基普·索恩:400年之后有望揭开宇宙之谜

近日,2017年诺贝尔物理学奖获得者基普·索恩教授走上了混沌大学的课堂,带来了长达三个小时的科学思维大课《新的时空观:探寻星际穿越的秘密》。作为电影《星际穿越》的唯一科学顾问,基普·索恩教授通过这部电影以及其他工具来解释爱因斯坦相对论的起源,揭开黑洞、虫洞、星际旅行等等的奥妙。

基普·斯蒂芬·索恩,美国理论物理学家,是当今世界上研究在天体物理学领域的广义相对论理论与实验的领导者之一,因对LIGO探测器及引力波探测的决定性贡献而与莱纳·魏斯及巴里·巴里什共同获得2017年诺贝尔物理学奖。

在本次大课现场,索恩教授表示爱因斯坦的广义相对论预测宇宙中存在“翘曲的一侧”,即物体和现象并非由物质组成,而是大部分或完全来自弯曲的空间和时间。宇宙翘曲上可能会有黑洞、虫洞、奇点、可重返过去的“时光机”、引力波以及宇宙本身所在的更高维体。

“我们对黑洞所熟知的是,如果你掉进了黑洞就出不来,你也没法对外发送信号。比如说我掉到黑洞里了,我是一个二维的人,我的名字叫基普,如果你觉得基普不舒服你可以换成任何一个名字,比如麦当娜等等,我掉进去了,我发了一个微博想出来,我有一个天线,但我的天线一旦接近黑洞的表面,就所谓临界这样一个位置的时候,这个天线的信号就出不来。”索恩教授在讲述黑洞概念时表示,因为时间超级的扭曲,任何掉进黑洞的东西,只要掉进去,它也许只有1秒钟的时间,都相当于掉到了一个未来,然后会经历巨大的冲击波。在《星际穿越》这个电影里,米勒星球是被黑洞所围绕的,在这个星球上面1小时相当于地球上的7年。所以,也是离黑洞非常近的。

虫洞对于我们有什么意义?或许真的适合“星际旅行”。基普·索恩表示,不断地把虫洞打开,我们可以让土星的光线穿越、弯曲,我们就走到了仙女座,我们又通过虫洞回去,这么长的距离,只要几分钟就可以过去。“我开始研究之后,我就意识到如果我进入到虫洞再回来,我可以遇到更年轻的我,可能是20年前的我,所以虫洞就是一个时光机器。”

诺贝尔大会曾经这样评价引力波的发现:“2015年9月14日,人类历史上第一次探测到引力波。爱因斯坦在100年前预测了引力波,是由两个黑洞在合并时产生的。引力波抵达美国LIGO天文台需要经历13亿光年。

基普·索恩谈到现在可以去用引力波观测宇宙。“引力波,它们是空间形状本身的震动,电磁波是原子分子波的不均匀叠加所释放出来的,而引力波是质量和能量的牵连运动的均匀释放,它里面涉及到了大量的质量和能量,而电磁波是容易被灰尘或者其它的物质吸收或者分散,而引力波即使你临近了宇宙大爆炸,非常热非常密度大的地方也不会被大幅度的吸收或者是分散。”因此,不同的波会有很大的不同。他表示,他个人也非常期待能看到这些引力波被检测到,通过这些引力波能够帮我们更好地理解宇宙的诞生。

未来,在2030到2039年间,物理学家和天文学家将在宇宙中打开四个引力“窗口”,每个窗口覆盖不同的频带,并配备不同类型的引力波探测器。我们将利用引力波来探测宇宙翘曲的一侧。例如,我们可以详细绘制黑洞周围翘曲时空的形状、探索黑洞碰撞时产生的同旋风般的时空形状、了解宇宙诞生时的大爆炸,并探索控制宇宙的基本力量的形成。

基普·索恩在课程最后不无激动地表示:“400年前伽利略制造了第一个天文望远镜,发现了木星、土星等四个行星,2年前我们用LIGO做出了第一次对于引力波的观测,它的观测完全改变了我们对于宇宙的看法。”

伽利略,意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家,科学革命中的重要人物,其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测,以及支持哥白尼的日心说。

“大家可以想象一下,伽利略当年的时候人们是怎么看待宇宙的,现在是怎么看待宇宙的。我们现在有充足的理由相信,引力波的观测在未来的400年里将同样带来巨大的变化。我认为在400年之后,人们会更清楚的了解宇宙。”

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