苏萌|宇宙中最不可思议的就是,宇宙竟然是可以被理解的

每个人的心里都住着一个宇宙

当你仰望星空时是否会问:

宇宙到底有多大?物质是怎么来的?

引力波、暗物质、暗能量都是怎么回事?

天文学是让我们意识到人类的卑微

又意识到人类的伟大

我们本身就是宇宙的产物

却能够用一公斤重的大脑装下整个宇宙

去思考甚至去理解宇宙是怎么一回事

这是非常不简单的一件事情

探索宇宙起源,解读全新的宇宙

苏萌

银河系巨型气泡结构发现人

高能天体物理学最高奖Rossi Prize最年轻获得者

大家有没有过这样的体验,走出城市到一个远离城市灯光污染的地方抬头仰望星空。

其实,仰望星空对每一个人来说都是一件不简单的事情。几千年以来,人类仰望星空感受到的是一种震撼、一种神秘。其实我们今天生活在一个非常不简单的时代,因为从古希腊开始人们去赞美星空、去思考星空。今天由于科学技术的发展,我们能够真真正正以科学的手段去回答一些最基本的问题了。比如说看到星空,大家会问什么样的问题呢?

很多人会问我:“宇宙是由什么组成的?我们从哪里来?到哪里去?到底是什么样的规律在统治着宇宙中千千万万的事物和物体?”如果50年前我告诉大家,人类已经了解宇宙的来龙去脉,可以很自信地告诉大家宇宙是从哪里来到哪里去的,那大家会认为我是个伪科学家。

从地心说、日心说到第一台望远镜诞生

但是,在过去二三十年技术发展的情况下,我们真真正正地去回答了一些最基本的问题。同时,另一方面在回答问题的过程中,我们又发现了另一些未知的东西打开了对宇宙全新的认识。

第一个问题:我想问问大家, 从古希腊、古罗马时期, 人们在观察星空的时候会很自然地想像我们站在地球上, 周围的东西好像都是围绕着我们转,太阳东升西落,月亮、行星都像是在围绕着我们地球在运动,所以很自然认可地心说(宇宙和世界是围绕着我们人类存在的)。

地心说统治了人类很长时间,一直到文艺复兴时期哥白尼开始意识到,有一些更仔细的观测数据是没有办法用地球在世界中心的说法去解释的。所以,他提出了日心说,第一次改变人类作为宇宙中心这样一个观念和意识。

1609年伽利略发明了望远镜,望远镜彻底打开了人类认识宇宙的一个方式。我们除了用肉眼去观察星空,我们可以看到更远的、更细节的、更丰富的一些宇宙结构和现象。

今天不仅是在光学可见的波段,我们从射电波段(最长的波段叫射电波段)、微波、光学、红外、紫外、X线、伽马线整个的电磁波段,人类的技术发展都已经实现了用不同种类的望远镜、巨大的射电天线、空间中发射的几十颗天文学卫星都试图去回答越来越多的宇宙最基本的问题。

我们并不知道宇宙有大多

在回答这些问题的过程中,我们发现了很多非常有趣的现象。首先,宇宙有多大?我们今天不知道宇宙有多大,因为我们能够看到的只是所谓的可观测的宇宙。宇宙从诞生到今天经过了137.9亿年的时间。光速是有限的,光能够跑的距离我们把它叫做可观测宇宙,今天我们能够原则上介绍的信号就是这么多。

那这个宇宙的直径有多大呢?大概是1000亿光年。在这个范围内,我们发现了太阳系在银河系里面,银河系大概由几千亿颗恒星组成。在这个可观测宇宙里面有几千亿个星系组成。

什么概念呢?如果说天上每一个星就是地球上的一粒砂子的话,地球上所有的沙子的总量都没有宇宙中星星的数量多。所以,大家可以想象这是一个多么庞大和震撼的一个客体——宇宙!

我们并不在银河系的中心

再往下,我们具体来看物质在宇宙中是怎么分布的。这张图展示的是:今天用现代的超级计算模拟宇宙演化的过程,发现宇宙的物质分布不是均匀的,是有这种絮状的集团性的结构(主要是由暗物质组成),这些丝丝缕缕的联系的中心由于引力的作用会有宇宙物质的聚集,在这些物质的聚集的范围内会有产生这种星系团的结构。也就是今天我们宇宙中在引力的作用下所能形成最大独立的一个结构叫做星系团。成千上万颗星系组成了这么一个集团,我们银河系所在的星系团叫做室女座星系团。大概是长这么一个样子。

再往下分,我们银河系又在本星系群里面,也就是银河系和旁边的一个叫做仙女座星系这两个主要的大星系周围还有几十个小的星系,我们叫矮星系组成的,我们在本星系群里面。

虽然我们在银河系里面,仰望星空时我会看到所谓的银河投影出一个带状的结构,我们认为银河系是一个悬臂的、盘状的星系,太阳系离银河系中心大概有20万光年,我们并不是在银河系中心,所以太阳只是一个非常普通的星系里面的一个非常普通的恒星。我们地球是在非常普通的恒星旁边一个非常普通的行星。天文学发展以来,我们对银河系最基本的认识就是这样的。

从未被人看到过的银河气泡

很有意思的是我们做了一个研究,通过美国NASA的费米伽马射线望远镜进行一个伽马射线波段的银河系观测,发现银河系除了我们肉眼看到的一个带状的、盘状的结构之外,有一对非常巨大的对称气泡状态的结构,从来没有被人看到过。只有在伽马射线波段展现出来。

为什么我们能看到?当然是由于技术的进步我们在新的波段打开新的窗口,发现了以前从来没有想象过的一个结构叫做所谓的费米气泡。它意味着我在我们银河系的中心有一个巨大的黑洞,这个黑洞的质量比我们太阳质量的400万倍还要再重。

不仅如此,这个黑洞在几百万年前很有可能发生过剧烈的一个过程吞噬了周围相当大质量的一团物质,然后产生了一个剧烈的喷射的雾团,这个雾团由很高能的电子组成,被我们今天的望远镜观察到了。

所以,即便我们今天生活的星系里面,银河系依然有很多很多的现象是我们不知道的。只有通过不断地去探索和用更先进的技术去观察,用数据、用事实的方式才能告诉我们生活在一个什么样的地方,我们在一个怎样的环境里。

我们本身就是宇宙演化的产物

太阳是一个很普通的恒星,在太阳周围大概几十颗恒星是在50光年范围之内的,离我们最近的恒星叫比邻星。20年前天文学家依然会认为我们地球是很不容易的,一颗星星有这样的环境去生长高能智慧生命。但其实即便离我们太阳最近的比邻星在去年也发现了很有可能存在着适合人类居住的行星带,而且有行星的确落在这个行星带。所以很有可能有生命,至少生命宜居的环境是在宇宙中大量存在的。这意味着只有科学不断地去探索才能回答这些最基本的问题。

回到我们太阳系,我们太阳系从哪里来?组成在座的各位人体的这些物质和一些重的金属从哪里来?天文学已经可以回答这些问题,我们今天坐在这里是因为在宇宙漫长的一百多亿年的演化当中,银河系反复地有大质量的恒星去形成、去爆炸、去死亡,再把物质喷射出来,在恒星的中心反复地进行核聚变的过程演化出来重金属,在爆炸的过程中把重金属进一步演化成超过铁的元素,在非常剧烈的天体物理活动当中形成了我们今天在座身体上所有的这些重要的元素。

我们不仅是一个高等智慧生命在研究一个客观的宇宙,而是我们本身就是宇宙演化的产物,我们本身就是宇宙在我们身上的一个体现。在这样的环境下形成一种高智慧的生命去思考理解宇宙是非常非常不简单的一件事情。

40年前美国发射过一颗卫星叫做旅行者一号。旅行者一号是迄今为止人类发射的唯一一个正式飞出太阳系的卫星,它飞了整整40年。在1990年的情人节2月14号,这颗卫星调转方向对准地球的方向拍摄了这样的一张照片。这个照片是著名的行星科学家、科普学家卡尔·萨根先生建议拍摄的。

在右面这张图里面大家会发现我用蓝色的这个小圈圈出来的就是地球。飞行到太阳系边缘,人类制造的卫星反过来去拍摄地球的时候,我们所有听说过的、发生在地球上的 其实就在这个暗淡的蓝点上。

天文学的研究是意识到人类的卑微,又意识到人类的伟大。我们卑微在我们太普通了,但是我们又如此的不平凡,因为我们有这样的意愿和能力去了解、去探索宇宙是一个什么样的状态,这是一件非常不简单的事情。

爱因斯坦不相信人类能够探到引力波

宇宙中有这样的结构,归根结底是引力造成了宇宙今天丰富多彩的世界。什么是引力?这是一个很不简单的问题,今天我们都没有真正回答这个问题。牛顿在康熙26年提出了万有引力定律(就是物体与物体之间有引力,它跟物体的质量成正比,与距离平方成反比),这个最基本的经典引力理论统治了世界大概200多年,一直到一个人的出现就是爱因斯坦。

爱因斯坦说,其实物质与物质之间并没有引力,没有力的概念存在。引力本质上讲是时空的几何发生了变化。也就是月球绕着地球转并不是月球感受到了地球的存在,而是地球的存在使得时空作为一个几何发生了扭曲,发生了形变,月亮只是按照它当时所在的位置感受到了这个几何时空的变化而在运动,它其实并不知道地球的存在,所以引力本身是时空的几何。它是更本质的对引力概念进行一个解释。至少今天我们认为广义论相对论是正确的。

广义论相对论有一个很重要的预言,如果时空发生了剧烈的变化,就像是平静的水面扔一个石子发生的震荡,水波会以波的形式传播开来。时空是也是一样的,比如说两个黑洞很剧烈地发生并合的过程中就会产生引力波。但是爱因斯坦当时计算,引力波是很难用当时的技术探测到的。他认为人类是没有能力去探测到的。

那么就在两年前,美国的LIGO实验用激光干涉引力波观测平台首次在爱因斯坦提出广义论相对论之后整整100年发现了遥远的几十个太阳质量的黑洞并合后产生的引力波。这是一个非常非常不简单的事情。这个引力波穿过地球的时候,整个地球的直径只改变了质子的十倍,也就十个质子这么大。或者换句话说,从太阳系一直到比邻星(我们最近的恒星)4.2光年, 光要走四年多的时间,这个距离只是改变了人的头发丝的直径这么大。爱因斯坦认为我们不可能看到,我们依然在100年之后看到了。

可以给大家听一下两个黑洞并合之后产生的引力波是什么样的声音。

这就是第一次人类聆听到了宇宙中两个黑洞并合产生的引力波。

后来发现 “引力波” 作为一个热词被各种各样的人频繁地使用。当时人民日报采访我的时候说,到底能不能解释一下什么是引力波。我就建议他画这样一个漫画。

爱因斯坦就像一个指挥家一样站在这个舞台上,不同的引力波从黑洞里面诞生,从其他的天体物理环境下诞生,它是充斥着宇宙中的一个交响乐。400年前的伽利略第一次亲手制作的望远镜指向夜空的时候,我们是看到了宇宙的规模。今天我们通过引力波聆听到了宇宙的第一个音符。

在世界屋脊聆听宇宙的初啼

宇宙从诞生的最开始,整个时空撞上的一瞬间,肯定是非常剧烈的一次震荡,这种震荡意味着它一定会以一种引力波的方式存在在我们这个时空中。因为它太久远了,所以信号非常非常的微弱,我把它叫做洪荒引力波。

洪荒引力波为什么会重要?因为它跟宇宙的起源有关。我们有时候叫做平行宇宙,有没有其他的世界存在。所有这些问题要回答一定要追踪到最开始产生宇宙的时候是什么样的物理过程。我们观测洪荒引力波是一个非常重要的基本手段。

在2014年,我们当时感觉到应该已经可以看到引力波了,但事实上由于这个观测条件有限,只在一个地方观测引力波是很难得到确切的答案。当时我就已经想到了利用我们国家西藏地区高海拔的环境建立自己的引力波观测平台。

在阿里地区正式建设了这样的一个天文台叫阿里天文台,它是世界上海拔最高的天文台。我把它叫做在世界的屋脊聆听宇宙的初啼。

暗物质是什么?

还有一个问题刚才没有回答,就是暗物质是什么?也就是宇宙是由什么组成的?今天我们可以确切地拍着胸脯告诉大家,宇宙由这三种物质组成,一种叫做暗能量,不知道它是什么,因为叫做暗的能量。我们试图去了解发现,越了解越不清楚,这就是科学研究的过程,今天没有办法去了解它。第二大组成叫暗物质,我们至少知道它是物质,它是不是粒子?是什么样的属性?我们并不知道,但是我们试图去回答这个问题。

这是我们中国发射的第一颗天文卫星叫做暗物质粒子探测卫星。两年前成功发射,成功发射以后把它命名叫“ 悟空 ”。这是我们当时在怀柔的测控中心拍摄的照片,每个人都发一样的衣服带一个非常非常小的帽子,我看起来很滑稽。

一个半月前(2017年11月)我们发布了悟空卫星上的首批科学成果。这个科学成果当然也是入选了全球十大航天新闻 。我们当然非常希望未来挖掘悟空里面珍贵的数据,去试图帮助人们回答一些我们不知道的问题。

用一公斤重的大脑装下整个宇宙

我们为什么要探索宇宙?很多人问我这个问题。说你看悟空发射了,有这样的发现,到底有什么用?探测暗物质到底有什么用?这是一个非常好的问题。当然不同的人不同科学家会用不同的方式去回答。

其实我觉得人类为什么要探索宇宙?地球上总是会有些坐不住的人会去试图回答这些问题,试图去回答那些几千年以来人们一直在试图回答的问题,而今天我们真的有一些能力有一些技术手段去对这些问题做出一些理性的回答。

我觉得探索本身是来自于人类本质的一种好奇心,这种好奇心是不可改变的,是一种人类文明自然推动的,没有人能够阻碍。即便你不探索、我不探索,总会有人去探索。我觉得宇宙的规则虽然是不可改变的,宇宙太大人类太小了,我们不管怎么探索,宇宙永远在那里。

但是我觉得很神奇的一件事情是我们人类用一公斤重的大脑就可以装下整个宇宙,真的是去理性地回答这些问题而且反复地验证我们的这些思考真的是对的,在宇宙中用真相用数据发现我们的这些思考是有道理的,这个事情本身真的是非常非常的不简单。

今天我们在一个大航天时代,大家通过火箭把很多探测的卫星发射到太空中。我觉得不管怎样,人类这种探索的脚步有可能是一个孤独的旅程,因为你很难知道是否有其他的生命在宇宙中做同样的事情。即便他在做同样的事情,是不是有可能跟你发生信息的交换,告诉你指引着你应该何去何从。

既然我们作为一个智慧生命存在,我们不知道何去何从,但是我觉得文明要有这样的担当,我们既然存在,既然能思考,我们就要回答一个最基本的问题,这样的文明才有希望。

爱因斯坦说,宇宙中最不可思议的事情就是宇宙竟然是可以被理解的。宇宙中永远充满了惊喜,不是说宇宙就可以被理解了, 而是在你理解的过程中会发现,你知道的越多,未知的就越多。所有的这个未知探索都是让你感受到这种文明的力量,感受到我们今天站在这里回答这些最基本的问题是一件多么自豪的事情,因为这个是宇宙!宇宙应该远远超过你的想象力。我相信未来人类的发展会给大家带来更多意想不到的事情, 谢谢大家!

(0)

相关推荐

  • 宇宙中有万有引力中心点吗?所有的星系都围绕着这一点公转?

    如果你有幸看到这篇文章,我们将一起探讨宇宙中最具争议的一个悖论,请耐心读完这篇文章,这将改变你的世界观."139亿年前",没有物质.没有时间.没有空间.更没有生命和意识,总之一切都 ...

  • 科学家发现,太阳系可能在一个的“宇宙空洞”内,直径达20亿光年

    未知科学 5月26日 根据科学家的不断观测发现,太阳系可能在一个巨大的"宇宙空洞"内,这个宇宙空洞的直径达到了20亿光年.对于宇宙空洞,可能很多朋友都不了解,它其实是一个天文学上的 ...

  • 距地球5亿光年远,科学家发现了长达14亿光年的巨大“墙壁”?

    随着天文学的不断发展,人类几个世纪以来对宇宙的认识也变得更加深刻.在天文著作<天体运行论>发表出来之前,人类对宇宙的简单认识就是各个不同的天体在一个无比巨大的空间中毫无关联地存在. 当地心 ...

  • 人类的首张黑洞照片为什么不是银河系中心黑洞,而是遥远的M87

    黑洞是宇宙中广泛存在着的一种天体,黑洞最早是根据爱因斯坦的广义相对论推导而出的一种理论天体,所以虽然黑洞的存在已经被广泛认可,但仍有人对于黑洞存在的真实性表示怀疑,直到第一张黑洞的照片问世,人类才切实 ...

  • 占据宇宙90%的暗物质,有多神秘

    关于宇宙的事实,人类都了解吗? 不,宇宙太大太神秘了,人类所知道的不过是宇宙的一个小小部分. 在地球,我们被大气包围,得益于此我们能够呼吸,因为我们的生命就是在地球生命基础之上建立的,所以我们与地球, ...

  • 什么是宇宙,宇宙有哪些秘密呢

    在宇宙的万家灯火中,人类在- -盏叫做太阳的温暧灯光下发展了自己的文明,并向着辽阔的宇宙张望. 在成千上万的星斗中是否只有地球孕育了人类生命呢?直到今天,依然没有确切的答案,尽管无数的科学家想尽办法去 ...

  • 宇宙中那些不可思议的天体,体积最大的可以容纳一百亿个太阳

    提起宇宙我们第一时间便会想到浩瀚无垠,确实宇宙几乎大的无法想象,仅人类目前所能观测的范围就长达930亿光年的距离,你知道这是一种怎样的概念吗?按照光速每秒30万千米计算,光速一年等于传播9.46万亿千 ...

  • 宇宙中最不可思议的分子终于找到了起源

    1985年,科学家在实验室里发现了一些非常不寻常的分子 -- 60个碳原子熔合在一起形成的一个球形的.类似足球的结构. 图解:键线式中的α与β碳原子 这种分子现在被称为巴基球,完整学名是巴基敏斯特富勒 ...

  • 修仙文明存在于宇宙中?科学家探索宇宙后,答案超乎想象

    宇宙空间是一个充满魔力和令人难以探测的领域,这么多年来,人类的科技文明早已取得了很大的进步,但对于宇宙空间的探索仍未达到人们的预期,宇宙也正如人们所说,神秘莫测.星系中的行星数在十亿左右,也就是说,地 ...

  • 深处宇宙中的我们对宇宙的一切未解之谜都感到好奇

    宇宙的边界四处无光,但或许有斑驳的星点或者说是零散的星云. 从宇宙的边缘到达宇宙的中心点,那几乎是人类不可能走成的路程. 宇宙边缘到宇宙中心也是逐渐明亮的过程,我们越往宇宙的中心,那里的光线就越亮. ...

  • 漫威宇宙中最危险的生物竟然是......

    看完<惊奇队长>后,一夜之间,网友家的橘猫纷纷变身成了噬元兽. 还有网友表示:你们知道看完电影后偶遇一只橘猫是什么感受吗? 哈哈哈哈看来网友们从此对橘猫也留下了不小的阴影. 所以今天畅读小 ...

  • 是想象力限制了你的思考,来看看宇宙中最神秘,最不可思议的现象

    自从人类抬头看到星空之后,就一直在探索着它的奥秘.但是直到现在我们也没能知道它到底有多大,又是一个什么样的存在,宇宙中还有另一个存在生命的星球吗?以现在的科技很难解释.但是在观察宇宙的过程中又发现了许 ...

  • 地球在宇宙中的地位,看完我整个人都惊呆了

    来源:漫漫说.3D实验室 这是我们地球和月球的对比.一个地球有49个月球那么大. 继续放大一级:海王星有58个地球大,天王星有65个地球大. 土星相当于830个地球,木星有1300个地球那么大! 再放 ...

  • 宇宙中只有地球会下雪么?

    现在正值冬季 不少北方的小伙伴已经感受到大雪纷飞 美景如画的场面了 相信不少南方的小伙伴们都羡慕坏了! 但是,你知道吗? 在茫茫宇宙中不只是地球 其他星球也会下雪哦! 火星 火星虽然是一颗红色行星,导 ...

  • 日本的一项实验表明宇宙中存有大量生命,只不过人类并未发现

    地球和其他星球不同的是,地球上有一群高智慧人类,正是人类的出现才让地球变得生机勃勃,可是在宇宙中像地球这样星球数不胜数,甚至还有很多星球环境比地球还要优越,这时候大家推测,其他星球上是否有和地球一样人 ...