乔治·斯穆特
乔治·菲茨杰拉德·斯穆特三世（英语：George Fitzgerald Smoot III，1945年2月20日—），美国天体物理学家、宇宙学家，伯克利加州大学物理学教授、香港科技大学物理学系讲座教授暨基础物理学研究中心主任。[1][2]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。
乔治·斯穆特 George Smoot | |
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| 出生 | 1945年2月20日 美国佛罗里达州杰克逊维尔 |
| 国籍 | 美国 |
| 母校 | 麻省理工学院 |
| 知名于 | 宇宙微波背景辐射 |
| 奖项 |  诺贝尔物理学奖（2006年） |
| 科学生涯 | |
| 研究领域 | 物理学家 |
| 机构 | 劳伦斯伯克利国家实验室 |
| 博士导师 | 大卫·H·弗里希 |
这个使用COBE（Cosmic Background Explorer 宇宙背景探测）卫星的工作，有助于巩固宇宙大爆炸理论。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".
他是加州大学伯克利分校的物理学教授。2003年，他获得了阿尔伯特·爱因斯坦奖章。
传记 编辑
学历 编辑
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。
初期研究 编辑
乔治·斯穆特不久转投宇宙学的研究，并前往劳伦斯伯克利国家实验室继续他的研究。在劳伦斯伯克利国家实验室，他与路易斯·阿尔瓦雷茨合作进行了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。 一些宇宙学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。
在路易斯·阿尔瓦雷茨和理查德·穆勒的帮助下，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——偶极各向异性。
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）是一种地球相对于微波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。
参与 COBE 编辑
怎样才能得到宇宙微波背景辐射黑体谱的完整谱形？怎样才能检测出微乎其微的宇宙微波背景辐射的异向性？马瑟和斯穆特领导的研究团组决心要解决这两个难题。
1974 年，约翰·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 最初打算用太空梭将 COBE 卫星送入太空。
但 1986 年挑战者号失事后，太空梭停飞数年，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。
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，叫做偶极各向异性现象。天空的微波辐射在沿著地球运动的方向热一些，在反方向冷一些。这是由于地球随著太阳在宇宙当中向前穿行所产生的。
我们的地球绕著太阳运行，太阳绕著银河系的中心转动，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。偶极各向异性是一种多普勒效应，并不是宇宙微波背景辐射本身的各向异性。
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。
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，赴斯德哥尔摩接受诺贝尔奖评审委员会对他们的颁奖。
参考文献 编辑
- ^ CV (Prof George Smoot) (PDF). （原始内容存档 (PDF)于2017-12-22）.
- ^ Smoot George | People | HKUST Department of Physics. physics.ust.hk. [2018-10-15]. （原始内容存档于2018-10-15）.
外部链接 编辑
- （英文）斯穆特小组宇宙学网站 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文）斯穆特传记 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文）利用 U2 侦察机的异向性实验 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文）伯克利实验室论文