巴黎人赌场官方网站新闻网-诺贝尔物理学奖、生理学或医学奖揭晓<br> 今年诺奖主角:宇宙星辰与氧气

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2019年10月13日
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诺贝尔物理学奖、生理学或医学奖揭晓
今年诺奖主角:宇宙星辰与氧气

人类对于生命的起源与存在的探索从未停歇。10月7日—8日,2019年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖陆续揭晓。今年,这两大奖项都各有三位获奖者,他们的研究领域分别是人类赖以生存的氧气和所仰望的星空。新晋诺奖得主的贡献为何如此引人注目?《科技周刊》记者给您带来巴黎人赌场官方网站与紫金山天文台的学者专家的解读。

他预言的古老辐射,至今仍然包围着我们

“继2015年的中微子振荡、2017年引力波之后,今年诺贝尔物理学奖再次花落天体物理,确实非常难得。”中科院紫金山天文台星系宇宙学研究员、国家杰青康熙表示,今年获奖的三位天文学家都可谓天体物理领域“大牛”,他们改变了我们对宇宙的看法,奖项实至名归,但分析来看,表彰的侧重方向也有不同:分别关注了理论基础、研究方法这两方面的物理学贡献。

2019年诺贝尔物理学奖一半奖金授予詹姆斯·皮布尔斯,以表彰他在物理宇宙学方面的理论发现。

“詹姆斯·皮布尔斯一生致力于宇宙演化的研究,为当今宇宙标准模型的建立奠定理论基础。”康熙说,今年诺奖颁给詹姆斯·皮布尔斯,彰显了对科学家精神的敬意,他是天文界公认的“丰碑式”的学者。早在上世纪70年代,詹姆斯·皮布尔斯就通过理论工具和计算建立起“宇宙大爆炸”模型,多年以来,他的研究领域涉及宇宙学的各个方面,为标准宇宙模型的建立发挥了重要作用。“例如,当下我们对暗物质的观测研究,都有赖于他的理论基础。”康熙告诉记者,正是皮布尔斯的研究告诉我们,宇宙中还有95%未知的暗物质和暗能量存在,他将高度猜测性的领域转变为精密科学,是现代宇宙学的创造者,也是宇宙演化发展的见证者。

巴黎人赌场官方网站物理学院教授刘佐伟介绍,大爆炸之后38万年,宇宙变得透明,光子得以在宇宙中自由穿行;这些光子一直遗留到了今天,红移到微波波段,被我们测量到,此即“宇宙微波背景辐射”。微波背景辐射隐藏着早期宇宙和宇宙演化的许多秘密。詹姆斯·皮布尔斯和合作者在上个世纪60年代独立预言了宇宙微波背景辐射的一些重要性质,这些性质被贝尔实验室的两位工程师意外发现,证明了我们的宇宙起源于“大爆炸”。

刘佐伟说,皮布尔斯在宇宙尺度形成的研究方面做出了很多开创性的工作,对于我们理解整个宇宙的结构形成,包括星系的形成做出了重要贡献。皮布尔斯利用理论工具和计算,诠释了宇宙早期留下的痕迹,并发现了新的物理过程。

他们第一个发现与太阳系类似的行星系统

天体物理的发展,有赖于基础研究的积累,也源自于科学方法的“创新”以及观测设备的突破。今年诺贝尔物理学奖另一半授予来自瑞士的米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹,他们共同探索了我们的家园——银河系,并在1995年,首次在太阳系外发现了一颗行星。

“米歇尔·麦耶贡献了探测系外行星的科学方法,迪迪埃·奎洛兹则开发了新的天文仪器和实验技术,首次观察了太阳系以外的行星,为我们认知太阳系的起源提供新路径。”康熙告诉记者,他们的观测方法和实测技术非常难得,难度相当于对着广袤耀眼的太阳光,精密观测一根火柴的“光亮度”。

恒星很亮,容易观察,但行星很暗,过去很难发现。“他们利用了一种很巧妙的方法,随着观测技术特别是恒星光谱分辨率的大幅度提高,天文学家可以测量行星通过引力作用对其母恒星运动产生的影响,间接推测出行星的存在。” 巴黎人赌场官方网站天文与空间科学学院教授周济林科普道,这就是所谓视向速度方法,其原理类似于多普勒效应,如果某颗恒星在视线方向(朝向或远离地球的方向)的运动发生变化(很有可能是由于它的附近有行星存在),就会体现在它的光谱上。当光源远离我们运动时,谱线会向频率的红端移动,我们称为红移,相反,如果光源朝向我们运动,谱线会发生蓝移。尽管后来有很多新的间接观测方式的出现,但这种方法目前仍然是成果最丰硕的发现和证认系外行星的方法。

周济林说,行星是如何形成的,类似太阳系的行星系统有多少,有没有像地球一样的宜居行星,这些问题一直没有彻底解决。寻找系外行星非常困难。日内瓦大学的米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹可以说是第一个“吃螃蟹的人”,他们发现了第一颗围绕主序星运行的太阳系外行星。这项在上普罗旺斯天文台完成的石破天惊的发现,开启了人类探测太阳系外行星的新篇章。

他们的研究开启了天文学的一场革命,截至目前银河系已经发现了4000多颗系外行星,其大小、形状和轨道之丰富,成为天文学家继续追逐的“星辰大海”。

有记者提问:“其他星球上是否存在生命?”皮布尔斯回答:“我们非常确定,其他星球上有一些可以被称为生命的东西,但是很难确定这样的生命是否和地球上的一样,也许化学家会对此进行研究。但是我们永远无法看到这些生命。”

周济林解释,从生命演化成人这样的生命,可能还需要很长时间。但可以相信,类似地球的星球上,应该也存在了生命。之所以很难看到,主要是这些星球非常暗,尽管离我们可能只有几十光年,以我们现在的飞行器速度,基本是很难达到的,要到亚光速级别的飞船,也要上百年。

他们阐明了人类对氧气的感知和适应能力

氧气约占地球大气的五分之一,对动物生命至关重要:几乎所有动物细胞中的线粒体都会利用氧气,将食物转化为有用的能量。但长期以来人们一直不清楚细胞如何适应氧气水平的变化。

正是由于“在理解细胞感知和适应氧气变化机制中做出的贡献”,来自哈佛医学院的威廉·凯林、牛津大学和弗朗西斯·克里克研究所的彼得·拉特克利夫、美国约翰霍普金斯大学医学院的格雷格·塞门扎共同获得了今年的诺贝尔生理学或医学奖。

巴黎人赌场官方网站生命科学学院执行院长华子春表示,人类无论在正常的生理状态、还是在疾病的病理状态都对氧气有感知和适应能力。“例如,运动员通过高原训练可以提高红细胞的携氧能力,从而提高运动水平。这是因为运动员的身体能够感知高原的低氧,通过训练和适应,诱导产生更多的促红细胞生成素、进而产生更多的红细胞,从而提高竞技能力。再如,肿瘤对化疗和放疗耐受或抵抗的原因之一就是肿瘤的核心区存在低氧区域。”华子春说,今年诺奖的三位得主阐明了细胞是如何感受氧浓度变化的基本原理,发现了细胞感知氧浓度的“开关”分子——缺氧诱导因子(Hypoxia-inducible factors, HIF)以及其信号传导过程,还揭示了另一种蛋白质分子VHL调节HIF-1的分子机制。三位科学家的研究为人类揭示了在高氧和低氧状态下细胞对氧的感知和应答过程。

氧气是细胞内众多生化代谢反应的电子受体,缺氧诱导因子HIF-1 涉及到细胞代谢调节、血管新生、胚胎发育、免疫和肿瘤等众多过程,因此,他们的工作正在并将继续造福人类。

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