約翰·馬瑟

約翰·馬瑟（John C. Mather）（1945年—）是馬里蘭州美國國家航空航天局（NASA）戈達德航天中心（Goddard Space Flight Center）的高級天體物理學家。

2006年10月3日，瑞典皇家科學院宣佈將諾貝爾物理學獎授予了美國科學家約翰·馬瑟(John C. Mather)和喬治·斯穆特(George F. Smoot)，頒獎者認為他們發現的“宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性”的研究有助於人類瞭解宇宙的開始及星系、恆星的起源，並使得宇宙形成的大爆炸理論得到進一步支持。

約翰·馬瑟生於1945年，深受曾經參與青黴素研發的細菌學家外祖父的影響，他8歲時，在參觀了美國自然博物館和天文館後，便對天文、火山、恐龍和進化產生了興趣。馬瑟於加州大學伯克利分校獲得物理學博士學位。

在紐約戈達德學院就讀博士後期間，他提出了關於探測宇宙背景輻射的建議。1976年，馬瑟在美國宇航局所屬的戈達德航天中心得到了研究科學家的職位，隨後成為項目科學家。在那裏，他完成了在微波輻射領域的突破性工作。從1995年起，他成為韋伯紅外望遠鏡的資深項目科學家。

喬治·斯穆特於1970年在麻省理工學院獲物理學博士學位，隨後開始研究大爆炸的有關問題。他在加州大學伯克利分校工作至今，他曾參與一項被稱為下一代實驗的“普朗克探測器”計劃，該計劃致力於研究早期宇宙，並於2007年將探測器發射升空。在獲得2006年諾貝爾物理學獎後，斯穆特准備把獎金捐獻給加州大學伯克利分校，作為博士後和研究生的獎學金。

宇宙是在什麼時候以什麼方式誕生的？它又是如何變得浩瀚無邊的？目前被科學界普遍接受的宇宙起源理論認為，宇宙誕生於距今約100億到150億年前的一次大爆炸。微波背景輻射是宇宙大爆炸之後的遺留能量，它均勻分佈在整個宇宙空間中。大爆炸後的宇宙逐漸冷卻，現在温度為絕對温度2.7度(約攝氏零下270度)。但大爆炸留下了“餘温”，因而發出的輻射帶有很明顯的温度信號。1965年，貝爾實驗室的兩位天文學家阿農·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜發現了宇宙背景輻射，兩人因此獲得1978年的諾貝爾物理學獎。但是對微波背景輻射的測量工作一開始都是在地面上進行，很難做到精確測量。

馬瑟和斯穆特的合作來自於那個永恆的課題。1974年，馬瑟等建議美國宇航局實施COBE衞星項目，並領導形成了1000多人的龐大研究團隊。在這個項目中，馬瑟是衞星遠紅外線絕對光度計的負責人，他在揭示宇宙微波背景輻射的黑體形式的實驗中承擔主要工作；斯穆特是另一決定性設備的負責人，負責探尋微波背景輻射在不同方向的微小温差。

經過長期的努力之後，1989年11月18日，COBE衞星終於被送入太空。1990年1月，馬瑟在一個會議中展示了COBE探測到的黑體輻射光譜曲線，這條曲線最終被證明完全符合黑體輻射特徵，它的波長對應於絕對温度2.7度（零下270.46攝氏度）的光譜。

在分析了COBE的數據之後，斯穆特發現了宇宙微波背景輻射的各向異性。1992年，他向世界宣佈，他發現了“漣波輻射”：宇宙微波背景輻射温差為十萬分之幾，這表明宇宙早期存在微波的不均勻性，大爆炸之後的各向異性作用於星系的發展，使人們因此而有可能明白地瞭解像星系、星體這樣的結構是如何從各向均勻的大爆炸中產生的。這是迄今為止大爆炸最強有力的證據。

在COBE項目的基礎上，耗資1.45億美元的美國“威爾金森微波各向異性探測器”(WMAP)於2001年進入太空，對宇宙微波背景輻射進行更精確的觀測。該探測器以大衞·威爾金森命名，因為長期以來，他是宇宙背景輻射探測的主要力量，也是COBE團隊的精神力量，但不幸於2002年逝世。

目前科學界普遍接受的宇宙起源理論認為，宇宙誕生於距今約137億年前的一次大爆炸。微波背景輻射作為大爆炸的“餘燼”，均勻地分佈於宇宙空間。測量宇宙中的微波背景輻射，可以“回望”宇宙的“嬰兒時代”場景，並瞭解宇宙中恆星和星系的形成過程。

雖然人們在上世紀60年代就已知道微波背景輻射的存在，但針對這種大爆炸“餘燼”的測量工作一開始都是在地面上展開，進展十分緩慢。大爆炸理論曾預測，微波背景輻射應該具有黑體輻射特性，但一直未能得到地面觀測結果的確認。

藉助1989年發射的COBE衞星，馬瑟和斯穆特領導的研究團隊首次完成了對宇宙微波背景輻射的太空觀測研究。他們對COBE衞星測量結果進行分析計算後發現，宇宙微波背景輻射與黑體輻射非常吻合，從而為大爆炸理論提供了進一步支持。

另外，他們發現，宇宙微波背景輻射在不同方向上温度有着極其微小的差異，也就是説存在所謂的各向異性。這種微小差異揭示了宇宙中的物質如何積聚成恆星和星系。諾貝爾獎評審委員會提供的材料介紹説，如果沒有這樣一種機制，那麼今天的宇宙很可能完全不是現在這個樣子，其中的物質也許像淤泥一樣均勻分佈。

馬瑟和斯穆特等人實現了對微波背景輻射的精確測量，標誌着宇宙學進入了“精確研究”時代。著名科學家霍金評論説，COBE項目的研究成果堪稱20世紀最重要的科學成就。

在COBE項目的基礎上，耗資1.45億美元的美國“威爾金森微波各向異性探測器”2001年進入太空，對宇宙微波背景輻射進行了更精確的觀測。而歐洲“普朗克”衞星不久也將發射升空，繼續提高研究的精確度。 ^[1] 

約翰·馬瑟教授1964年畢業於哈佛大學數學系，1967年從普林斯頓大學獲得博士學位。目前任普林斯頓大學數學系教授。

他數學研究造詣很深，在映射的奇點理論、分層理論以及哈密頓動力學等方面取得了突出成就。他的奇點理論研究解決了國際數學界的相關難題；分層理論的研究成果，為數學家舍斯頓獲得國際數學最高獎菲爾茨獎奠定了基礎.有關哈密頓動力學的研究被譽為該理論近20年來的“革命性發展”，約翰·馬瑟也由此被公認為動力系統研究領域的領袖人物。

約翰·馬瑟曾經三次受邀在國際數學家大會做學術報告，1978年被美國國家科學院授予凱蒂獎章（該獎面向所有自然科學），1983年當選美國國家科學院院士，2003年獲得美國數學會貝克豪佛數學大獎。

藉助美國1989年發射的COBE衞星發現了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性，為有關宇宙起源的大爆炸理論提供了支持，將有助於研究早期宇宙，幫助人們更多地瞭解恆星和星系的起源。公報説他們的工作使宇宙學進入了“精確研究”時代。

馬瑟在接到諾貝爾獎評審委員會電話時説，他感到“激動和吃驚，但也不是完全意外，因為人們一直在談論我們（的研究）”。“一開始，我們並沒有意識到我們的工作是多麼重要。”他説，“看看以前那些諾貝爾獎得主的名字，得獎讓我不知所措。我們將要慶祝，但還不知道怎麼去慶祝。”

斯穆特則是在半夜接到了諾貝爾獎評審委員會的電話。“我很驚訝，他們居然知道我的電話號碼。”他説，“這一發現在某種程度上令人難以置信，現在它廣獲承認，太棒了。” ^[2]