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Q
您認(rèn)為通過蟲洞進(jìn)行時(shí)空旅行可能嗎?你講到黑洞,非常迷人。還有另一個(gè)叫白洞的概念,應(yīng)該還有另一個(gè)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(gè)洞人們可以進(jìn)行時(shí)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(gè)月墨子沙龍請(qǐng)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(gè)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(shí)間反轉(zhuǎn)的版本。白洞不但不會(huì)把物質(zhì)吸進(jìn)去,反而會(huì)噴射出物質(zhì)。
根據(jù)理論,要使這種天體存在,里面連一個(gè)原子都不能存在。如果存在任何物質(zhì),它就會(huì)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(shí)空,包括時(shí)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(gè)普朗克時(shí)間的尺度,10的-32次方秒。如果想持續(xù)足夠更長(zhǎng)的時(shí)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(huì)花費(fèi)職業(yè)生涯等待奇跡出現(xiàn),但這個(gè)想法很好。
潘建偉
其實(shí)上個(gè)月我女兒也問Thorne教授關(guān)于蟲洞的同樣的問題。但對(duì)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(duì),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(duì)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(huì)花時(shí)間在這方面做實(shí)驗(yàn)。
Q
兩個(gè)中子星碰撞的時(shí)候,這個(gè)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(shí)間,和中微子到達(dá)的時(shí)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(gè)中子星并合的時(shí)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(gè)MeV以上的中微子出來,而且人們?cè)?989的時(shí)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(cè)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(shí)候流量已經(jīng)非常得小了。
這次中微子探測(cè)器有觀測(cè),但沒有觀測(cè)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(gè)Kpc,比這次小3個(gè)量級(jí)的距離,那一次探測(cè)到了中微子,但這一次距離遠(yuǎn)3個(gè)數(shù)量級(jí),所以最后沒有探測(cè)到。
將來如果在我們更近的地方,能夠探測(cè)到中微子,能夠探測(cè)到引力波輻射,還能夠探測(cè)到電磁波輻射,這樣我們可以對(duì)中微子的質(zhì)量,對(duì)引力波的速度給出很強(qiáng)的限制,所以這個(gè)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(shí)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(hào)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(duì)應(yīng)體,如果連光學(xué)對(duì)應(yīng)體都看不到,是怎么判斷這個(gè)距離?
戴子高
我們從引力波的波型,可以得到兩個(gè)中子星的質(zhì)量,然后根據(jù)廣義相對(duì)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€(gè)中子星的質(zhì)量,就可以得到引力波的強(qiáng)度。我們觀測(cè)的是引力波的strain,根據(jù)數(shù)字模擬比對(duì),可以把這個(gè)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(duì)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(dòng)的,運(yùn)動(dòng)就有磁場(chǎng),我們能不能從磁場(chǎng)角度觀察宇宙?
毛淑德
電磁波本身就是電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生的,磁場(chǎng)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(chǎng),磁場(chǎng)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(gè)比較前沿的領(lǐng)域。
我們?cè)诤芏嘌芯坷锩?,其?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(chǎng)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(zhǎng)大以后可以來研究。
Q
戴教授,在聽您介紹伽瑪射線暴的時(shí)候,我想到另外一個(gè)非常相似的東西,就是快速射電暴,請(qǐng)問兩者之間的額區(qū)別在哪里?以至于我們對(duì)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(gè)非常前沿的問題,伽瑪射線暴的機(jī)制基本有很多觀測(cè)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(shí)間非常短,持續(xù)時(shí)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(chǎng)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(cè)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(cè),在距地球大概10萬光年的地方,有一個(gè)跟地球差不多的行星,是不是因?yàn)樗厍虿畈欢啵詴?huì)跟地球的待遇一樣呢?
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(cè)到,比如說我們可以探測(cè)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(cè)證據(jù)。
所以你說是不是跟地球一樣的待遇,這個(gè)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(cè)跟地球接近,但是沒有實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)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(gè)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(gè)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(shí)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(jí)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(huì)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(shí)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(gè)問題,這也是將來一個(gè)非常好的研究領(lǐng)域。中國(guó)有大型計(jì)算機(jī),我們有世界上最好的超級(jí)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(huì)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(cè)是為了觀測(cè)對(duì)于地球的好處還是對(duì)于世界的弊處?
戴子高
對(duì)于科學(xué)家來講,應(yīng)該是對(duì)這個(gè)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(cè),多信使的觀測(cè),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(duì)它有研究興趣。
至于你說伽瑪射線暴對(duì)我們有什么害處,在報(bào)告里面提到,伽瑪射線暴也許會(huì)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(duì)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(dòng)學(xué),黑洞的質(zhì)量可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)來測(cè)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(gè)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(cè)到的pattern給重復(fù)出來,這是現(xiàn)在來說最精確的對(duì)宇宙里面暗物質(zhì),暗能量的重量測(cè)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(cè)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(huì)比較清楚。
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