基础物理学特别突破奖:我不应该找到外星文明!(物理学基础书籍)

当我第一次看到这个信号时，我无法想象我现在所研究的一切。我很高兴我注意到了这一点‘异常’，并坚信这是真的。

——Jocelyn Bell Burnell

今天，基础物理突破奖评选委员会宣布基础物理学特别突破奖英国天体物理学家Jocelyn Bell Burnel（乔瑟琳·贝尔·为了表彰她，伯奈尔)发现了脉冲星，以及科学界灵感的领导力。

○ Jocelyn Bell Burnel1967年发现脉冲星，获得基础物理特别突破奖。| 图片来源：Jocelyn Bell Burnell/Breakthrough Prizes

脉冲星磁化高，旋转快，极致密中子星。脉冲星的发现是天文学史上最大的惊喜之一，它以最戏剧性的方式将中子星从科幻小说转变为现实。这一发现为爱因斯坦的广义相对论和宇宙重要元素的起源提供了强有力的考验。

突破奖的创始人之一Yuri Milner说：“Bell Burnell好奇心、勤奋的观察和严谨的分析揭示了宇宙中最有趣、最神秘的天体。”

基础物理特别突破奖可以随时颁发，以表彰那些非凡的科学成就。这是第四次颁发特别突破奖。之前的获奖者是霍金，他带领七个人找到了希格斯玻色子CERN探测到引力波的整个科学家和科学家LIGO团队。

脉冲星的发现和研究

1967年前的夏天，Bell Burnell作为剑桥大学的博士生，她的导师正在使用它Anthony Hewish（安东尼·休伊什)寻找新设计的射电望远镜类星体（quasar）。当时天文学家对类星体的理解是，它们是非常遥远的星体，会发出忽强忽弱的不规则射电信号。长数据带，Bell Burnell她在一英寸以下的区域注意到了她所说的话“颈背（scruff）”奇怪的图案，这个信号强大而有规律，她意识到这个奇怪的背后可能有一个新奇的事件。

○ 剑桥大学81.5兆赫望远镜于1967年使用，Bell Burnell在数据带上小于一英尺的区域发现了奇怪的东西“颈背”图案。

脉冲信号每1.337秒准确重复一次，当时没有明显的天文现象能产生这种规律的快速脉冲。

起初Bell Burnell想：我不应该找到外星文明！所以一开始，他们开玩笑地把这个信号命名为LGM-1，它是Little Green Man这三个单词的首字母缩写意味着“小绿人”。

然而，外星信号的想法很快就被打破了，因为他们一个接一个地发现了这个信号，每个信号都有自己不同的周期。因此，这些奇怪的信号必须有一个自然的解释。它必须来自1968年的新恒星，Bell Burnell这一发现发表在《自然》杂志上。这种星体后来被称为脉冲星（pulsar）。

○ 脉冲星就像大自然中的奇迹。它们和旧金山一样大，但质量可以和太阳相比。它们含有大量的中子，旋转速度很高。| 图片来源：NASA's Goddard Space Flight Center

当Hewish和Bell Burnell当美国天文学家宣布这一发现时，Thomas Gold建议这些物体可以快速自转中子星。Fritz Zwicky和Walter Baade1934年发现了它中子两年后，提出了这种星体的存在。这一预测遵循的原则是，超新星爆炸后的遗留物将被压缩成具有恒星质量的致密星体，几乎完全由中子组成。

○ 中子星的层层结构。脉冲星大多来自高速旋转的中子星。| 图片来源：NASA’s Goddard Space Flight Center

Gold认为中子星会快速旋转，强磁场产生的辐射束就像旋转灯塔。起初，他的理论被科学界忽视，甚至被禁止在第一届脉冲星国际研讨会上发表。然而，不久之后，同年晚些时候，一切都发生了变化：在蟹星云中发现了一个33毫秒的脉冲星！

○ 蟹状星云其实是一个超新星遗迹，那颗超新星曾在1054年被观测到。| 图片来源：ESO

然而，1974年，她的导师Hewish以及Martin Ryle（马丁·赖尔)获得诺贝尔物理学奖，表彰他们“它在脉冲星的发现中起着决定性的作用”。在这一发现中扮演主要角色Bell Burnell但没有得到应有的认可。

Edward Witten（爱德华·威滕)是基础物理特别突破奖评选委员会主席。“Jocelyn Bell Burnell脉冲星的发现将永远是天文学史上最大的惊喜之一。在此之前，没有人真正知道如果中子星确实存在，如何观察它们。突然间，我们发现大自然为我们观察这些天体提供了一种极其精妙的方法，导致了后来的许多进步。”

51年过去了，科学家们从未停止探索脉冲星。现在已知的脉冲星有2000多颗，是多元化的群体。但共同点是它们都是非常致密和快速旋转的中子星。随着它们的快速旋转，脉冲星会发出一束射电波、可见光、X射线或伽玛射线。这个信号是如此规则，脉冲星可以成为自然界中异常精确的时钟——能准确到千万亿分之一。这意味着活跃的脉冲星自恐龙时代以来只累积了大约一秒钟。

此外，脉冲星的研究为广义相对论提供了最严格的测试，并为引力波提供了第一个观测证据。最近最令人兴奋的天文事件包括LIGO两颗中子星在引力波中的合并。这种合并是重元素(如黄金)的主要来源之一。

领导力贯穿一生

在过去的半个世纪里，Bell Burnell从未停止过对天文学的贡献，她曾在多个研究机构任教，并在多个科研项目中担任领导角色，例如它曾是位于夏威夷的JCMT麦克斯韦望远镜项目经理。她曾经是科学、教育和STEM(科学、技术、工程和数学)课程冠军，曾任皇家天文学会主席，英国物理学会（IOP）第一位女主席与爱丁堡皇家学会。目前，Bell Burnell他是牛津大学天体物理的客座教授。1999年和2007年分别授予她CBE(英帝国二等勋爵士)和DBE(高级英帝国女勋爵士)表彰她对天文学的贡献。

得知自己获奖后，Bell Burnell这个奖项完全让她措手不及：”当我被告知这个消息时，我只是不知道如何回应，这对我来说是一件非常不寻常的事情。这是我做梦也想不到的，这真的是一个美妙的惊喜。“

“总的来说，我的计划是用这笔钱资助一些研究型学生，尤其是那些被忽视的物理学生。”