詹姆斯·皮布爾斯

1935年4月25日，詹姆斯·皮布爾斯出生於加拿大馬尼托巴省温尼伯附近的聖博尼法斯。 ^[5] 

1958年，在馬尼托巴大學獲得理學學士學位。 ^[1] 

1962年，在普林斯頓大學獲得物理學博士學位，師從羅伯特·亨利·迪克。

1965年，被普林斯頓大學聘為物理學助理教授。

1968年，晉升為普林斯頓大學物理學副教授。 ^[1] 

1972年，晉升為普林斯頓大學物理學正教授。

1977年，當選為美國藝術與科學院院士。 ^[7] 

1998年，當選為美國國家科學院院士。 ^[8] 

2000年，從普林斯頓大學物理系退休，轉為榮譽教授。

2004年，獲得邵逸夫天文學獎。 ^[1] 

2005年，獲得克拉福德獎。

2019年，獲得諾貝爾物理學獎。 ^[1] 

20世紀60年代，詹姆斯·皮布爾斯基於觀測到的微波背景輻射，在相對論宇宙學的基礎上對這一原初核合成過程利用計算機進行了數值計算，得到了氘、氦3和氦4的丰度，他得出氦4的丰度是0.26-0.28，這是大爆炸宇宙學的重要佐證和預測依據，和現代理論數值和觀測結果非常接近。 ^[4] 

詹姆斯·皮布爾斯(2張)

詹姆斯·皮布爾斯對電子和核子在宇宙歷史上的第一次結合（再複合）進行了研究，得到了這一過程結束之後殘留的電離度，他考慮了不同的宇宙學模型，引入了對“再複合”起重要作用的物理過程，比如氫的複合過程產生萊曼-阿爾法發射線，由於是共振線，會很快被另一基態氫原子吸收，影響再複合的進程，他指出宇宙膨脹導致的紅移還有雙光子發射是解決之道，他的思路和方法以及考慮的物理過程依然是現代對相關問題進行精確計算的基礎，他在發表的論文中還探討了“再複合”過程對背景輻射黑體譜產生的微小扭曲，後來成為規劃微波背景輻射譜觀測項目的一個重要動機。 ^[4] 

詹姆斯·皮布爾斯(2張)

如果宇宙早期輻射和物質有一點點不均勻性，在“再複合”（同前文）之前，這個不均勻性（擾動）在光子和重子物質等離子體這一整體的“氣體”（光子通過電子和重子物質緊密耦合在一起）中會產生聲波振動，“再複合”之後，光子和重子物質的耦合消失，不同波長的擾動因為振動頻率不同會凍結在不同振動相位，從而表現為不同的擾動強度。20世紀70年代，詹姆斯·皮布爾斯和學生對擾動的時間演化以及再複合之後在背景輻射温度起伏以及物質功率譜上的效應進行了研究和計算，他們首次得到了物質功率譜隨波長（波數）的變化，呈現出多個峯的結構，這是不同波長的擾動凍結在不同振動相位的自然結果，後來被稱為“重子聲波振盪”（已經成為星系巡天的主要探測目標，被用做標準尺對宇宙學進行限制），他們也指出這個振盪在微波背景輻射上的效應，在不同方向上會有温度起伏，他們計算得到的幅度比後來的測量結果高五倍，這是因為當時對宇宙學參數的限制非常有限，宇宙學還沒有引入暗物質，擾動從何而來也無從知曉（暴脹理論尚未出現，他們採用了白噪聲的原初擾動譜，和後來的限制非常接近），這在當時是非常超前的工作。 ^[4] 

從1973年到1980年，詹姆斯·皮布爾斯和合作者發表了一組文章，題目是“對河外天體星表的統計分析”，這組文章開啓了現代星系成團性的統計研究，該系列的第一篇文章詹姆斯·皮布爾斯建立了星系分佈的相關函數和功率譜分析的框架。除了三維分佈，為了用於當時星系測光巡天的觀測，他還研究瞭如何分析星系在天球上的二維分佈，引入了角相關函數，利用球諧函數展開表徵角功率譜，並推導了其和三維功率譜的關係。他還考慮了星系巡天只覆蓋部分天區的情形，得到積分限制（integral constraint）和功率譜窗函數等改正。後面的系列文章把這些分析手段應用到當時存在的星系、星系團、射電星系和類星體等星表，對河外天體進行了成團性分析，而且還從兩點相關函數分析拓展到高階（三點和四點相關函數）。這一系列的工作奠定了以後星系巡天以及微波背景輻射各向異性的統計分析方法。 ^[4] 

20世紀70年代初，星系旋轉曲線的觀測表明，漩渦星系中存在大量不可見的物質，即暗物質。有關科學家由此推測這些暗物質形成很大的暗物質暈，將漩渦星系包裹在內，並貢獻了相當比例（約臨界密度20%）的宇宙質量。此後陸續有科學家提供了更加確鑿的旋轉曲線和暗物質存在的觀測證據，並推測這些暗物質是很暗的恆星。詹姆斯·皮布爾斯意識到，這些暗物質不可能是恆星，甚至不可能是重子物質，而可能是超出粒子物理標準模型的非重子暗物質，他的結論在後續的諸多科學證據中得到佐證，此後，暗物質的含義逐漸從之前不發光的重子轉變為非重子暗物質。這些暗物質因為粒子質量大，熱力學冷（熱運動速度低），所以被稱為冷暗物質。冷暗物質的引入很自然得解決了宇宙微波背景和星系成團性觀測結果的矛盾，但是詹姆斯·皮布爾斯意識到，星系成團性的觀測結果表明，這些冷暗物質似乎不足以維繫宇宙的平直幾何。經過兩年思考和更全面的數據分析（包括CFA巡天的星系紅移畸變、球狀星團年齡等），在1984年，他推測我們的宇宙應該是平直的，如暴脹理論預言，但是其中的物質（主要是冷暗物質），只佔臨界密度的20%。剩下的80%他推測是愛因斯坦60多年前引入的宇宙學常數Λ。這就是ΛCDM模型，即標準宇宙學模型，已被從宇宙微波背景輻射、宇宙大尺度結構到超新星的多重觀測精確驗證。詹姆斯·皮布爾斯當年的預測，跟現代物質佔約30%，宇宙學常數佔70%的結果並無顯著差別，宇宙學常數的存在，導致宇宙的膨脹在約60億年前從減速變為加速。 ^[4] 

1965年，詹姆斯·皮布爾斯與合作者考慮如何探測宇宙早期的星系，他們提出這些早期的星系恆星形成率會很高，產生大量大質量恆星。這些高温的大質量恆星會把它們周圍星際氣體中大量的氫原子電離，電離氫在“再複合”的過程中有非常大的幾率產生萊曼-阿爾法躍遷。他們指出，強萊曼-阿爾法輻射是這類星系的重要特徵，可以籍此來搜索發現早期星系。萊曼-阿爾法發射線窄帶巡天以及積分視場巡天已經成為發現和研究宇宙早期高紅移星系的最主要手段之一，他們那篇論文成了這一領域的開山之作。在1969年的一篇論文裏，詹姆斯·皮布爾斯探討了星系角動量的起源，考慮了物質密度擾動場的角動量分佈和潮汐力矩作用下的角動量演化，這篇論文成為星系形成和演化領域的一篇重要文獻。詹姆斯·皮布爾斯還研究過球狀星團的起源和星團中心塌縮天體（比如黑洞）周圍恆星的空間和速度分佈，都為後來的工作提供了思路和啓示。宇宙學常數-冷暗物質宇宙學之外，詹姆斯·皮布爾斯與合作者在1988年提出了標量場暗能量，後來被稱為“quintessense”（精質），都是宇宙學的研究前沿。 ^[4] 

詹姆斯·皮布爾斯出版了幾本關於宇宙學的書籍，被認為是該領域的經典著作，《Physical Cosmology（物理宇宙學）》是他的第一本著作，於1971年出版，第二本書《The Large-Scale Structure of the Universe（宇宙的大尺度結構）》於1980年出版，《Cosmology's Century, An Inside History of Our Modern Understanding of the Universe（宇宙學的世紀，我們現代對宇宙理解的歷史）》《Principles of Physical Cosmology（物理宇宙學原理）》分別於2020年6月和9月由普林斯頓大學出版社出版。 ^{[1]  [3]  [9]} 

據2023年12月AMiner平台數據，詹姆斯·皮布爾斯在《Nature（自然）》《Science（科學）》《The Astrophysical Journal（天體物理學雜誌）》《Physical Review D（物理評論D）》《Publications of the Astronomical Society of the Pacific（太平洋天文學會出版物）》等學術期刊發表論文50多篇，被引6200餘次，H-Index：22。 ^[14] 

截止到1987年12月，詹姆斯·皮布爾斯在普林斯頓大學培養畢業學生10位 ^[10]  ；他的學生克里斯托弗·艾斯格魯伯是普林斯頓大學第20校長，於1983年在普林斯頓大學獲得物理學學士學位，2001年加入普林斯頓大學，自2013年7月起出任普林斯頓大學校長；他的第一個研究生傑裏·餘（Jerry Tsang Yu，來自中國香港）和他一起對擾動的時間演化以及再複合之後在背景輻射温度起伏以及物質功率譜上的效應進行了研究和計算，傑裏·餘畢業後去往美國國家航空航天局工作，後來在香港城市大學擔任首席信息官。 ^{[1-2]  [4]  [9]} 

詹姆斯·皮布爾斯的父親曾在加拿大温尼伯從事穀物生意。 ^[5] 

詹姆斯·皮布爾斯是一位傑出的物理學家，他的成功既體現了普林斯頓大學在宇宙學和引力基礎研究方面的輝煌傳統，也體現了這所大學致力於將最優秀的學者帶入課堂的承諾（Jim Peebles is an extraordinary physicist,He exemplifies both Princeton's dazzling tradition of fundamental research in cosmology and gravitation, and also this University's commitment to put its best scholars in the classroom）。（普林斯頓大學時任校長克里斯托弗·艾斯格魯伯評） ^[1] 

沒有人比他（詹姆斯·皮布爾斯）更能推進我們對宇宙的基本理解。最重要的是，他非常體貼、親切、善良（No one else has advanced our fundamental understanding of the universe more.On top of it, he is uncommonly thoughtful, gracious and kind）。（普林斯頓大學時任詹姆斯·麥克唐納傑出物理學教授萊曼·佩奇評） ^[1] 

詹姆斯·皮布爾斯對幫助人類理解在宇宙中的位置所做的貢獻怎麼評價都不為過。他對學生和同事都很慷慨，我懷疑還有誰比他更善良（It is difficult to overstate Jim's contributions to humanity's understanding of our place in the universe.Generous to his students and colleagues, I doubt a kinder soul has ever been so recognized）。（普林斯頓大學時任物理學副教授比爾·瓊斯評） ^[1] 

作為半個世紀以來宇宙學研究領域的卓越代表，詹姆斯·皮布爾斯是現代物理宇宙學大廈的主要奠基者之一。詹姆斯·皮布爾斯在宇宙學的發展過程中扮演了關鍵的角色，他披荊斬棘，逢山開路，遇水搭橋，是領軍人物之一，功不可沒。他的貢獻是如此的重大、影響是如此的持久，以至於有人認為，“現代宇宙學之父”、“現代宇宙學的奠基人”、“現代宇宙學的巨人”都不足以形容他的貢獻——他不僅是現代宇宙學的奠基人，也是現代宇宙學的建設者，“現代物理宇宙學的發明人”。（上海交通大學物理與天文學院評） ^[4]