“宇宙大爆炸”证明者 Arno Allan Penzias 去世,享年 90 岁

【新智元导读】证明了宇宙大爆炸的诺贝尔物理学奖获得者,90 岁的 Arno Allan Penzias 于 22 日离开了世界,留下了一代传奇故事,激励后人继续对无垠宇宙进行探索。

诺贝尔物理学奖获得者、证明了宇宙大爆炸理论的美国物理学家和射电天文学家 Arno Allan Penzias,于周一在旧金山辞世,享年 90 岁。

对此,同在贝尔实验室工作过的图灵奖得主 Yann LeCun,也发文表达了悼念之情。

物理学和天文学泰斗

Arno Allan Penzias 毕业于哥伦比亚大学,1962 年获得物理学博士学位。

1975 年,Penzias 当选为美国艺术与科学院和美国国家科学院院士。

在 AT&T 贝尔实验室工作期间,Penzias 与 Robert Woodrow Wilson 共同发现了宇宙微波背景辐射 —— 140 亿年前宇宙大爆炸的证据。

凭借这个惊人的发现,Arno Penzias 与 Robert Woodrow Wilson 共同获得了 1978 年诺贝尔物理学奖

宇宙大爆炸理论作为宇宙起源和演化的解释,现在已经被我们广泛接受。但在 Penzias 与 Wilson 发表这项观测成果之前,学界分为大爆炸理论与稳态理论两派,互相争论

稳态理论认为宇宙是静态的、永恒的,不断向无限空间扩展,同时生成新物质来填补空间的空缺。最终,Penzias 与 Wilson 的发现为这场辩论画上了句号。

不过,这个伟大的诺贝尔物理学奖发现,却来自另外一个目的完全不同的调查研究。

鸟屎中的宇宙真相

1961 年,Penzias 博士加入了位于新泽西州霍姆代尔(Holmdel, N.J.)的 AT&T 贝尔实验室(Bell Labs),研究基地有 AT&T 新开发的卫星通信天线,名为霍尔姆德尔号角天线(Holmdel Horn),Penzias 意识到可以利用这个天线作为无线电望远镜来进行宇宙测量。

Penzias 在 2004 年接受诺贝尔基金会采访时表示,自己最初的想法是以一种前人未曾有过的方式来研究银河系。

1964 年,他与 Wilson 博士合作利用这台天线,目标之一是通过精确测量几个亮度较高的天体,来推动无线电天文学这一新兴领域的发展。

然而在研究过程中,Penzias 和 Wilson 一直被一种莫名其妙的噪音(嘶嘶声)所困扰

为此,两人对天线的电路进行了极其细致的检查(《纽约时报》描述为「严格程度堪比载人航天器的准备工作」),但那份神秘的背景噪音仍然存在。

他们花了好几个月的时间,排除了一系列可能的干扰因素,甚至包括了鸽子

Wilson 博士回忆道,鸽子在天线的狭窄端部筑巢,留下了排泄物(Penzias 称之为「白色的绝缘材料」),「我们当时不确定鸽子的排泄物是否会产生辐射。」

于是,他们爬上天线把鸟屎清理干净,但噪声依旧没有消除。

最终,竟然是 Penzias 喜欢打电话的习惯,为研究带来了意外的突破。对此 Wilson 博士表示,「他在电话公司工作真是再合适不过,因为他真的很喜欢用电话」。

1965 年 1 月,Penzias 博士致电了另一位无线电天文学家 Bernard Burke,并提到了那个令人费解的嘶嘶声。

Burke 博士建议 Penzias 联系普林斯顿的一位物理学家 —— 他一直在尝试证明大爆炸留下了宇宙辐射的证据。

普林斯顿的科学家们对于 Penzias 和 Wilson 的发现表示出浓厚的兴趣,他们随后拜访了二人,共同将这个发现与大爆炸理论联系起来。

1965 年,他们将理论和观测结合,发表了一系列论文。

▲ Penzias 被授予 1978 年诺贝尔物理学奖

物理学家们曾预言,从大爆炸遗留下来的辐射可能充斥于四面八方,而 Penzias 发现的背景噪音正是宇宙的回声,它证明了宇宙并非是永恒不变的,而是从一个炽热的原始大火球开始,留下了遍布整个宇宙的背景辐射。

Penzias 博士表示,这一发现极大地激发了他对天文学的热情。他和 Wilson 博士后来还发现了星际云中数十种分子(星际云是新恒星形成的地方)。

费城圣约瑟夫大学( St. Joseph's University in Philadelphia)的物理学家 Paul Halpern 在一次电话采访中评价道,「他们的发现是一个转折点,标志着宇宙学从一个以哲学为主、观测数据稀少的时期,进入了一个观测宇宙学的黄金时代。」

这一发现为我们探索现实本质打开了一扇窗,这一切都缘起于 60 年前两位年轻物理学家偶然捕捉到的那阵令人不解的电波噪声。

传奇的一生

Arno Allan Penzias 于 1933 年 4 月 26 日在慕尼黑出生,他的犹太父母是 Karl 和 Justine (Eisenreich) Penzias。他出生的那天,正是德国秘密警察盖世太保成立的日子。

他的父亲是一名皮革批发商,他的母亲在 1932 年从罗马天主教改宗为犹太教,负责家庭事务。

1938 年秋天,Penzias 一家被捕,并被送上了开往波兰的驱逐列车。幸运的是,在列车抵达边境之前,波兰已经停止接收犹太人,列车只得返回慕尼黑。

1939 年春末,6 岁的 Arno Penzias 和他 5 岁的弟弟 Gunter 被送上了一列前往英格兰的列车,作为英国救援行动 Kindertransport 的一部分,约 1 万名儿童被带到了英格兰。母亲嘱咐 Arno 要照看好他的弟弟。「直到很多年后我才意识到,她不确定是否还能再见到我们。」

Gunter Penzias 回忆说:「我们每人都收到了一大盒巧克力。我在火车上睡着了,我的巧克力被偷了。因此 Arno 就和我分享了他的巧克力。」

1940 年全家移居到了纽约市,在布朗克斯,父母找到了公寓楼管理员的工作。

Penzias 毕业于布鲁克林技术高中,他在 1984 年接受《纽约客》采访时表示,自己当时似乎是无意中走进了化学领域。

1951 年,他入学纽约市立学院,原打算主修化学,但很快发现课程中没有多少新东西。此时,一位教授向他保证物理学家也能有稳定收入,他于是转而攻读物理学,并于 1954 年顺利毕业。

同年,他与亨特学院的学生 Anne Barras 结为连理。

Penzias 曾在军队信号队服役两年,并担任雷达军官,之后,他进入哥伦比亚大学深造,先后获得了物理学硕士和博士学位。

1961 年,Penzias 加入了贝尔实验室,在霍尔姆德尔的无线电研究组工作,他在贝尔实验室效力了近 40 年,其中 14 年作为研究副总裁。

Penzias 的兴趣不仅仅局限于科学,还广泛涉猎商业、艺术、技术和政治领域。

1992 年,霍尔姆德尔号角天线的接收器和校准设备被捐赠给慕尼黑的德国博物馆(Deutsches Museum),成为永久展览。

2024 年 1 月 22 日,Penzias 博士因阿尔茨海默病的并发症去世,享年 90 岁

参考资料:

本文来自微信公众号:新智元 (ID:AI_era)

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