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宇宙的起源

文章作者:管理一號 | 2019-01-08
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國際的來源,這個論題咱們在平常日常日子中或許聊得比較少。幾年前,我仍是獨身的時分,常常和家人,朋友聊這些論題,他們不謀而合地去問:你是做什么的?我記住那個時分也會被組織和一些異性朋友碰頭,她們也會在餐桌前聊這些論題。我就會跟對方侃侃而談半個小時,之后發現對面的椅子現已空了。可是我是十分走運的人,兩年半前我遇到了一個十分美麗的姑娘,她沒有走,而且一向陪伴著我,不久前咱們迎來了咱們的小baby。我想把我的故事跟更多的朋友在一起共享,今日咱們聊一聊 “咱們國際的考古”。

提到考古,咱們常常想到的是關于人類來源的考古,今日咱們考古學家發現數百萬年前保存十分完好人類骸骨的化石,是一位女人,咱們給她起名叫Lucy。他們不斷應戰國際觀的鴻溝。那個時分咱們對國際的認知十分有限,體現在地理上的束縛上。他們不斷地想走出非洲,走向國際,才有了今日:咱們人類成為了地球的霸主。

人類文明史上也呈現過許多十分光輝的文明,比方2300年前的歐洲呈現了十分巨大的文明:古希臘文明。有一位哲學家被譽為才智的集大成者,就是亞里士多德。他是一個十分天才的人,不只集成了教師柏拉圖所著重的教育概念,他還著重了科研的情緒。

其時,亞里士多德不只興修各種圖書館、博物館,承繼前人已知的常識外,還去興修實驗室,天文臺,去觀測其時他們所看到的全部物理現象和天體現象。所以,他開掘新的常識,發明了雅典學派或者說逍遙學派。他以為咱們人類生活在一個球體上,就是地球。他以為地球是世界的中心,也就是所謂的地心說。他身后大約300多年,歐洲文明進入到了古羅馬時期。古羅馬時期也呈現了一位哲學家,就是托勒密。托勒密承繼了這樣的觀念,發展出成系統的地心學說。

在地球的另一端,咱們我國也正處于一個巨大的文明時期,就是漢朝。有一位巨大的天象學家就是張衡。張衡他出生在天象觀測世家,他有著得天獨厚的條件去堆集前人的數據,最終制成了一個渾天儀,推翻了我國曩昔所持有的所謂天圓地方的理論。在人類文明史上長達1300多年的時間里,人類對世界的知道一直是被地心說和渾天說所控制。

另一個重要的歷史時期就是文藝復興其時,亞里士多德不只興建各種圖書館、博物館,繼承前人已知的知識外,還去興建實驗室,地理臺,去觀測其時他們所看到的悉數物理現象和天體現象。所以,他挖掘新的知識,發明晰雅典學派或者說逍遙學派。他以為咱們人類生活在一個球體上,就是地球。他以為地球是國際的中心,也就是所謂的地心說。他死后大約300多年,歐洲文明進入到了古羅馬時期。古羅馬時期也出現了一位哲學家,就是托勒密。托勒密繼承了這樣的觀念,發展出成系統的地心學說。

時期。大航海時代的開端,使其時人類關于科技的需求不斷提高,很快他們把望遠鏡技能應用到地理觀測。那時出現了一大批地理學家,也是地理學作為現代科學最早鼓起的第一個學科。其時哥白尼指出,假如堅持地心說,許多現象是沒有辦法解說的,比方常常惡作劇說我最近命運不太好,喝涼白開也塞牙縫,是犯了“水逆”。“水逆”是因為咱們強行把咱們的國際中心放在地球上,以為水星環繞地球轉才看到了違背知識的現象。但假如把咱們國際中心從地球稍稍往周圍挪那么一點點,挪到太陽這兒,咱們發現這些問題就方便的解決了。哥白尼逝世之后,一百年之后又一位十分巨大的天才,就是牛頓誕生了。牛頓用他的終身,發明了牛頓三大規律,還發明了微積分,終究形成了牛頓力學。其時,牛頓力學十分成功地解說了日心說,以太陽為中心,八大行星環繞太陽運動的系統,終究又形成了新的人類宇宙觀和國際觀。

這個局勢一向到上世紀初被別的一個人類天才所應戰,在1905年的時分,這位天才提出了相對論時空觀的概念。我們應該都十分了解愛因斯坦提出的質能方程。他以為物質的質量是一種能量,是能量存在的一種方式。之后又花了十年把這個概念進行晉級,到了1915年,愛因斯坦把狹義相對論晉級到了廣義相對論。

而廣義相對論的觀念以為物質的質量可以使咱們周邊的時空發作歪曲,他以為引力不再是相互作用的概念,而是由于時空曲折才體現出的現象。我國的一位巨大科學家楊振寧在2005年國際物理年對這項作業做了一個談論,他說洛倫茲提出相對論的數學公式,可是并沒有給出物理解說;龐加萊在哲學上評論相對論的含義,可是仍然不明白相對論的物理含義;真實懂得相對論物理含義的人,只要那位26歲的年青專利局小職工,就是這個心愛的小老頭愛因斯坦。

愛因斯坦提出了巨大的相對論時空觀,之后咱們人類很快就發展出來了一個新的世界觀,我說的很快是指曩昔一百年,一百年的時間里咱們盡力研討世界的演化,形成了熱大爆炸世界學說,這個學說成為了人類新的時空觀和世界觀。

熱大爆炸世界說描繪了咱們世界在曩昔138億年的演化前史。其中有兩個名詞,一個是“暴升(inflation)”,另一個是“世界微波布景輻射”。 “暴升”,這個名詞來自于經濟學。“暴升”指的是世界在138億年前,時空奇點大爆炸之后,大約閱歷了10的負32次方秒的時刻,世界體積擴大了10的80次方倍,這是史無前例的一次劇烈擴大。在暴升前的一個原子結構巨細,在暴升之后,擴大到跟太陽系整個體積巨細相同的量級。發作這么早世界演化進程,就是咱們所以為的世界來源的一種可能性。

這個學說以為暴升場導致了暴升進程的發作。在上世紀80年代的時分,該學說成功地在世界微波布景輻射即所謂“世界的藏寶圖”中,預言了世界微波布景輻射傍邊溫度的漣漪。暴升理論與90年代美國發射的空間衛星的觀測成果驚人的共同,也就是說這個理論得到了試驗上強有力的支撐。

熱大爆炸世定義描繪了咱們國際在以前138億年的演化前史。其中有兩個名詞,一個是“暴升(inflation)”,另一個是“國際微波布景輻射”。 “暴升”,這個名詞來自于經濟學。“暴升”指的是國際在138億年前,時空奇點大爆炸之后,大約履歷了10的負32次方秒的時間,國際體積擴展了10的80次方倍,這是前所未有的一次劇烈擴展。在暴升前的一個原子結構大小,在暴升之后,擴展到跟太陽系整個體積大小相同的量級。發生這么早國際演化進程,就是咱們所以為的國際來歷的一種可能性。 可是,不論是熱大爆炸世界學說,仍是升級版的暴升學說,都沒有方法躲避一個問題,那就是以為世界來自于一個時空奇點。世界的溫度、能量密度、壓強,以及其他你所能幻想的物理參量,在那一時間都是發散,都是無窮大的。物理上咱們很難承受無窮大的存在。有一些物理學家和天文學家會以為會存在著其他不同的世界來源,比方以為世界經過了綿長的縮短時期,然后又開端脹大,建立了反彈世界學。這個學說也以為存在一個標量的物質場,閱歷不斷的震動演化,驅動了縮短的進程。這個學說也能夠解說世界微波布景輻射上溫度的漣漪。

什么是世界微波布景輻射?世界微波布景輻射是世界中的藏寶圖,世界大爆炸之后,38萬年的時分給自己做了自拍。為什么這么說?咱們幻想一下,世界曾經有十分高的溫度,在那種環境下,世界中的物質無法以咱們了解的分子,原子的結構去存在,而是以帶電離子的方式存在。那個時分的世界看上去像一鍋粥相同。世界的脹大耗散了世界自己的能量,比及世界的溫度降低到某個臨界溫度以下的時分,世界中的質子和電子會構成安穩中性的氫原子,好像天主說要有光,所以咱們有了光。那個時間世界宣布的光好像脫韁野馬一般狂奔,一直到被才智生命,比方地球上的人類所捕獲。這就是世界微波布景輻射的由來。

世界微波布景輻射的發現意味著什么?意味著給這個世紀的人們帶來了新的世界觀,通知咱們,世界是一個有溫度的世界。

這個預言發作在上世紀40年代,其時現已有些物理學家和世界學家預言了世界的溫度。上世紀70年代的時分,貝爾試驗室的兩位無線電工程師在一個十分偶然情況下,想做無線電試驗,但總是有安穩的布景噪聲存在,他們百思不得其解,乃至為此清理了試驗室里邊鴿子窩,但發現噪聲仍是存在。終究他們找到了美國普利斯頓大學的幾位教授,因而發現了世界微波布景輻射。這個作業也獲得了1978年的諾貝爾獎。咱們的世界溫度是2.725K,就是大約-270攝氏度。1989年美國發射的衛星發現了溫度的漣漪,后來2006年被頒發了諾貝爾物理學獎。

通過半個世紀的極力,通過對國際微波布景輻射的不斷的研討,我們得出結論:熱大爆炸國際學關于國際在以前的138億年中怎樣演化的理論,是非常正確的。并且我們還得到了一個非常幽默的國際組分的拼圖,這個國際組分拼圖中我們發現有68.9%的貢獻來自于暗能量,有26%的貢獻來自于暗物質,只需不到5%是來自于我們所了解的可見物質,比如氫元素。

關于世界微波布景輻射,不只有溫度漣漪,如果把設備加上偏振片,會發作什么呢?上面會有偏振的圖畫,就像咱們去電影院看電影過去看2D,現在看3D,圖畫會愈加立體化。世界微波布景輻射傍邊藏著十分歪曲的偏振圖畫,而這個偏振圖畫傍邊藏著世界中十分名貴的財富,就是來自世界最前期的引力波,稱為原初引力波。

原初引力波和物質密度波,這二者是世界來源模型傍邊必定存在的兩種動搖形式。原初引力波是時空量子漲落的漣漪,經過對原初引力波的研討,咱們能愈加精確地了解世界在極前期究竟發生了什么。

在2017年春天的國際會議上,有30多位尖端物理學家,包含4位諾貝爾獎獲得者,關于世界的來源和演化問題吵得沒法解開,我把他們吵架的文章收拾一下,把爭辯成果列了一下,根本達到共同的觀念是世界微波布景輻射傍邊存在著兩種偏振形式,E模偏振和B模偏振。各式各樣的世界學模型對E模的猜測比較挨近,可是對B模偏振的猜測差異巨大。如果能捕獲到原初的B模偏振,就有時機解密咱們的世界來源。

把咱們的偏振圖畫和十分美麗的梵高的《星空》組合在一起,會發現有驚人的類似之處。接下來一個很風趣的問題,咱們到哪里去找這樣一種圖畫呢?在地球上咱們可以挑選的地址并不是特別多,由于關于這種信號的捕獲需求觀測地具有十分好的氣候條件,比方水氣十分少,十分枯燥,大氣通明度度十分高的區域。地球上大約有四個抱負的地址,分別是南半球的南極,南美洲智利的阿塔卡瑪沙漠,北半球的格陵蘭島,還有我國的西藏。現在在國際上已經有許多這方面的盡力,像南極的IceCube,在智利也有許多望遠鏡。北半球還不能說有這方面已建成的,可是咱們我國正在盡力建造的是西藏的ALiCPT。這個項目在2014年的時分由中科院高能所的張新民研討員提出,在2016年年末正式立項發動。這個項目是集結了我國一切的宇宙學研討力氣,和國際上展開的合作項目。

這三個圖很有意思,第一個是衛星圖,展示了地輿方位,第二個是立項的時分拍的航拍圖,高度是海拔5250米,這是方位的海拔。經過兩年的極力,再給我們看一個一周之前我們拍的航拍圖,我們結束了實驗室的構建,結束了望遠鏡基座締造,這個當地要放置望遠鏡以及數據搜集系統。

回想一下,以前在人類漫長的演化前史傍邊,人類前史每一次光芒都見證了一個新的國際觀、新的國際觀的誕生。經過以前100年的極力,物理學家和國際學家描繪了一個非常老到的國際觀,就是熱大爆炸國際學說。以前將近40年的進程中,一些有關國際來歷的考慮逐漸也在初步興起,例如上世紀70時代和80時代所提出的暴升學說,成功預言了國際微波布景輻射傍邊存在的溫度漣漪。但是無論是暴升仍是大爆炸國際學,都沒有辦法答復我們國際是怎樣從一個時空基點,從一個發散的點演化而來的。

所以,近20年我們國際學家初步涉獵到新的領域,就是反彈國際學,針對大爆炸奇點翻開一系列科學研究。很走運的是,天文學現已進入了新的時代,是從前的人非常難以想象的黑科技時代,就是引力波時代,2015年9月份人類初度捕獲來自黑洞的引力波,LIGO引力波天文臺發現的,歐洲的LISA項目,還有我國活潑推進的天琴和太極項目,這些都在為未來人類的展開做著不懈的極力。我們想要去了解國際最一初步終究發生了什么,我們需求想辦法捕獲那個時分的原初引力波,我們想運用國際微波布景輻射的偏振實驗捕獲這么獨特的信號。我國正在推進的ALiCPT項目就是我們的檢驗。

最終引證十分有名的科幻電影《星際迷航》的話,咱們想要做的工作是去那前人未至之境,開掘全新的國際觀,踏上一段開辟之旅。(圖片由蔡一夫教授供給)

附蔡一夫教授承受新浪科技采訪實錄

怎么研討黑洞

新浪科技:星際穿越這部電影中說到,人類要想完全研討出黑洞的話,需求進入黑洞內部,研討出奇點的數據才干夠,你是怎么以為的?

蔡一夫:這部片子上映時,我還沒回國,所以我是在加拿大看的這部影片,給我形象特別深入的就是這個片子,由于我特別喜愛看硬科幻的電影,這樣能留出空間,給我去找電影中邏輯不通及悖論的當地,我自己比較喜愛干這種挑刺的 “活”。我特別震動的并不是蟲洞模型,和黑洞模型,而是男主人公跌入黑洞時的表現手法。怎么描繪出黑洞背面的國際,怎么去表現處理?這些是我之前從來沒有想到過的。

新浪科技:只要進入黑洞內部才干研討黑洞嗎?

蔡一夫:我不完全認同,2011年仍是2012年的時分,我記不太清了,其時我在網上看文章,看到一篇霍金自己一個人署名的文章,你知道這就意味著什么?霍金的身體狀況咱們也清楚,闡明在他人生生命的最終幾年,他還在考慮這個工作,他提出了一個新的理論,新的學說,黑洞外表或許并不是人類幻想的那樣空無一物。其實他是在測驗把他這一生中所取得的最高成果的這個理論,把它推翻掉。

外星生命比較容納?

有人說,研討地理會讓人覺得自己很藐小,您怎么看?

蔡一夫:每個人都有自己適宜的方位,咱們對這個國際的認知實際上是來自于兩層面的。一個是個別地點的環境,咱們自己所扮演的一個人物,咱們的世界有138億年的前史,從這個視點來看,人類的確十分藐小。還有一個是個人關于自己心里的知道。每個生命的存在,都起到了十分重要的效果,好像咱們關于爸爸媽媽,就是十分重要的存在。

新浪科技:之前傳聞您不太認同《三體》里邊的漆黑森林規律,假設存在外星人的話,那么他們會是一種什么樣的文明?

蔡一夫:漆黑森林規律的觀念是,假設咱們想要一個文明延續下去,活下去就需求躲起來,假設你太囂張了,就會成為所謂的出頭鳥,可是我的個人的觀念正好是相反,假設存在外星生命的話,一定是具有容納性比較高的文明。

講課從前被問“懵”

2010年,蔡一夫在中國科學院高能物理研討所取得博士學位,隨后在國外做了兩期博后,2015年回中國科學技術大學任教。

新浪科技:您在國內拿到PhD學位,在國外做了兩期博后,比照國內外的培育形式,您有哪些觀點

蔡一夫:其實,東西方的教育形式各有千秋。國外的培育形式是一種鼓舞啟發性的教育;而國內更多的是傳統意義上授課類的教育方法,所以國內的學生基本功都十分厚實,但作為一名教師,我比較憂愁的是,怎么讓學生發問。而在這一點,國外的學生就做的相比照較好。

讓我形象最深的是,有一次在國外講學,竟然被學生問懵掉了。其時我覺得特別沒面子,但我的導師卻告訴我,這應該值得快樂,闡明我的課講得很好。但在國內,不管教育,仍是做陳述,學生發問問題的都太少了。

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