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乔治·斯穆特

乔治·斯穆特个人资料:乔治·斯穆特(George Fitzgerald Smoot III,1945年2月20日——)男,美国伯克利加州大学物理学教授,天体物理学家、宇宙学家。他是柏克莱的物理教授。在2003 年,他曾获颁爱因斯坦奖章。乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖。……
资料更新时间:2020-03-28 01:38:37

人物 物理学家 美国物理学家 自然科学人物 诺贝尔奖

一、个人资料简介

乔治·斯穆特(George Fitzgerald Smoot III,1945年2月20日——)男,美国伯克利加州大学物理学教授,天体物理学家、宇宙学家。他是柏克莱的物理教授。在2003 年,他曾获颁爱因斯坦奖章。乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖。

二、乔治·斯穆特 - 人物简介

乔治·斯穆特(GeorgeFitzgeraldSmootIII)男,1945年2月20日出生,1966年获得麻省理工学院双学士学位(数学和物理);1970年获得麻省理工学院粒子物理学博士学位。是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·斯穆特是柏克莱的物理教授。在2003年,他曾获颁爱因斯坦奖章。

乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖。这个使用COBE(CosmicBackgroundExplorer宇宙背景探测)卫星的工作,有助于巩固宇宙大霹雳理论。据诺贝尔奖委员会的记载,“此COBE计画,堪称是宇宙学步入精确科学的一个起点”。

三、乔治·斯穆特 - 初期研究

乔治·斯穆特不久转投宇宙学的研究,并前往威廉·劳伦司国立实验室继续他的研究。在威廉·劳伦司国立实验室,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,他对阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊于1964年发现的宇宙微波背景辐射产生了兴趣(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,因此宇宙微波背景辐射就会受到影响:观察的方向不同,它的温度就应该不同。 在Alvarez和Richard 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辐射的差别。 这个仪器被安装在洛克西德的 U-2 侦察机上,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辐射温度上另一种形式的变化——偶极异向性。 这个偶极的图案(宇宙微波背景辐射在天空的一侧温度较高,另一侧的温度则较低)是一种地球相对于背景辐射的运动带来的多普勒效应,它被称作最后散射面。 这个多普勒效应产生的原因是由于太阳(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。这可能是由星系和巨引源(又被称为“大引力子”)之间的万有引力引起的。

四、乔治·斯穆特 - 参与COBE

1974 年,马瑟提议发射专门用于探索宇宙背景的卫星,宇宙背景探测者(Cosmic Background Explorer,简称 COBE 卫星),对微波背景进行探测。提议获得 NASA 的批准。NASA 最初打算用航天飞机将 COBE 卫星送入太空。 但 1986 年挑战者号失事后,航天飞机停飞数年,COBE 卫星的前途莫测。为了能让 COBE 早日飞上天,马瑟和斯穆特与同事们专门争取到一枚火箭,最终于 1989 年11月将 COBE 卫星送入太空。马瑟作为 COBE 卫星科学项目的首席科学家自始至终领导和协调了 COBE 的观测以及对 COBE 观测资料的分析研究。 借助 COBE 卫星,马瑟领导的研究团组,首次完成了对宇宙微波背景辐射的太空观测,精确地测量出宇宙微波背景辐射各个波长的黑体谱形。利用太空的有利条件,他们一次完成了各个波长上的测量。弥补了过去由许多人的观测结果拼凑出并不完整的黑体谱这一遗憾。 他们对 COBE 卫星测量结果进行分析计算后发现, COBE 卫星观测到的宇宙微波背景辐射谱与温度为 2.74K 的黑体辐射谱非常符合,与大爆炸宇宙学所预言的结果非常一致。换句话说,他们更精确地验证了宇宙微波背景辐射的黑体谱形的特征。

五、乔治·斯穆特 - 科研探索

在 COBE 卫星项目中,斯穆特主要负责测量微波背景辐射微小的温度波动。 1977 年,以斯穆特为首的天文学家小组,曾经将灵敏辐射仪放置在退役的 U2 高空侦察机上,在大气层上面飞行,得到了关于背景辐射中温度变化的第一个证据,叫做偶极异向性现象。天空的微波辐射在沿着地球运动的方向热一些,在反方向冷一些。这是由于地球随着太阳在宇宙当中向前穿行所产生的。

地球绕着太阳运行,太阳绕着银河系的中心转动,银河系在本星系群中运动,本星系群又朝室女座星系团运动。本星系群相对于宇宙微波背景辐射的运动速度是最快的。偶极异向性是一种多普勒效应,并不是宇宙微波背景辐射本身的异向性。 斯穆特在 1977 年观测的基础上,设计了一个叫做差动微波辐射计(Differential Microwave Radiometer,简称 DMR)的特殊的精度更高的仪器,放置在 COBE 卫星上。 DMR 由 3.3mm、5.7mm 和 9.6mm 三个不同射电波长的三个辐射计组成。在这三个波长上,宇宙微波背景辐射的强度大大高于其他波长的强度。 斯穆特又为这个仪器设计了一对天线,使用这对天线去测量两个不同天区的温度差,能够测出 1% 的温度差,获得比其他辐射计精度更高的观测结果。

六、乔治·斯穆特 - 科研成果

1992 年4 月,斯穆特激动地宣布了,他们利用 COBE 卫星的观测结果--发现了期待已久的宇宙微波背景中的微弱的异向性现象,这是在 1 亿光年大小的天区内的热的和冷的变化。这些区域内的温度变化相对于平均温度为 2.74K 的微波背景来说,变化幅度仅有百万分之六。这微弱的温度起伏是由引力起伏造成的,也就是由物质密度的不均匀造成的。 马瑟和斯穆特领导的团组,利用 COBE 卫星所进行的观测和研究,更精确、也更全面地验证了宇宙微波背景辐射的两个特征,他们的工作使宇宙学的研究,进入了一个更为精确的新时代。 约翰·马瑟和乔治·斯穆特获得2006年诺贝尔物理学奖。他们于2006年12月10日,赴斯得哥尔摩接受诺贝尔奖评审委员会对他们的颁奖。

七、乔治·斯穆特 - 背景知识

JohnCMather和GeorgeFSmoot因为他们“发现宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而获得2006年诺贝尔物理学奖。这个发现被认为是宇宙诞生于大爆炸的有力证据。

他们的工作始于上个世纪90年代,基于NASA宇宙背景探测卫星(COBE)传回的数据。JohnMather整理和分析了从COBE得到的数据,而且在揭示宇宙微波背景辐射的黑体形式的实验中承担主要工作。GeorgeSmoot主要负责测量背景辐射中温度的微弱变化。 宇宙学家们认为,宇宙微波背景辐射产生于130亿年前,大爆炸发生之后的瞬间。那时宇宙是一个非常热的物体(3000K),发出的辐射带有很明显的温度信号——黑体频谱。这个辐射至今仍然存在那就是宇宙微波背景辐射。 虽然因为宇宙的持续膨胀其温度已经降至2.7K,但Mather确定这些辐射仍然残留有黑体信息。他还观察到这种黑体辐射在宇宙的各处非常接近(等方向性)。这两项观测结果为宇宙的起源提供了第一个清楚的认识,支持了大爆炸假说。在Smoot分析了COBE的数据之后,他发现了宇宙微波背景辐射的各向异性,使人们有可能明白地了解象星系、星体这样的结构是如何从各向均匀的大爆炸中产生,而这是宇宙学中最令人着迷的迷题之一。大爆炸之后的各向异性,作用于星系的发展,形成今天这个状态。

八、乔治·斯穆特 - 人物轶事

“2012末日”说没根据

2011年9月26日,2011诺贝尔奖获得者北京论坛举行第一场诺奖大师专访。2006年诺贝尔物理学奖获得者乔治·斯穆特在接受媒体采访时表示,中微子超光速不可能,相比所谓的2012“世界末日”,人类更应该关注身边的空气污染和全球变暖等问题。

相信外星生命

乔治·斯穆特相信地球外还有别的星球存在生命。根据他们目前已经掌握资料的约500亿颗星球中,有约20亿至50亿颗星球可能适合人类居住,“按这个比例,几乎每个中国人都能找到一颗星球居住。”斯穆特笑道。他们也正在做这方面的研究,已经确认有1颗星球可能有生命存在。

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