2017-09-30 · 創(chuàng)客星球
LIGO實(shí)驗(yàn)室在2016年成功探測(cè)到引力波，驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦百年前的預(yù)言，讓人類對(duì)于宇宙的認(rèn)知又邁進(jìn)了一步。在中國(guó)也有一群科學(xué)家在做同樣的事，慧眼衛(wèi)星的發(fā)射讓天文學(xué)家的望遠(yuǎn)鏡架設(shè)到了太空中，未來(lái)我們也有機(jī)會(huì)探測(cè)到引力波，揭開(kāi)星際穿越的秘密。
【如果我們能夠操控引力人類就可以離開(kāi)地球】
《星際穿越》是我特別喜歡的一個(gè)硬科幻的電影，它的主題是關(guān)于人類未來(lái)的命運(yùn)到底會(huì)在哪里？由于各種各樣的原因，人類是不可能永遠(yuǎn)在地球上面的,總有一天我們必須要離開(kāi)地球。比如像《星際穿越》這個(gè)電影中展現(xiàn)的，由于地球的環(huán)境日益惡化，我們已經(jīng)沒(méi)有足夠的食物了，沒(méi)有辦法在地球上繼續(xù)生存，人類未來(lái)的命運(yùn)是需要我們認(rèn)真考慮的。
要把任何東西帶離地球都是非常困難的，人類想整體上離開(kāi)地球是不可能的，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在沒(méi)有辦法操控引力。如果我們能夠控制引力，讓引力變小，那離開(kāi)地球就有可能了，今天我們做不到這一點(diǎn)，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，也不知道有什么辦法能夠做到這一點(diǎn)。但是《星際穿越》這部電影中，布蘭德教授說(shuō)：“目前對(duì)于引力理解不夠，所以我們沒(méi)有辦法控制引力，沒(méi)有辦法讓人類離開(kāi)地球。但是我有一個(gè)理論，如果可以驗(yàn)證的話，我們就能夠控制引力讓人類離開(kāi)地球。
【在黑洞中探究引力的秘密】
任何科學(xué)理論，我們要想應(yīng)用它，就要理解它，必須要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。理論需要數(shù)據(jù)來(lái)去驗(yàn)證它。那么數(shù)據(jù)在哪里？就在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的內(nèi)部，而且這個(gè)黑洞是高速自轉(zhuǎn)的。需要送男一號(hào)庫(kù)伯到黑洞里面去，把量子數(shù)據(jù)拿回來(lái)，和布蘭德教授的理論進(jìn)行對(duì)比，完善這個(gè)理論，解決人類未來(lái)命運(yùn)的問(wèn)題。
天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)宇宙當(dāng)中確實(shí)有這樣的黑洞，但是離我們非常的遠(yuǎn)，至少有上萬(wàn)光年的距離，即使是能夠以光速旅行，你也需要上萬(wàn)年才能到那個(gè)地方。但是地球已經(jīng)沒(méi)有足夠的食物了，我們沒(méi)有那么多時(shí)間等人類獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再來(lái)驗(yàn)證這個(gè)理論，就需要像電影里面的男一號(hào)那樣很快地到黑洞去把數(shù)據(jù)拿回來(lái)。引力物理專家、加州理工大學(xué)教授索恩建議說(shuō)我們可以用蟲洞，不管這兩點(diǎn)之間的距離有多遠(yuǎn)，一個(gè)蟲洞就可以在這兩點(diǎn)之間建立一個(gè)非常近的通道，通過(guò)這個(gè)通道上萬(wàn)光年的距離可能僅僅用幾年的時(shí)間就可以達(dá)到。找到一個(gè)蟲洞就可以完成這件事，這是科幻電影里的方案。
怎么找到這個(gè)蟲洞呢？科學(xué)儀器聽(tīng)到了宇宙遠(yuǎn)處的引力波，引力波是非常難探測(cè)到的，原來(lái)48年前在那個(gè)地方出現(xiàn)了一個(gè)蟲洞，等了48年，蟲洞另外一端引力波的信號(hào)就來(lái)了，在電影里用引力波找到了一個(gè)蟲洞，然后實(shí)現(xiàn)了星際穿越，解決了科學(xué)問(wèn)題，完善了引力理論，最后拯救了整個(gè)人類。
【引力波是彎曲空間的漣漪】
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們并沒(méi)有真的發(fā)現(xiàn)蟲洞，人類未來(lái)的命運(yùn)也不能依靠科幻來(lái)解決，還是要通過(guò)科學(xué)研究來(lái)理解引力規(guī)律，也許能夠?qū)θ祟愇磥?lái)的命運(yùn)有所幫助。去年人類真的發(fā)現(xiàn)了引力波。
首先，介紹一下引力波它的基本概念。按照牛頓的引力理論說(shuō)，太陽(yáng)和地球之間有吸引力。在愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論里面，由于太陽(yáng)的質(zhì)量很大，導(dǎo)致周圍的空間都彎曲了，當(dāng)?shù)厍蛟谶@個(gè)彎曲的空間里面運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，它以為它在走直線，其實(shí)空間彎曲了，它走了個(gè)彎道回來(lái)了，所以引力就是時(shí)空彎曲直接的效果。
如果有兩個(gè)質(zhì)量很大的天體，每一個(gè)都導(dǎo)致它周圍的空間彎曲了，然后他們相互繞著運(yùn)動(dòng)，彎曲的空間就開(kāi)始向外傳遞，就像水面的漣漪，這里傳遞的是空間，這就是引力波。愛(ài)因斯坦在1916年就預(yù)言引力波的存在，但他認(rèn)為人類的技術(shù)永遠(yuǎn)都不能夠探測(cè)到引力波。
【LIGO探測(cè)到引力波驗(yàn)證愛(ài)因斯坦的預(yù)言】
探測(cè)引力波，就是聽(tīng)引力波的信號(hào)。LIGO實(shí)驗(yàn)室使用了四公里長(zhǎng)的真空的管道，這兩個(gè)管道成90度，管道內(nèi)放置有激光器，所以引力波到達(dá)這個(gè)探測(cè)器的時(shí)候，一個(gè)變長(zhǎng)，一個(gè)變短，用激光器來(lái)探測(cè)這個(gè)振動(dòng)，就能夠聽(tīng)到引力波的信號(hào)。LIGO實(shí)驗(yàn)室在2016年2月11號(hào)宣布聽(tīng)到了愛(ài)因斯坦100年前所預(yù)言的引力波，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的發(fā)起人就是《星際穿越》電影的科學(xué)顧問(wèn)索恩教授，實(shí)驗(yàn)做了幾十年都沒(méi)有成果，估計(jì)他等不及了，就拍了一部電影，在電影里發(fā)現(xiàn)了引力波。2016年LIGO項(xiàng)目宣布在實(shí)驗(yàn)室探測(cè)到了引力波，我們學(xué)術(shù)界都認(rèn)為2017年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)應(yīng)該會(huì)授予他，這個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)是本世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，廣義相對(duì)論理論最重要的預(yù)言終于得到了驗(yàn)證。
LIGO實(shí)驗(yàn)室探測(cè)的引力波是來(lái)自兩個(gè)黑洞，每個(gè)黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的大約三十倍，這兩個(gè)黑洞相互繞轉(zhuǎn)，在離我們13億光年遠(yuǎn)的地方撞到了一起，產(chǎn)生了引力波。LIGO這個(gè)實(shí)驗(yàn)聽(tīng)到的是兩個(gè)黑洞撞擊所產(chǎn)生的引力波信號(hào)。
愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論里面的黑洞是黑黢黢的一片,周圍什么東西都沒(méi)有，所有的東西都被它給吞到內(nèi)部去了，當(dāng)他們撞在一起的時(shí)候應(yīng)該只會(huì)產(chǎn)生引力波，不太可能產(chǎn)生別的東西。
【從聽(tīng)到引力波到看到伽馬射線暴】
在LIGO聽(tīng)到了引力波信號(hào)之前，天文學(xué)家干的所有的事情都是造天文望遠(yuǎn)鏡，只能去看而聽(tīng)不到宇宙的任何聲音。兩個(gè)黑洞撞在一起產(chǎn)生的引力波，顯然很難看到這樣的信號(hào)。大家一直都期待著LIGO實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚵?tīng)到引力波信號(hào)，各種望遠(yuǎn)鏡一直在時(shí)刻準(zhǔn)備著，當(dāng)LIGO實(shí)驗(yàn)聽(tīng)到引力波的時(shí)候，把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過(guò)去來(lái)看引力波信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)候那個(gè)地方的天體，迄今為止我們都還沒(méi)有看到。美國(guó)NASA的一個(gè)空間天文臺(tái)聲稱看到了產(chǎn)生引力波時(shí)候的伽馬射線暴，宣布他們真的看到了來(lái)自引力波爆發(fā)時(shí)候的伽馬射線暴。這個(gè)空間天文臺(tái)實(shí)際上是一組放在到了衛(wèi)星上面的望遠(yuǎn)鏡，目前在空間運(yùn)行的功能最強(qiáng)大的一臺(tái)伽馬射線天文臺(tái)，在LIGO探測(cè)到引力波信號(hào)之后，0.4秒鐘就到達(dá)了他們的探測(cè)器。
伽馬射線暴實(shí)際上是非常粗暴的、非常猛烈的一種爆發(fā)，比我們平常所知道的超新星爆發(fā)輸出的能量還要強(qiáng)成千上萬(wàn)倍。觀察到伽馬射線爆發(fā)的很短時(shí)間，通常只持續(xù)幾個(gè)毫秒到幾秒鐘的時(shí)間，在這么短時(shí)間之內(nèi)所釋放的伽馬射線總的能量，比在這一段時(shí)間之內(nèi)，宇宙當(dāng)中所有的天體釋放的伽馬射線的能量，加起來(lái)都還要高，所以被稱為宇宙大爆炸之后最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象。
如果引力波產(chǎn)生的時(shí)候，也產(chǎn)生了這么壯烈的伽馬射線暴，這是非常激動(dòng)人心的一件事情，NASA不但發(fā)表了一篇論文說(shuō)我們看到了，還組織了一次新聞發(fā)布會(huì)來(lái)宣布他們這個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)。但是歐空局的伽馬射線空間天文臺(tái)卻表示他們沒(méi)有看到伽馬射線暴的任何信號(hào)。到底能否在聽(tīng)到引力波的時(shí)候，也能夠看到伽馬射線暴就成了一個(gè)懸案。
最近LIGO天文臺(tái)又宣布，他們聽(tīng)到了一個(gè)引力波的信號(hào)，而這個(gè)聲稱沒(méi)有看到伽馬射線暴的天文臺(tái)，立刻發(fā)布了一個(gè)新聞?wù)f他們這次看到了伽馬射線暴。所以現(xiàn)在這確實(shí)是一個(gè)懸案，在學(xué)術(shù)界是一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)。
【中國(guó)首個(gè)X射線天文衛(wèi)星——慧眼衛(wèi)星】
下面我給大家簡(jiǎn)單地介紹一下“慧眼”衛(wèi)星，也就是我擔(dān)任首席科學(xué)家的硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，我們也稱它為“慧眼”衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星前不久剛發(fā)射運(yùn)行，但是它作為我國(guó)首個(gè)X射線天文衛(wèi)星，早在上個(gè)世紀(jì)九十年代就提出了，經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間的研究和技術(shù)的攻關(guān)，這個(gè)衛(wèi)星終于在2011年的時(shí)候正式立項(xiàng)，重量2.5噸，運(yùn)行在距離地面550公里的近地軌道高度上，它可以對(duì)銀河系進(jìn)行掃描，還可以做伽馬射線暴的觀測(cè)，這個(gè)衛(wèi)星設(shè)計(jì)的壽命是四年，當(dāng)然我們期待它將來(lái)也許能夠運(yùn)行十年左右。2017年6月15號(hào)，這個(gè)衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地順利發(fā)射運(yùn)行。
我們這個(gè)衛(wèi)星對(duì)于伽馬射線暴有個(gè)非常好的探測(cè)能力，一共有18個(gè)探測(cè)器，是國(guó)際上伽馬射線波段面積最大的一個(gè)探測(cè)器，每年將會(huì)看到一到兩百個(gè)伽馬射線暴，運(yùn)行了兩個(gè)月多，我們已經(jīng)看到了不少。與去年2月11號(hào)宣布看到了引力波爆發(fā)時(shí)候的伽馬射線暴的望遠(yuǎn)鏡相比，慧眼衛(wèi)星的有效面積要大得多，所以我們具有這個(gè)能力去看LIGO探測(cè)到黑洞并合產(chǎn)生引力波時(shí)到底有沒(méi)有伽馬射線暴的產(chǎn)生。這顆衛(wèi)星并不是設(shè)計(jì)來(lái)探測(cè)伽馬射線暴的，這個(gè)功能是后來(lái)重新開(kāi)發(fā)出來(lái)的。最開(kāi)始的設(shè)計(jì)用來(lái)探測(cè)銀河系里面的黑洞和中子星。
在這個(gè)圖上某個(gè)天體活動(dòng)的時(shí)候，我們看到有一個(gè)圓圈，這個(gè)圓圈大小代表它的亮度。銀河系內(nèi)不斷有黑洞和中子星活動(dòng)。這些活動(dòng)是我們?nèi)庋鬯床坏降?，但是如果用X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡去看，銀河系變化是非常劇烈的。為什么這些黑洞和中子星不安靜呢？通常是由于它們周圍會(huì)有另外一顆恒星，黑洞強(qiáng)大的引力會(huì)把恒星的氣體拉過(guò)來(lái)，當(dāng)這些氣體落到黑洞附近的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的X射線和伽馬射線的信號(hào)。通過(guò)這種研究，我們也可以理解伽馬射線暴，也就可以理解引力波的一些行為。
慧眼衛(wèi)星如何活捉發(fā)脾氣的黑洞和中子星？衛(wèi)星先挑選一個(gè)天區(qū)進(jìn)行反復(fù)的掃描，經(jīng)過(guò)大概一年的時(shí)間，對(duì)銀河系掃描了很多遍，銀河系里面的黑洞和中子星的各種活動(dòng)就能夠被我們看到了。希望對(duì)于銀河系里面的黑洞和中子星的性質(zhì)做出非常深入的了解。
【衛(wèi)星發(fā)射成功不易未來(lái)將有更先進(jìn)的空間天文臺(tái)】
這顆衛(wèi)星在今年6月15號(hào)成功發(fā)射，發(fā)射的當(dāng)天，我在現(xiàn)場(chǎng)，跑到了離發(fā)射最近的一個(gè)地方，用手機(jī)拍攝了發(fā)射的情況，當(dāng)天天氣很好，一直可以看到火箭升得非常得高。甚至于可以看到火箭的一級(jí)的運(yùn)載和星箭的分離的情況，其實(shí)在這之前和之后我們有幾次火箭發(fā)射不是很順利，這次成功的發(fā)射非常的珍貴。
我們已經(jīng)用這顆衛(wèi)星做了天文的觀測(cè)，看到了二十來(lái)個(gè)伽馬射線暴。最近又有一次引力波爆發(fā)的事件，我們這個(gè)衛(wèi)星當(dāng)時(shí)也在運(yùn)行，當(dāng)時(shí)國(guó)外有一顆衛(wèi)星宣布他們好像看到了一個(gè)伽馬射線暴，但是我們的數(shù)據(jù)里面沒(méi)有，也同時(shí)向天文界宣布我們就沒(méi)有看到這個(gè)伽馬射線暴?；垩坌l(wèi)星送回了很多數(shù)據(jù)，開(kāi)始了正式科學(xué)的研究，已經(jīng)開(kāi)始跟我們送回了很多的數(shù)據(jù)，這只是我們探索宇宙的第一步。這顆衛(wèi)星在國(guó)際上只是算一個(gè)中等的天文衛(wèi)星，隨著我們國(guó)家航天技術(shù)的發(fā)展和國(guó)力的增強(qiáng)，未來(lái)肯定要建造功能更加強(qiáng)大的空間天文臺(tái)，將來(lái)十年到二十年里面建設(shè)在國(guó)際上領(lǐng)先的空間X射線天文臺(tái)，在我們國(guó)家的空間站上面也會(huì)做非常好的實(shí)驗(yàn)，我今天給大家的分享，謝謝大家！
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Q：外星人真的存在嗎？
A：我覺(jué)得外星人是存在的，因?yàn)槿祟愂沁M(jìn)化或者演化來(lái)的，不是憑空被造出來(lái)的，在宇宙當(dāng)中其他地方，完全也可能發(fā)生。宇宙當(dāng)中的類似于地球這樣的星球有很多，外星人應(yīng)該是存在的。只不過(guò)我們不知道他們是以什么形式存在，如果有一天我們真的發(fā)現(xiàn)了在其他一個(gè)星球上有生命，即使我們沒(méi)法和它建立聯(lián)系，這對(duì)人類來(lái)講也是極為重要的，我們終于不是孤獨(dú)的在宇宙當(dāng)中存在了。
Q：Elon·Musk計(jì)劃在2025年把人類送上火星這事靠譜嗎？
A：從技術(shù)上來(lái)講不靠譜。但是人類總要邁出這一步的，不能因?yàn)榻裉鞗](méi)有這個(gè)技術(shù)就不去嘗試和探索，而把人類就束縛在這個(gè)地球上。一定要想盡各種辦法來(lái)發(fā)展技術(shù)。為人類長(zhǎng)遠(yuǎn)的命運(yùn)做好打算，這個(gè)嘗試是非常值得的。
外星人已經(jīng)成為了科幻電影的主角，你覺(jué)得外星人真的存在嗎？
1、存在，就在我們身邊
2、在遙遠(yuǎn)的外太空有外星人
3、不存在，都是編劇的YY
4、我就是外星人
