2017-09-30 · 創(chuàng)客星球
LIGO實(shí)驗(yàn)室在2016年成功探測到引力波，驗(yàn)證了愛因斯坦百年前的預(yù)言，讓人類對于宇宙的認(rèn)知又邁進(jìn)了一步。在中國也有一群科學(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，未來我們也有機(jī)會探測到引力波，揭開星際穿越的秘密。
【如果我們能夠操控引力人類就可以離開地球】
《星際穿越》是我特別喜歡的一個硬科幻的電影，它的主題是關(guān)于人類未來的命運(yùn)到底會在哪里？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地球。比如像《星際穿越》這個電影中展現(xiàn)的，由于地球的環(huán)境日益惡化，我們已經(jīng)沒有足夠的食物了，沒有辦法在地球上繼續(xù)生存，人類未來的命運(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，人類想整體上離開地球是不可能的，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在沒有辦法操控引力。如果我們能夠控制引力，讓引力變小，那離開地球就有可能了，今天我們做不到這一點(diǎn)，在可預(yù)見的未來，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：“目前對于引力理解不夠，所以我們沒有辦法控制引力，沒有辦法讓人類離開地球。但是我有一個理論，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)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。理論需要數(shù)據(jù)來去驗(yàn)證它。那么數(shù)據(jù)在哪里？就在一個超大質(zhì)量黑洞的內(nèi)部，而且這個黑洞是高速自轉(zhuǎn)的。需要送男一號庫伯到黑洞里面去，把量子數(shù)據(jù)拿回來，和布蘭德教授的理論進(jìn)行對比，完善這個理論，解決人類未來命運(yùn)的問題。
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)，至少有上萬光年的距離，即使是能夠以光速旅行，你也需要上萬年才能到那個地方。但是地球已經(jīng)沒有足夠的食物了，我們沒有那么多時間等人類獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再來驗(yàn)證這個理論，就需要像電影里面的男一號那樣很快地到黑洞去把數(shù)據(jù)拿回來。引力物理專家、加州理工大學(xué)教授索恩建議說我們可以用蟲洞，不管這兩點(diǎn)之間的距離有多遠(yuǎn)，一個蟲洞就可以在這兩點(diǎn)之間建立一個非常近的通道，通過這個通道上萬光年的距離可能僅僅用幾年的時間就可以達(dá)到。找到一個蟲洞就可以完成這件事，這是科幻電影里的方案。
怎么找到這個蟲洞呢？科學(xué)儀器聽到了宇宙遠(yuǎn)處的引力波，引力波是非常難探測到的，原來48年前在那個地方出現(xiàn)了一個蟲洞，等了48年，蟲洞另外一端引力波的信號就來了，在電影里用引力波找到了一個蟲洞，然后實(shí)現(xiàn)了星際穿越，解決了科學(xué)問題，完善了引力理論，最后拯救了整個人類。
【引力波是彎曲空間的漣漪】
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們并沒有真的發(fā)現(xiàn)蟲洞，人類未來的命運(yùn)也不能依靠科幻來解決，還是要通過科學(xué)研究來理解引力規(guī)律，也許能夠?qū)θ祟愇磥淼拿\(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，太陽和地球之間有吸引力。在愛因斯坦的廣義相對論里面，由于太陽的質(zhì)量很大，導(dǎo)致周圍的空間都彎曲了，當(dāng)?shù)厍蛟谶@個彎曲的空間里面運(yùn)動的時候，它以為它在走直線，其實(shí)空間彎曲了，它走了個彎道回來了，所以引力就是時空彎曲直接的效果。
如果有兩個質(zhì)量很大的天體，每一個都導(dǎo)致它周圍的空間彎曲了，然后他們相互繞著運(yùn)動，彎曲的空間就開始向外傳遞，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)都不能夠探測到引力波。
【LIGO探測到引力波驗(yàn)證愛因斯坦的預(yù)言】
探測引力波，就是聽引力波的信號。LIGO實(shí)驗(yàn)室使用了四公里長的真空的管道，這兩個管道成90度，管道內(nèi)放置有激光器，所以引力波到達(dá)這個探測器的時候，一個變長，一個變短，用激光器來探測這個振動，就能夠聽到引力波的信號。LIGO實(shí)驗(yàn)室在2016年2月11號宣布聽到了愛因斯坦100年前所預(yù)言的引力波，這個實(shí)驗(yàn)的發(fā)起人就是《星際穿越》電影的科學(xué)顧問索恩教授，實(shí)驗(yàn)做了幾十年都沒有成果，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)獎應(yīng)該會授予他，這個科學(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)室探測的引力波是來自兩個黑洞，每個黑洞的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的大約三十倍，這兩個黑洞相互繞轉(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這個實(shí)驗(yàn)聽到的是兩個黑洞撞擊所產(chǎn)生的引力波信號。
愛因斯坦廣義相對論里面的黑洞是黑黢黢的一片,周圍什么東西都沒有，所有的東西都被它給吞到內(nèi)部去了，當(dāng)他們撞在一起的時候應(yīng)該只會產(chǎn)生引力波，不太可能產(chǎn)生別的東西。
【從聽到引力波到看到伽馬射線暴】
在LIGO聽到了引力波信號之前，天文學(xué)家干的所有的事情都是造天文望遠(yuǎn)鏡，只能去看而聽不到宇宙的任何聲音。兩個黑洞撞在一起產(chǎn)生的引力波，顯然很難看到這樣的信號。大家一直都期待著LIGO實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚵牭揭Σㄐ盘?，各種望遠(yuǎn)鏡一直在時刻準(zhǔn)備著，當(dāng)LIGO實(shí)驗(yàn)聽到引力波的時候，把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過去來看引力波信號產(chǎn)生的時候那個地方的天體，迄今為止我們都還沒有看到。美國NASA的一個空間天文臺聲稱看到了產(chǎn)生引力波時候的伽馬射線暴，宣布他們真的看到了來自引力波爆發(fā)時候的伽馬射線暴。這個空間天文臺實(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)大的一臺伽馬射線天文臺，在LIGO探測到引力波信號之后，0.4秒鐘就到達(dá)了他們的探測器。
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)成千上萬倍。觀察到伽馬射線爆發(fā)的很短時間，通常只持續(xù)幾個毫秒到幾秒鐘的時間，在這么短時間之內(nèi)所釋放的伽馬射線總的能量，比在這一段時間之內(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)生的時候，也產(chǎn)生了這么壯烈的伽馬射線暴，這是非常激動人心的一件事情，NASA不但發(fā)表了一篇論文說我們看到了，還組織了一次新聞發(fā)布會來宣布他們這個重大的發(fā)現(xiàn)。但是歐空局的伽馬射線空間天文臺卻表示他們沒有看到伽馬射線暴的任何信號。到底能否在聽到引力波的時候，也能夠看到伽馬射線暴就成了一個懸案。
最近LIGO天文臺又宣布，他們聽到了一個引力波的信號，而這個聲稱沒有看到伽馬射線暴的天文臺，立刻發(fā)布了一個新聞?wù)f他們這次看到了伽馬射線暴。所以現(xiàn)在這確實(shí)是一個懸案，在學(xué)術(shù)界是一個非常重要的研究熱點(diǎn)。
【中國首個X射線天文衛(wèi)星——慧眼衛(wèi)星】
下面我給大家簡單地介紹一下“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，但是它作為我國首個X射線天文衛(wèi)星，早在上個世紀(jì)九十年代就提出了，經(jīng)過了很長時間的研究和技術(shù)的攻關(guān)，這個衛(wèi)星終于在2011年的時候正式立項(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，它可以對銀河系進(jìn)行掃描，還可以做伽馬射線暴的觀測，這個衛(wèi)星設(shè)計(jì)的壽命是四年，當(dāng)然我們期待它將來也許能夠運(yùn)行十年左右。2017年6月15號，這個衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地順利發(fā)射運(yùn)行。
我們這個衛(wèi)星對于伽馬射線暴有個非常好的探測能力，一共有18個探測器，是國際上伽馬射線波段面積最大的一個探測器，每年將會看到一到兩百個伽馬射線暴，運(yùn)行了兩個月多，我們已經(jīng)看到了不少。與去年2月11號宣布看到了引力波爆發(fā)時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，所以我們具有這個能力去看LIGO探測到黑洞并合產(chǎn)生引力波時到底有沒有伽馬射線暴的產(chǎn)生。這顆衛(wèi)星并不是設(shè)計(jì)來探測伽馬射線暴的，這個功能是后來重新開發(fā)出來的。最開始的設(shè)計(jì)用來探測銀河系里面的黑洞和中子星。
在這個圖上某個天體活動的時候，我們看到有一個圓圈，這個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。這些活動是我們?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有另外一顆恒星，黑洞強(qiáng)大的引力會把恒星的氣體拉過來，當(dāng)這些氣體落到黑洞附近的時候，就會產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的X射線和伽馬射線的信號。通過這種研究，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)星先挑選一個天區(qū)進(jìn)行反復(fù)的掃描，經(jīng)過大概一年的時間，對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就能夠被我們看到了。希望對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)射成功不易未來將有更先進(jìn)的空間天文臺】
這顆衛(wèi)星在今年6月15號成功發(fā)射，發(fā)射的當(dāng)天，我在現(xiàn)場，跑到了離發(fā)射最近的一個地方，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，看到了二十來個伽馬射線暴。最近又有一次引力波爆發(fā)的事件，我們這個衛(wèi)星當(dāng)時也在運(yùn)行，當(dāng)時國外有一顆衛(wèi)星宣布他們好像看到了一個伽馬射線暴，但是我們的數(shù)據(jù)里面沒有，也同時向天文界宣布我們就沒有看到這個伽馬射線暴?；垩坌l(wèi)星送回了很多數(shù)據(jù)，開始了正式科學(xué)的研究，已經(jīng)開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)星在國際上只是算一個中等的天文衛(wèi)星，隨著我們國家航天技術(shù)的發(fā)展和國力的增強(qiáng)，未來肯定要建造功能更加強(qiáng)大的空間天文臺，將來十年到二十年里面建設(shè)在國際上領(lǐng)先的空間X射線天文臺，在我們國家的空間站上面也會做非常好的實(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：我覺得外星人是存在的，因?yàn)槿祟愂沁M(jìn)化或者演化來的，不是憑空被造出來的，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)了在其他一個星球上有生命，即使我們沒法和它建立聯(lián)系，這對人類來講也是極為重要的，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)上來講不靠譜。但是人類總要邁出這一步的，不能因?yàn)榻裉鞗]有這個技術(shù)就不去嘗試和探索，而把人類就束縛在這個地球上。一定要想盡各種辦法來發(fā)展技術(shù)。為人類長遠(yuǎn)的命運(yùn)做好打算，這個嘗試是非常值得的。
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
