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【邵逸失獎系列】數據探索星系 奠基電腦「創世」

2017-09-28
■西蒙.懷特榮獲本年度天文學獎。香港文匯報記者莫雪芝  攝■西蒙.懷特榮獲本年度天文學獎。香港文匯報記者莫雪芝 攝

西蒙.懷特模擬各類觀測現象 證驅動宇宙演變暗物質是主角

隨�茪ㄕP望遠鏡及相關探測技術的進步,人類對太空的觀測愈見準確及細緻,但如何以這些觀測結果有效解釋和驗證宇宙的構成及演化過程,過去曾是科學家面對的一大難題。德國天體物理學家西蒙.懷特花費40年,成功結合電腦數據探索宇宙星系結構,並模擬出許多不同類型的宇宙觀測現象,證明暗物質在驅動宇宙演變中的主導角色,引領天文學家邁向「在電腦中創造宇宙」的夢想,為今後幾十年的天文研究奠基。其卓越貢獻讓他成為2017年度 「邵逸夫獎」天文學獎得主。 ■香港文匯報記者 柴婧

西蒙.懷特現為德國慕尼黑馬克斯普朗克天體物理研究所所長,在上世紀70年代他開始致力透過理解星系和星系團如何形成,研究宇宙中神秘的暗物質(dark matter)究竟為何物。

1976年,他開始進行電腦數據實驗,合理解釋許多星系團結構,後來又和同事率先提出,暗物質所主導的氣體吸積形成星系的星系模型,可解釋星系的各類性質,「我在電腦設定一項運算,表示正膨脹的均勻宇宙中的圓形區域,運算演化後,發現它的團塊愈來愈多,並最終萎縮形成單一星系團。」其結果之後得到愛因斯坦X射線衛星影到的圖片證實。

證暗物質非中微子

上世紀80年代初,他和團隊又透過電腦數據檢視宇宙大爆炸後的情況,發現暗物質的初始條件與另一種神秘粒子中微子(neutrino)不同,率先證明兩者並不相同。

不過,因為當時的觀測結果顯示暗物質與中微子有很多相似之處,讓其數據模擬結論備受爭議,但他未受影響,堅持「做研究最重要就是誠實」。

其後,他與團隊進一步發現,在太空中不同的天體都有暗物質圍繞,「全部都有相似的結構,可以用很簡單的方式描述,現在以我與兩位合作者的名字命名,叫NPW分佈。」

至2005年,懷特和同事進行「千禧模擬」,用暗物質分佈的個別電腦模擬,模仿全部星系的形成,「我們發現模擬宇宙裡面星系的分佈和真實宇宙的星系分佈極為相近。」準確捕捉了大爆炸之後1,000萬年到現在這個時間內宇宙結構演變的過程,無限趨近實現「在電腦中創造宇宙」的夢想,引領建立了被認為是宇宙演化的標準模型,為往後的天文研究帶來重大啟示。

這位對天文學有卓越貢獻的科學家,其科研路始終追隨心意和興趣。他分享說,自己對科學的熱愛初始於「大自然」的啟蒙,「我出生的地方是鄉下,媽媽是家庭主婦;相較在課室學習,我更喜歡在不同的地方走來走去,我對花鳥很有興趣。」

選天體物理 竟因環境好

後來,他獲獎學金到劍橋大學修讀應用數學學士學位,「我喜歡數學有自然的一致性,可令人理解太空的奇妙。」

在攻讀博士學位前,他對究竟是選擇數學還是天體物理學猶豫不決,而最終作出決定卻是因為「當時劍橋大學應用數學系在一個市中心的地窖,而天體物理學則在一個新的建築物裡,我選擇了天體物理學,因為環境舒服很多。」

選擇天體物理學,不僅令懷特得到日後的學術成就,更令他邂逅到相伴一生的妻子、同為天體物理學家的吉尼維爾,「我是妻子在劍橋大學時的博士導師,我們在劍橋結婚。」

妻子的媽媽在上海出世,曾經住在香港,爸爸是美國物理學家。平時夫妻二人相處時會嘗試忘記工作,「比如回家吃飯、聽音樂會、遠足。」

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