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宇宙深处的一丝脉动 精选

已有 3437 次阅读 2017-10-13 12:32 |个人分类:随想|系统分类:科研笔记

宇宙深处的一丝脉动

鲍海飞 2017-10-12

        2017年,诺贝尔物理奖授予了引力波方面研究的几位科学家,这引发了一些争议,这些争议主要包含两点,一个是认为引力波是否存在尚需要试验进一步验证,这主要因为试验过程和实验现象尚待验证以及似乎是太过于某种巧合的发现过程了。起因是,那探测引力波的试验设备刚改建好,几个小伙伴立即把它对准遥远的银河帝国,反正也不知道定位到哪个方向,姑且就在那玩航拍吧。但人家可不是无心插柳!几天之后,恰好有两个神秘的家伙---‘黑洞’,正在十几亿年前的沙漠之冰上玩起了双人舞,玩着,玩着,一不小心,情至深处,双双拥抱在一起坠入深渊,随之泛起了阵阵涟漪,这涟漪一下子穿越到了小小的地球,而恰这时,地球上那几个小伙伴正在镜头里东瞄西看那,他们被这百年一遇的景象惊呆了,就在那电光火石之间,啪啪啪,马上就拍摄记录下这惊鸿的一瞬。几个小伙伴,我们的福尔摩斯们,回到家里之后,立即涌进了暗室,少不了显影定影烘干,又模型了一下,蓦然回首中,那‘引力波’恰在灯火阑珊处灿烂,再细看一下,那图片上分明还有蒙娜丽莎的微笑!号外!号外!百年的企盼和膜拜终于到手了(2015914LIGO首次探测到引力波,正好是在探测器升级后的两天)。事情的经过大概如此,似乎显得非常巧合。当然,这恰应了那句中国古话,就叫‘无巧不成书’!要不奇迹是怎么创造的呢?又机遇是千载难逢,可遇而不可求!反正人家是发现了。另一个争议就是有关诺奖的授予似乎打了一张人情牌,给了几位老科学家。虽然存在这些争议,但我觉得这项奖项的授予还是应该值得肯定的,理由简述如下。

        首先,这是一个古老的科学问题,那也就意味着这是运动着的物质世界的基本问题,而且是一个尚待确认的问题,它涉及到神秘的宇宙和天体星系的诞生和演化等问题。还有很重要一点,这里面有我们尊敬的爱因斯坦的百年期待在里面。想象一下,他老人家在百年前就已经在思考这个问题和构建模型了。实际上,我们对宇宙的了解和认识非常有限,我们不是十分清楚天体之间如何相互作用和演化。比如对待三体问题,我们在理论上如何去构建其相互作用,似乎就已经捉襟见肘了。进一步,我们甚至都不十分清楚应该用什么恰当的工具和方法来研究在大尺度上物质产生和转变以及演化的现象和规律。虽然,我们能捕捉一些遥远的姗姗来迟大爆炸幅射所带来的粒子。而黑洞恰好是我们研究和认识的一个出发点,因为它的产生和消亡可能包含了宇宙演化的重要信息,而且有许多科学家给出了黑洞的模型,比如霍金。

        第二,有关波的性质非常奇妙。比如,我们知道有电磁波、声波、机械波,还有今天的引力波等,波里面还包含了纵波和横波等。光波是横波,里面包含了光的偏振问题;固体中传播的声波不但包含纵波和横波,还包含表面波和弯曲波等;液态物质中只能传递纵波等。波又有行波,还有驻波。光波在真空中传播速度最大,固体中声速的传播与材料的杨式模量和密度有关。还有作为物质的性质---波粒二象性等。波的性质非常复杂,它是物质的,它又是运动的,但它究竟是如何产生的,反映了物质和物质相互作用的哪些性质,它又与物质如何相互作用等,这些问题无疑值得我们深入思考。我们只是获取了‘波’的这样那样某些表观现象和性质而已,如波的反射、折射、衍射、干涉和叠加等。但是,一旦有了波,我们就多了一个探测方法和工具,这个波就是一个信号,就是一个探针,就是一个敏感激发源,它告诉我们在何处何时可能发生了什么,是什么在发生。

        然而,最大的神秘之处是第三点,是黑洞与波的结合,以及由此揭示的宇宙、时空乃至星体演化的过程。两个黑洞高速旋转绕行至结合为一体,在这个过程中会产生迸发出很多高能粒子并辐射了引力波。由此,除了一些辐射的高速粒子被作为探测的敏感源之外,引力波就成为另一种研究黑洞乃至其它天体运行的主要方式,这种想法和实验验证的方法应该是一个突破。我想,如果实验中若是真能同时检测到某种粒子飞驰而来的话就太精彩了,但那真的太遥远了,可望而不可及。

事实上,我们不容忽视的是,这些试验小组在精密测试仪器与方法上的开拓研究,从报道中可以窥见其不同凡响之处。他们的仪器测试设备,在克服了许多难以想象噪声干扰等诸多的困难之后,测试精度达到了小数点后180 ,即LIGO装置设备测量到干涉仪的臂发生了0.0……04米的长度改变(小数点后面180),即相当于质子大小的千分之一。这就仿佛悬丝诊脉,‘在感觉宇宙深处的一丝脉动!’。这个数据真不容小觑。插入一小段画外音,前些日子,我们在一个比较精密的测试实验中就发现,测试过程中,连接到示波器的电缆线,如果有一丝的摆动、抖动等,都会在示波器上引起干扰信号。一种原因是,导线中长度的变化、应力的变化都会导致导线中电荷的再分布过程,从而形成一个干扰脉冲信号。回过头来说,单从他们这一实验精度来说,有哪个实验室能够做到?反观我们现在,科学仪器的研发,是我们不重视、忽视、甚至是轻视的东西!我们太缺少、太缺少自己研发的科学仪器设备了!今年诺奖的化学奖同样授予的是与设备仪器研发与方法相关的,比如应用在生物体细胞等的冷冻电镜。难道说,这不应该给我们一些启示吗?

最后想说的是,这是一项包含了许多人许多年毕生的科学研究,俗气点说,这也是对这些老科学家们科研工作的一种肯定,毕竟这里有他们异想天开、巧夺天工的原创思想和处理问题的方法。同时这也是对新人来说是一种激励和自豪,因为,这里有年轻人承前启后的巨大贡献。毕竟,从某种意义上说,该设备仪器、相关模型以及数据处理方法等较好地自洽,因而验证了爱因斯坦先生百年前的预言。

也许,这是今年诺贝尔物理奖获奖的几个‘深层次’的原因吧!因此,科学研究和突破还是要在实验方法上、理论上,乃至仪器设备上要有所突破,同时,也要经历岁月的累积和时间的考验,以及无数人前仆后继的努力。说不定,利用该设备仪器以后还会有其它惊天的发现呢!比如,该设备用于波粒二象性的研究,用于测不准原理的研究,乃至通讯等,那时候,又将是另外一个天地了,何止一个两个诺奖!无论怎样,今天看来,有关引力波问题的研究仍然有很长的路要走。

科学研究的机遇也是稍纵即逝,毕竟时不我待呀。

如果说大家真有什么疑问和争论的话,我想大家应该思考的问题是:黑洞真的存在吗?黑洞的存在被证明了吗?用什么方式来证明黑洞的存在呢?如果要真的证明黑洞的存在,我们还要等待多久?

宇宙深处的一丝脉动传到了地球!这一丝脉动与我们的心灵相共鸣。




2017年诺贝尔奖
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