布萊恩·施密特

編者按：北京大學“大學堂”頂尖學者講學計劃始終致力于打造國際一流的高端學者講學平臺。該計劃自2012年啟動以來，以嚴格標準邀請代表學科最高水準的頂尖學者開展講學交流。目前已有21位學者入選該計劃，其中包括10位諾貝爾獎獲得者。“走進‘大學堂’”系列報道將聚焦這些學者及他們身后的科學故事。

■本報記者 馮麗妃

已經(jīng)泛白的蓬松金發(fā)、像暴風雨過后的天空一樣湛藍的眼睛，讓這位宇宙學家看起來依然有些“孩子氣”—— 一種對未知世界依然充滿好奇并躍躍欲試的孩子氣。“現(xiàn)在，我和團隊在做的事情是繼續(xù)尋找宇宙形成時期的最早恒星，因此我們要尋找宇宙中最早恒星的化石記錄。”布萊恩·施密特（Brian Schmidt）日前在北京大學接受《中國科學報》記者采訪時說，“這項研究屬于宇宙學的研究范疇，但它也像考古學。”

這位天文物理學家被很多人稱為恒星凝望者。1998年，施密特領(lǐng)導高紅移超新星搜索團隊，追蹤了宇宙在8萬億光年范圍內(nèi)的膨脹。2011年，他與亞當·里斯和索爾·珀爾馬特通過觀測遙遠超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹的證據(jù)而獲得了當年的諾獎。此外，他還獲得過澳大利亞政府頒發(fā)的馬爾科姆·麥金托什獎、美國哈佛大學博克獎、印度天文學社Vainu Bappu獎章……

現(xiàn)在，他仍在繼續(xù)凝望并思考著宇宙演化這部歷史古卷。“我仍然在暗物質(zhì)和暗能量研究領(lǐng)域繼續(xù)工作，我關(guān)注的領(lǐng)域還包括行星研究，希望發(fā)現(xiàn)更多近地行星，并研發(fā)出有用的技術(shù)，探索近地行星上是否有生命的跡象。”施密特說。

爭分奪秒探索超新星

科學家認為，自從約140億年前一個致密熾熱的奇點發(fā)生大爆炸后，從中誕生的宇宙一直處于分崩離析的狀態(tài)。在上世紀后半葉，天體物理學領(lǐng)域最大的問題是，引力作用最終是否會導致宇宙停止膨脹，并且開始收縮，最終坍塌。

“也就是說，宇宙的最終命運是否會走向大爆炸的反面：大塌陷？”在北京大學“大學堂”頂尖學者講學計劃報告中，施密特一邊在報告臺上用抑揚頓挫的音調(diào)作講述，一邊來回走動著，講到關(guān)鍵處他不時停下來，然后用雙手加雙臂比劃著宇宙演化的過程，以幫助聽眾理解。

1987年，由加州大學伯克利分校教授珀爾馬特帶領(lǐng)的研究團隊開始利用遙遠的爆發(fā)恒星——即超新星——發(fā)出的光作為標準，計算宇宙膨脹在以多快的速率放緩。此后7年，即1994年，施密特在哈佛大學完成了超新星的博士論文。隨后，他和另外一名美國天文學同行Nick Suntzeff開始把目光鎖定在超新星上。“超新星之所以難以跟蹤，是因為它們出現(xiàn)的時間非常短暫，而且光線非常微弱。”施密特說。

在信心驅(qū)動下，施密特和Suntzeff召集了一群能干的年輕天文學研究者——包括來自4大洲的20名研究人員，并把這支團隊命名為“高紅移超新星搜索隊”。數(shù)月后，遷至澳大利亞工作的施密特成了該團隊領(lǐng)導人。

“盡管總體上說他（施密特）是個好小伙，但這并不意味著他容易相處。他總是在給隊友施加壓力，但會通過建議的方式，讓你很難察覺到這一點。”Suntzeff在接受一家澳大利亞媒體采訪時曾說。不過，他表示，施密特給自己施加的壓力往往更大，因為他們知道珀爾馬特比他們早7年開始研究。而且，讓他們更為緊張的是，超新星只有在一些很短的時間窗和很小地理區(qū)域才能做到最佳觀測。“那時，我們在爭奪資源，力圖確保我們沒有落后。”施密特說，“如果我們不加緊時間，就可能永遠落在其他團隊后面。”

宇宙將變得“越來越枯燥”

真正的戲劇性時刻是從分析完收集的太空數(shù)據(jù)開始。施密特期望看到的是，宇宙膨脹在以多快的速率降低；然而，出乎預料的是，他發(fā)現(xiàn)眼前的數(shù)據(jù)卻表明宇宙在加速膨脹。“這種現(xiàn)象就像朝著空中投了一個球，然后眼睜睜看著它飛向藍天，而不是落向地面。”施密特說，“那時，我在想‘引力作用到底發(fā)生了什么？’”“當時，我沒有想到我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了驚人的結(jié)果。”他說，“我說的是：‘哦，大家伙，我們一定犯了個錯誤！’”

他和團隊成員討論了應該如何對待這一結(jié)果。一些人懷疑這個結(jié)果不正確，所以堅決反對公開。施密特明白伙伴們的擔心，于是他和團隊成員、首席數(shù)值計算分析師里斯對這些數(shù)據(jù)進行了一次又一次的推演，最終他們打算公開研究成果。此后的1998年年初，珀爾馬特在一次天文學會議中公布了他們的研究成果，表示發(fā)現(xiàn)了與傳統(tǒng)觀點相反的現(xiàn)象。“那時，我和團隊成員都說，‘天哪，這看起來和我們的數(shù)據(jù)結(jié)論一模一樣。’”施密特回憶說。

但珀爾馬特不知道的是，施密特和團隊已經(jīng)開始寫作論文，最終施密特團隊的成果首先發(fā)表于《天文學期刊》。在相關(guān)文章發(fā)表后，施密特表示，自己感覺到的與其說是勝利感，不如說是放松感。“因為我們一直以來處于不利地位，更多的是在追趕他們。”施密特說。

然而，盡管天文學界都認為兩個研究團隊同時發(fā)現(xiàn)上述結(jié)果，然而事情背后依然暗流涌動。在1998年發(fā)表于《紐約時報》的一篇文章中，珀爾馬特團隊的研究者認為施密特團隊是后來者，他們利用了珀爾馬特團隊的先驅(qū)成果。

無論如何，兩個團隊最終都獲得了當年的物理學獎。他們的研究認為：宇宙中最強大的力量是暗能量，這種神秘的力量抵制了引力作用，并且推動著星系相互分離。

阿爾伯特·愛因斯坦在1917年曾在理論上推斷過這種未知力量的存在，但是后來他卻推翻了這一觀點，并表示這是他一生中所犯的最大錯誤。但是施密特和珀爾馬特的團隊卻證明了這種力量的存在，并計算得出這種能量占宇宙空間的73%以上，另外23%的能量是同樣知之甚少的暗物質(zhì)。“那么，剩余的4%由什么構(gòu)成呢？”施密特說，“那就是你、我以及包括樹木、房屋和遙遠的恒星、行星等在內(nèi)的各種物體。”

未來，宇宙的命運將取決于暗物質(zhì)和暗能量的戰(zhàn)爭，而且暗能量或許是贏家。施密特告訴《中國科學報》記者，“在暗能量的驅(qū)動下，未來宇宙將會變得越來越大、越來越大……各個天體離得越來越遠、相互割裂，我們也會變得越來越孤獨。”他說，“最終，它會變成一個非常無聊的地方，那時所有的恒星都會死亡、星系會蒸發(fā)、原子會分解、黑洞會消失……我們也會變成像電子一樣的基本粒子。”

然而，這個過程要花費相當長的時間，而且比宇宙形成的時間早得多。“宇宙大致形成于140億年前，而星系大致會在數(shù)千億年后消失，恒星大致會在100萬億年后消失，而原子分裂可能要到萬億萬億年之后——1的后面至少有20個零。”施密特說，“這是很長的時間，但是宇宙永遠在這個道路上前進。”

科學的魅力在于探索未知

然而，在宇宙消失之前，人們能做的事情顯然還有很多。去年年初，通過賽丁泉天文臺的“星圖家”（Skymapper）望遠鏡，施密特團隊發(fā)現(xiàn)了一顆距今約137億年的已知最古老恒星，這顆恒星距離地球大約6000光年，這一發(fā)現(xiàn)有助于增強人們對大爆炸之后早期宇宙和遠古恒星的了解。“現(xiàn)在我們希望搜尋更多的類似恒星，接下來我們還要尋找宇宙中最早恒星形成的化石記錄，尋找銀河系如何匯聚在一起的化石記錄。”施密特告訴記者。

同時，地外行星也是施密特的探索目標之一。今年7月底，英國理論物理學家霍金、俄羅斯億萬富翁兼慈善家尤里·米爾納聯(lián)合宣布啟動一項1億美元的探尋地外生命計劃——即突破傾聽計劃。該計劃打算于2016年啟動，旨在借助世界上最強大的天文望遠鏡，執(zhí)行最先進的射電和光學掃描，打造迄今為止最龐大的外星生命尋找項目。

對此，施密特表示，這個項目很讓人激動。“一個原因是搞清是否有其他文明在試圖聯(lián)系我們。同時，在探索這個問題的過程中，我們也可以研發(fā)出對天文學有價值的各種新技術(shù)。”施密特說，“另外，類似探索對象很難受到政府的資助，納稅人也會說‘我們不愿意在這個問題上耗費金錢。’但是要知道，孩子們會問，‘地外生命究竟存在嗎？’因此，這項投入非常有意義，他們在做很多人關(guān)心的事情。”

事實上，施密特也是該計劃的顧問之一。在該計劃公布之前，米爾納曾問施密特是否有興趣給他們尋找地外生命提供指導意見。他回答說：“當然了，這是個有趣的問題。”但是在施密特看來，最有可能發(fā)現(xiàn)的生命跡象不是有智慧的生命，而是在行星及其大氣層中尋找生命的痕跡，如細菌或是類似的生命。那么，究竟有沒有地外生命呢？“我不知道，我懷疑應該有。”他說，“這正是科學的魅力所在，我們可以提出各種問題。”

天文學研究正在向國際合作邁進，施密特說，比如美國的30米望遠鏡（TMT）項目、中國的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）項目、澳大利亞的星圖家項目等都是國際合作項目。“中國參與的TMT項目主要掃描的是北部星空，而我們的項目（星圖家）主要掃描南部天空。”他表示，未來雙方的合作將能夠看到整個星空。

“而且，未來中澳天文學的合作將會越來越多。”施密特說。2016年，施密特將出任他所在的澳大利亞國立大學校長。他表示，那時該校將與北京大學共同進行博士生交換項目，開展更多合作。

談及未來夢想，施密特表示，他覺得最棒的事情就是可以一邊作研究，一邊教書，后者可以讓人保持年輕活力。“恭喜，您馬上就要出任校長了！”“我的同事會對我說‘同情’！”對于記者的恭喜，施密特回應說，“因為那也意味著責任。所以，我的夢想還有一個：那就是讓我的大學成為世界上最優(yōu)秀的大學之一。”

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