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傳記

學(xué)歷

1966年獲得麻省理工學(xué)院雙學(xué)士學(xué)位（數(shù)學(xué)和物理）；1970年獲得麻省理工學(xué)院粒子物理學(xué)博士學(xué)位。

初期研究

喬治·斯穆特 不久轉(zhuǎn)投宇宙學(xué)的研究，并前往威廉·勞倫司國(guó)立實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)他的研究。在威廉·勞倫司國(guó)立實(shí)驗(yàn)室，他與路易斯·阿爾瓦雷茨合作進(jìn)行了HAPPE實(shí)驗(yàn)，利用一個(gè)平流層氣球來(lái)探測(cè)大氣層上部的反物質(zhì)。

隨后，他對(duì)阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜于1964年發(fā)現(xiàn)的宇宙微波背景輻射產(chǎn)生了興趣（ CMB ）。當(dāng)時(shí)，有許多關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)等充滿爭(zhēng)議的基本問(wèn)題。 一些宇宙模型推測(cè)宇宙是一個(gè)不停旋轉(zhuǎn)的整體，因此宇宙微波背景輻射就會(huì)受到影響：觀察的方向不同，它的溫度就應(yīng)該不同。 在路易斯·阿爾瓦雷茨和{{le|理查·穆勒|Richard A. Muller]]的幫助下，斯穆特制作了一個(gè)輻射差值測(cè)量計(jì)，用于觀測(cè)兩個(gè)夾角為60度的方向上宇宙微波背景輻射的差別。

這個(gè)儀器被安裝在洛克西德的 U-2 偵察機(jī)上，并成功地測(cè)定了宇宙的整體旋轉(zhuǎn)是零（不超出儀器的精確范圍）。同時(shí)，這個(gè)儀器探測(cè)到了宇宙微波背景輻射溫度上另一種形式的變化——偶極異向性。

這個(gè)偶極的圖案（宇宙微波背景輻射在天空的一側(cè)溫度較高，另一側(cè)的溫度則較低）是一種地球相對(duì)于背景輻射的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的多普勒效應(yīng)，它被稱作最后散射面。 這個(gè)多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因是由于太陽(yáng)（實(shí)際上整個(gè)銀河系）并非靜止的，而是以接近于 600 km/s 的速度相對(duì)最后散射面運(yùn)動(dòng)。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(wàn)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(cè)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(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)組決心要解決這兩個(gè)難題。

1974 年，馬瑟提議發(fā)射專門用于探索宇宙背景的衛(wèi)星，宇宙背景探測(cè)者（Cosmic Background Explorer，簡(jiǎn)稱 COBE 衛(wèi)星），對(duì)微波背景進(jìn)行探測(cè)。提議獲得NASA的批準(zhǔn)。NASA 最初打算用航天飛機(jī)將 COBE 衛(wèi)星送入太空。

但 1986 年挑戰(zhàn)者號(hào)失事后，航天飛機(jī)停飛數(shù)年，COBE 衛(wèi)星的前途莫測(cè)。為了能讓 COBE 早日飛上天，馬瑟和斯穆特與同事們專門爭(zhēng)取到一枚火箭，最終于 1989 年11月將 COBE 衛(wèi)星送入太空。馬瑟作為 COBE 衛(wèi)星科學(xué)項(xiàng)目的首席科學(xué)家自始至終領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)了 COBE 的觀測(cè)以及對(duì) COBE 觀測(cè)資料的分析研究。

借助 COBE 衛(wèi)星，馬瑟領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)組，首次完成了對(duì)宇宙微波背景輻射的太空觀測(cè)，精確地測(cè)量出宇宙微波背景輻射各個(gè)波長(zhǎng)的黑體譜形。利用太空的有利條件，他們一次完成了各個(gè)波長(zhǎng)上的測(cè)量。彌補(bǔ)了過(guò)去由許多人的觀測(cè)結(jié)果拼湊出并不完整的黑體譜這一遺憾。

他們對(duì) COBE 衛(wèi)星測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)， COBE 衛(wèi)星觀測(cè)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(xué)所預(yù)言的結(jié)果非常一致。換句話說(shuō)，他們更精確地驗(yàn)證了宇宙微波背景輻射的黑體譜形的特征。

在 COBE 衛(wèi)星項(xiàng)目中，斯穆特主要負(fù)責(zé)測(cè)量微波背景輻射微小的溫度波動(dòng)。

1977 年，以斯穆特為首的天文學(xué)家小組，曾經(jīng)將靈敏輻射儀放置在退役的 U2 高空偵察機(jī)上，在大氣層上面飛行，得到了關(guān)于背景輻射中溫度變化的第一個(gè)證據(jù)，叫做偶極異向性現(xiàn)象。天空的微波輻射在沿著地球運(yùn)動(dòng)的方向熱一些，在反方向冷一些。這是由于地球隨著太陽(yáng)在宇宙當(dāng)中向前穿行所產(chǎn)生的。

我們的地球繞著太陽(yáng)運(yùn)行，太陽(yáng)繞著銀河系的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，銀河系在本星系群中運(yùn)動(dòng)，本星系群又朝室女座星系團(tuán)運(yùn)動(dòng)。本星系群相對(duì)于宇宙微波背景輻射的運(yùn)動(dòng)速度是最快的。偶極異向性是一種多普勒效應(yīng)，并不是宇宙微波背景輻射本身的異向性。

斯穆特在 1977 年觀測(cè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)叫做差動(dòng)微波輻射計(jì)（Differential Microwave Radiometer，簡(jiǎn)稱 DMR）的特殊的精度更高的儀器，放置在 COBE 衛(wèi)星上。

DMR 由 3.3mm、5.7mm 和 9.6mm 三個(gè)不同射電波長(zhǎng)的三個(gè)輻射計(jì)組成。在這三個(gè)波長(zhǎng)上，宇宙微波背景輻射的強(qiáng)度大大高于其他波長(zhǎng)的強(qiáng)度。

斯穆特又為這個(gè)儀器設(shè)計(jì)了一對(duì)天線，使用這對(duì)天線去測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同天區(qū)的溫度差，能夠測(cè)出 1% 的溫度差，獲得比其他輻射計(jì)精度更高的觀測(cè)結(jié)果。

1992 年 4 月，斯穆特激動(dòng)地宣布了，他們利用 COBE 衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果--發(fā)現(xiàn)了期待已久的宇宙微波背景中的微弱的異向性現(xiàn)象，這是在 1 億光年大小的天區(qū)內(nèi)的熱的和冷的變化。這些區(qū)域內(nèi)的溫度變化相對(duì)于平均溫度為 2.74K 的微波背景來(lái)說(shuō)，變化幅度僅有百萬(wàn)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(zhì)密度的不均勻造成的。

馬瑟和斯穆特領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)組，利用 COBE 衛(wèi)星所進(jìn)行的觀測(cè)和研究，更精確、也更全面地驗(yàn)證了宇宙微波背景輻射的兩個(gè)特征，他們的工作使宇宙學(xué)的研究，進(jìn)入了一個(gè)更為精確的新時(shí)代。

約翰·馬瑟和喬治·斯穆特獲得2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們于2006年12月10日，赴斯得哥爾摩接受諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)對(duì)他們的頒獎(jiǎng)。

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