机会被发现的宇宙微波背景辐射，有什么巨大的魔力让许多顶尖的物理学家耗费普通人几乎一生的光阴？

      虽然皮布尔斯的团队没有第一个发现宇宙微波背景辐射以致和1978年的诺奖擦肩而过，但是他们随后发表的几篇里程碑式的论文成为物理宇宙学的起点。

在这个他们开创的全新领域中，皮布尔斯被广泛认为是世界领先的理论宇宙学家。在他毕生的努力下，探索宇宙的结构、起源和演进过程的宇宙学成为了严谨可量化的物理学分支。正如邵逸夫天文学奖评价中说得那样：“他的理论和观察为几乎所有现代宇宙学研究奠定了基础，将高度猜测性的领域转变为精密科学。

到目前为止，宇宙学中最成功的模型是ΛCDM模型（英语：ΛCDM Model或Lambda-CDM Model），这是所谓Λ-冷暗物质（Cold Dark Matter）模型的简称。其中Λ为宇宙学常数，是解释当前宇宙观测到的加速膨胀的暗能量项，它在大爆炸宇宙学中经常被称作索引模型.

ΛCDM模型最重要的创始人之一便是詹姆斯·皮布尔斯，他的三本风靡全球的教科书《物理宇宙学》《宇宙的大尺度结构》和《物理宇宙学原理》已经成为宇宙学领域重要的参考文献。

        根据皮布尔斯的模型，结合美国发射的威尔金森微波各向异性探测器耗时七年对宇宙微波背景在不同方向上涨落的测量，科学家推测出宇宙的年龄是137±1亿年，宇宙物质的72.8%是暗能量，22.7%是暗物质，4.5%是通常物质。

         2013年，在太空持续运行了4.5年的普朗克卫星将观测宇宙学的精度再次提升到了一个崭新的高度，它测出的数据是，68.3%的暗能量、26.8%的暗物质、以及4.9%的通常物质。

 

 

 宇宙目前的膨胀速度是每秒71公里每百万秒差距，宇宙空间是近乎于平坦，它经历过暴胀的过程，并且会一直膨胀下去。

 在现代宇宙学的每一项巨大的理论成就中，几乎都能看到皮布尔斯的身影。

“绝非夸张，现代宇宙学的一大部分是由皮布尔斯的脚注组成的。”

 

 

（未完待续）