佐治·斯穆特
佐治·菲茨傑拉德·斯穆特三世（英語：George Fitzgerald Smoot III，1945年2月20日—），美國天體物理學家、宇宙學家，伯克利加州大學物理學教授、香港科技大學物理學系講座教授暨基礎物理學研究中心主任。[1][2]佐治·斯穆特和約翰·馬瑟因「發現了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性」而分享了2006年諾貝爾物理學獎。
佐治·斯穆特 George Smoot | |
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| 出生 | 1945年2月20日 美國佛羅里達州傑克遜維爾 |
| 國籍 | 美國 |
| 母校 | 麻省理工學院 |
| 知名於 | 宇宙微波背景輻射 |
| 獎項 |  諾貝爾物理學獎（2006年） |
| 科學生涯 | |
| 研究領域 | 物理學家 |
| 機構 | 勞倫斯伯克利國家實驗室 |
| 博士導師 | 大衛·H·弗里希 |
這個使用COBE（Cosmic Background Explorer 宇宙背景探測）衛星的工作，有助於鞏固宇宙大爆炸理論。據諾貝爾獎委員會的記載，"此 COBE 計劃，堪稱是宇宙學步入精確科學的一個起點".
他是加州大學伯克利分校的物理學教授。2003年，他獲得了阿爾伯特·愛因斯坦獎章。
傳記
學歷
1966年獲得麻省理工學院雙學士學位（數學和物理）；1970年獲得麻省理工學院粒子物理學博士學位。
初期研究
佐治·斯穆特不久轉投宇宙學的研究，並前往勞倫斯伯克利國家實驗室繼續他的研究。在勞倫斯伯克利國家實驗室，他與路易斯·阿爾瓦雷茨合作進行了HAPPE實驗，利用一個平流層氣球來探測大氣層上部的反物質。
隨後，他對阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜於1964年發現的宇宙微波背景輻射產生了興趣（CMB）。當時，有許多關於宇宙結構等充滿爭議的基本問題。 一些宇宙學模型推測宇宙是一個不停旋轉的整體，因此宇宙微波背景輻射就會受到影響：觀察的方向不同，它的溫度就應該不同。
在路易斯·阿爾瓦雷茨和理查德·穆勒的幫助下，斯穆特製作了一個輻射差值測量計，用於觀測兩個夾角為60度的方向上宇宙微波背景輻射的差別。
這個儀器被安裝在洛克西德的 U-2 偵察機上，並成功地測定了宇宙的整體旋轉是零（不超出儀器的精確範圍）。同時，這個儀器探測到了宇宙微波背景輻射溫度上另一種形式的變化——偶極各向異性。
這個偶極的圖案（宇宙微波背景輻射在天空的一側溫度較高，另一側的溫度則較低）是一種地球相對於微波背景輻射的運動帶來的多普勒效應，它被稱作最後散射面。 這個多普勒效應產生的原因是由於太陽（實際上整個銀河系）並非靜止的，而是以接近於600 km/s的速度相對最後散射面運動。這可能是由我們星系和巨引源（又被稱為「大引力子」）之間的萬有引力引起的。
參與 COBE
怎樣才能得到宇宙微波背景輻射黑體譜的完整譜形？怎樣才能檢測出微乎其微的宇宙微波背景輻射的異向性？馬瑟和斯穆特領導的研究團組決心要解決這兩個難題。
1974 年，約翰·馬瑟提議發射專門用於探索宇宙背景的衛星，宇宙背景探測者（Cosmic Background Explorer，簡稱 COBE 衛星），對微波背景進行探測。提議獲得 NASA 的批准。NASA 最初打算用穿梭機將 COBE 衛星送入太空。
但 1986 年挑戰者號失事後，穿梭機停飛數年，COBE 衛星的前途莫測。為了能讓 COBE 早日飛上天，馬瑟和斯穆特與同事們專門爭取到一枚火箭，最終於 1989 年11月將 COBE 衛星送入太空。馬瑟作為 COBE 衛星科學項目的首席科學家自始至終領導和協調了 COBE 的觀測以及對 COBE 觀測資料的分析研究。
藉助 COBE 衛星，馬瑟領導的研究團組，首次完成了對宇宙微波背景輻射的太空觀測，精確地測量出宇宙微波背景輻射各個波長的黑體譜形。利用太空的有利條件，他們一次完成了各個波長上的測量。彌補了過去由許多人的觀測結果拼湊出並不完整的黑體譜這一遺憾。
他們對 COBE 衛星測量結果進行分析計算後發現， COBE 衛星觀測到的宇宙微波背景輻射譜與溫度為 2.74K 的黑體輻射譜非常符合，與大爆炸宇宙學所預言的結果非常一致。換句話說，他們更精確地驗證了宇宙微波背景輻射的黑體譜形的特徵。
在 COBE 衛星項目中，斯穆特主要負責測量微波背景輻射微小的溫度波動。
1977 年，以斯穆特為首的天文學家小組，曾經將靈敏輻射儀放置在退役的 U2 高空偵察機上，在大氣層上面飛行，得到了關於背景輻射中溫度變化的第一個證據，叫做偶極各向異性現象。天空的微波輻射在沿着地球運動的方向熱一些，在反方向冷一些。這是由於地球隨着太陽在宇宙當中向前穿行所產生的。
我們的地球繞着太陽運行，太陽繞着銀河系的中心轉動，銀河繫在本星系群中運動，本星系群又朝室女座星系團運動。本星系群相對於宇宙微波背景輻射的運動速度是最快的。偶極各向異性是一種多普勒效應，並不是宇宙微波背景輻射本身的各向異性。
斯穆特在 1977 年觀測的基礎上，設計了一個叫做差動微波輻射計（Differential Microwave Radiometer，簡稱 DMR）的特殊的精度更高的儀器，放置在 COBE 衛星上。
DMR 由 3.3mm、5.7mm 和 9.6mm 三個不同射電波長的三個輻射計組成。在這三個波長上，宇宙微波背景輻射的強度大大高於其他波長的強度。
斯穆特又為這個儀器設計了一對天線，使用這對天線去測量兩個不同天區的溫度差，能夠測出 1% 的溫度差，獲得比其他輻射計精度更高的觀測結果。
1992 年 4 月，斯穆特激動地宣佈了，他們利用 COBE 衛星的觀測結果--發現了期待已久的宇宙微波背景中的微弱的異向性現象，這是在 1 億光年大小的天區內的熱的和冷的變化。這些區域內的溫度變化相對於平均溫度為 2.74K 的微波背景來說，變化幅度僅有百萬分之六。這微弱的溫度起伏是由引力起伏造成的，也就是由物質密度的不均勻造成的。
馬瑟和斯穆特領導的團組，利用 COBE 衛星所進行的觀測和研究，更精確、也更全面地驗證了宇宙微波背景輻射的兩個特徵，他們的工作使宇宙學的研究，進入了一個更為精確的新時代。
約翰·馬瑟和佐治·斯穆特獲得2006年諾貝爾物理學獎。他們於2006年12月10日，赴斯德哥爾摩接受諾貝爾獎評審委員會對他們的頒獎。
參考文獻
- ^ CV (Prof George Smoot) (PDF). （原始內容存檔 (PDF)於2017-12-22）.
- ^ Smoot George | People | HKUST Department of Physics. physics.ust.hk. [2018-10-15]. （原始內容存檔於2018-10-15）.
外部連結
- （英文）斯穆特小組宇宙學網站 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- （英文）斯穆特傳記 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- （英文）利用 U2 偵察機的異向性實驗 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- （英文）伯克利實驗室論文