1984年，詹姆斯-皮布林斯將ΛCDM標準模型框架下的宇宙學常數重新引入，讓愛因斯坦的廣義相對論平穩過渡，與大爆炸理論相吻合，也符合我們對微波背景輻射的觀測結果，這是詹姆斯-皮布林斯在物理宇宙學中最大的貢獻。

2019年諾貝爾物理學獎給了三位科學家，分別是詹姆斯-皮布林斯、米歇爾-馬約爾和迪迪爾-奎洛茲。本期筆者就帶你解讀下獨佔獎金一半的科學家詹姆斯-皮布林斯，同時也深度分析一下詹姆斯-皮布林斯為何能夠獲得諾獎，他的成就對物理宇宙學有哪些突出的貢獻，以及物理宇宙學到底是個什麼東西。這裡簡單介紹下背景，詹姆斯-皮布林斯的主攻方向是物理宇宙學，他是加拿大裔美國天體物理學家，現在是普林斯頓大學愛因斯坦科學名譽教授，生於1935年，從1970年代開始，致力於研究物理宇宙學，已經84歲，50年如一日重現宇宙誕生，今年諾獎實至名歸。

物理宇宙學到底是什麼

物理宇宙學這個學科是個二級學科，最大的一個類別叫做天文學，天文學是研究天體和現象的自然學科，凡是地球之外的東西都歸天文學。天文學的一個分支叫做宇宙學，專門研究宇宙起源、演化等問題，因此這個科學容易出現一些哲學家，從哲學的角度看宇宙，帶入了一些宗教色彩，起源於哥白尼時代。宇宙學的一個分支叫做物理宇宙學，專門從物理學理論角度解釋宇宙起源、結構、動力學等問題，愛因斯坦提出的廣義相對論是物理宇宙學的開端。

由此看出，物理宇宙學覆蓋的範圍很大，從宇宙起源到加速膨脹，演化、暗物質、標準模型等等，都是物理宇宙學的研究範圍。詹姆斯-皮布林斯就是這個領域的一員，因此論詹姆斯-皮布林斯生涯的研究，也是非常廣泛的，因為物理宇宙學本身就覆蓋了很多的領域。具體來說，物理宇宙學主要側重宇宙誕生之後的30至40萬年時期，大爆炸理論及其標準模型、微波背景輻射、大尺度結構及其演化、暗物質暗能量的問題、引力波等，都是物理宇宙學的研究方向。

詹姆斯-皮布林斯的貢獻

在愛因斯坦提出廣義相對論之後，科學家就在這個基礎之上進行補充，1920年代，弗裡德曼發現了愛因斯坦的宇宙學解法，描述了弗裡德曼宇宙，暗示我們的宇宙可以膨脹和收縮，其幾何形狀可以是開放的，也可能是封閉的。弗裡德曼是個俄羅斯宇宙學家，也是最早深挖愛因斯坦廣義相對論的人，在該理論中建立了數學模型。

弗裡德曼的方程就是對宇宙加速膨脹的數學解釋，那麼為什麼宇宙會進入加速膨脹呢？通過觀測，科學家發現我們的宇宙中有暗物質和暗能量，暗物質佔宇宙質能的26%，暗能量佔69%，剩下5%是我們可以看到的物質，比如星系、恆星、行星等等可見天體。顯然我們的宇宙只展示出5%給人類看，剩餘的95%被隱藏起來了。暗能量的存在會迫使星系加速遠離，這是對愛因斯坦靜態宇宙的致命一擊。

在愛因斯坦的廣義相對論方程中，有一個宇宙學常數λ，這個引數可讓愛因斯坦的宇宙變成靜態，符合愛因斯坦的哲學觀，因為愛因斯坦認為宇宙是靜態的。但是哈勃在發現紅移之後，直接槍斃了愛因斯坦的靜態宇宙，愛因斯坦也撤回了宇宙學常數，認為宇宙是動態的。

但隨著我們對微波背景輻射、宇宙加速膨脹的深入研究，霍金、羅傑-彭羅斯等人發現，宇宙學常數不可能為零，因此愛因斯坦當初加入宇宙學常數是對的，因為宇宙中還有暗能量這個因素在作祟。而基於暗能量表述的宇宙學常數的創始者之一正是詹姆斯-皮布林斯，這就是ΛCDM標準模型。這個英文單詞有兩個意思，第一個Λ，代表宇宙學常數，約為0.74，代表宇宙中74%的能量是暗能量，CDM是冷暗物質縮寫。1984年，詹姆斯-皮布林斯將ΛCDM標準模型框架下的宇宙學常數重新引入，讓愛因斯坦的廣義相對論平穩過渡，與大爆炸理論相吻合，也符合我們對微波背景輻射的觀測結果，這是詹姆斯-皮布林斯在物理宇宙學中最大的貢獻。

預測下一個諾獎方向

根據物理宇宙學的描述，我們不難看出這個學科仍然會出現諾獎得主，ΛCDM標準模型所描述的宇宙還有暗能量、暗物質的介入，這兩個謎團仍然人類的知識盲區。可以認為誰要是方向了暗能量、暗物質粒子之謎，獲得諾獎是妥妥的，100%板上釘釘的事。綜上，物理宇宙學從愛因斯坦廣義相對論開始，終極目標就是解釋宇宙的誕生、演化以及未來的命運，在這條路上的任何一個發現都有實力競爭諾貝爾獎。