2019年诺贝尔物理学奖给了三位科学家，分别是詹姆斯-皮布尔斯、米歇尔-马约尔和迪迪尔-奎洛兹。本期笔者就带你解读下独占奖金一半的科学家詹姆斯-皮布尔斯，同时也深度分析一下詹姆斯-皮布尔斯为何能够获得诺奖，他的成就对物理宇宙学有哪些突出的贡献，以及物理宇宙学到底是个什么东西。这里简单介绍下背景，詹姆斯-皮布尔斯的主攻方向是物理宇宙学，他是加拿大裔美国天体物理学家，现在是普林斯顿大学爱因斯坦科学名誉教授，生于1935年，从1970年代开始，致力于研究物理宇宙学，已经84岁，50年如一日重现宇宙诞生，今年诺奖实至名归。
物理宇宙学这个学科是个二级学科，最大的一个类别叫做天文学，天文学是研究天体和现象的自然学科，凡是地球之外的东西都归天文学。天文学的一个分支叫做宇宙学，专门研究宇宙起源、演化等问题，因此这个科学容易出现一些哲学家，从哲学的角度看宇宙，带入了一些宗教色彩，起源于哥白尼时代。宇宙学的一个分支叫做物理宇宙学，专门从物理学理论角度解释宇宙起源、结构、动力学等问题，爱因斯坦提出的广义相对论是物理宇宙学的开端。
由此看出，物理宇宙学覆盖的范围很大，从宇宙起源到加速膨胀，演化、暗物质、标准模型等等，都是物理宇宙学的研究范围。詹姆斯-皮布尔斯就是这个领域的一员，因此论詹姆斯-皮布尔斯生涯的研究，也是非常广泛的，因为物理宇宙学本身就覆盖了很多的领域。具体来说，物理宇宙学主要侧重宇宙诞生之后的30至40万年时期，大爆炸发现
理论及其标准模型、微波背景辐射、大尺度结构及其演化、暗物质暗能量的问题、引力波等，都是物理宇宙学的研究方向。
在爱因斯坦提出广义相对论之后，科学家就在这个基础之上进行补充，1920年代，弗里德曼发现了爱因斯坦的宇宙学解法，描述了弗里德曼宇宙，暗示我们的宇宙可以膨胀和收缩，其几何形状可以是开放的，也可能是封闭的。弗里德曼是个俄罗斯宇宙学家，也是最早深挖爱因斯坦广义相对论的人，在该理论中建立了数学模型。
弗里德曼的方程就是对宇宙加速膨胀的数学解释，那么为什么宇宙会进入加速膨胀呢？通过观测，科学家发现我们的宇宙中有暗物质和暗能量，暗物质占宇宙质能的26%，暗能量占69%，剩下5%是我们可以看到的物质，比如星系、恒星、行星等等可见天体。显然我们的宇宙只展示出5%给人类看，剩余的95%被隐藏起来了。暗能量的存在会迫使星系加速远离，这是对爱因斯坦静态宇宙的致命一击。
在爱因斯坦的广义相对论方程中，有一个宇宙学常数λ，这个参数可让爱因斯坦的宇宙变成静态，符合爱因斯坦的哲学观，因为爱因斯坦认为宇宙是静态的。但是哈勃在发现红移之后，直接枪毙了爱因斯坦的静态宇宙，爱因斯坦也撤回了宇宙学常数，认为宇宙是动态的。
但随着我们对微波背景辐射、宇宙加速膨胀的深入研究，霍金、罗杰-彭罗斯等人发现，宇宙学常数不可能为零，因此爱因斯坦当初加入宇宙学常数是对的，因为宇宙中还有暗能量这个因素在作祟。而基于暗能量表述的宇宙学常数的创始者之一正是詹姆斯-皮布尔斯，这就是ΛCDM标准模型。这个英文单词有两个意思，第一个Λ，代表宇宙学常数，约为0.74，代表宇宙中74%的能量是暗能量，CDM是冷暗物质缩写。1984年，詹姆斯-皮布尔斯将ΛCDM标准模型框架下的宇宙学常数重新引入，让爱因斯坦的广义相对论平稳过渡，与大爆炸理论相吻合，也符合我们对微波背景辐射的观测结果，这是詹姆斯-皮布尔斯在物理宇宙学中最大的贡献。
根据物理宇宙学的描述，我们不难看出这个学科仍然会出现诺奖得主，ΛCDM标准模型所描述的宇宙还有暗能量、暗物质的介入，这两个谜团仍然人类的知识盲区。可以认为谁要是发现了暗能量、暗物质粒子之谜，获得诺奖是妥妥的，100%板上钉钉的事。综上，物理宇宙学从爱因斯坦广义相对论开始，终极目标就是解释宇宙的诞生、演化以及未来的命运，在这条路上的任何一个发现都有实力竞争诺贝尔奖。
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