文字版 Q 您認(rèn)為通過蟲洞進(jìn)行時空旅行可能嗎?你講到黑洞,,非常迷人,。還有另一個叫白洞的概念,應(yīng)該還有另一個什么“洞”將白洞和黑洞連接起來,。您認(rèn)為未來可能通過這個洞人們可以進(jìn)行時空旅行嗎,?到達(dá)非常遠(yuǎn)的空間,比如幾十億光年以外,,您認(rèn)為可能嗎,?謝謝! 何子山 你的問題很好,。你的問題是白洞和蟲洞是否存在,?理論上講,答案是肯定的,。事實(shí)上上個月墨子沙龍請到的Kip Thorne寫了一本這方面的書,,但科學(xué)家認(rèn)為這只是一個理論想法,很可能根本不能在實(shí)驗(yàn)上證明,。原因是白洞的存在就是黑洞的時間反轉(zhuǎn)的版本,。白洞不但不會把物質(zhì)吸進(jìn)去,反而會噴射出物質(zhì),。
根據(jù)理論,,要使這種天體存在,里面連一個原子都不能存在,。如果存在任何物質(zhì),,它就會立刻坍縮成黑洞。所以自然界中非常不可能滿足這種條件,。但假如它們真的存在,,如果可以通過所謂的蟲洞將黑洞和白洞連接起來,當(dāng)然就可以穿越到完全不同的時空,,包括時間旅行也有可能,。
再次聲明我不是這方面的專家,但專攻這方面的專家說這些天體極不穩(wěn)定,。即使蟲洞打開,,也僅僅持續(xù)一個普朗克時間的尺度,10的-32次方秒,。如果想持續(xù)足夠更長的時間來迅速擠進(jìn)去,,就像開車或開宇宙飛船一樣,就需要讓它一直打開,。但是保持打開狀態(tài)需要叫做反引力的東西,。所以我認(rèn)為只可以在數(shù)學(xué)上實(shí)現(xiàn)這些假設(shè)。而現(xiàn)實(shí)中,,我認(rèn)為大部分科學(xué)家都不會花費(fèi)職業(yè)生涯等待奇跡出現(xiàn),,但這個想法很好。 潘建偉 其實(shí)上個月我女兒也問Thorne教授關(guān)于蟲洞的同樣的問題,。但對我來講,,蟲洞的概念是不是違反了局域因果原理。我是說在物理上講,,局域因果律是物理中的終極原理之一,,那么這種情況下怎樣理解蟲洞呢?
Thorne教授沒有正面回答,,他說也許可能,,而沒說真的可能。對,,他只說很可能可以,。我也跟其他人多次談起,大家都說蟲洞很可能只存在理論中,,但不能真正被物理原理接受,。我不明白,你怎么看,? 何子山 我也不知道,。對我而言,我是非常實(shí)際的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,。如果不能做實(shí)驗(yàn),,甚至是思想實(shí)驗(yàn),那就不再科學(xué)的范疇里了,。所以物理學(xué)中很多想法很大膽,,可能不能用實(shí)驗(yàn)證實(shí),所以我也不知道該說什么,,但是我真的不會花時間在這方面做實(shí)驗(yàn),。 Q 兩個中子星碰撞的時候,,這個過程當(dāng)中有沒有中微子發(fā)射,如果有中微子發(fā)射的話,,目前理論上認(rèn)為中微子還是有質(zhì)量的,,它到達(dá)地球上速度畢竟有一點(diǎn)區(qū)別,盡管很接近光速,。我們說伽瑪射線,、引力波到達(dá)的時間,和中微子到達(dá)的時間有沒有什么區(qū)別,,因?yàn)榫嚯x很遠(yuǎn)嘛,,這次事件距離我們到底有多遠(yuǎn)? 戴子高 你剛才提的問題非常好,,兩個中子星并合的時候,,確實(shí)有大量中微子輻射,因?yàn)樵诓⒑系倪^程中,,里面的溫度非常高,,所以可以有10個MeV以上的中微子出來,而且人們在1989的時候就已經(jīng)計(jì)算過確實(shí)有大量的中微子出來,,但是它離我們太遠(yuǎn)了,,觀測中微子也非常難,等中微子距離我們相當(dāng)于40 Mpc的距離,,到我們這兒的時候流量已經(jīng)非常得小了,。 這次中微子探測器有觀測,但沒有觀測到中微子輻射,,它距離我們還是太遠(yuǎn),。其中有一次中微子輻射相當(dāng)?shù)妮椛涫?987A,那一次超新星爆發(fā),,離我們只有50幾個Kpc,,比這次小3個量級的距離,那一次探測到了中微子,,但這一次距離遠(yuǎn)3個數(shù)量級,,所以最后沒有探測到。 將來如果在我們更近的地方,,能夠探測到中微子,,能夠探測到引力波輻射,還能夠探測到電磁波輻射,,這樣我們可以對中微子的質(zhì)量,,對引力波的速度給出很強(qiáng)的限制,所以這個問題非常好。 Q 引力波現(xiàn)在非常熱門,,2015年發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在,,2017年是多信使時代,我想問我們是怎么判斷引力波源的距離的,?因?yàn)槲覀兛傉f引力波信號來源于多少光年之外的黑洞碰撞,,LIGO是怎么判斷引力波源距離我們多少光年外的,因?yàn)槲覀兪侨ツ瓴趴吹焦鈱W(xué)對應(yīng)體,,如果連光學(xué)對應(yīng)體都看不到,是怎么判斷這個距離,? 戴子高 我們從引力波的波型,,可以得到兩個中子星的質(zhì)量,然后根據(jù)廣義相對論的理論做模擬,,模擬跟引力波的波型比較,,這樣就可以把距離確定出來。因?yàn)橛辛藘蓚€中子星的質(zhì)量,,就可以得到引力波的強(qiáng)度,。我們觀測的是引力波的strain,根據(jù)數(shù)字模擬比對,,可以把這個距離體現(xiàn)出來,,實(shí)際上就是通過引力波的(波形)跟數(shù)字模擬比對得到距離。 Q 一直在討論從光線,、視覺,、引力和輻射來觀察宇宙,但是宇宙一直都是運(yùn)動的,,運(yùn)動就有磁場,,我們能不能從磁場角度觀察宇宙? 毛淑德 電磁波本身就是電場和磁場產(chǎn)生的,,磁場和電磁波還是有緊密聯(lián)系的,,我不知道你問的是在光以外有沒有其他辦法研究天體,剛才戴老師講的可以用中微子,,還有宇宙射線和引力波這樣不同的手段來研究天體,,這是不同的手段。但是你剛才提到磁場,,磁場在天體物理里面確實(shí)隨處可見,,但這可以說是天體物里面的一個比較前沿的領(lǐng)域。 我們在很多研究里面,,其實(shí)把它忽略了,,但是不是真正能夠忽略,這是不太清楚,比如像恒星形成啊,、我們提到的星系團(tuán)里面磁場到處都有,,它們到底有多少作用,其實(shí)天體物理里面(還不清楚),,我覺得應(yīng)該有更多的研究,,所以說也許你長大以后可以來研究。 Q 戴教授,,在聽您介紹伽瑪射線暴的時候,,我想到另外一個非常相似的東西,就是快速射電暴,,請問兩者之間的額區(qū)別在哪里,?以至于我們對快速射線暴了解如此甚少,甚至關(guān)于它的形成機(jī)制沒有辦法給準(zhǔn)確的答案,。 戴子高 這是一個非常前沿的問題,,伽瑪射線暴的機(jī)制基本有很多觀測的證據(jù),表明某些伽瑪射線暴產(chǎn)生大質(zhì)量恒星的塌縮,,某些產(chǎn)生于雙中子星的并合,,也有可能有其他的機(jī)制。你剛才講的快速射電暴是當(dāng)前研究的非常熱門的課題,,但是關(guān)于它的形成機(jī)制,、產(chǎn)生的起源還很不清楚,基本大家都認(rèn)為,,可能由于它的時間非常短,,持續(xù)時間只有毫秒。 所以基本一致的看法,,認(rèn)為它可能來自于中子星,,而且是磁場非常強(qiáng)的中子星,但是這種中子星究竟在什么環(huán)境下產(chǎn)生(快速射電暴),,就像我們地球上產(chǎn)生地震一樣,,究竟產(chǎn)生于新震還是來自于與其他東西相互碰撞,到現(xiàn)在為止沒有任何觀測證據(jù)表明快速射電暴的機(jī)制,。 當(dāng)然也有人提出其他一些機(jī)制,,各種各樣的模型都有可能,但基本的比較一致的看法,,可能產(chǎn)生于中子星,,所以現(xiàn)在為止沒有統(tǒng)一的機(jī)制。 Q 我想問目前據(jù)天文學(xué)家探測,,在距地球大概10萬光年的地方,,有一個跟地球差不多的行星,,是不是因?yàn)樗厍虿畈欢啵詴厍虻拇鲆粯幽兀?/p> 毛淑德 現(xiàn)在天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3728顆系外行星,,確實(shí)越來越多的系外行星,,有一些性質(zhì)包括質(zhì)量大小越來越接近地球,當(dāng)然理論上可以算,,它有可能有一些性質(zhì)跟地球是比較接近的,,但是很多東西是理論的計(jì)算,我們并沒有觀測到,,比如說我們可以探測到地球的大氣的成分,,所以很多的結(jié)果,現(xiàn)在還是猜的,,所以沒有特別多的觀測證據(jù),。 所以你說是不是跟地球一樣的待遇,這個我不知道,,但如果主星和太陽一樣的,距離也差不多,,我們可能可以猜測跟地球接近,,但是沒有實(shí)驗(yàn)上觀測的證據(jù)。 Q 如果計(jì)算機(jī)可以模擬黑洞的形成,,那計(jì)算機(jī)能不能模擬宇宙的形成 何子山 這個問題非常好,。事實(shí)上很多模擬,特別是毛教授展示的結(jié)果,,就是關(guān)于幾乎整個宇宙的模擬,。這些模擬不是從大爆炸開始,而是從大爆炸后30萬年后開始,,可以很快模擬到現(xiàn)在,,所以已經(jīng)模擬了宇宙超過130億年的時間。這就是我們?nèi)绾文M星系,、黑洞和宇宙中的任何其他東西,。理論很復(fù)雜,真的需要超級計(jì)算機(jī)才能做模擬,,但是已經(jīng)在做了,。
關(guān)于大爆炸本身,也有很多關(guān)于宇宙早期的數(shù)值模擬,。里面的物理更困難,,因?yàn)樵缙谟钪鏄O其緊密,極其稠密,,最終會涉及到量子力學(xué),,量子效應(yīng)變得很重要。大家可能知道,需要用到引力的量子力學(xué)理論才能計(jì)算星系核黑洞,,而引力和量子力學(xué)還沒有統(tǒng)一,,這是理解大爆炸后短時間內(nèi)早期宇宙的物理前沿。
但是確實(shí)已經(jīng)有很多計(jì)算機(jī)模擬嘗試涉及這個問題,,這也是將來一個非常好的研究領(lǐng)域,。中國有大型計(jì)算機(jī),我們有世界上最好的超級計(jì)算機(jī),,我想我們已經(jīng)準(zhǔn)備好做出重大貢獻(xiàn),,或許你將來會做這些工作。 Q 想問一下戴子高教授,,關(guān)于伽瑪射線暴的問題,,觀測是為了觀測對于地球的好處還是對于世界的弊處? 戴子高 對于科學(xué)家來講,,應(yīng)該是對這個領(lǐng)域感興趣,,發(fā)現(xiàn)伽瑪射線暴來自于宇宙的深處,甚至宇宙的邊緣,,發(fā)現(xiàn)它的能量非常非常巨大,,這就要求它的物理過程非常極端,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它應(yīng)該是很極端的一種物理過程,,也許將來隨著引力波的觀測,,多信使的觀測,也許伽瑪射線暴可以提供一種檢驗(yàn)極端條件下物理規(guī)律的信使,,人們主要對它有研究興趣,。
至于你說伽瑪射線暴對我們有什么害處,在報告里面提到,,伽瑪射線暴也許會導(dǎo)致生命大滅絕,,可能恐龍的滅絕都有可能,但是不要擔(dān)心,,伽瑪射線暴在我們銀河系里爆發(fā)概率很小,,大概一千萬年左右爆發(fā)一次,人類究竟是什么樣的演化和發(fā)展,,完全不用擔(dān)心伽瑪射線暴對我們有什么影響,。 Q 想問一下到底怎么稱宇宙的重量? 毛淑德 我想有很多種辦法稱星系的質(zhì)量,,一種是武向平老師講的用恒星的運(yùn)動學(xué),,黑洞的質(zhì)量可以用運(yùn)動學(xué)來測量,還有剛提到的引力透鏡可以用來稱天體的質(zhì)量,,當(dāng)然你問的可能是怎么來稱宇宙的重量,,這個有各種方法,,比如剛才提到的像微波背景輻射,可以看到溫度通過隨著角度的變化,,然后我們也可以通過模型,,把觀測到的pattern給重復(fù)出來,這是現(xiàn)在來說最精確的對宇宙里面暗物質(zhì),,暗能量的重量測量的辦法,,當(dāng)然還有其他的方法,比如用超新星爆發(fā),,它定出來的標(biāo)準(zhǔn)燭光測出的距離,,也可以稱出宇宙的重量。
天文學(xué)家其實(shí)是用很多種辦法,,很多種天體來稱宇宙的重量,,所以有一些細(xì)節(jié)方面,可能要等你讀天文學(xué)博士會比較清楚,。 想要和更多志同道合的人一同討論科普問題,,獲得墨子沙龍小秘書貼心服務(wù),及時獲取各類科普活動通知嗎,?掃碼加墨子沙龍小秘書,,拉你入墨子沙龍超大群。 墨子沙龍是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)主辦,、上海浦東新區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會協(xié)辦,以上海研究院為基地的公益性大型科普論壇,,沙龍的科普對象為對科學(xué)有濃厚興趣,,熱愛科普的民眾,力圖打造具有中學(xué)生學(xué)力便可以了解當(dāng)下全球最尖端科學(xué)資訊的科普講壇,。 |
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