我喜欢寻找发生过的事物的线索

出生于加拿大温尼伯的吉姆·皮布尔斯（Jim Peebles）被认为是目前世界上最重要的宇宙学家之一。从20世纪60年代开始，他在普林斯顿大学跟随罗伯特·迪克（Robert H. Dicke）教授进行宇宙学研究。当时，宇宙学刚刚有了雏形，还没有形成一个完整的体系和独立的学科，更没有专门教材。在几十年时间里，皮布尔斯通过不懈努力，使宇宙学成为了一门独立、精密的学科。他在大爆炸核合成、暗物质、暗能量领域都有重要贡献。他撰写的几部著作更是成为宇宙学领域的经典教科书。在2019年，皮布尔斯因为“在宇宙学领域的理论发现”获得了诺贝尔物理学奖。 他为什么踏上了宇宙学研究之路？对于宇宙学的发展又有何期待？面对这些问题，皮布尔斯通过邮件接受了本刊的专访。

 

 

 

 

2019年10月8日，吉姆·皮布尔斯在普林斯顿大学出席一场新闻发布会

 

 

 

三联生活周刊：你曾经说在自己研究生涯的开始，打算做一个粒子物理学家。后来为什么选择宇宙学？如果不是一个宇宙学家，你可能会做什么工作？

 

皮布尔斯：我很快就意识到自己并不适合做粒子物理学研究。我的个人能力与罗伯特·迪克教授的研究方向——通过实验进行引力研究更相符。所以在1958年，我成为普林斯顿大学的研究生不久之后，就进入了迪克教授的研究组。我对于他给我的研究课题很着迷，从此也就开始了我的研究生涯。

 

如果不做一个宇宙学家，我想我可能会进行地质学研究，或者成为一个考古学家。因为我喜欢寻找曾经发生过的事情的线索。宽泛些说，这和我在宇宙学研究中所做的事情是一致的。

 

三联生活周刊：你是从什么时候开始相信，人类有能力把整个宇宙都作为一个研究对象进行研究的？人类自身也是宇宙的一部分，我们如何排除自身对于观测结果的干扰呢？

 

皮布尔斯：我并不认为人类自身会对观测结果造成干扰。要知道，我们现在的宇宙学理论还只是对于宇宙整体结构的模拟（approximation）。这个理论已经通过了很多的检测，因此大多数宇宙学家都相信这是一个对宇宙本身非常优秀的模拟。我们当然可以做得更好，而且我们也正在朝着这个方向努力。

 

三联生活周刊：为什么理解在宇宙大爆炸之后的最初几秒钟究竟发生了什么，对于理解宇宙的状态至关重要？而我们理解宇宙最初形态的主要困难有哪些？

 

皮布尔斯：单纯的好奇心就足以引导我们利用各种观测方法去研究在宇宙发生膨胀的最早期究竟发生了什么，又有什么存留了下来。比如说，有证据显示宇宙中氢元素和氦元素的同位素都是在宇宙膨胀的第一分钟里产生出来的。这是一种令人着迷的“化石”（fossil）。

 

三联生活周刊：我在卡文迪许实验室做博士生时，罗杰·彭罗斯爵士（Sir Roger Penrose）曾经来做过一次演讲，题目叫《在宇宙大爆炸之前发生了什么》（彭罗斯认为我们所观测到的宇宙大爆炸可能只是一连串宇宙大爆炸中的一次）。那么你认为在宇宙大爆炸发生“之前”发生了什么？

 

皮布尔斯：在宇宙学领域确实有这样的想法（曾经发生过多次宇宙大爆炸），但是并没有证据。所以对此我只能抱有一个开放的态度。无论这个话题的实质是什么，我们都需要发现可以理解的观测证据。

 

三联生活周刊：除了宇宙的整体结构和构成之外，你是否还对某些特殊的宇宙学现象感到着迷？

 

皮布尔斯：有很多。比如说，邻近星系有一些奇特的性质。在进行仔细的数字模拟时，我们会发现，这些星系的形成过程在细节上有着系统性的区别。当然数字模拟是以标准宇宙学模型为基础的。这是否说明我们有可能得到更好的宇宙学模型，并且给出更好的模拟效果？

 

三联生活周刊：你对于宇宙学中的“暴涨理论”似乎并不热衷，那么我们该如何理解宇宙的“各向同性”（isotropy）呢？

 

皮布尔斯：所谓宇宙暴涨的想法是一个优美的，并且很有希望的，但是目前并没有任何实在证据的理论。这并不稀奇，因为很少有证据能够指导我们得出一个理论的确切公式。所以让我们先不要急于下论断，而是鼓励人们去做研究，争取能够发现在早期宇宙究竟发生了什么的切实证据。（注：暴涨理论是美国科学家阿兰·古斯在1980年提出的关于宇宙早期形态的猜想。他认为宇宙在刚刚诞生之后就发生了一次或是多次的暴涨，在瞬间从微观状态转变为宏观状态。这个猜测可以解释宇宙的各向同性。但是人类至今还没有发现能够证明宇宙曾经发生暴涨的证据。）

 

三联生活周刊：在未来几年里，你最希望在宇宙学领域取得哪些突破性进展？

 

皮布尔斯：有很多的可能性。比如说对暗物质的探测，发现关于量子真空能的可行理论，以及令人信服的关于星系形成的理论等等。

 

三联生活周刊：要实现物理学研究的突破，我们最需要的是什么？更好的数学工具，更先进的观测设备，还是某种意外发现？

 

皮布尔斯：这些因素全都是必要的。

 

三联生活周刊：宇宙学的出现在很大程度上依赖广义相对论的诞生。你认为在广义相对论之后，人类对于时空和引力的认知还会再一次发生革命性的变化吗？

 

皮布尔斯：这种巨大的突破在于量子理论和相对论的最终统一。

 

三联生活周刊：你使得宇宙学成为一门精确的科学。目前基于宇宙学理论，我们有了对于宇宙图景的基本认知：宇宙中弥漫着微波背景辐射，由物质和暗物质组成的星系结构，由暗能量所驱动的时空加速膨胀……这样的宇宙图景与你最开始进行宇宙学研究时心目中的图景是否一致？这算不算是一个关于宇宙的理想图景？

 

皮布尔斯：当我在20世纪60年代开始进行宇宙学研究时，只有非常少的数据来支持人们的各种想法。我之所以喜欢宇宙学研究，正是因为人们可以通过寻找各种各样的证据来支持各种不同的想法。在当时我绝不会想到宇宙学研究有朝一日会变得如此繁荣。

 

三联生活周刊：即使作为相对论的创始人，阿尔伯特·爱因斯坦也曾经对于宇宙有错误的认识——他曾经支持静态宇宙学模型，也曾经怀疑黑洞和引力波是否真实存在。如果有机会问爱因斯坦一个问题，你会问他什么？

 

皮布尔斯：我会问：你关于引力和宇宙的观念最终促成了现代宇宙学的诞生，对于这个结果，你是否满意？