乔治·斯穆特

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，开始研究大霹雳的有关问题。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"计画，该计画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。在生活大霹雳第二季第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，斯穆特製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(不超出仪器的精确範围)。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霹雳的有力证据。

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)传回的资料。John Mather整理和分析了从COBE得到的资料，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，大霹雳发生之后的瞬间。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，支持了大霹雳假说。在Smoot分析了COBE的资料之后，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霹雳中产生，而这是宇宙学中最令人着迷的迷题之一。大霹雳之后的各向异性，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 的批準。NASA 最初打算用太空梭将 COBE 卫星送入太空。

但 1986 年挑战者号失事后，太空梭停飞数年，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，与大霹雳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。

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。