近年來最重要的科學發現之一是發現宇宙不僅在膨脹,而且膨脹速度還在加快。在神秘暗能量的影響下,宇宙最終將變得稀薄並走向寒冷的死亡。對於《見解》故事“暗能量在起作用”,發表於2008年5月刊的《大眾科學》,大衛·阿佩爾採訪了加州大學伯克利分校的索爾·珀爾馬特,他是得出這一驚人結論的團隊領導人之一。以下是該採訪的編輯摘錄。
在發現宇宙正在走向失控膨脹的過程中,您必須找到 Ia 型超新星,它們可以充當距離標記。您是如何參與到超新星搜尋中的?
我當時在加州大學伯克利分校讀研究生。伯克利這裡的一位英雄是路易斯·阿爾瓦雷斯。他開創的傳統是尋找有趣的科學,無論它在哪裡,然後找到工具來做這些事情。例如,他發明了最早的穩定器之一。
他的門生之一是我的教授理查德·穆勒。有一個專案是做一個超級自動化的超新星搜尋,這是路易斯·阿爾瓦雷斯向裡奇建議的。他們剛剛做了一個最早的自適應光學實驗。
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因此,作為一名研究生,您開始開發用於機器人超新星搜尋的技術。但是您也發現它們可以用於其他型別的目標。
我對理查德·穆勒、馬克·戴維斯和皮埃特·胡特提出的一個理論產生了興趣,即你可以透過太陽周圍可能的伴星來解釋地球上週期性的大規模滅絕。他們稱這顆星為復仇女神。我們意識到,對於天空中最常見的恆星型別,紅矮星,你不會知道它是否在圍繞我們的太陽執行。你可能會認為它是一顆更遙遠的紅巨星,僅僅因為它相對於我們來說幾乎沒有運動,因為它與我們結合在一起。我們意識到,我們可以在紅星目錄中尋找一顆具有您期望的運動的恆星,並且我們可以使用我們用於機器人超新星專案的同一個望遠鏡。所以我開發了天體測量技術來精確測量視差運動。
您之後是否做過任何關於復仇女神的研究?
沒有,這是我當時做的事情之一,但我的主要專案是研究附近的機器人超新星搜尋。我開發了一些新的軟體。我們正在執行搜尋並發現超新星,編目並跟蹤一切,以便您可以將其與我們發現的一切進行比較。
您更傾向於理論型,還是更傾向於技術型?
我真的是一個實驗型的人。我真的很喜歡嘗試抓住宇宙在做一些非常令人驚訝的事情,並透過測量來弄清楚它在做什麼。
在 1990 年代,您是超新星宇宙學專案的團隊負責人,該專案由十幾個成員組成。您是如何將責任委託給您的團隊成員的?
你正在努力找出實現你想要的結果的關鍵路徑是什麼。有時你認為自己做更快,而其他事情也會出現,你想做它們,但我正努力完成這件事,而你團隊中的其他人加入了進來並開始做。因此,它更具有有機性,因為你發現自己不能做所有事情。最好的情況是,你找到的每個合作者都比你優秀,因為那樣你所做的工作就會比你獨自完成的更好。
從事該專案有什麼缺點?
我研究生活中最糟糕的事情是,我總是擔心在接下來的 24 小時內,有時甚至是接下來的兩個小時內必須發生的事情。這是一種可怕的生活方式。
當您開始這個專案時,您期望發現宇宙的膨脹正在減速,但是超新星資料並沒有符合這個假設。是否曾經有過一個頓悟時刻,每個人都說:“也許我們必須考慮加速”?
有很多事情為我們做好了準備。超新星 1992bi 的誤差線降到了加速的範圍內。我問,我們該如何處理那部分?那會是一個具有負質量的宇宙。有人說,我們可以加入那個舊的宇宙學常數。所以我們正式地把它放進去作為表達答案的方式。我們並不討厭宇宙學常數,但每個人都認為它應該設定為零。如果與零有任何合理的大偏差,宇宙看起來就不會像今天這樣。
事實上,阿爾伯特·愛因斯坦稱宇宙學常數是他最大的錯誤。它是一種理論上的修補工作,目的是保持宇宙靜止而不是因引力而坍縮。但是您對超新星進行的紅移測量——這與對宇宙學常數和宇宙臨界質量的假設有關——使您得出了關於宇宙命運的結論。
僅僅透過進行這種測量就能提出如此深刻的問題,我感到震驚的是,人們沒有爭先恐後地去做。你可以弄清楚宇宙是否會永遠存在,你可以弄清楚宇宙是無限的還是向內彎曲的。有什麼實驗比這更吸引人呢?
資料分析花了多長時間?
分析所有這些東西需要很長時間,並且要進行大量的交叉檢查。你做的最後一件事是在哈勃圖(一個連線物體距離和紅移的圖)上繪製它,但即使這樣,我們仍然知道我們還有六件事要檢查。
首先,我們在哈勃圖上得到了七顆超新星,但這暗示了“歐米伽質量 = 1”的宇宙。
換句話說,宇宙的質量密度使得宇宙是“平坦的”:它不會永遠膨脹,但也不會坍縮回自身。
然後,我們從哈勃太空望遠鏡獲得了資料,這產生了巨大的影響,因為它可以看到更遠的地方,更高的紅移。那是你第一次開始看到資料偏離平坦宇宙,這具有暗示性。
我們沒有得到 1 的歐米伽質量,這一事實開始暗示人們,也許存在一個歐米伽λ(即宇宙學常數)。那是我們第一次從我們自己的資料中得到這樣的結果。這是 1997 年初。
最終我們有了 42 顆超新星。誤差線仍然足夠大,而且你必須進行交叉檢查的事情太多了,在你檢查所有可能出錯的地方之前,你不會認真對待類似[加速結果]的事情。我們知道宇宙學常數如果屬實將會是一個驚人的發現。但這不是你想弄錯的事情。
因此,您是逐漸得出關於失控宇宙的結論的?沒有突然的領悟嗎?
如果你想說是否有頓悟時刻,那就是我們最終確定這是真的,並且我們開始出去就此發表演講的那一刻。這是一個你能想象到的最奇怪的頓悟時刻:E…U…R…E…K…A,歷時九個月。在這種情況下,你已經看了將近一年的資料,它對你來說不再是一個驚喜,但你有點驚訝的是你開始相信它了。
對我來說,最接近頓悟時刻的是我在聖克魯斯發表演講時,我展示了結果並試圖澄清。演講結束後,著名的宇宙學家喬爾·普里馬克站起來說:“在任何人問任何問題之前,我想向聽眾澄清宇宙學常數的意義。這是一個震驚,一件大事。” 宇宙學常數當時根本不在人們的腦海中,那時我才意識到這是一個震驚。那是 1997 年 11 月下旬到 12 月初。
然後我們決定真正公開並大肆宣傳,並在 1998 年 1 月 9 日的美國天文學會會議上張貼海報。我們做了一張海報、一次演講和一次新聞釋出會。然後,當競爭團隊公佈他們的結果並使用其他術語時,它變得更加顯眼:“反重力”。
另一個團隊是由澳大利亞國立大學的布賴恩·施密特領導的 High-Z 超新星搜尋團隊。您的超新星宇宙學專案和 High-Z 團隊之間的競爭感如何?
兩個團隊如此接近地宣佈有一些優勢。在科學史上,我沒有聽說過有太多次應該是一個大驚喜並且人們不應該接受的事情。到年底,許多圈子裡都把這當作定論。發生了很多與此發現相關的事情。從最狹隘的意義上來說,我的團隊成員認為我們非常努力地建立了所有使這件事情成功的技術。然後,另一個團隊在一個半月後在瑪麗安德爾雷舉行的會議上宣佈了他們的結果,我們也在那裡進行了展示。當你知道另一個團隊已經得到結果時,展示你真正的令人震驚的結果要容易得多。我們的團隊會覺得有優先權,是他們建立的。但另一個團隊首先發表了最終的出版論文,這也是事實。
為什麼你們沒有在 1998 年 1 月宣佈發現時就發表?
我們認為,確定結果是什麼並將其釋出給社群是最重要的事情,並確保檢查和交叉檢查了每一個問題。我們認為不存在優先權問題。
我認為大多數人覺得這像是一個同時發生的事件。如果我們以稍微不同的方式呈現,我們可能就成為贏家了。從大局來看,有時你會有點惱火,但如果每個人都分享榮譽,我就不會太惱火。當你退後一步思考時,你會發現這類發現取決於太多因素的結合。人們花了數年時間才理解了不同的方面。這些結果的出現不是因為某一個人做了什麼,而是因為一個社群非常努力地工作才證明了結果。
你認為你科學成功的最大原因是什麼?
我認為最重要的是,首先,願意學習新事物,願意涉足新的領域,同時也能夠與其他人合作。大多數這些工作對於任何一個人來說都過於龐大。你最終會試圖找到一個和你一樣興奮並想要推動這項技術前進的團隊。我總是驚訝於,科學家的形象是一個孤獨的人,穿著實驗室外套,獨自在實驗室裡工作數小時,而我的感覺是,也許對於一個科學家來說,除了能夠思考好問題之外,最重要的事情是找到優秀的合作者,並享受與他人一起發明想法的過程。
每年十月諾貝爾獎宣佈時,你會感到興奮嗎?
這些獎項真是很有趣。最大的擔憂是關於邀功。人們認為你做了一些好事,總是很高興的。人們可能會花費一生等待看看他們是否能獲得諾貝爾獎,這不是一個非常健康的心態。