基于arXiv論文術(shù)語(yǔ)詞頻的暗能量研究趨勢(shì)分析

侯曉嵐 余恒 樊東衛(wèi)

摘 要：現(xiàn)代科學(xué)研究?jī)?nèi)容日趨細(xì)化，進(jìn)展日新月異，對(duì)研究趨勢(shì)和前沿進(jìn)展的把握變得越來(lái)越困難。文章嘗試通過(guò)分析研究論文中的術(shù)語(yǔ)詞頻來(lái)定量追蹤學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)。利用“天文學(xué)英語(yǔ)新詞自動(dòng)提取系統(tǒng)”對(duì)近20年間天文學(xué)論文預(yù)印本的全文進(jìn)行術(shù)語(yǔ)提取，在此基礎(chǔ)上分析宇宙學(xué)領(lǐng)域中與暗能量研究密切相關(guān)的概念術(shù)語(yǔ)（超新星、宇宙微波背景輻射等）在論文中的出現(xiàn)頻率。通過(guò)考察這些關(guān)鍵詞的詞頻隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，分析它們與學(xué)科研究動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系，從而理解科學(xué)發(fā)現(xiàn)等熱點(diǎn)事件對(duì)研究工作和學(xué)科發(fā)展的具體影響，為天文學(xué)及其他學(xué)科的研究進(jìn)展和趨勢(shì)分析提供一個(gè)客觀的量化方法。文章證實(shí)新設(shè)備和新數(shù)據(jù)在推動(dòng)天文學(xué)新興理論和促生研究熱點(diǎn)方面具有不可或缺的重要意義和價(jià)值，而諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)等公眾熱點(diǎn)事件并沒有對(duì)宇宙學(xué)領(lǐng)域的研究熱度產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。

關(guān)鍵詞：學(xué)科名詞;術(shù)語(yǔ)提取;詞頻分析;宇宙學(xué);暗能量;研究趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：H083;P159文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2020.03.001

Abstract： Modern scientific research is becoming more and more specific， and changing more and more frequently. It is difficult to follow research trends and the progresses of frontier fields. This paper attempts to quantitatively trace the development of subjects by analyzing term frequency of scientific journal papers. We use the Automatic Extraction of Astronomical English Terms System to extract terminology from the full text of astronomical preprint papers published in the past 20 years， and to analyze the occurrence frequency of terms related to dark energy in the cosmology field. By investigating the correlation between the trends of these words over time and the dynamics of disciplinary research， we understand how scientific discoveries and hot-spots affect professional researches. Not only could it provides an objective quantitative method for the research progress and trend analysis， but also plays as a reference for research evaluation and scientific policy design in China.

Keywords： scientific term; term extraction; word frequency analysis; cosmology; dark energy; research trend

收稿日期：2020-01-05

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-中國(guó)科學(xué)院天文聯(lián)合基金（U1731243）

作者簡(jiǎn)介：余恒（1982—），男，博士，北京師范大學(xué)天文系副教授，主要研究方向?yàn)橛钪鎸W(xué)、星系團(tuán)、天文信息學(xué)。通信方式：yuheng@bnu.edu.cn。

引 言

現(xiàn)代科學(xué)研究方向漸趨細(xì)致紛繁，論文數(shù)量與日俱增，這使得對(duì)研究趨勢(shì)和前沿進(jìn)展的把握變得越來(lái)越困難。術(shù)語(yǔ)作為學(xué)科發(fā)展的信號(hào)和風(fēng)向標(biāo)，新的術(shù)語(yǔ)通常意味著新的知識(shí)和進(jìn)展。因此，如果能夠直接從學(xué)術(shù)論文中的術(shù)語(yǔ)出發(fā)，根據(jù)其出現(xiàn)特征分析學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該能夠更加準(zhǔn)確地反映相關(guān)領(lǐng)域的研究動(dòng)態(tài)，對(duì)專家學(xué)者的個(gè)人判斷形成有效補(bǔ)充。

已經(jīng)有一些公司和產(chǎn)品在這個(gè)方向上努力，如谷歌趨勢(shì)、論文標(biāo)注網(wǎng)站ScienceWISE、可視化文獻(xiàn)分析軟件CiteSpace等。不過(guò)由于數(shù)據(jù)來(lái)源的限制，這些軟件和產(chǎn)品在學(xué)術(shù)領(lǐng)域主要根據(jù)論文的摘要和關(guān)鍵詞進(jìn)行分析。但關(guān)鍵詞主要用于限定文章的學(xué)科分類，并不總能精確刻畫文章的研究?jī)?nèi)容。而簡(jiǎn)短的摘要中關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)的重復(fù)頻率并不高，不適合機(jī)器自動(dòng)分析提取。因此基于論文全文的語(yǔ)料分析和關(guān)鍵詞提取有著不可替代的研究?jī)r(jià)值。

相較于其他學(xué)科，天文領(lǐng)域的論文全文更易于獲取并用于分析，論文預(yù)印本網(wǎng)站arXiv在其中居功至偉。始建于1991年的arXiv網(wǎng)站是由美國(guó)康奈爾大學(xué)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)涵蓋物理學(xué)、天文學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物學(xué)、金融學(xué)等學(xué)科的國(guó)際化論文發(fā)布和展示平臺(tái)。相關(guān)學(xué)科的研究者會(huì)在論文投稿前或者發(fā)表前將文章上傳到這個(gè)網(wǎng)站上，供全世界的同行開放閱讀，以獲得最大程度的關(guān)注和引用。這個(gè)平臺(tái)不僅打通了不同期刊和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的信息壁壘，它所提供的論文全文托管服務(wù)更是極大地方便了相關(guān)研究的開展。天文學(xué)是較早使用arXiv論文平臺(tái)的學(xué)科，絕大部分經(jīng)過(guò)同行評(píng)議的天文學(xué)論文都有相應(yīng)的arXiv記錄。截至2018年12月31日，arXiv網(wǎng)站總論文數(shù)約148萬(wàn)篇，其中天體物理分支下論文數(shù)為219 540篇，占總論文數(shù)的14.8%[1]。

“暗能量”問(wèn)題作為宇宙學(xué)研究領(lǐng)域近20年來(lái)最大的熱點(diǎn)引起了天文學(xué)界廣泛的研究興趣。本文擬圍繞“暗能量”概念，根據(jù)論文中術(shù)語(yǔ)的詞頻變化來(lái)討論它與兩個(gè)重要的觀測(cè)證據(jù)“超新星”和“宇宙微波背景輻射”之間的互動(dòng)關(guān)系。文章前兩部分介紹了本文所使用的數(shù)據(jù)和分析方法;第三部分討論“暗能量”相關(guān)術(shù)語(yǔ)詞頻隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，并分析它們之間的相互影響;第四部分是總結(jié)與展望。

一 樣本介紹

我們使用基于詞性標(biāo)注（POS tagging）方法開發(fā)的“天文學(xué)英語(yǔ)新詞自動(dòng)提取系統(tǒng)”是能夠?qū)φ撐念A(yù)印本網(wǎng)站arXiv中全文數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化術(shù)語(yǔ)提取的一套程序[2]。這是目前唯一對(duì)天文學(xué)專業(yè)論文全文語(yǔ)料進(jìn)行分析的工具，能夠根據(jù)詞語(yǔ)在文章內(nèi)和文章間的出現(xiàn)頻次提取高頻詞匯。我們用這套工具完成了對(duì)1993—2018共26年間近22萬(wàn)篇天文學(xué)論文的術(shù)語(yǔ)提取工作。其中每月在10篇以上論文中出現(xiàn)的高頻名詞，共有78 811個(gè)。文章總數(shù)和熱點(diǎn)詞數(shù)的年度統(tǒng)計(jì)如圖1所示。從中可以看出高頻詞的提取總量和論文總數(shù)直接相關(guān)。本文的分析均在此基礎(chǔ)上完成。

二 分析方法

考慮到arXiv網(wǎng)站上每月收錄的文章數(shù)并不固定，而且從1993年至今每月文章數(shù)的增長(zhǎng)幅度較大，單以包含目標(biāo)術(shù)語(yǔ)的文章總數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)學(xué)科趨勢(shì)會(huì)有明顯的系統(tǒng)偏差。因此首先要對(duì)文章數(shù)進(jìn)行歸一化處理。本文采取的歸一化方法是將每月含有目標(biāo)術(shù)語(yǔ)的文章數(shù)除以該月天體物理分支下提交的論文總數(shù)，得到含有該關(guān)鍵詞的文章占當(dāng)月文章總數(shù)的占比。如果天文學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的研究者對(duì)arXiv網(wǎng)站的接受程度沒有明顯的差別，那么這個(gè)文章占比可被認(rèn)為是該特征術(shù)語(yǔ)（乃至該領(lǐng)域）在天文學(xué)科中的熱度。

除了年提交數(shù)的變化，由于季節(jié)和假期的影響，每月提交論文數(shù)也會(huì)呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)。而對(duì)于新興領(lǐng)域的特有名詞，有關(guān)論文甚至達(dá)不到每月1篇。為了抑制數(shù)據(jù)中的偶然波動(dòng)，本文采取將每六個(gè)月的結(jié)果加總平均的方法來(lái)平滑發(fā)表趨勢(shì)的短期漲落，凸顯長(zhǎng)期變化特征。

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完備性以及方法的可行性，我們首先選取幾個(gè)天文領(lǐng)域的通用術(shù)語(yǔ)，檢驗(yàn)它們的詞頻趨勢(shì)是否符合預(yù)期。

1.樣本標(biāo)定

我們選取天文學(xué)中的三個(gè)通用名詞——模型（model）、觀測(cè)（observation）和黑洞（black hole）作為標(biāo)定術(shù)語(yǔ)。其中，模型（model）是科學(xué)論文中的一個(gè)通用名詞，在天文學(xué)領(lǐng)域主要出現(xiàn)在理論天體物理方面的文章中。觀測(cè)（observation）與之類似，但主要出現(xiàn)在實(shí)測(cè)天體物理領(lǐng)域。天文學(xué)方向的論文通常屬于二者之一。因此包含兩個(gè)詞的文章比例應(yīng)該比較接近，而且趨勢(shì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化。黑洞（black hole）是天體物理領(lǐng)域的經(jīng)典術(shù)語(yǔ)，指的是空間中具有極大引力場(chǎng)以致包括光在內(nèi)的任何物質(zhì)都不能逃逸的致密天體。對(duì)黑洞的研究可以上溯到18世紀(jì)末，現(xiàn)代天文學(xué)的許多分支都涉及這個(gè)概念，在觀測(cè)和理論兩方面都有持續(xù)的研究熱度。因此它在論文中的出現(xiàn)頻率也不應(yīng)有明顯的波動(dòng)。

將1993—2018年間含有model、observation和black hole的論文數(shù)進(jìn)行歸一化及平滑之后，可得到如圖2所示的趨勢(shì)。在1996—2018年間這三個(gè)詞的趨勢(shì)比較平穩(wěn)，且模型和觀測(cè)的縱坐標(biāo)之和近似為1，這也符合我們對(duì)天體物理論文可分為理論和實(shí)測(cè)兩大類的預(yù)期認(rèn)知。而1993—1995年間網(wǎng)站收錄的論文總數(shù)較少、學(xué)科不全、格式也不統(tǒng)一，給術(shù)語(yǔ)提取造成困難，導(dǎo)致這一時(shí)期的詞頻統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)了明顯偏差。因此我們選擇1996—2018年這23年間的論文來(lái)進(jìn)行術(shù)語(yǔ)頻次的研究。

2.術(shù)語(yǔ)頻次閾值

一篇科研論文包含眾多術(shù)語(yǔ)，不過(guò)其中許多是作為背景知識(shí)而存在的，并不都是文章討論的重點(diǎn)?？梢詾殛P(guān)鍵詞在文章中的出現(xiàn)次數(shù)（術(shù)語(yǔ)頻次）設(shè)定閾值，以保證提取的術(shù)語(yǔ)能真實(shí)代表相關(guān)論文的研究方向。因?yàn)榭蒲姓撐臅?huì)在文中反復(fù)提到所研究的術(shù)語(yǔ)對(duì)象，而相鄰領(lǐng)域的論文更可能只是在背景介紹中涉及有關(guān)概念。

以暗能量的重要觀測(cè)證據(jù)宇宙微波背景輻射（cosmic microwave background， CMB）為例，圖3展示了它在單篇文章中的出現(xiàn)頻次大于0次、大于3次、大于5次和大于10次的文章占比。

隨著閾值越來(lái)越嚴(yán)格，滿足條件的文章數(shù)是逐漸降低的。包含該詞的文章（單篇詞頻>0）幾乎是討論該詞文章（單篇詞頻>10）的兩倍。而且，包含該詞的文章比例呈逐年緩慢上升的趨勢(shì)，這說(shuō)明有越來(lái)越多的文章提到CMB的概念。天文界對(duì)這個(gè)概念的關(guān)注度持續(xù)上升。但若只看單篇詞頻數(shù)大于3的文章，上升趨勢(shì)幾乎消失了。而當(dāng)單篇詞頻數(shù)設(shè)為5和10時(shí)，占比趨于定值，完全看不到上升跡象。所以，研究CMB文章的比例其實(shí)并沒有明顯變化（雖然有一些重大科學(xué)事件會(huì)引起論文數(shù)的短期上升，但都在一年內(nèi)回歸常值。這些高峰我們會(huì)在后面討論）。因此有必要為術(shù)語(yǔ)頻次設(shè)定一個(gè)閾值，以去除非密切相關(guān)論文所帶來(lái)的“泡沫”。本文將單篇文章中的術(shù)語(yǔ)頻次設(shè)為5，只將術(shù)語(yǔ)頻次高于此閾值的文章用于趨勢(shì)分析。

原則上，還應(yīng)按文章長(zhǎng)度對(duì)術(shù)語(yǔ)頻次進(jìn)行歸一化，以防止長(zhǎng)論文中術(shù)語(yǔ)頻次可能偏高的問(wèn)題。但本文所依據(jù)的語(yǔ)料絕大部分是科技期刊論文，結(jié)構(gòu)類似，篇幅接近，這個(gè)效應(yīng)并不顯著。因此本文在后續(xù)分析中略過(guò)此步。

三 趨勢(shì)研究

宇宙學(xué)是天文學(xué)中研究宇宙誕生和演化的一門學(xué)科。1924年美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)周圍的星系都在遠(yuǎn)離銀河系，天文學(xué)家才知道宇宙并不是永恒不變的，而是正在膨脹。當(dāng)時(shí)人們普遍相信，在引力的作用下，宇宙的膨脹會(huì)逐漸變慢。但1998年，超新星（supernova）的觀測(cè)結(jié)果表明宇宙的膨脹速度不僅沒有減慢，甚至還在增加[3-4]?，F(xiàn)有的理論都無(wú)法解釋這個(gè)現(xiàn)象。于是“暗能量”（dark energy）的概念被創(chuàng)造出來(lái)[5]，用于提供宇宙加速膨脹所需的斥力。而宇宙微波背景輻射（CMB）作為大爆炸的直接證據(jù)，也是研究宇宙學(xué)的重要窗口。2003年美國(guó)國(guó)家航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）威爾金森微波各向異性探測(cè)器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP）衛(wèi)星測(cè)量的結(jié)果也直接證實(shí)了宇宙加速膨脹的現(xiàn)象，從而成為暗能量理論的重要觀測(cè)證據(jù)[6]。但也有研究者認(rèn)為這也許是因?yàn)楝F(xiàn)有的引力理論在宇宙尺度上并不適用，需要修改[7]?！鞍的芰俊眴?wèn)題作為近20年來(lái)最大的宇宙學(xué)研究熱點(diǎn)引起了天文學(xué)界廣泛的研究興趣。本節(jié)將通過(guò)相關(guān)術(shù)語(yǔ)的趨勢(shì)圖來(lái)具體分析“暗能量”及有關(guān)概念之間的互動(dòng)和影響：

1.超新星

超新星（supernova，SN或SNe）是大質(zhì)量恒星在演化末期以極高亮度爆發(fā)并死亡的一個(gè)劇烈過(guò)程。在望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前的1000年里，人類一共只記錄了五顆超新星。而今天，天文學(xué)家們每年都會(huì)發(fā)現(xiàn)上百顆超新星。超新星主要分為I型和II型，其中吸收伴星物質(zhì)而塌縮的Ia型超新星占所發(fā)現(xiàn)超新星總數(shù)的80%[8]。這類超新星具有典型的光變曲線，可被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)燭光測(cè)量距離，從而推算宇宙膨脹的速度變化。

由圖4超新星相關(guān)術(shù)語(yǔ)論文數(shù)占比隨時(shí)間變化趨勢(shì)（1996—2018）可以看出，自1996年以來(lái)，超新星的研究熱度在持續(xù)上升。這是由于望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)程觀測(cè)技術(shù)、數(shù)碼照相設(shè)備、圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了全新的超新星搜尋發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)，大大提高了超新星搜索效率。超新星的發(fā)現(xiàn)數(shù)量在1996年首次上升到每年100個(gè)[9]。1998年Adam Reiss等人通過(guò)高紅移處Ia型超新星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹的證據(jù)[3]，引發(fā)了超新星和宇宙學(xué)研究的熱潮。圖4中1998年上半年的豎線就對(duì)應(yīng)Adam Reiss的論文發(fā)表時(shí)間。

在超新星結(jié)果出來(lái)之后，美國(guó)芝加哥大學(xué)Michael Turner教授隨即提出“暗能量”一詞在理論上解釋加速現(xiàn)象[5]。隨著越來(lái)越多的觀測(cè)數(shù)據(jù)以更高的精度證實(shí)了之前的結(jié)論，“暗能量”一詞迅速成為宇宙學(xué)領(lǐng)域的熱門話題。

2011年10月（對(duì)應(yīng)圖4中的第二條豎線），最早用超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹證據(jù)的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這一獎(jiǎng)項(xiàng)讓更多的公眾關(guān)注這一學(xué)科，但對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究并沒有明顯的帶動(dòng)作用。而且，Ia型超新星作為最先被研究清楚的類型，它在整個(gè)天文學(xué)科中的論文占比相對(duì)穩(wěn)定。但考慮到超新星研究領(lǐng)域的論文體量在持續(xù)增加，Ia型超新星在其中所占的比重其實(shí)是在逐漸降低的。相關(guān)研究者的注意力更多地放在其他物理過(guò)程不那么清晰的超新星類型研究當(dāng)中。

2.宇宙微波背景輻射

宇宙微波背景輻射（CMB）是宇宙大爆炸的殘余輻射，在宇宙學(xué)領(lǐng)域有重要研究?jī)r(jià)值。自1964年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)[10]，天文學(xué)界對(duì)它的研究探測(cè)從未終止過(guò)。由于大氣在CMB輻射的峰值波段并不透明，當(dāng)代對(duì)CMB的研究與空間設(shè)備發(fā)展水平密切相關(guān)。

COBE衛(wèi)星是美國(guó)1989年發(fā)射的CMB衛(wèi)星，用于研究CMB的空間分布和頻譜。它作為第一顆研究CMB的衛(wèi)星，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，在項(xiàng)目結(jié)束多年后仍有論文專門研究。2001年美國(guó)國(guó)家航天局發(fā)射了第二代CMB空間探測(cè)器——威爾金森微波各向異性探測(cè)器，目標(biāo)是測(cè)量宇宙微波背景輻射溫度的微小漲落。2003年2月，NASA公開了第一年的WMAP數(shù)據(jù)[6]，這直接帶動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的研究熱潮，并成為Science（《科學(xué)》）雜志評(píng)選的年度科技進(jìn)展之首[11]。

WMAP團(tuán)隊(duì)隨后又在2006年3月、2008年2月、2010年1月、2012年12月分別進(jìn)行了三年、五年、七年、九年的階段性數(shù)據(jù)發(fā)布[12]，都產(chǎn)生了不同程度的積極影響。但都不如第一次數(shù)據(jù)釋放時(shí)熱度提升明顯。

2006年10月諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予COBE團(tuán)隊(duì)的美國(guó)科學(xué)家約翰·馬瑟（John C.Mather）和喬治·斯穆特（George F.Smoot），以表彰他們發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性。但在公眾熱情高漲的同時(shí)，相關(guān)研究論文的總體占比反倒是下降的?？赡苁怯捎诿襟w和公眾的關(guān)注，相關(guān)研究者的公共服務(wù)時(shí)間增加，科研時(shí)間相應(yīng)減少。不過(guò)，相關(guān)指標(biāo)在半年內(nèi)就回復(fù)到正常水平。

2009年歐洲航天局（European Space Agency，ESA）發(fā)射了普朗克衛(wèi)星（Planck satellite），以更高的精度測(cè)量CMB各向異性，對(duì)WMAP的結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立檢驗(yàn)。該項(xiàng)目分別在2013年3月、2015年2月、2018年7月進(jìn)行了三次主要的數(shù)據(jù)發(fā)布[13]。如圖5所示，在項(xiàng)目發(fā)射前夕和第一批數(shù)據(jù)公開后，提交的論文有明顯的階段性提升。雖然普朗克衛(wèi)星在2013年就停止運(yùn)行，但對(duì)它數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用仍在繼續(xù)。

圖5還顯示了CMB的研究熱度與大科學(xué)設(shè)備的數(shù)據(jù)產(chǎn)出密切相關(guān)。雖然設(shè)備相關(guān)的論文只占相關(guān)研究的一小部分，但這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)直接帶動(dòng)了整個(gè)領(lǐng)域的研究熱度。不過(guò)，長(zhǎng)期來(lái)看CMB方向的論文占比并沒有發(fā)生明顯變化，說(shuō)明這個(gè)領(lǐng)域的規(guī)模并沒有因此擴(kuò)大。這對(duì)于宇宙學(xué)這類以國(guó)家投入為主的基礎(chǔ)學(xué)科來(lái)說(shuō)是正?，F(xiàn)象。

3.暗能量

在宇宙加速膨脹被發(fā)現(xiàn)之前，宇宙學(xué)模型（cosmological model）及其基本參數(shù)（cosmological parameter）是宇宙學(xué)方向的經(jīng)典課題。1998年，“暗能量”的概念隨著宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)而被提出[5]，并迅速成為新興研究熱點(diǎn)。雖然研究者對(duì)宇宙學(xué)參數(shù)的討論并未中止，但涉及宇宙學(xué)模型的文章比例一直在降低。這是因?yàn)殡S著觀測(cè)數(shù)據(jù)越來(lái)越精確，標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的地位愈加鞏固，而非標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的研究困難日益增大。天文學(xué)家們的研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)暗能量宇宙學(xué)模型中各項(xiàng)基本參數(shù)的精度限制上。

與此同時(shí)，超新星和CMB觀測(cè)數(shù)據(jù)直接推動(dòng)著“暗能量”的理論研究。不過(guò)，理論研究者需要半年到1年左右的緩沖時(shí)間來(lái)理解并消化新數(shù)據(jù)。所以，觀測(cè)成果峰值和暗能量論文熱度之間存在一定延遲。學(xué)界對(duì)暗能量的討論隨著WMAP數(shù)據(jù)的釋放而達(dá)到一個(gè)很高的熱度水平。在2010年末持續(xù)了十余年的“暗能量”的研究熱度開始下降，因?yàn)槎唐趦?nèi)沒有更新更重要的數(shù)據(jù)出現(xiàn)。在缺乏關(guān)鍵性數(shù)據(jù)的背景下，理論研究很難再有所突破。雖然2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和2012年P(guān)lanck數(shù)據(jù)釋放對(duì)這個(gè)領(lǐng)域都有短期提振的效果，但更高精度的數(shù)據(jù)并不足以改變熱度持續(xù)下降的趨勢(shì)。研究者們從理論探討開始轉(zhuǎn)向?qū)崪y(cè)，希望通過(guò)新的技術(shù)和設(shè)備獲取更多的數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)或挑戰(zhàn)現(xiàn)有理論。

不過(guò)，“暗能量”的問(wèn)題畢竟仍未解決，它的論文占比仍然停留在一個(gè)較高的水平上（2018年arXiv數(shù)據(jù)庫(kù)的天文學(xué)科平均每月收錄1000多篇論文，其中約15篇與暗能量研究有關(guān)）。理解“暗能量”的本質(zhì)對(duì)于揭開宇宙演化和結(jié)構(gòu)形成的奧秘至關(guān)重要。最終的答案將有待更多的實(shí)驗(yàn)、更先進(jìn)的設(shè)備、更精細(xì)的觀測(cè)來(lái)揭曉。

四 總結(jié)與展望

本文利用“天文學(xué)英語(yǔ)新詞自動(dòng)提取系統(tǒng)”從論文中提取的關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)列表來(lái)追蹤“暗能量”相關(guān)的天文術(shù)語(yǔ)。筆者根據(jù)學(xué)術(shù)論文中專業(yè)術(shù)語(yǔ)的出現(xiàn)特點(diǎn)，對(duì)所用數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化標(biāo)定，并選取了合適的提取閾值來(lái)避免無(wú)關(guān)論文的干擾。通過(guò)繪制它們隨時(shí)間變化的論文占比趨勢(shì)圖，清晰直觀地展示出該領(lǐng)域近23年的研究趨勢(shì)和熱度變化。這首先說(shuō)明這個(gè)系統(tǒng)從論文中獲得的關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)是有效且完備的，利用論文術(shù)語(yǔ)列表來(lái)追蹤科研趨勢(shì)的思路也是切實(shí)可行的。

需要指出的是，本文依據(jù)arXiv網(wǎng)站所收錄的專業(yè)論文，體現(xiàn)的是科學(xué)家研究熱度的趨勢(shì)變化，并不反映公眾的興趣和媒體的熱點(diǎn)。這些來(lái)自原始論文的專業(yè)術(shù)語(yǔ)能夠幫助研究人員了解各專業(yè)方向的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)估科學(xué)項(xiàng)目和發(fā)現(xiàn)的學(xué)術(shù)影響及價(jià)值，從而建立一套更加客觀合理的專業(yè)評(píng)價(jià)和量化機(jī)制。

“暗能量”相關(guān)研究近20年的發(fā)展過(guò)程充分體現(xiàn)了天文觀測(cè)與理論研究之間的互動(dòng)關(guān)系。超新星搜索技術(shù)的進(jìn)步直接顛覆了傳統(tǒng)的宇宙學(xué)觀念，促生全新的“暗能量”概念。而宇宙微波背景輻射（CMB）天文衛(wèi)星（COBE、WMAP、Planck）的數(shù)據(jù)，也直接大大加深了我們對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的理解，同時(shí)也為其他宇宙學(xué)模型提供思路和限制。天文學(xué)這類基礎(chǔ)學(xué)科的科技進(jìn)步越來(lái)越多地依賴于國(guó)際合作項(xiàng)目和大型科學(xué)裝置。新設(shè)備和新數(shù)據(jù)能夠直接導(dǎo)致新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、提出新的科學(xué)問(wèn)題、找到學(xué)科發(fā)展方向。而諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的頂級(jí)學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)作為實(shí)至名歸的榮譽(yù)追認(rèn)，是向公眾普及宣傳科技進(jìn)展的契機(jī)，但并沒有對(duì)科研工作者的研究方向產(chǎn)生直接的影響。因此，我們?cè)陉P(guān)注學(xué)科熱點(diǎn)時(shí)，更應(yīng)該看到這些成績(jī)背后長(zhǎng)期的投入和堅(jiān)持。

通過(guò)回顧“暗能量”的研究趨勢(shì)變化，我們看到新技術(shù)、新數(shù)據(jù)在推動(dòng)新興理論和研究熱點(diǎn)方面具有重要的意義和價(jià)值。在持續(xù)不斷的設(shè)備投入和數(shù)據(jù)產(chǎn)出的支撐下，近20年的CMB和超新星研究都表現(xiàn)為平穩(wěn)的發(fā)展趨勢(shì)。暗能量的熱度雖然在近期有所下降，但有關(guān)宇宙學(xué)參數(shù)的相關(guān)研究并未減少。超新星作為目前探測(cè)距離最遠(yuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)燭光，仍將在暗能量研究中占據(jù)重要地位。未來(lái)如LSST[14]等更大范圍的巡天將發(fā)現(xiàn)更多的超新星，能夠?qū)Π的芰肯嚓P(guān)宇宙學(xué)模型參數(shù)的范圍進(jìn)行更有效的限制。與此同時(shí)，CMB方面的研究將趨于細(xì)化。我們對(duì)CMB透鏡效應(yīng)、B模偏振、小尺度不均勻性等問(wèn)題的理解都將會(huì)對(duì)現(xiàn)有宇宙學(xué)模型的精確性提出更高的要求。理論方面，由于尚不存在可與現(xiàn)有宇宙學(xué)模型旗鼓相當(dāng)?shù)暮蜻x模型，所以在顛覆性的新數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前，未來(lái)對(duì)暗能量的研究可能仍將以參數(shù)限制和模型細(xì)化為主。

參考文獻(xiàn)

[1] arXiv submission rate statistic [EB/OL].（2019-01-01）[2019-10-04].https：//arxiv.org/help/stats/2018_by_area/index.

[2] 余恒，崔辰州，張暉.天文學(xué)英語(yǔ)新詞自動(dòng)提取系統(tǒng)[J].天文研究與技術(shù)，2015，12（3）：374-380.

[3] Riess A G， Filippenko A V， Challis P， et al. Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant[J]. The Astronomical Journal， 1998， 116： 1009-1038.

[4] Perlmutter S， Aldering G， Goldhaber G. Measurements of Ω and Λ from 42 High-Redshift Supernovae[J]. The Astrophysical Journal， 1999， 517（2）： 565-586.

[5] Huterer D， TURNER M S.Prospects for probing the dark energy via supernova distance measurements[J]. Physical Review D （Particles， Fields， Gravitation， and Cosmology）， 1999， 60（8）： 081301.

[6] Bennett C L， Halpern M， Hinshaw G， et al. First-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe （WMAP） Observations： Preliminary Maps and Basic Results[J]. The Astrophysical Journal Supplement Series， 2003， 148（1）： 1-27.

[7] de OLIVEIRA-COSTA A， Tegmark M， Zaldarriaga M， et al. Significance of the largest scale CMB fluctuations in WMAP[J]. Physical Review D， 2004， 69（6）：063516.

[8] Li W， Leaman J， Chornock R， et al. Nearby supernova rates from the Lick Observatory Supernova Search - II[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society， 2011， 412： 1441-1472.

[9] Richardson D， Jenkins R L， Wright J， et al. Absolute-magnitude Distributions of Supernovae[J]. The Astronomical Journal， 2014， 147： 118.

[10] Penzias A A， Wilson R W. A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s[J]， Astrophysical Journal， 1965， 142： 419-421.

[11] Seife C. Illuminating the Dark Universe[J]. Science，2003，302（5653）： 2038-2039.

[12] Bennett C L， Larson D， Weiland J L， et al. Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe （WMAP） Observations： Final Maps and Results [J]. The Astrophysical Journal Supplement， 2013，208（2）： 20.

[13] Ade P A R， Aghanim N， Arnaud M， et al. Planck 2015 results XIII. Cosmological parameters [J]. Astronomy & Astrophysics， 2016，594： A13.

[14] Ivezi ， Kahn S M， Tyson J A， et al. LSST： From Science Drivers to Reference Design and Anticipated Data Products[J]. The Astrophysical Journal， 2019， 111： 1-44.