人物生平 喬治·斯穆特於1970年在
麻省理工 獲物理學博士,隨後在
加州大學 成為一名科研工作者,開始研究大爆炸的有關問題。他在加州大學工作至今,任大學物理學教授,從事
天體物理學 、宇宙學。參與一項稱之為下一代實驗的“
普朗克 探測器”計畫,該計畫將致力於研究早期宇宙,並將於2007年發射升空。
喬治·斯穆特 初期研究 喬治·斯穆特不久轉投宇宙學的研究,並前往威廉·勞倫司國立實驗室繼續他的研究。在威廉·勞倫司國立實驗室,他與Luis Walter Alvarez合作進行了HAPPE實驗,利用一個
平流層 氣球來探測大氣層上部的
反物質 。
約翰·馬瑟(喬治·斯穆特的同事) 隨後,他對
阿諾·彭齊亞斯 和
羅伯特·威爾遜 於1964年發現的
宇宙微波背景 輻射產生了興趣(
CMB )。當時,有許多關於
宇宙結構 等充滿爭議的基本問題。 一些
宇宙模型 推測宇宙是一個不停旋轉的整體,因此宇宙微波背景輻射就會受到影響:觀察的方向不同,它的溫度就應該不同。 在Alvarez和Richard A. Muller的幫助下,斯穆特製作了一個輻射差值測量計,用於觀測兩個夾角為60度的方向上宇宙微波背景輻射的差別。
這個儀器被安裝在洛克西德的 U-2 偵察機上,並成功地測定了宇宙的整體旋轉是零(不超出儀器的精確範圍)。同時,這個儀器探測到了宇宙微波背景
輻射溫度 上另一種形式的變化——
偶極 異向性 。
這個偶極的圖案(
宇宙微波背景 輻射在天空的一側溫度較高,另一側的溫度則較低)是一種地球相對於
背景輻射 的運動帶來的
都卜勒效應 ,它被稱作最後散射面。 這個都卜勒效應產生的原因是由於太陽(實際上整個
銀河系 )並非靜止的,而是以接近於600 km/s的速度相對最後散射面運動。這可能是由星系和
巨引源 (又被稱為“
大引力子 ”)之間的
萬有引力 引起的。
背景知識 John C Mather 和 George F Smoot因為他們“發現
宇宙微波背景 輻射的
黑體 形式和
各向異性 ”而獲得2006年諾貝爾物理學獎。這個發現被認為是宇宙誕生於大爆炸的有力證據。
喬治·斯穆特 他們的工作始於上個世紀90年代,基於
NASA 宇宙背景探測衛星(COBE)傳回的數據。John Mather整理和分析了從COBE得到的數據,而且在揭示宇宙微波背景輻射的黑體形式的實驗中承擔主要工作。George Smoot主要負責測量
背景輻射 中溫度的微弱變化。
宇宙學家們認為,宇宙微波背景輻射產生於130億年前,大爆炸發生之後的瞬間。那時宇宙是一個非常熱的物體(3000K),發出的輻射帶有很明顯的溫度信號——黑體頻譜。這個輻射至今仍然存在那就是
宇宙微波背景 輻射。
雖然因為宇宙的持續膨脹其溫度已經降至2.7K,但Mather確定這些輻射仍然殘留有黑體信息。他還觀察到這種
黑體輻射 在宇宙的各處非常接近(等方向性)。這兩項觀測結果為
宇宙的起源 提供了第一個清楚的認識,支持了
大爆炸假說 。在Smoot分析了COBE的數據之後,他發現了宇宙微波背景輻射的
各向異性 ,使人們有可能明白地了解象星系、星體這樣的結構是如何從各向均勻的大爆炸中產生,而這是宇宙學中最令人著迷的迷題之一。大爆炸之後的各向異性,作用於星系的發展,形成今天這個狀態。
參與COBE 1974 年,馬瑟提議發射專門用於
探索宇宙 背景的衛星,
宇宙背景探測者 (Cosmic Background Explorer,簡稱 COBE 衛星),對微波背景進行探測。提議獲得 NASA 的批准。NASA 最初打算用太空梭將 COBE 衛星送入太空。
喬治·斯穆特 但 1986 年挑戰者號失事後,太空梭停飛數年,COBE 衛星的前途莫測。為了能讓 COBE 早日飛上天,馬瑟和斯穆特與同事們專門爭取到一枚火箭,最終於 1989 年11月將 COBE 衛星送入太空。馬瑟作為 COBE 衛星科學項目的首席科學家自始至終領導和協調了 COBE 的觀測以及對 COBE 觀測資料的分析研究。
藉助 COBE 衛星,馬瑟領導的研究團組,首次完成了對
宇宙微波背景 輻射的太空觀測,精確地測量出宇宙微波背景輻射各個波長的
黑體譜 形。利用
太空 的有利條件,他們一次完成了各個波長上的測量。彌補了過去由許多人的觀測結果拼湊出並不完整的黑體譜這一遺憾。
他們對 COBE 衛星測量結果進行分析計算後發現, COBE 衛星觀測到的宇宙微波背景輻射譜與溫度為 2.74K 的
黑體輻射 譜非常符合,與
大爆炸宇宙學 所預言的結果非常一致。換句話說,他們更精確地驗證了宇宙微波背景輻射的黑體譜形的特徵。
在華投資 2015年9月9日,諾貝爾獎獲得者喬治·斯穆特在北京確立了其在華的第一筆投資計畫,與3D印表機智慧型套用及創意教育開發企業O.ME(北京清大致匯科技有限公司)簽訂了合作協定。
2015年4月斯穆特在中國正式成立斯穆特(中國)科技有限公司,他的投資團隊確立了在華的第一筆投資計畫,並最終選擇了3D印表機智慧型套用及創意教育開發企業O.ME。
斯穆特博士會見中關村主任 科研探索 在 COBE 衛星項目中,斯穆特主要負責測量
微波背景輻射 微小的溫度波動。
1977 年,以斯穆特為首的天文學家小組,曾經將靈敏
輻射儀 放置在退役的 U2 高空偵察機上,在大氣層上面飛行,得到了關於
背景輻射 中溫度變化的第一個證據,叫做
偶極 異向性 現象。天空的
微波輻射 在沿著地球運動的方向熱一些,在反方向冷一些。這是由於地球隨著太陽在宇宙當中向前穿行所產生的。
和同事在一起
斯穆特在 1977 年觀測的基礎上,設計了一個叫做差動
微波輻射計 (Differential Microwave Radiometer,簡稱 DMR)的特殊的精度更高的儀器,放置在 COBE 衛星上。
DMR 由 3.3mm、5.7mm 和 9.6mm 三個不同射電波長的三個
輻射計 組成。在這三個波長上,
宇宙微波背景 輻射的強度大大高於其他波長的強度。
斯穆特又為這個儀器設計了一對天線,使用這對天線去測量兩個不同天區的溫度差,能夠測出 1% 的溫度差,獲得比其他輻射計精度更高的觀測結果。
科研成果 1992 年4 月,斯穆特激動地宣布了,他們利用 COBE 衛星的觀測結果--發現了期待已久的
宇宙微波背景 中的微弱的
異向性 現象,這是在 1 億光年大小的天區內的熱的和冷的變化。這些區域內的溫度變化相對於平均溫度為 2.74K 的微波背景來說,變化幅度僅有百萬分之六。這微弱的溫度起伏是由引力起伏造成的,也就是由物質密度的不均勻造成的。
喬治·斯穆特 馬瑟和斯穆特領導的團組,利用 COBE 衛星所進行的觀測和研究,更精確、也更全面地驗證了宇宙微波背景輻射的兩個特徵,他們的工作使宇宙學的研究,進入了一個更為精確的新時代。
約翰·馬瑟 和喬治·斯穆特獲得2006年諾貝爾物理學獎。他們於2006年12月10日,赴斯得哥爾摩接受諾貝爾獎評審委員會對他們的頒獎。