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乔治·斯穆特(美国物理学家)


乔治·斯穆特(George Fitzgerald Smoot III),1945年2月20日出生,美国伯克利加州大学物理学教授,天体物理学家、宇宙学家。诺贝尔物理学奖得主。乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖。


个人信息
     
雪瑞
中文名乔治·斯穆特
外文名George Fitzgerald Smoot
民族 美利坚星座 
出生日期 出生地 
身高 体重 
职业天文学家、物理学家毕业院校伯克利加州大学
 国籍美国主要成就 诺贝尔物理学奖

个人履历

  • 乔治·斯穆特(George Fitzgerald Smoot III),1945年2月20日出生,美国伯克利加州大学物理学教授,天体物理学家、宇宙学家。诺贝尔物理学奖得主。乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖。这个使用 COBE(Cosmic Background Explorer 宇宙背景探测)卫星的工作,有助于巩固宇宙大爆炸理论。据诺贝尔奖委员会的记载,“此 COBE 计划,堪称是宇宙学步入精确科学的一个起点”。他是柏克莱的物理教授。在2003 年,他曾获颁爱因斯坦奖章。
  • 现任香港科技大学物理学系讲座教授、高等研究院赵氏廷箴怀芳教授。
  • 人物生平
  • 乔治·斯穆特于1970年在麻省理工获物理学博士,随后在加州大学成为一名科研工作者,开始研究大爆炸的有关问题。 [2]  他在加州大学工作至今,任大学物理学教授,从事天体物理学、宇宙学。参与一项称之为下一代实验的“普朗克探测器”计划,该计划将致力于研究早期宇宙,并将于2007年发射升空。
  • 乔治·斯穆特(George Fitzgerald Smoot III,1945年2月20日—),美国伯克利加州大学物理学教授,天体物理学家、宇宙学家。乔治·斯穆特和约翰·马瑟因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而分享了2006年诺贝尔物理学奖。
  • 1966年获得麻省理工学院双学士学位(数学和物理);1970年获得麻省理工学院粒子物理学博士学位。在生活大爆炸第二季第17集客串。
  • 初期研究
  • 乔治·斯穆特不久转投宇宙学的研究,并前往威廉·劳伦司国立实验室继续他的研究。在威廉·劳伦司国立实验室,他与Luis Walter Alvarez合作进行了HAPPE实验,利用一个平流层气球来探测大气层上部的反物质。
  • 随后,他对阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊于1964年发现的宇宙微波背景辐射产生了兴趣(CMB)。当时,有许多关于宇宙结构等充满争议的基本问题。 一些宇宙模型推测宇宙是一个不停旋转的整体,因此宇宙微波背景辐射就会受到影响:观察的方向不同,它的温度就应该不同。 在Alvarez和Richard A. Muller的帮助下,斯穆特制作了一个辐射差值测量计,用于观测两个夹角为60度的方向上宇宙微波背景辐射的差别。
  • 这个仪器被安装在洛克西德的 U-2 侦察机上,并成功地测定了宇宙的整体旋转是零(不超出仪器的精确范围)。同时,这个仪器探测到了宇宙微波背景辐射温度上另一种形式的变化——偶极异向性。
  • 这个偶极的图案(宇宙微波背景辐射在天空的一侧温度较高,另一侧的温度则较低)是一种地球相对于背景辐射的运动带来的多普勒效应,它被称作最后散射面。 这个多普勒效应产生的原因是由于太阳(实际上整个银河系)并非静止的,而是以接近于600 km/s的速度相对最后散射面运动。这可能是由星系和巨引源(又被称为“大引力子”)之间的万有引力引起的。
  • 背景知识
  • John C Mather 和 George F Smoot因为他们“发现宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”而获得2006年诺贝尔物理学奖。这个发现被认为是宇宙诞生于大爆炸的有力证据。
  • 他们的工作始于上个世纪90年代,基于NASA宇宙背景探测卫星(COBE)传回的数据。John Mather整理和分析了从COBE得到的数据,而且在揭示宇宙微波背景辐射的黑体形式的实验中承担主要工作。George Smoot主要负责测量背景辐射中温度的微弱变化。
  • 宇宙学家们认为,宇宙微波背景辐射产生于130亿年前,大爆炸发生之后的瞬间。那时宇宙是一个非常热的物体(3000K),发出的辐射带有很明显的温度信号——黑体频谱。这个辐射至今仍然存在那就是宇宙微波背景辐射。
  • 虽然因为宇宙的持续膨胀其温度已经降至2.7K,但Mather确定这些辐射仍然残留有黑体信息。他还观察到这种黑体辐射在宇宙的各处非常接近(等方向性)。这两项观测结果为宇宙的起源提供了第一个清楚的认识,支持了大爆炸假说。在Smoot分析了COBE的数据之后,他发现了宇宙微波背景辐射的各向异性,使人们有可能明白地了解象星系、星体这样的结构是如何从各向均匀的大爆炸中产生,而这是宇宙学中最令人着迷的迷题之一。大爆炸之后的各向异性,作用于星系的发展,形成今天这个状态。
  • 参与COBE
  • 1974 年,马瑟提议发射专门用于探索宇宙背景的卫星,宇宙背景探测者(Cosmic Background Explorer,简称 COBE 卫星),对微波背景进行探测。提议获得 NASA 的批准。NASA 最初打算用航天飞机将 COBE 卫星送入太空。
  • 但 1986 年挑战者号失事后,航天飞机停飞数年,COBE 卫星的前途莫测。为了能让 COBE 早日飞上天,马瑟和斯穆特与同事们专门争取到一枚火箭,最终于 1989 年11月将 COBE 卫星送入太空。马瑟作为 COBE 卫星科学项目的首席科学家自始至终领导和协调了 COBE 的观测以及对 COBE 观测资料的分析研究。
  • 借助 COBE 卫星,马瑟领导的研究团组,首次完成了对宇宙微波背景辐射的太空观测,精确地测量出宇宙微波背景辐射各个波长的黑体谱形。利用太空的有利条件,他们一次完成了各个波长上的测量。弥补了过去由许多人的观测结果拼凑出并不完整的黑体谱这一遗憾。
  • 他们对 COBE 卫星测量结果进行分析计算后发现, COBE 卫星观测到的宇宙微波背景辐射谱与温度为 2.74K 的黑体辐射谱非常符合,与大爆炸宇宙学所预言的结果非常一致。换句话说,他们更精确地验证了宇宙微波背景辐射的黑体谱形的特征。
  • 在华投资
  • 2015年9月9日,诺贝尔奖获得者乔治·斯穆特在北京确立了其在华的第一笔投资计划,与3D打印机智能应用及创意教育开发企业O.ME(北京清大致汇科技有限公司)签订了合作协议。 [3] 
  • 2015年4月斯穆特在中国正式成立斯穆特(中国)科技有限公司,他的投资团队确立了在华的第一笔投资计划,并最终选择了3D打印机智能应用及创意教育开发企业O.ME。 [4] 
  • 科研探索
  • 在 COBE 卫星项目中,斯穆特主要负责测量微波背景辐射微小的温度波动。
  • 1977 年,以斯穆特为首的天文学家小组,曾经将灵敏辐射仪放置在退役的 U2 高空侦察机上,在大气层上面飞行,得到了关于背景辐射中温度变化的第一个证据,叫做偶极异向性现象。天空的微波辐射在沿着地球运动的方向热一些,在反方向冷一些。这是由于地球随着太阳在宇宙当中向前穿行所产生的。
  • 地球绕着太阳运行,太阳绕着银河系的中心转动,银河系在本星系群中运动,本星系群又朝室女座星系团运动。本星系群相对于宇宙微波背景辐射的运动速度是最快的。偶极异向性是一种多普勒效应,并不是宇宙微波背景辐射本身的异向性。
  • 斯穆特在 1977 年观测的基础上,设计了一个叫做差动微波辐射计(Differential Microwave Radiometer,简
  • 称 DMR)的特殊的精度更高的仪器,放置在 COBE 卫星上。
  • DMR 由 3.3mm、5.7mm 和 9.6mm 三个不同射电波长的三个辐射计组成。在这三个波长上,宇宙微波背景辐射的强度大大高于其他波长的强度。
  • 斯穆特又为这个仪器设计了一对天线,使用这对天线去测量两个不同天区的温度差,能够测出 1% 的温度差,获得比其他辐射计精度更高的观测结果。
  • 科研成果
  • 1992 年4 月,斯穆特激动地宣布了,他们利用 COBE 卫星的观测结果--发现了期待已久的宇宙微波背景中的微弱的异向性现象,这是在 1 亿光年大小的天区内的热的和冷的变化。这些区域内的温度变化相对于平均温度为 2.74K 的微波背景来说,变化幅度仅有百万分之六。这微弱的温度起伏是由引力起伏造成的,也就是由物质密度的不均匀造成的。
  • 马瑟和斯穆特领导的团组,利用 COBE 卫星所进行的观测和研究,更精确、也更全面地验证了宇宙微波背景辐射的两个特征,他们的工作使宇宙学的研究,进入了一个更为精确的新时代。
  • 约翰·马瑟和乔治·斯穆特获得2006年诺贝尔物理学奖。他们于2006年12月10日,赴斯得哥尔摩接受诺贝尔奖评审委员会对他们的颁奖。

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