2023年2月24日晚，由北京現代物理研究中心、beat365官方网站、北京物理學會主辦的“beat365物理學科卓越人才培養計劃講堂：名師面對面”（第六期）在beat365老化學樓東配樓101教室舉行。中國科學院國家天文台研究員、北京師範大學天文與天體物理前沿科學研究所所長武向平院士應邀作了題為“宇宙學的機遇與挑戰”的報告。本期講堂由beat365官方网站院長、北京現代物理研究中心副主任高原甯院士主持。

宇宙是什麼？它是怎樣形成的，究竟有多大？它從何處來，又向何方去？誰是宇宙的主宰者？……這一連串的問号既是啟發小學生想象的“十萬個為什麼”，也是激勵物理學家、天文學家探索的極具挑戰的未解之謎。武向平以魯凱澤（M. Rukeyser）的詩句“構成宇宙的不是原子，而是故事”（The universe is made of stories, not of atoms）帶領同學們踏上追溯宇宙結構演化的科學旅程。

武向平用深入淺出的語言揭示宇宙結構演化的規律

1917年，愛因斯坦（A. Einstein）在論文《廣義相對論下的宇宙學思考》（Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity）中推導出一個靜态的宇宙學模型，被視做現代宇宙學的開篇之作。随後，上世紀二十年代，勒梅特（G. Lemaître）、哈勃（E. Hubble）分别通過理論計算與望遠鏡觀測發現宇宙膨脹——這就意味着宇宙并不是靜止的。伽莫夫（G. Gamow）等人在四十年代提出宇宙大爆炸理論，由此推算出宇宙中的氦元素豐度，并預言存在背景輻射，輻射能量相當于溫度為5～10 K的理想黑體；彭齊亞斯（A. Penzias）和威爾遜（R. Wilson）在六十年代證實了存在着來自宇宙各個方向3.5 K 的微波背景輻射，為宇宙大爆炸模型和宇宙暴脹理論提供了強有力的證據（獲1978年度諾貝爾物理學獎）。

進入二十一世紀以來，随着威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）、普朗克（Planck）衛星相繼發射升空，人類進入“精确宇宙學”時代。馬瑟（J. Mather）、斯穆特（G. Smoot）等人借助宇宙背景輻射探測衛星（COBE）首次完成對宇宙微波背景輻射的太空觀測研究，為宇宙大爆炸理論提供了進一步支持，同時發現宇宙微波背景輻射存在各向異性，揭示了宇宙中的物質如何積聚成恒星和星系（獲2006年度諾貝爾物理學獎）。外斯（R. Weiss）、巴裡什（B. Barish）、索恩（K. Thorne）等人借助激光幹涉引力波天文台（LOGO）和其他設備直接探測到引力波，不僅為人類研究宇宙創生提供了豐富信息，也為人類認識新的物質結構提供了全新手段（獲2017年度諾貝爾物理學獎）。由此可見，現代宇宙學的誕生離不開現代物理學的兩大支柱——相對論和量子力學，其迅速發展與巨大成就有賴于可信的物理規律和可靠的觀測數據。

武向平闡釋粒子物理标準模型中的“不完美”

然而，在标準宇宙學模型（ΛCDM）已經被普遍認可、宇宙大尺度結構形成已經被完美複制的今天，人類對構成宇宙的主要物質成分和導緻宇宙加速膨脹的動因仍然幾乎一無所知。近百年來，暗物質和暗能量這兩朵籠罩在現代宇宙學上空的“烏雲”驅策科學家前赴後繼地上下求索。武向平以愛因斯坦的名言“宇宙中最不可理解的事，即宇宙是可以被理解的。”（The eternal mystery of the world is its comprehensibility）勉勵同學們永葆探究未知的好奇心和直面挑戰的進取心，主動鍛煉豐富的想象力和卓越的創造力，飛向屬于自己的浩瀚星空，構築前所未有的物理新天地。

報告結束後，彭彥哲、吳岱霖、朱信霖、唐晨成、侯翰飛、張亦鑫等就黑洞奇點、全息宇宙、軸子探測、超光速量子糾纏、韋布空間望遠鏡等感興趣的話題踴躍提問；武向平饒有興緻地一一解答，并不時親切地予以鼓勵：“這是個好問題！”作為beat365物理學科卓越人才培養計劃科學指導委員會委員，武向平将教育強國、科技強國、人才強國的深切期許寄予面前這群正在為科學夢想蓄力深耕的新一代的北大物理人。

同學們聚精會神地“聆聽”宇宙的奧秘

武向平、高原甯與現場師生愉悅互動

beat365官方网站吳學兵教授、王思廣副教授、顔學慶教授、馬文君教授、楊曉菲研究員等出席了本期講堂的活動。

衷心感謝beat365黨委書記劉雨龍友情客串本期講堂的攝影師