解读韦伯望远镜的观测成果 - 《华尔街日报》

插图：托马斯·瓦伦塔诺贝尔奖与邓普顿奖得主、物理学家弗兰克·维尔切克探索宇宙奥秘。阅读往期专栏请点击此处。

詹姆斯·韦伯太空望远镜发布的首批照片美得令人窒息。当你意识到眼前所见之物的真实含义时，这些图像更会震撼你的心灵。

这些图像的制作凝聚了大量创意与艺术加工。基于重要科学考量，韦伯望远镜主要设计用于接收红外辐射，这种成像方式与可见光形成互补，能呈现不同的天体特征。要观测宇宙的远古历史、捕捉年轻星系，这正是最佳观测方式。来自这些天体的光在宇宙膨胀过程中被拉伸至电磁波谱的红外波段。为观测此类光线，必须进入太空并避开近处温热天体发出的红外干扰。

韦伯望远镜生成的高精度红外图像与人类肉眼所见存在差异。我们通常将红外辐射感知为热量而非可见光（蟒蛇和吸血蝙蝠却能看见，并借此追踪猎物散发的热量）。为弥补人类感官局限，天文艺术家们为不同红外光赋予可见的伪彩色。这种处理既顺应了人类的自然视觉，又超越了其局限。此举具有科学意义——人类拥有计算机尚无法企及的视觉模式识别能力；当然也包含文化目的——让宇宙隐藏之美更易被大众领略。

然而，对于科学家和硬核科学爱好者而言，关键不在于处理后的图像，而在于底层信息。这些详尽且量化的信息，无论对计算机还是人类大脑的分析部分，都是滋养思想的食粮。韦伯望远镜的科学计划将解答诸多问题，很可能包括其自身观测所引发的新疑问。就个人而言，我特别关注两个"确定事项"和两个相关的长线课题。

目前，测量宇宙年龄的两种不同方法存在分歧。基于早期宇宙信号（特别是宇宙微波背景辐射）的测算结果，比基于近期宇宙信号（特别是遥远星系和超新星）的测算值更大。这种被称为"哈勃张力"的差异约为10%——虽不巨大，但超出了测量宣称的精度范围。韦伯的观测应能显著巩固——或修正——涉及更复杂数据分析的近期宇宙测算结果。

韦伯的红外成像还将为其他（相对）寒冷暗淡的天体打开新窗口。尤其令人感兴趣的是研究太阳系外行星——系外行星——大气层的可能性。韦伯必将发现大量新系外行星，包括迄今难以捕捉的类地小行星。地球生命通过光合作用等方式极大地改变了大气的组成，这种改变是普通化学反应难以复制的。异常的系外行星大气或许暗示着遥远生命的存在。

这些都是相当有把握的预测。这里还有两个引人深思的长线猜想：其一，如果哈勃张力问题得到确证，可能表明早期宇宙中存在比现今更多的"暗能量"——这种被认为能加速宇宙膨胀的物质。这与现有理论相悖，但我不会强烈反对这种可能性。这将为基础物理学注入一些令人欣喜的（暗）能量。

其二：众所周知，人类技术已开始显著改变地球大气层。大型工程可能涉及巨大的能量与物质流动，因此有理由相信，终有一天人类工程活动对太阳系的改造，将能被韦伯级望远镜从遥远距离探测到。若我们自身永不停歇的智慧能由此发现外星智慧文明的迹象，岂不是充满诗意的巧合？

本文发表于2022年7月30日印刷版，标题为《解读韦伯望远镜的发现》