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对话|吴庆文教授:“拍摄黑洞的最大意义在于满足好奇心”

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发表于 2019-5-8 23:21 | 显示全部楼层 |阅读模式



楚天都市报
05-0708:26


楚天都市报记者王进良 通讯员王潇潇 高翔


吴庆文教授

人物:吴庆文,1978年出生,教授,博士生导师。目前是国际天文学联合会会员,中国天文学会理事、湖北省天文学会副理事长。事件视界望远镜(EHT)项目中国团队成员。

背景:

4月10日,人类史上首张黑洞照片公布,和引力波被发现一样,是天文学研究史上具有划时代意义的实践。而在未来的15年—20年,中国天琴计划将对黑洞的研究带来重大突破。

孩子们知道的比我们想象的要多

记者(下简称记):自从4月10日史上首张黑洞照片公布以后,您除了学校的正常工作,还奔赴多所高校、中学做科普讲座。给中学生讲黑洞,他们听得懂吗?

吴庆文(下简称吴):习总书记说过,科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。作为一个科学家,向大家推广普及科学知识也是我的义务。我也喜欢跟学生们在一起交流。


吴庆文教授讲座现场

其实,现在的孩子都很聪明,他们知道的比我们想象的要多。有时你会发现,甚至幼儿园的小朋友都多少知道一点黑洞、霍金、爱因斯坦等,因为他们身边的人经常谈论这些,只是知道的层次不一样。我做科普时会问孩子们,你们相信黑洞吗?他们基本上半信半疑,或者说似乎听说过,或者说是这科学家想象的一些东西。当你突然给他们看一些证据,他们就相信了。


吴庆文教授讲课非常幽默风趣

记:但是孩子们心目中的黑洞,不一定是科学家研究的黑洞。

吴:的确。孩子们头脑中的更靠近霍金所说的黑洞,像什么时空穿梭啊,人掉进黑洞会怎么样啊,黑洞里边是什么样啊,这可能是物理学家更感兴趣。而我们天文学家要干的事,就是说到底有没有黑洞,如果有的话我们就去找它可能会存在什么地方,如果存在它是什么样的。所以这次观测,基本上是天文学家干的事情,它跟霍金所说的黑洞差得非常远。

从这种角度来说,让中小学生明白有黑洞真实存在,就够了,不需要非要弄得明白这里边的深层次原因。

世界上没有比好奇心更重要的了

记:能否用我们身边的例子,来说明黑洞大概是什么样子呢?

吴:举个例子,4个人各自握着床单的一角,然后在床单上放一个重物,重物就会下坠。然后在上面一个个地放置小球,小球就会沿着椭圆形的轨道快速往下旋转,这个过程和黑洞从直观上有点相像。

记:想必不少吃瓜群众都不明白,花这么大人力物力财力去拍摄黑洞照片,对我们有多大意义呢?

吴:最简单的就满足大家的好奇心,这个我认为是最重要的,世界上没有比好奇心更重要的了。科学家通过对好奇事物的研究,再转化为技术,进而推动社会向前发展,这正是科学重要的地方。

记:您参与这个项目研究已经很久了吧。

吴:我很早就在做这个方面的研究。两三年前这个黑洞拍摄项目的大工作组成立以后,我们才申请加入,去从事相应的工作。这是个庞大的工程,要靠科学家的集体智慧来共同完成。

照片公布时自己并没有特别感觉

记:第一张黑洞照片“洗”了两年,过程这么复杂。

吴:这张照片是根据庞大的数据一步一步绘制出来的。数据处理起来非常的复杂,并没有现成的程序,所有都要自己去写。再者一开始图的质量比较差,只是有个大概轮廓,后期就需要结合更多的数据使它更精致,越来越好看。而且几个相对独立组的图要几乎完全一致。

记:也就是说,在你们心目中黑洞大概是什么样子其实早就知道,只是分不同的组再进一步把它做得更精致一些,是这个意思吧。

吴:之前我们在理论上知道它大概是什么样子,但是真正拍到一个的时候,你再跟你想象中比一比是不是一样的。这个照片最终真正的样子,跟我们当时理论上算的几乎是一样的。

记:那您看到这张照片的第一个感觉兴奋吗?

吴:第一次看到它的大概是环装轮廓时很兴奋,因为当时爱因斯坦预言的就是环状的,尽管那时还很模糊。最后成果公布的时候,几乎就没有什么感觉了,因为两年来看了无数遍,多得都数不清了。现在我所感兴趣的是黑洞为什么会出现那么大,包括那个环的大小,然后为什么一边亮、亮多少。

天琴计划将会是捕捉黑洞的利器

记:很多人看过科幻电影会想,地球会不会被黑洞吞噬呢?

吴:由于银河系里的黑洞并不大,只有400万个太阳质量,它太小太小了,不存在说它会吞噬地球,就是地球想掉进去也不能。而且根据测算,确认地球周围没有黑洞,所以不必有这个担心。

记:刚才提到了爱因斯坦,说黑洞照片是继引力波之后,补上了爱因斯坦广义相对论的最后一个拼图,这个是怎么理解?

吴:爱因斯坦的广义相对论有很多预言,最重要的两个一个是引力波,第二个就是黑洞,其他的所有的预言比如光线弯曲啊,都包含在这两个预言里。这次是第一次看到黑洞存在,所以说补上了广义相对论的最后一块拼图。

几千年来,在大家的观念里,时间就是时间,空间就是空间,二者是完全独立的,但是爱因斯坦靠他伟大的想象把两者联系起来了:只要你动起来了,你的时间跟我的时间是不一样。1905年狭义相对论的提出,改变了我们的时空观。1915年爱因斯坦提出了广义相对论,引力同样能对时空产生影响。所以,爱因斯坦可以说是几千年来最伟大的科学家。

记:首张照片出炉,科学家也获得了更多数据、信息,是否对黑洞研究会带来大的便利?

吴:那是自然。EHT项目中国团队成员有十几人,黑洞照片支持了我们的研究成果。其实,目前由我国主导的天琴空间引力波探测器计划,将在未来15年—20年成为捕捉黑洞的利器。

天琴计划最早由华中科技大学罗俊院士于2014年3月提出,目前已经取得部分成效。预计在2030-2035年间发射,在10万公里高度的地球轨道上部署三颗绕地球运转的卫星,组成臂长17万公里的等边三角形,形成空间引力波探测器,将可以探测到宇宙诞生初期第一代恒星或气体云塌缩形成的双大黑洞合并产生的引力波,这将帮助我们理解宇宙早期种子黑洞、黑洞的增长历史以及星系演化等重大天文与物理学问题,特别是可能会搜寻到大量的中等质量黑洞。

要善于从生活中发现物理的乐趣

记:作为一个文科生,我觉得物理很枯燥难学。我看您只要有机会,就会宣传学物理的好处,推荐孩子们学好物理。您是什么时候爱上物理的?

吴:我本人确实偏爱理科一点,所以没有觉得它很难,可能从小就有这方面的兴趣,有好奇心。理工科的很多知识都是很好玩的,但是我们的学习很多是奔着考学去的,我相信部分不爱物理的学生是被考试折磨的。

有了兴趣和好奇心,很多事就不会感到枯燥。比如罗俊院士,在那山洞里面不也是30年如一日做一件事情?30年间每天改进一点点,离自己的目标越来越近,这不是个很有乐趣的过程吗?好奇心促使科学家永远保持对未知的探究兴趣。所以,第一要感兴趣,第二要有目标,然后去努力实现它。

记:您认为怎样才能让孩子们对物理感兴趣?

吴:怎么去让他们感兴趣?我觉得学物理是不需要鼓动,因为生活里面全是物理啊,生活里面好奇的、好玩的东西,深挖一下都是物理的东西。比如说,你看到彩虹为什么会是那样的?为什么底边这个颜色跟上面颜色是按那个颜色排列?我们怎么能找到彩虹?我就经常带学生去找彩虹,其实学过物理,懂得物理原理的人都应该知道了。比如,现在我就可以拿着喷壶,在你面前制造一道彩虹,这是很容易的事。这些现象,小朋友们都会感兴趣,兴趣很重要。就像很多小孩子喜欢看《十万个为什么》,里面有很多他们感兴趣的东西,而生活里面的乐趣远远多于书本,要多学会从生活中发现物理的乐趣,而不是来自于别人教你多少东西。



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