宇宙的起源

文章作者:管理一号 | 2019-01-08
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国际的来源,这个论题咱们在平常日常日子中或许聊得比较少。几年前,我仍是独身的时分,常常和家人,朋友聊这些论题,他们不谋而合地去问:你是做什么的?我记住那个时分也会被组织和一些异性朋友碰头,她们也会在餐桌前聊这些论题。我就会跟对方侃侃而谈半个小时,之后发现对面的椅子现已空了。可是我是十分走运的人,两年半前我遇到了一个十分美丽的姑娘,她没有走,而且一向陪伴着我,不久前咱们迎来了咱们的小baby。我想把我的故事跟更多的朋友在一起共享,今日咱们聊一聊 “咱们国际的考古”。

提到考古,咱们常常想到的是关于人类来源的考古,今日咱们考古学家发现数百万年前保存十分完好人类骸骨的化石,是一位女人,咱们给她起名叫Lucy。他们不断应战国际观的鸿沟。那个时分咱们对国际的认知十分有限,体现在地理上的束缚上。他们不断地想走出非洲,走向国际,才有了今日:咱们人类成为了地球的霸主。

人类文明史上也呈现过许多十分光辉的文明,比方2300年前的欧洲呈现了十分巨大的文明:古希腊文明。有一位哲学家被誉为才智的集大成者,就是亚里士多德。他是一个十分天才的人,不只集成了教师柏拉图所着重的教育概念,他还着重了科研的情绪。

其时,亚里士多德不只兴修各种图书馆、博物馆,承继前人已知的常识外,还去兴修实验室,天文台,去观测其时他们所看到的全部物理现象和天体现象。所以,他开掘新的常识,发明了雅典学派或者说逍遥学派。他以为咱们人类生活在一个球体上,就是地球。他以为地球是世界的中心,也就是所谓的地心说。他身后大约300多年,欧洲文明进入到了古罗马时期。古罗马时期也呈现了一位哲学家,就是托勒密。托勒密承继了这样的观念,发展出成系统的地心学说。

在地球的另一端,咱们我国也正处于一个巨大的文明时期,就是汉朝。有一位巨大的天象学家就是张衡。张衡他出生在天象观测世家,他有着得天独厚的条件去堆集前人的数据,最终制成了一个浑天仪,推翻了我国曩昔所持有的所谓天圆地方的理论。在人类文明史上长达1300多年的时间里,人类对世界的知道一直是被地心说和浑天说所控制。

另一个重要的历史时期就是文艺复兴其时,亚里士多德不只兴建各种图书馆、博物馆,继承前人已知的知识外,还去兴建实验室,地理台,去观测其时他们所看到的悉数物理现象和天体现象。所以,他挖掘新的知识,发明晰雅典学派或者说逍遥学派。他以为咱们人类生活在一个球体上,就是地球。他以为地球是国际的中心,也就是所谓的地心说。他死后大约300多年,欧洲文明进入到了古罗马时期。古罗马时期也出现了一位哲学家,就是托勒密。托勒密继承了这样的观念,发展出成系统的地心学说。

时期。大航海时代的开端,使其时人类关于科技的需求不断提高,很快他们把望远镜技能应用到地理观测。那时出现了一大批地理学家,也是地理学作为现代科学最早鼓起的第一个学科。其时哥白尼指出,假如坚持地心说,许多现象是没有办法解说的,比方常常恶作剧说我最近命运不太好,喝凉白开也塞牙缝,是犯了“水逆”。“水逆”是因为咱们强行把咱们的国际中心放在地球上,以为水星环绕地球转才看到了违背知识的现象。但假如把咱们国际中心从地球稍稍往周围挪那么一点点,挪到太阳这儿,咱们发现这些问题就方便的解决了。哥白尼逝世之后,一百年之后又一位十分巨大的天才,就是牛顿诞生了。牛顿用他的终身,发明了牛顿三大规律,还发明了微积分,终究形成了牛顿力学。其时,牛顿力学十分成功地解说了日心说,以太阳为中心,八大行星环绕太阳运动的系统,终究又形成了新的人类宇宙观和国际观。

这个局势一向到上世纪初被别的一个人类天才所应战,在1905年的时分,这位天才提出了相对论时空观的概念。我们应该都十分了解爱因斯坦提出的质能方程。他以为物质的质量是一种能量,是能量存在的一种方式。之后又花了十年把这个概念进行晋级,到了1915年,爱因斯坦把狭义相对论晋级到了广义相对论。

而广义相对论的观念以为物质的质量可以使咱们周边的时空发作歪曲,他以为引力不再是相互作用的概念,而是由于时空曲折才体现出的现象。我国的一位巨大科学家杨振宁在2005年国际物理年对这项作业做了一个谈论,他说洛伦兹提出相对论的数学公式,可是并没有给出物理解说;庞加莱在哲学上评论相对论的含义,可是仍然不明白相对论的物理含义;真实懂得相对论物理含义的人,只要那位26岁的年青专利局小职工,就是这个心爱的小老头爱因斯坦。

爱因斯坦提出了巨大的相对论时空观,之后咱们人类很快就发展出来了一个新的世界观,我说的很快是指曩昔一百年,一百年的时间里咱们尽力研讨世界的演化,形成了热大爆炸世界学说,这个学说成为了人类新的时空观和世界观。

热大爆炸世界说描绘了咱们世界在曩昔138亿年的演化前史。其中有两个名词,一个是“暴升(inflation)”,另一个是“世界微波布景辐射”。 “暴升”,这个名词来自于经济学。“暴升”指的是世界在138亿年前,时空奇点大爆炸之后,大约阅历了10的负32次方秒的时刻,世界体积扩大了10的80次方倍,这是史无前例的一次剧烈扩大。在暴升前的一个原子结构巨细,在暴升之后,扩大到跟太阳系整个体积巨细相同的量级。发作这么早世界演化进程,就是咱们所以为的世界来源的一种可能性。

这个学说以为暴升场导致了暴升进程的发作。在上世纪80年代的时分,该学说成功地在世界微波布景辐射即所谓“世界的藏宝图”中,预言了世界微波布景辐射傍边温度的涟漪。暴升理论与90年代美国发射的空间卫星的观测成果惊人的共同,也就是说这个理论得到了试验上强有力的支撑。

热大爆炸世定义描绘了咱们国际在以前138亿年的演化前史。其中有两个名词,一个是“暴升(inflation)”,另一个是“国际微波布景辐射”。 “暴升”,这个名词来自于经济学。“暴升”指的是国际在138亿年前,时空奇点大爆炸之后,大约履历了10的负32次方秒的时间,国际体积扩展了10的80次方倍,这是前所未有的一次剧烈扩展。在暴升前的一个原子结构大小,在暴升之后,扩展到跟太阳系整个体积大小相同的量级。发生这么早国际演化进程,就是咱们所以为的国际来历的一种可能性。 可是,不论是热大爆炸世界学说,仍是升级版的暴升学说,都没有方法躲避一个问题,那就是以为世界来自于一个时空奇点。世界的温度、能量密度、压强,以及其他你所能幻想的物理参量,在那一时间都是发散,都是无穷大的。物理上咱们很难承受无穷大的存在。有一些物理学家和天文学家会以为会存在着其他不同的世界来源,比方以为世界经过了绵长的缩短时期,然后又开端胀大,建立了反弹世界学。这个学说也以为存在一个标量的物质场,阅历不断的震动演化,驱动了缩短的进程。这个学说也能够解说世界微波布景辐射上温度的涟漪。

什么是世界微波布景辐射?世界微波布景辐射是世界中的藏宝图,世界大爆炸之后,38万年的时分给自己做了自拍。为什么这么说?咱们幻想一下,世界曾经有十分高的温度,在那种环境下,世界中的物质无法以咱们了解的分子,原子的结构去存在,而是以带电离子的方式存在。那个时分的世界看上去像一锅粥相同。世界的胀大耗散了世界自己的能量,比及世界的温度降低到某个临界温度以下的时分,世界中的质子和电子会构成安稳中性的氢原子,好像天主说要有光,所以咱们有了光。那个时间世界宣布的光好像脱缰野马一般狂奔,一直到被才智生命,比方地球上的人类所捕获。这就是世界微波布景辐射的由来。

世界微波布景辐射的发现意味着什么?意味着给这个世纪的人们带来了新的世界观,通知咱们,世界是一个有温度的世界。

这个预言发作在上世纪40年代,其时现已有些物理学家和世界学家预言了世界的温度。上世纪70年代的时分,贝尔试验室的两位无线电工程师在一个十分偶然情况下,想做无线电试验,但总是有安稳的布景噪声存在,他们百思不得其解,乃至为此清理了试验室里边鸽子窝,但发现噪声仍是存在。终究他们找到了美国普利斯顿大学的几位教授,因而发现了世界微波布景辐射。这个作业也获得了1978年的诺贝尔奖。咱们的世界温度是2.725K,就是大约-270摄氏度。1989年美国发射的卫星发现了温度的涟漪,后来2006年被颁发了诺贝尔物理学奖。

通过半个世纪的极力,通过对国际微波布景辐射的不断的研讨,我们得出结论:热大爆炸国际学关于国际在以前的138亿年中怎样演化的理论,是非常正确的。并且我们还得到了一个非常幽默的国际组分的拼图,这个国际组分拼图中我们发现有68.9%的贡献来自于暗能量,有26%的贡献来自于暗物质,只需不到5%是来自于我们所了解的可见物质,比如氢元素。

关于世界微波布景辐射,不只有温度涟漪,如果把设备加上偏振片,会发作什么呢?上面会有偏振的图画,就像咱们去电影院看电影过去看2D,现在看3D,图画会愈加立体化。世界微波布景辐射傍边藏着十分歪曲的偏振图画,而这个偏振图画傍边藏着世界中十分名贵的财富,就是来自世界最前期的引力波,称为原初引力波。

原初引力波和物质密度波,这二者是世界来源模型傍边必定存在的两种动摇形式。原初引力波是时空量子涨落的涟漪,经过对原初引力波的研讨,咱们能愈加精确地了解世界在极前期究竟发生了什么。

在2017年春天的国际会议上,有30多位尖端物理学家,包含4位诺贝尔奖获得者,关于世界的来源和演化问题吵得没法解开,我把他们吵架的文章收拾一下,把争辩成果列了一下,根本达到共同的观念是世界微波布景辐射傍边存在着两种偏振形式,E模偏振和B模偏振。各式各样的世界学模型对E模的猜测比较挨近,可是对B模偏振的猜测差异巨大。如果能捕获到原初的B模偏振,就有时机解密咱们的世界来源。

把咱们的偏振图画和十分美丽的梵高的《星空》组合在一起,会发现有惊人的类似之处。接下来一个很风趣的问题,咱们到哪里去找这样一种图画呢?在地球上咱们可以挑选的地址并不是特别多,由于关于这种信号的捕获需求观测地具有十分好的气候条件,比方水气十分少,十分枯燥,大气通明度度十分高的区域。地球上大约有四个抱负的地址,分别是南半球的南极,南美洲智利的阿塔卡玛沙漠,北半球的格陵兰岛,还有我国的西藏。现在在国际上已经有许多这方面的尽力,像南极的IceCube,在智利也有许多望远镜。北半球还不能说有这方面已建成的,可是咱们我国正在尽力建造的是西藏的ALiCPT。这个项目在2014年的时分由中科院高能所的张新民研讨员提出,在2016年年末正式立项发动。这个项目是集结了我国一切的宇宙学研讨力气,和国际上展开的合作项目。

这三个图很有意思,第一个是卫星图,展示了地舆方位,第二个是立项的时分拍的航拍图,高度是海拔5250米,这是方位的海拔。经过两年的极力,再给我们看一个一周之前我们拍的航拍图,我们结束了实验室的构建,结束了望远镜基座缔造,这个当地要放置望远镜以及数据搜集系统。

回想一下,以前在人类漫长的演化前史傍边,人类前史每一次光芒都见证了一个新的国际观、新的国际观的诞生。经过以前100年的极力,物理学家和国际学家描绘了一个非常老到的国际观,就是热大爆炸国际学说。以前将近40年的进程中,一些有关国际来历的考虑逐渐也在初步兴起,例如上世纪70时代和80时代所提出的暴升学说,成功预言了国际微波布景辐射傍边存在的温度涟漪。但是无论是暴升仍是大爆炸国际学,都没有办法答复我们国际是怎样从一个时空基点,从一个发散的点演化而来的。

所以,近20年我们国际学家初步涉猎到新的领域,就是反弹国际学,针对大爆炸奇点翻开一系列科学研究。很走运的是,天文学现已进入了新的时代,是从前的人非常难以想象的黑科技时代,就是引力波时代,2015年9月份人类初度捕获来自黑洞的引力波,LIGO引力波天文台发现的,欧洲的LISA项目,还有我国活泼推进的天琴和太极项目,这些都在为未来人类的展开做着不懈的极力。我们想要去了解国际最一初步终究发生了什么,我们需求想办法捕获那个时分的原初引力波,我们想运用国际微波布景辐射的偏振实验捕获这么独特的信号。我国正在推进的ALiCPT项目就是我们的检验。

最终引证十分有名的科幻电影《星际迷航》的话,咱们想要做的工作是去那前人未至之境,开掘全新的国际观,踏上一段开辟之旅。(图片由蔡一夫教授供给)

附蔡一夫教授承受新浪科技采访实录

怎么研讨黑洞

新浪科技:星际穿越这部电影中说到,人类要想完全研讨出黑洞的话,需求进入黑洞内部,研讨出奇点的数据才干够,你是怎么以为的?

蔡一夫:这部片子上映时,我还没回国,所以我是在加拿大看的这部影片,给我形象特别深入的就是这个片子,由于我特别喜爱看硬科幻的电影,这样能留出空间,给我去找电影中逻辑不通及悖论的当地,我自己比较喜爱干这种挑刺的 “活”。我特别震动的并不是虫洞模型,和黑洞模型,而是男主人公跌入黑洞时的表现手法。怎么描绘出黑洞背面的国际,怎么去表现处理?这些是我之前从来没有想到过的。

新浪科技:只要进入黑洞内部才干研讨黑洞吗?

蔡一夫:我不完全认同,2011年仍是2012年的时分,我记不太清了,其时我在网上看文章,看到一篇霍金自己一个人署名的文章,你知道这就意味着什么?霍金的身体状况咱们也清楚,阐明在他人生生命的最终几年,他还在考虑这个工作,他提出了一个新的理论,新的学说,黑洞外表或许并不是人类幻想的那样空无一物。其实他是在测验把他这一生中所取得的最高成果的这个理论,把它推翻掉。

外星生命比较容纳?

有人说,研讨地理会让人觉得自己很藐小,您怎么看?

蔡一夫:每个人都有自己适宜的方位,咱们对这个国际的认知实际上是来自于两层面的。一个是个别地点的环境,咱们自己所扮演的一个人物,咱们的世界有138亿年的前史,从这个视点来看,人类的确十分藐小。还有一个是个人关于自己心里的知道。每个生命的存在,都起到了十分重要的效果,好像咱们关于爸爸妈妈,就是十分重要的存在。

新浪科技:之前传闻您不太认同《三体》里边的漆黑森林规律,假设存在外星人的话,那么他们会是一种什么样的文明?

蔡一夫:漆黑森林规律的观念是,假设咱们想要一个文明延续下去,活下去就需求躲起来,假设你太嚣张了,就会成为所谓的出头鸟,可是我的个人的观念正好是相反,假设存在外星生命的话,一定是具有容纳性比较高的文明。

讲课从前被问“懵”

2010年,蔡一夫在中国科学院高能物理研讨所取得博士学位,随后在国外做了两期博后,2015年回中国科学技术大学任教。

新浪科技:您在国内拿到PhD学位,在国外做了两期博后,比照国内外的培育形式,您有哪些观点

蔡一夫:其实,东西方的教育形式各有千秋。国外的培育形式是一种鼓舞启发性的教育;而国内更多的是传统意义上授课类的教育方法,所以国内的学生基本功都十分厚实,但作为一名教师,我比较忧愁的是,怎么让学生发问。而在这一点,国外的学生就做的相比照较好。

让我形象最深的是,有一次在国外讲学,竟然被学生问懵掉了。其时我觉得特别没面子,但我的导师却告诉我,这应该值得快乐,阐明我的课讲得很好。但在国内,不管教育,仍是做陈述,学生发问问题的都太少了。

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