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

已經泛白的蓬松金發、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。“現在，我和團隊在做的事情是繼續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現宇宙加速膨脹的證據而獲得了當年的諾獎。此外，他還獲得過澳大利亞政府頒發的馬爾科姆·麥金托什獎、美國哈佛大學博克獎、印度天文學社Vainu Bappu獎章……

現在，他仍在繼續凝望并思考著宇宙演化這部歷史古卷。“我仍然在暗物質和暗能量研究領域繼續工作，我關注的領域還包括行星研究，希望發現更多近地行星，并研發出有用的技術，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生大爆炸后，從中誕生的宇宙一直處于分崩離析的狀態。在上世紀后半葉，天體物理學領域最大的問題是，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作講述，一邊來回走動著，講到關鍵處他不時停下來，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的研究團隊開始利用遙遠的爆發恒星——即超新星——發出的光作為標準，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，是因為它們出現的時間非常短暫，而且光線非常微弱。”施密特說。

在信心驅動下，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”。數月后，遷至澳大利亞工作的施密特成了該團隊領導人。

“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據開始。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，他發現眼前的數據卻表明宇宙在加速膨脹。“這種現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‘引力作用到底發生了什么？’”“當時，我沒有想到我們已經發現了驚人的結果。”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果。一些人懷疑這個結果不正確，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、首席數值計算分析師里斯對這些數據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，表示發現了與傳統觀點相反的現象。“那時，我和團隊成員都說，‘天哪，這看起來和我們的數據結論一模一樣。’”施密特回憶說。

但珀爾馬特不知道的是，施密特和團隊已經開始寫作論文，最終施密特團隊的成果首先發表于《天文學期刊》。在相關文章發表后，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現上述結果，然而事情背后依然暗流涌動。在1998年發表于《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。“那么，剩余的4%由什么構成呢？”施密特說，“那就是你、我以及包括樹木、房屋和遙遠的恒星、行星等在內的各種物體。”

未來，宇宙的命運將取決于暗物質和暗能量的戰爭，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、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，施密特團隊發現了一顆距今約137億年的已知最古老恒星，這顆恒星距離地球大約6000光年，這一發現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系我們。同時，在探索這個問題的過程中，我們也可以研發出對天文學有價值的各種新技術。”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，最有可能發現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秀的大學之一。”

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