远方青木:飞跃黑洞视界的希望,在青少年|2020-01-13

2020年1月13日09:45:23 发表评论
在茫茫的宇宙中,诞生一个文明很难,一万个太阳系,也未必能诞生一个文明。
但是这代表文明在宇宙中很稀少么?
不,恰恰相反,宇宙中的文明多如沙砾。
原因只有一个,那就是因为宇宙中的星系实在是太多了。
仅仅银河系,就有上千亿个恒星,每个恒星至少有一个行星在围绕。
哪怕一亿个恒星系才能诞生1个宇宙文明,那这样的文明在银河系中也至少有1000个。
而银河系这样的庞然大物,要足足十万个,才能组成一个超星系团。
超星系团就是宇宙的边界么?
不,仅仅在人类的可观测范围之内,这样的超星系团,在宇宙中有数亿个。
而人类的观测最大范围之外,到底有多少个超星系团,那就不知道了。

宇宙中到底会有多少文明,你自己算一算。
那为什么我们没有见过外星文明呢?
因为人类的科技太弱小了,弱小到我们连太阳系的边界都还没有能力去探索。
指望这样的人类科技去发现外星人,不亚于指望一个只会制造独木舟的原始人跨越大西洋去发现美洲大陆。
宇宙中诞生的绝大部分文明,都会被锁死在母星之上,直到星球凋亡的那一天。
那极少数发展出星际旅行技术的幸运儿,会飞速扩张,占据99%的宇宙资源。
现在我们没有看到他们,很大的原因可能就是宇宙太大了,他们还没来得及飞过来,仅仅占满一个银河系,都不知道要花多少亿年。
飞跃星系之间鸿沟的技术跨度,可能不亚于跨越大西洋和飞出太阳系之间的技术代差。
而类似银河系这样的庞大星系,在宇宙中比沙子还多。
我们不知道目前的宇宙中,有多少文明已经开始了星际航行,但我知道,如果这样的宇宙飞船到了地球,他们看待我们,就好像我们看待澳洲袋鼠是一样的,技术的代差太大了。
我们不能指望救世主,自身科技的强大,才是人类通向未来的保护神。
在未来面前,在科学面前,我们要有飞跃的勇气和冲动,我们要始终保持对科学的好奇心。
人类的科技不是一蹴而就的,而是一点一滴积累的,正是科技的薪火相传,才让人类从蒙昧时期,步入了今天的文明。
少年强则国家强,少年兴则科技兴。
还有几十亿年,银河系就会和仙女座星系相撞,导致无数恒星运行轨迹紊乱,像台球一样互相乱撞。
而地球这颗行星可能发生的生态巨变,会导致人类可能还熬不到那个时候就无法再生存下去了。
如果到那时人类还未能发明出太空旅行技术,那人类就会消失在宇宙的历史中,就好像从来没有出现过一样。
人类目前的技术,和真正的星际文明相差太远,我们还需要无数代人的努力,才能让人类走向太空。

青少年,是人类知识传递的核心所在,把科学传递给青少年,让他们养成科学探索的兴趣,形成尊重知识、崇尚创新的氛围,才是人类文明真正的希望所在。

中国科协发起过“科普大篷车”运动,至今已开展活动22.9万次,为青少年的科普教育做出过巨大的贡献。

去年9月,腾讯青少年科学小会就与“科普大篷车”达成合作,推出大量的科普视频、文章等随车队深入偏远山区,并搭建“星空电影院”立体沉浸式放映科普短片,带去一个“流动版”的科学小会,服务全国的青少年。
2020年,“科普大篷车”将覆盖全国32个省,每年服务青少年人数将达到1600万。
科学的普及,需要社会多方面的合力,很幸运的是,中国有很多民间力量,在不断的推动这件事情,确保中国科技火种的传递。
好奇心,才是文明的原动力。
2019年,腾讯青少年科学小会曾联合著名学术期刊《science》,推出科学看点榜单投票活动,由120万青少年网络票选出他们最想看的科学话题。
最后胜出的榜单是下面这个。

大家最想看的,就是黑洞。
在2020年1月12日,腾讯联合清华大学举办了“2020青少年科学小会”,邀请了对应4大基础科学领域的8位知名科学家、科普学者,以“飞跃史瓦西半径”为主题,推动青少年科普为目的,介绍人类目前探索宇宙奥秘的最新成就
参会的科学家,都堪称科技精英。
1.中国探月工程首席科学家,欧阳自远
2.清华生命科学学院掌门人,王宏伟
3.全球首张黑洞照片拍摄团队主要负责人,科学家Avery Broderick
4.中国科学院国家天文台副台长,目前为止质量最大的恒星级黑洞LB-1的发现者, 刘继峰
5.英国皇家化学学会会士,中国重点实验室特聘教授,热爱青少年科普,被国人称之为“化学爷爷”的David博士
6.世界文明“搞笑”诺贝尔奖的创始人,Marc Abraham
7.世界著名学术期刊《science》主编,Tim Appenzeller
8.师从图灵奖得主姚期智,腾讯量子实验室负责人张胜誉
把这些科技大咖聚在一起很难,但聚在一起的讲座却很精彩。
科学的进步来自于好奇,而最能吸引人类好奇心的,就是茫茫的宇宙。
虽然人类相对于宇宙很渺小,但我们依然是宇宙之灵的一员,只要孜孜不倦的探索宇宙,我们未必不会立于宇宙之颠。

史瓦西半径,是德国科学家卡尔·史瓦西在爱因斯坦“ 广义相对论”的基础上得出的结论。
当恒星发生坍缩,收缩至史瓦西半径之内时,其引力将大到连光都逃不出去,最终变成黑洞。

人类的科技要发达到什么程度,才能飞跃史瓦西半径?

这是一个期许,期待人类能有美好的未来。

1.人类首张黑洞照片

自施瓦西半径提出以来,黑洞一直是人类的猜想,很多人并不承认黑洞的存在,一直到2019年,人类才终于拍摄到了黑洞的第一张图片。 

这张黑洞图片,是“事件视界望远镜”项目组拍摄的,该组织由十多国科学家组成,目标是观测超大质量黑洞。
所谓事件视界,就是黑洞的可见范围,在这个视界的表面,连光都无法逃离,如果你进入这个视界内,那你就被这个世界彻底屏蔽了,在视界内发生的一切事件,这个宇宙都不会有任何人能看见,也没办法以任何手段感知到。
但是我们知道,每一个星系的中央,都必定会有一个超大质量黑洞,整个星系在这颗黑洞的引力下运转,银河系的中央,就有这么一颗巨型黑洞,约400万倍太阳质量。
在科学小会上,“事件视界望远镜”项目组的负责人Avery给我们来带了黑洞拍摄背后的故事。 
黑洞的拍摄很难,因为它完全看不到,一个纯黑的空间在漆黑一片的宇宙里,是几乎不可能被发现的。
我们没办法直接观测黑洞,但我们有其他办法来间接观测。
有些黑洞的周围,活跃着大量气体和尘埃,它们围绕黑洞进行高速运行,被加热到了几十亿度,发射大量的辐射,其中有些无线波段,是可以被地球观测到的!
由于视线阻挡的问题,我们没办法观测银河系中心的巨型黑洞,但有些黑洞可以。
利用四大洲八个观测点,经过10年的观测,通过对大量数据的汇总,人类终于拍摄到了室女A星系(M87)中心黑洞的具体图片,其质量达到了67亿倍太阳质量,距离我们约5350万光年。
M87黑洞,并不是宇宙中最大的黑洞,甚至不是人类发现的最大黑洞,选它,只是因为它最易拍摄。
2.中国发现远超理论上限的恒星级黑洞
对黑洞的研究,并不止是外国人的专利。
我国的刘继峰,使用中国自主研制的郭守敬望远镜(LAMOST),在2019发现了目前为止最大质量的恒星级黑洞。
他通过对开普勒一个天区(K2-0)中的3000多个天体进行两年的监测,发现了一颗B型星的运行轨迹非常异常。
经过计算,确认这颗B型星周围一定有一个黑洞,约为60~80个太阳质量,被命名为LB-1。
这是在恒星系内发现的最大黑洞,刷新了人类对于恒星级黑洞质量上限的认知,以目前的模型,小小的恒星系内不应该存在这么大质量的黑洞,LB-1的质量远超理论上限。
这个发现,迫使人类的天文学家,开始改写恒星际质量黑洞的形成模型,并让刘继峰获得了2019年“科学探索奖”。
除了黑洞之外,中国还在对太空的探索上走出了坚实的一步。
3.中国未来十年的太空探索计划
中科院院士、“嫦娥工程”首席科学家欧阳自远向我们介绍了中国宏伟的太空探索计划。
长征五号火箭,2020年底,会继续发射,前往月球进行采样返还,为载人登月做技术准备。
而在2020年的中旬,中国的火星探测器将会按计划准时发射,因为去火星不是想去就去的,因为地球和火星的距离在不断的变动,合适的发射窗口,每26个月才会出现一次,今年六七月份不去,那就得2年零2个月后才能去了,所以中国人必须把握好这个窗口。
在未来的10年里,中国有庞大的太空探索计划,不仅要探索火星和木星,还要探索太阳系的小行星带及小王星的柯伊伯带。

这是一个宏伟的计划,希望一定可以成功,为中国加油!
4.世界最大的冷冻电镜研究中心
除了在宇宙空间方面的技术突破外,这些年,中国在冷冻电镜领域的成就也无人能敌。
冷冻电镜,是荣获2017年诺贝尔奖的伟大技术发明。它让人类的观测技术达到了近原子级的分辨率,可以把物体放大几十万倍,并能够完整保存蛋白质的三维形状。 
17世纪,荷兰人列文虎克发明了显微镜,打开了微生物世界的大门,而冷冻电镜则让人类拥有了破解蛋白质结构组成的能力。
根据清华大学生命科学学院院长王宏伟教授的介绍,清华大学已经建成了世界上最大的冷冻电镜研究中心。
前任清华大学生命科学学院的院长施一公教授,凭借冷冻电镜,在生物蛋白解析领域,取得了一系列国际级重大研究成果,让中国在这个领域的科研实力直追美国、德国,呈三足鼎立之势。 
除了这些硬核的科学介绍之外,“化学爷爷”的David博士;“搞笑”诺贝尔奖的创始人Marc;著名学术期刊《科学》主编Tim;腾讯量子实验室负责人张胜誉也都从青少年科普的角度,带来了很精彩的发言。
宇宙的奥秘,从来都让人心醉。 

从某种意义上来说,大力推广科普工作,重要性不亚于一线的科研任务,只有源源不断的新生代科研少年,才能给中国带来未来和希望。
每一个科学家的少年时期,都是被科普“点亮”,从而踏上探索未知之路的。 
有一位少年,童年时总因说话比别人慢而被嘲笑,但他12岁时在家庭教师的鼓励下爱上了几何,17岁自学完微积分后对经典理论产生了怀疑。他就是爱因斯坦。
有一位少年,13岁总因作业很不整洁而被老师认为无可救药了。1年后,数学老师发现了他的才华,帮他重建自信。他成功在17岁考入牛津攻读自然科学。他就是霍金。
还有一位少年,在11岁即表现出对于天文学的兴趣,并受到父亲好友的鼓励,开始钻研天体力学。他16岁时就发表了2篇天体力学论文,只用了5年便在23岁获得博士学位。他就是德国物理学家、德国科学院院士——卡尔·史瓦西。
在这三位少年不断的研究下,人类才终于发现了“史瓦西半径”,并最终“点亮”了黑洞。
这次群英荟萃的“科学小会”,意义很大,小会虽小,作用不小。
我希望更多的中国孩子能被这次的科学小会“点亮”,从而让他们能在十年、二十年、三十年后“点亮”中国和人类的未来。
飞跃史瓦西半径的希望,在青少年。
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