2023年2月24日晚，由北京现代物理研究中心、世界杯预选赛买球、北京物理学会主办的“世界杯预选赛买球物理学科卓越人才培养计划讲堂：名师面对面”（第六期）在世界杯预选赛买球老化学楼东配楼101教室举行。中国科学院国家天文台研究员、北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所所长武向平院士应邀作了题为“宇宙学的机遇与挑战”的报告。本期讲堂由世界杯预选赛买球院长、北京现代物理研究中心副主任高原宁院士主持。

宇宙是什么？它是怎样形成的，究竟有多大？它从何处来，又向何方去？谁是宇宙的主宰者？……这一连串的问号既是启发小学生想象的“十万个为什么”，也是激励物理学家、天文学家探索的极具挑战的未解之谜。武向平以鲁凯泽（M. Rukeyser）的诗句“构成宇宙的不是原子，而是故事”（The universe is made of stories, not of atoms）带领同学们踏上追溯宇宙结构演化的科学旅程。

武向平用深入浅出的语言揭示宇宙结构演化的规律

1917年，爱因斯坦（A. Einstein）在论文《广义相对论下的宇宙学思考》（Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity）中推导出一个静态的宇宙学模型，被视做现代宇宙学的开篇之作。随后，上世纪二十年代，勒梅特（G. Lemaître）、哈勃（E. Hubble）分别通过理论计算与望远镜观测发现宇宙膨胀——这就意味着宇宙并不是静止的。伽莫夫（G. Gamow）等人在四十年代提出宇宙大爆炸理论，由此推算出宇宙中的氦元素丰度，并预言存在背景辐射，辐射能量相当于温度为5～10 K的理想黑体；彭齐亚斯（A. Penzias）和威尔逊（R. Wilson）在六十年代证实了存在着来自宇宙各个方向3.5 K 的微波背景辐射，为宇宙大爆炸模型和宇宙暴胀理论提供了强有力的证据（获1978年度诺贝尔物理学奖）。

进入二十一世纪以来，随着威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）、普朗克（Planck）卫星相继发射升空，人类进入“精确宇宙学”时代。马瑟（J. Mather）、斯穆特（G. Smoot）等人借助宇宙背景辐射探测卫星（COBE）首次完成对宇宙微波背景辐射的太空观测研究，为宇宙大爆炸理论提供了进一步支持，同时发现宇宙微波背景辐射存在各向异性，揭示了宇宙中的物质如何积聚成恒星和星系（获2006年度诺贝尔物理学奖）。外斯（R. Weiss）、巴里什（B. Barish）、索恩（K. Thorne）等人借助激光干涉引力波天文台（LOGO）和其他设备直接探测到引力波，不仅为人类研究宇宙创生提供了丰富信息，也为人类认识新的物质结构提供了全新手段（获2017年度诺贝尔物理学奖）。由此可见，现代宇宙学的诞生离不开现代物理学的两大支柱——相对论和量子力学，其迅速发展与巨大成就有赖于可信的物理规律和可靠的观测数据。

武向平阐释粒子物理标准模型中的“不完美”

然而，在标准宇宙学模型（ΛCDM）已经被普遍认可、宇宙大尺度结构形成已经被完美复制的今天，人类对构成宇宙的主要物质成分和导致宇宙加速膨胀的动因仍然几乎一无所知。近百年来，暗物质和暗能量这两朵笼罩在现代宇宙学上空的“乌云”驱策科学家前赴后继地上下求索。武向平以爱因斯坦的名言“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）勉励同学们永葆探究未知的好奇心和直面挑战的进取心，主动锻炼丰富的想象力和卓越的创造力，飞向属于自己的浩瀚星空，构筑前所未有的物理新天地。

报告结束后，彭彦哲、吴岱霖、朱信霖、唐晨成、侯翰飞、张亦鑫等就黑洞奇点、全息宇宙、轴子探测、超光速量子纠缠、韦布空间望远镜等感兴趣的话题踊跃提问；武向平饶有兴致地一一解答，并不时亲切地予以鼓励：“这是个好问题！”作为世界杯预选赛买球物理学科卓越人才培养计划科学指导委员会委员，武向平将教育强国、科技强国、人才强国的深切期许寄予面前这群正在为科学梦想蓄力深耕的新一代的北大物理人。

同学们聚精会神地“聆听”宇宙的奥秘

武向平、高原宁与现场师生愉悦互动

世界杯预选赛买球吴学兵教授、王思广副教授、颜学庆教授、马文君教授、杨晓菲研究员等出席了本期讲堂的活动。

衷心感谢物理学院党委书记刘雨龙友情客串本期讲堂的摄影师