喬治·斯穆特（美國伯克利加州大學(xué)物理學(xué)教授，天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家）

喬治·斯穆特（George Fitzgerald Smoot III），1945年2月20日出生，美國伯克利加州大學(xué)物理學(xué)教授，天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家。諾貝爾物理學(xué)獎得主。喬治·斯穆特和約翰·馬瑟因“發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性”而分享了2006年諾貝爾物理學(xué)獎。這個使用 COBE（Cosmic Background Explorer 宇宙背景探測）衛(wèi)星的工作，有助于鞏固宇宙大爆炸理論。據(jù)諾貝爾獎委員會的記載，“此 COBE 計劃，堪稱是宇宙學(xué)步入精確科學(xué)的一個起點”。他是柏克萊的物理教授。在2003 年，他曾獲頒愛因斯坦獎?wù)隆?/p>

現(xiàn)任香港科技大學(xué)物理學(xué)系講座教授、高等研究院趙氏廷箴懷芳教授；廣藥集團(tuán)廣藥醫(yī)療器械研究院院長；佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院名譽(yù)教授。

人物生平

喬治·斯穆特于1970年在麻省理工獲物理學(xué)博士，隨后在加州大學(xué)成為一名科研工作者，開始研究大爆炸的有關(guān)問題。?他在加州大學(xué)工作至今，任大學(xué)物理學(xué)教授，從事天體物理學(xué)、宇宙學(xué)。參與一項稱之為下一代實驗的“普朗克探測器”計劃，該計劃將致力于研究早期宇宙，并將于2007年發(fā)射升空。

喬治·斯穆特（George Fitzgerald Smoot III，1945年2月20日—），美國伯克利加州大學(xué)物理學(xué)教授，天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家。喬治·斯穆特和約翰·馬瑟因“發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性”而分享了2006年諾貝爾物理學(xué)獎。

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。在生活大爆炸第二季第17集客串。

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·勞倫司國立實驗室繼續(xù)他的研究。在威廉·勞倫司國立實驗室，他與Luis Walter Alvarez合作進(jìn)行了HAPPE實驗，利用一個平流層氣球來探測大氣層上部的反物質(zhì)。

隨后，他對阿諾·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，有許多關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)等充滿爭議的基本問題。 一些宇宙模型推測宇宙是一個不停旋轉(zhuǎn)的整體，因此宇宙微波背景輻射就會受到影響：觀察的方向不同，它的溫度就應(yīng)該不同。 在Alvarez和Richard A. Muller的幫助下，斯穆特制作了一個輻射差值測量計，用于觀測兩個夾角為60度的方向上宇宙微波背景輻射的差別。

這個儀器被安裝在洛克西德的 U-2 偵察機(jī)上，并成功地測定了宇宙的整體旋轉(zhuǎn)是零（不超出儀器的精確范圍）。同時，這個儀器探測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）是一種地球相對于背景輻射的運(yùn)動帶來的多普勒效應(yīng)，它被稱作最后散射面。 這個多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的原因是由于太陽（實際上整個銀河系）并非靜止的，而是以接近于600 km/s的速度相對最后散射面運(yùn)動。這可能是由星系和巨引源（又被稱為“大引力子”）之間的萬有引力引起的。

背景知識

John C Mather 和 George F Smoot因為他們“發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性”而獲得2006年諾貝爾物理學(xué)獎。這個發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是宇宙誕生于大爆炸的有力證據(jù)。

他們的工作始于上個世紀(jì)90年代，基于NASA宇宙背景探測衛(wèi)星（COBE）傳回的數(shù)據(jù)。John Mather整理和分析了從COBE得到的數(shù)據(jù)，而且在揭示宇宙微波背景輻射的黑體形式的實驗中承擔(dān)主要工作。George Smoot主要負(fù)責(zé)測量背景輻射中溫度的微弱變化。

宇宙學(xué)家們認(rèn)為，宇宙微波背景輻射產(chǎn)生于130億年前，大爆炸發(fā)生之后的瞬間。那時宇宙是一個非常熱的物體（3000K），發(fā)出的輻射帶有很明顯的溫度信號——黑體頻譜。這個輻射至今仍然存在那就是宇宙微波背景輻射。

雖然因為宇宙的持續(xù)膨脹其溫度已經(jīng)降至2.7K，但Mather確定這些輻射仍然殘留有黑體信息。他還觀察到這種黑體輻射在宇宙的各處非常接近（等方向性）。這兩項觀測結(jié)果為宇宙的起源提供了第一個清楚的認(rèn)識，支持了大爆炸假說。在Smoot分析了COBE的數(shù)據(jù)之后，他發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的各向異性，使人們有可能明白地了解象星系、星體這樣的結(jié)構(gòu)是如何從各向均勻的大爆炸中產(chǎn)生，而這是宇宙學(xué)中最令人著迷的迷題之一。大爆炸之后的各向異性，作用于星系的發(fā)展，形成今天這個狀態(tài)。

參與COBE

1974 年，馬瑟提議發(fā)射專門用于探索宇宙背景的衛(wèi)星，宇宙背景探測者（Cosmic Background Explorer，簡稱 COBE 衛(wèi)星），對微波背景進(jìn)行探測。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)者號失事后，航天飛機(jī)停飛數(shù)年，COBE 衛(wèi)星的前途莫測。為了能讓 COBE 早日飛上天，馬瑟和斯穆特與同事們專門爭取到一枚火箭，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 的觀測以及對 COBE 觀測資料的分析研究。

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

他們對 COBE 衛(wèi)星測量結(jié)果進(jìn)行分析計算后發(fā)現(xiàn)， COBE 衛(wèi)星觀測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，他們更精確地驗證了宇宙微波背景輻射的黑體譜形的特征。

在華投資

2015年9月9日，諾貝爾獎獲得者喬治·斯穆特在北京確立了其在華的第一筆投資計劃，與3D打印機(jī)智能應(yīng)用及創(chuàng)意教育開發(fā)企業(yè)O.ME（北京清大致匯科技有限公司）簽訂了合作協(xié)議。

2015年4月斯穆特在中國正式成立斯穆特（中國）科技有限公司，他的投資團(tuán)隊確立了在華的第一筆投資計劃，并最終選擇了3D打印機(jī)智能應(yīng)用及創(chuàng)意教育開發(fā)企業(yè)O.ME。

科研探索

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

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)動的方向熱一些，在反方向冷一些。這是由于地球隨著太陽在宇宙當(dāng)中向前穿行所產(chǎn)生的。

地球繞著太陽運(yùn)行，太陽繞著銀河系的中心轉(zhuǎn)動，銀河系在本星系群中運(yùn)動，本星系群又朝室女座星系團(tuán)運(yùn)動。本星系群相對于宇宙微波背景輻射的運(yùn)動速度是最快的。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 年觀測的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個叫做差動微波輻射計（Differential Microwave Radiometer，簡稱 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 三個不同射電波長的三個輻射計組成。在這三個波長上，宇宙微波背景輻射的強(qiáng)度大大高于其他波長的強(qiáng)度。

斯穆特又為這個儀器設(shè)計了一對天線，使用這對天線去測量兩個不同天區(qū)的溫度差，能夠測出 1% 的溫度差，獲得比其他輻射計精度更高的觀測結(jié)果。

科研成果

1992 年4 月，斯穆特激動地宣布了，他們利用 COBE 衛(wèi)星的觀測結(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)的溫度變化相對于平均溫度為 2.74K 的微波背景來說，變化幅度僅有百萬分之六。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)行的觀測和研究，更精確、也更全面地驗證了宇宙微波背景輻射的兩個特征，他們的工作使宇宙學(xué)的研究，進(jìn)入了一個更為精確的新時代。

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