2018年11月4日，騰訊WE大會(huì)在北京舉行，包括基普·索恩、麗莎·蘭道爾、蒲慕明在內(nèi)的著名科學(xué)家以精彩的演講，為現(xiàn)場(chǎng)觀眾介紹了物理學(xué)、生命科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域的重要進(jìn)展。
著名理論物理學(xué)家基普·索恩在演講中分享了他對(duì)黑洞、蟲(chóng)洞、時(shí)間旅行以及引力波的最新研究與思考，他在演講中給出了三個(gè)重要觀點(diǎn)：
1、蟲(chóng)洞不會(huì)自然存在，可以由高級(jí)文明創(chuàng)造出來(lái)
2、越靠近黑洞，時(shí)間流逝越慢。在事件視界的邊緣，時(shí)間是停滯的。
3、在理論上，時(shí)間旅行是可能實(shí)現(xiàn)的，但時(shí)間機(jī)器啟動(dòng)后就會(huì)發(fā)生爆炸
以下為基普·索恩所做演講的全文，略有修改。
本刊記者丨李曉慧
1915年愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論，這實(shí)際上是一種物理學(xué)的定律，他告訴我們時(shí)空會(huì)被質(zhì)量和能量彎曲。時(shí)空的彎曲會(huì)產(chǎn)生引力，也就是我們?cè)诘厍蛏夏軌蚋兄囊Α?/span>
50年之后，我到了普林斯頓大學(xué)讀博士，作為一個(gè)博士生，我被告知我們的世界、宇宙有可能有彎曲的一面。我們?cè)跁r(shí)空當(dāng)中有一系列不同的物體、事物，我會(huì)給大家介紹其中的一些，比如說(shuō)體宇宙、蟲(chóng)洞、黑洞、奇點(diǎn)、時(shí)光旅行、引力波。
作為一個(gè)年輕學(xué)生，我給自己設(shè)定了一個(gè)人生目標(biāo)：要用理論和觀察探尋彎曲的世界。在今天的演講中，我將給大家介紹，在過(guò)去的50多年當(dāng)中，我們用這種方法了解到了什么。
蟲(chóng)洞由高級(jí)文明創(chuàng)造
在過(guò)去的56年里，包括我自己、霍金、Lisa Randall以及其他很多的同事們，都在共同探尋。
1962年，當(dāng)時(shí)我們認(rèn)為，這樣的體宇宙并不存在，到了1999年，Lisa Randall告訴我們，這樣的體宇宙有可能存在。
如果我們看宇宙，一邊是太陽(yáng)系，另外一邊是仙女座。如果我們要穿越體宇宙的話，我們把它折起來(lái)，會(huì)看到距離僅有幾公里。
從這樣的蟲(chóng)洞當(dāng)中，光線是可以穿越的，這樣的圖形也能夠讓我們計(jì)算，蟲(chóng)洞的另外一邊是什么樣子。
我們不斷地把蟲(chóng)洞打開(kāi)，我們可以讓土星的光線穿越、彎曲，我們就走到了仙女座，我們又用蟲(chóng)洞回去，這么長(zhǎng)的距離，只要幾分鐘就可以過(guò)去。
我們?cè)倏匆幌孪x(chóng)洞，蟲(chóng)洞往往會(huì)自毀，會(huì)自己崩塌，我們?cè)趺礃硬拍軌虮苊膺@一點(diǎn)呢？我們就要用特殊材料去把它填充起來(lái)，它是一種反引力的效應(yīng)，它能夠修復(fù)蟲(chóng)洞的側(cè)壁。而且可以說(shuō)，蟲(chóng)洞并不會(huì)在宇宙當(dāng)中自然產(chǎn)生，需要有高級(jí)文明有意識(shí)的去創(chuàng)造和維持，再填充特殊材料，蟲(chóng)洞才能存在。
但有一個(gè)例外，盡管我們說(shuō)蟲(chóng)洞是人為的，但是在非常小的尺度上比如說(shuō)10-33厘米，在這個(gè)微觀尺度上，一種新的物理學(xué)理論量子引力學(xué)，能夠指導(dǎo)我們了解。這一點(diǎn)我后面還會(huì)多次提到，雖然我們對(duì)此并不是了解的那么清楚。
與此相對(duì)照的是黑洞，跟蟲(chóng)洞不一樣，黑洞是在宇宙當(dāng)中切實(shí)存在的，黑洞就像失敗了的蟲(chóng)洞一樣，它是從奇點(diǎn)這邊延伸出來(lái)，我們也想去了解一下到底黑洞是什么樣子。在我們的宇宙當(dāng)中，可以想象，在左上方有一個(gè)恒星，在右下方有一個(gè)攝像機(jī)，光從恒星射到右邊的透鏡當(dāng)中，我們可以看到兩邊都有它的路徑。
另外，還有一個(gè)光線是穿過(guò)這個(gè)世界之后再進(jìn)入到攝像機(jī)，那攝像機(jī)就能看到恒星不同的面貌，如果說(shuō)有幾百萬(wàn)個(gè)恒星的話就能看到幾百萬(wàn)。
時(shí)光機(jī)器一經(jīng)啟動(dòng)即刻毀滅
我再回到愛(ài)因斯坦關(guān)于時(shí)間彎曲的定律，地球的質(zhì)量會(huì)扭曲時(shí)間，而這個(gè)時(shí)間的彎曲會(huì)產(chǎn)生引力，有這樣的引力才讓大家安坐在禮堂的座椅之上。
我們能夠感到，引力是很小的，它使得地球上的時(shí)間每100年才放慢一秒。第一次高精度偵測(cè)是在1976年，當(dāng)時(shí)NASA放了一個(gè)距離地球一萬(wàn)公里遠(yuǎn)的衛(wèi)星，用它的原子鐘進(jìn)行時(shí)間的計(jì)算，再與地面上測(cè)算的時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，它的準(zhǔn)確性能夠幫我們預(yù)測(cè)愛(ài)因斯坦的時(shí)間彎曲定律。
越是臨近黑洞，引力越強(qiáng)，時(shí)間越慢。大家可以看到，這是黑洞的視界。假設(shè)有這樣一個(gè)飛船停在這邊，在這樣的飛船上，它測(cè)的時(shí)間就會(huì)比地球上要慢一半，如果它繼續(xù)往下走，接近視界，那么最后時(shí)間會(huì)慢到停止（跟地球相比）。
在黑洞之內(nèi)，時(shí)間比停止還要慢，時(shí)間會(huì)倒流，一直會(huì)降到黑洞的中心，也就是奇點(diǎn)，在這個(gè)地方廣義相對(duì)論會(huì)失敗，會(huì)由量子引力學(xué)來(lái)替代，而這個(gè)現(xiàn)在我們還不太理解，雖然我們很想理解。
說(shuō)到底物理學(xué)告訴了我們，時(shí)間穿越回過(guò)去會(huì)是怎么樣的。
量子物理學(xué)告訴我們，你的旅行會(huì)導(dǎo)致一個(gè)時(shí)間機(jī)器的啟動(dòng)，但是這個(gè)時(shí)間機(jī)器在啟動(dòng)之后，一會(huì)兒向前，一會(huì)兒向后，有可能會(huì)因巨大的爆炸而毀滅。
這個(gè)爆炸就是因?yàn)楣饩€當(dāng)中的真空不穩(wěn)定所導(dǎo)致的爆炸。只有量子引力學(xué)才能夠準(zhǔn)確的告訴我們，實(shí)際上是怎么樣的，這是霍金和我在90年代初的時(shí)候，我們一起來(lái)做的課題。
引力波，探索宇宙彎曲
我們?cè)倩氐?/span>引力波，就愛(ài)因斯坦來(lái)看，它使得空間彎曲，以光速旅行。我們有這樣的一個(gè)例子，它在宇宙當(dāng)中自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)引力波過(guò)來(lái)的時(shí)候會(huì)使得空間伸或者縮，這個(gè)時(shí)候我們就可以看到所謂伸縮的效應(yīng)，它可能一個(gè)方向拉，另外一個(gè)方向壓，都有可能。
這就是愛(ài)因斯坦對(duì)于引力波的理解，在1972年的時(shí)候，我開(kāi)始跟我的同事和學(xué)生一起創(chuàng)立了一個(gè)理論，我們能夠偵測(cè)引力波，我們可以想象到引力波對(duì)于天文學(xué)的意義，我們可以對(duì)比電磁波和引力波，過(guò)去我們所使用的觀測(cè)手段都是電磁波，而現(xiàn)在我們可以去用引力波觀測(cè)宇宙。
引力波是質(zhì)量和能量的牽連運(yùn)動(dòng)的均勻釋放，其中涉及到了大量的質(zhì)量和能量，而電磁波是容易被灰塵或者其它的物質(zhì)吸收或者分散。引力波即使臨近了宇宙大爆炸，在非常熱、密度非常大的地方也不會(huì)被大幅度的吸收或者是分散。
這就告訴我們，引力波和電磁波有很大不同。
第一，引力波由于它是由彎曲的空間所形成的，它是一種去探索彎曲宇宙的理想工具。第二，它很有可能會(huì)引發(fā)我們對(duì)于宇宙理解的革命，在1972年，我的同事們和我一起提出了這樣的一個(gè)設(shè)想，之后麻省理工的教授們，他們發(fā)明了激光干涉引力波的觀測(cè)手段。
假如，我們有兩組不同的激光各自觀測(cè)，它會(huì)告訴我們引力波有一些什么樣的作用，這個(gè)是Weiss提出的，我們后來(lái)又想去用激光器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)我有了這個(gè)想法的時(shí)候，我非常激動(dòng)，一旦我搞明白了，并且深刻理解了這個(gè)思想，以及它成功的可能性，我們就和麻省理工的團(tuán)隊(duì)一起去建設(shè)引力波的觀測(cè)工具。
現(xiàn)在，在引力波的探測(cè)工作中，有20個(gè)國(guó)家、1200名科學(xué)家一起來(lái)參與，包括中國(guó)。
2015年9月14日，LIGO第一次偵測(cè)到了引力波，引力波終于降臨了地球，他們從地球上空穿過(guò)，作用到了我們偵測(cè)器所在的路易斯安那，另外也作用到了華盛頓的觀測(cè)站，這兩邊我們比較了引力波所導(dǎo)致的振動(dòng)，然后再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，我們認(rèn)為來(lái)源是兩個(gè)黑洞，它們都要遠(yuǎn)重于太陽(yáng)，它們?cè)?3億年以前相互碰撞，在非常遙遠(yuǎn)的星系。
它們的碰撞融合釋放了大量的引力波，當(dāng)碰撞發(fā)生的時(shí)候，它就像是一個(gè)巨大的風(fēng)暴，就像在海里的風(fēng)暴一樣，出現(xiàn)了振蕩，引力波就飛散出去了。我們可以看到，在今后的十年，還會(huì)由它來(lái)偵測(cè)到更多的碰撞。
我們?cè)谝獯罄苍?jīng)觀測(cè)到了中子星的碰撞，每一個(gè)中子星大概直徑20公里，大概100倍于太陽(yáng)的質(zhì)量，他們碰撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的火球。其中會(huì)形成電磁波，世界天文學(xué)家都會(huì)去看中子星碰撞的后果，當(dāng)然引力波在傳播的時(shí)候會(huì)有幾小時(shí)的時(shí)差。
那么LIGO還能看到什么呢？我們可能會(huì)看到黑洞撕裂中子星，我們也能夠探索宇宙的誕生。
宇宙大爆炸在引力波當(dāng)中所產(chǎn)生的東西，都是由量子物理學(xué)來(lái)控制的。在爆炸發(fā)生后，會(huì)有巨大的膨脹，這種膨脹是一種非?？焖俚挠钪媾蛎?，尤其是在宇宙形成的早期是這樣的。我們可以看到，會(huì)有原初引力波，我們會(huì)從中了解到大爆炸以及量子引力學(xué)的一些知識(shí)。我們也可以知道宇宙膨脹的情況。
400年前伽利略制造了第一個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡，他能夠找到木星的四個(gè)衛(wèi)星。在三年之前，LIGO第一次觀測(cè)到了黑洞碰撞所形成的引力波，如果我們?cè)僮匪?00年，我們可以看到電磁波帶給我們多少變化。
我想有請(qǐng)大家也跟我們一起推測(cè)一下今后的400年，我們將電磁波觀測(cè)和引力波觀測(cè)結(jié)合起來(lái)，我們還會(huì)有更多更大的發(fā)現(xiàn)，大家可以盡情想象！
騰訊WE大會(huì)是騰訊一年一度的全球科學(xué)大會(huì)，始于2013年，今年，除了有天文、物理、生命科學(xué)領(lǐng)域的全球頂級(jí)科學(xué)家?guī)?lái)演講，還首次推出了“自然科研全球影響力大獎(jiǎng)”，該獎(jiǎng)項(xiàng)由騰訊與自然科研（Nature Research）共同創(chuàng)立，它將關(guān)注青年，激勵(lì)新生代科學(xué)家做出突破；關(guān)注前沿，尤其是充滿未知與挑戰(zhàn)性的學(xué)科；關(guān)注未來(lái)，鼓勵(lì)以科技進(jìn)步造福社會(huì)，解決全球性難題。
2019年，該獎(jiǎng)項(xiàng)將重點(diǎn)關(guān)注“腦科學(xué)”，特別是顛覆性地改變?nèi)藗儗?duì)大腦的認(rèn)識(shí)、并將此轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)影響力的科研成果，包括大腦與行為的關(guān)系、技術(shù)突破、預(yù)防和治療大腦疾病的新穎技術(shù)等。
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