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陈学雷:探测原初引力波对了解宇宙起源意义重大
发布时间:2016-02-23 分享:
  近日,人类首次直接探测到引力波的消息“震惊”世界,不,确切地说,应该是“轰炸”了世界,最起码把朋友圈“引爆”了。

  看了那么多科普文章和相关报道,你真的理解引力波了吗?

  看了那么多科学家关于引力波探测项目的介绍,你真的明白研究引力波的意义了吗?

  看了那么多科幻小说,是不是终于看到通过引力波进行时空穿越的一点点渺茫的希望了呢?

  关于引力波的相关问题,中国科学院国家天文台研究员陈学雷接受光明网记者专访时表示,公众对引力波的关注,除了因为其本身意义重大,还说明科普事业在进步,科普仍有很大的发展空间。另外,他还对我国开展引力波探测的相关情况作了介绍,并认为探测原初引力波对预测宇宙极早期发生过程意义重大。以下是访谈实录:

  科普在进步 朋友圈“三分钟”系列是否靠谱?

  光明网:美科学家宣布人类首次直接探测到引力波的消息一出,很快就引发大量关注,刷屏朋友圈,而且在很长一段时间内热度不减,您对此有何看法?

  陈学雷:我觉得一个是引力波本身确实意义重大,而且确实我们人人都知道爱因斯坦、广义相对论,都知道时空反映了我们人类生存的一种最基本的环境,确实是大家都很感兴趣的一个题目。

  另外,我觉得好像是和我们科普做的更好有关系。以前,大家对科普不太重视,但是现在大家发现,通过科普还是能够引起大家的兴趣的。反过来说,大家感兴趣以后,也有很多科学家愿意去做一些这方面的宣传,这样的话,确实是传播的比较多。我觉得这是一件好事,也许以后,我们很多科学发现可以更好地让公众广泛了解,这也提高了大家对科学的兴趣。这是一件非常好的事情。

  光明网:探测到引力波可以说是一个非常“高大上”的科技进步,但相关的基础知识,例如什么是“横波”和“干涉”等问题,反而很多人并不了解,导致虽然看了不少报道,到头来还是不太清楚。您怎么看这个问题?

  陈学雷:这个我想是需要一个过程的。因为首先确实这个理论还是比较高深的物理理论。有时候朋友圈里面有号称“三分钟看懂引力波”之类的作品,其实也就是很表面的介绍,若真正想要深入理解这个东西,有时确实还是有一定难度。但是我想这个也有一个过程,若你头一次听说这个东西,确实涉及到很多概念,比如说“横波”、“纵波”的概念,我觉得这个是中学物理就讲的内容,像这个“干涉”,也是中学物理讲的内容。但是大家可能那个时候,接触的不是很深,而且平时遇到的机会也较少,如果你不是专门学物理,或者类似的科学方面的专业的话,你接触这种东西很少,那么你看到类似的内容,满天都是一些陌生的概念,那么当然就是天书,看不懂。 所以科普要常态化。不一定都是这么轰动性的新闻,我们日常当中也有很多科学现象和科学知识,那么通过不断地去科普,可以让大家逐渐了解。

  另一方面,这和个人的兴趣有关。比如说有的人他的兴趣在这方面,他就会去主动找一些这方面的材料。有些人只是想凑个热闹,随便看看,确实一下子也不可能说了解那么多,这也是正常的。我想科普也是有不同层次的,显然有一些人的物理知识可能更多一点,你比如说举个例子,一个物理学家或者是他不做这个引力波的研究,但是他可能也希望了解这里面,那些科研人员是怎么做的,具体是有什么东西,那么他可能需要写的比较深入一些的内容,例如它使用的是什么技术等等。然而,一般老百姓甚至可能连“横波”、“纵波”等概念都不是很清楚,在这种情况下,只要有一个大致的了解就行了。所以,我想这也说明我们的科普,还是有很大的发展空间,可以针对不同的读者做有意义的事情。

  中国在行动 探测引力波为何需要多种“计划”?

  光明网:从上世纪70年代的自主研发引力波探测器,到如今的“天琴计划”、“阿里实验计划”、“空间太极计划”,中国科学家在“捕捉”引力波、探索宇宙初创奥秘的征程中一直一直进行着不懈的努力,为什么要同时进行这么多引力波探测的项目?

  陈学雷:是这样的,这几个项目的性质是有点不太一样的。“天琴计划”和“太极计划”都是准备在空间进行,一般是三个航天器之间的激光构成空间激光干涉阵来探测引力波,难度非常大。技术研发来上需要解决很多难题。而且研发计划的发展也是分几步走的,就是最终的科学目标就是要探测引力波,可能需要20年以上的研究周期,所以它前期是有很长的研发时间的。

  之前,当然还有一些别的项目跟这两个计划是不一样的,比如在西藏的阿里地区,通过宇宙微波背景辐射的天文望远镜来间接的探测宇宙大爆炸时候产生的引力波。

  在宇宙大爆炸的极早期,爆炸过程会产生引力波,那么这种引力波会影响宇宙早期的微波背景辐射,可以通过观测宇宙微波背景辐射的极化探测到这种引力波;另外,还可以利用对脉冲星的监视,比如贵州500米口径的望远镜等项目就是这样的。

  不同方式产生的引力波的波长是不一样的。宇宙大爆炸时期产生的原初引力波最长,其次是通过脉冲星来检测的引力波,再短一点的就是我们刚才说的太极或者天琴希望探测的引力波。此次LIGO测量的是波长最短的。所以不同波长的引力波起源是不一样的,产生相应引力波的天体是不一样的。另外一点,比如说我们贵州望远镜,它不是专门来探测引力波的,它有很多科学目标,这个只是它的科学目标之一,而其他的是专门来做这件事的。

  霍金已表态 引力波研究真的将改变天文学吗?

  光明网:关于宇宙起源有很多假说,最知名的莫过于“大爆炸”理论,如果探测到原初引力波是否可以揭开宇宙起源的面纱?

  陈学雷:还是有很重大的意义的,如果探测到原初引力波,首先证实了这种理论,其次根据这个引力波具体的数据,可以推测宇宙极早期的发生过程。

  当然,宇宙早期的一些模型的过程是能够产生引力波的,有一些是不能产生引力波的,或者说有一些引力波可能是非常微弱的,如果非常微弱的话,我们可能也探测不到。而通过观测到这个现象,选出最匹配的模型,可以提供宇宙极早期极重要的信息。

  光明网:引力波探测到之后,很多人都在畅想时空穿越,这期间还得跨越哪些阶段?

  陈学雷:时空穿越这个应该主要是科幻小说,当然这个科幻概念它本身是比较有意思的,用到了广义相对论里的一些东西,比如说像当初爱因斯坦发现了像虫洞这样东西的时候,他并不是想造出一个科幻小说里面的概念,他是在研究当中自然地发现了一种很有意思的现象,所以大自然有很多让我们意想不到的东西,但是这里面是不是真的有时空穿越呢,这个不一定的。

  到目前为止,时空穿越都还只是我们人类的想象。目前只能说,引力波的研究,使我们对时间、空间的理解上又深入了一步,也许这里头我们会发现时空穿越,或者发现一些其他很有意思的现象,但是我们目前离那个目标还是很遥远的,基本还停留在科幻的层面。

  光明网:有报道称,霍金认为引力波的进展直接改变了今后的天文学研究,您怎么看?

  陈学雷:我自己还是比较赞同霍金的这个说法。我认为这确实是一个使我们更深入的理解时间、空间的一个手段,特别是我们现在只是探测到第一个事件,但是我们可以预期,将来我们肯定会探测到更多的这样的一个事例,使我们对这个东西有更深入的了解。

  当然,现在也有一些科学家认为,现在探测到的这个事不是跟你的理论的计算是一致的吗,你真正增加了一些什么新的内容呢?我个人认为,我们可以再看一看未来科学的发展,我相信在未来的研究当中,一定会出现很多新的更激动人心的发现。


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