武向平院士给八九点钟的太阳讲宇宙终极命运

  • 文/许玉婷 图/杨天鹏
  • 创建于 2017-07-21
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  2017年7月19日上午,雁栖湖校区国际会议中心报告厅,2017中学生科学夏令营的营员们迎来了与院士们的近距离接触。国科大2015级本科生(1503班)科学家班主任、中国科学院国家天文台武向平院士为准高三的营员们带来了一场别开生面的科普讲座——《宇宙的命运》。


武向平院士为营员们做讲座

  今天,大屏幕上呈现出的宇宙奇观,不是来自科幻电影或者小说,而是科研工作者扎实严谨的学术展示。武向平从宇宙大爆炸讲起,到暗物质的观测,再到探索宇宙的终极命运,这是一场震撼心灵的宇宙之旅。

  在中国古代,“宇”指上下四方;“宙”指古往今来。武向平引经据典,生动地向营员们描述了一幅宇宙图景。宇宙有138亿年,有1022颗星星,1022这个数字太抽象,通俗来说就是“海岸上的沙粒有多少颗,天上的星星就有多少颗”。为了让营员们对宇宙的数量级有更直观的印象,武向平向营员们展示了一幅从北京到上海的距离图,依次递推延展到中国、地球、太阳系、银河系、星云和宇宙,从小到大不断扩展,让大家感受到宇宙之浩瀚,人类之渺小,人类在宇宙之中并无特殊地位。

武向平院士讲座现场

  武向平追本溯源地讲解了宇宙大爆炸理论的产生及支持论据。他认为,在人类看来星星是极多的,但相对于无限膨胀的宇宙,1022颗星星的数量其实很少,同时分布并不均匀还兼具不同结构。此外,依赖恒星发光特性探测并计算得到宇宙星星的数量其实也有局限性,宇宙中还存在许多未被观测到的暗物质。目前所用的观测方法类似于在夜晚看一个城市的灯光分布,通过发光的面积推测该地人口数量,在某种程度上可以得出人口密度分布的结论,但实际上像亚非拉等人口庞大的地区并未出现在发光地带,通常会成为被忽视的黑暗地带。这种测算方式的不足,同样也体现在观测宇宙物质中。

  研究发现,宇宙的早期温度特别高,宇宙大爆炸创造了世间的化学元素。其中,氢占77%,氦占23%,而人体中占比最大的元素也是氢。地球上的铁和镍最多,铁来自恒星爆炸,金则来自在中子星碰撞。目前,科学家发现了被纯氧气包围的白矮星、发现了10万颗恒星质量的超大水库,这都表明地球上诸多元素都源自宇宙大爆炸。一方面,大爆炸理论为人类提供了探索宇宙起源的重要方式。同时,大爆炸宇宙为统一自然界中四种相互作用力提供了理想的平台,另一方面大爆炸理论也为人类思考宇宙的命运提供了可能性。

营员们认真聆听武向平院士讲座

  武向平认为,20亿年后,银河系和大麦哲伦云合并成更大的椭圆星系;50亿年后,太阳死亡;7000亿年后,随着宇宙加速膨胀,局部星系群以外的星系从视界消失,局部星系群以外的天空变黑;未来10万亿年后,宇宙核能耗尽,星光逐渐暗淡;未来1万亿亿亿年后,星系瓦解,物质被抛入茫茫宇宙,所有遗留恒星被吸入黑洞——这是宇宙未来的命运,听起来像极了《三体》中刘慈欣所说的:死神永恒。

  武向平激情四射的演讲、严密的逻辑、深邃的思想都给同学们留下了深刻的印象,整场讲座掌声不断。讲座结束,千奇百怪的问题纷纷从话筒中传出:宇宙是否有边界?星系围绕的中心是什么?大爆炸之前是什么,时间有起点吗?......同学们在这里与武向平面对面直接对话:

现场同学向武向平院士提问

学生问:


 随着科技的发展,宇宙奥秘的不断揭晓,您认为科学与哲学到最后是否会合二为一?您如何看待哲学与自然科学的关系?

科学与哲学不会合二为一,哲学是自然科学的高度概括。人类的时空观会不断发展,理论都有局限性,科学也会不断被修正,哲学和自然科学是互补的,同时也是协同发展的。

武向平答

学生问 


暗物质数量如此之多,是否可以使用暗物质解决地球的能源问题?

 不能。因为暗物质并不能被人类直接观测到,暗物质几乎不与任何物质发生碰撞,很难被利用。

武向平答

学生问

科幻电影中会出现一些高等智慧生命,有观点猜测人类是高等智慧生命的小白鼠,就像虫子一样,您怎么看这个观点?

想象力很好。我也希望我们可以去到四维空间,但这在大概率是不可能的。如果人类是高等智慧的试验品,会没有什么幸福感可言。我更愿意相信人类是自主地生活着。

武向平答

 学生问

科幻电影中出现一些外星人,他们的基本元素并不是以碳元素。请问人类在探测外星人过程中,除了以碳元素或蛋白质等作为探测依据,是否尝试以其它元素或者粒子作为探测依据呢?

这是个很好的问题。目前的探测手段具有局限性,现在还没有使用碳元素等大分子以外的元素作为探测依据,但是这个探测依据也在不断扩大,并没有排除对方是非碳元素。更重要的是,如果对方是非碳元素构成,如何与对方取得通讯上的联系,才是确认是否能发现地外智慧生命的关键。

武向平答


 学生问

现在人类寻找外星人,其目的是什么?

最重要的目的是满足人类的好奇心。

武向平答

面对同学们踊跃的提问和脑洞大开的思索,武向平耐心地答疑解惑并表示,未来人类移民太空会遇到各种各样的问题,希望同学们能够不断进步和创新,成为未来创建新物理的人。

武向平


中国科学院院士,中科院国家天文台研究员,主要从事宇宙学的研究。研究包括引力透镜效应、星系团物理及其宇宙学应用、宇宙大尺度结构、暗物质等,领导了在新疆天山进行的“宇宙第一缕曙光探测”科学实验项目。在利用引力透镜效应研究宇宙各尺度暗物质分布和演化以及星系团的动力学特性及其宇宙学应用等方面取得了卓越的成绩。获中国青年科学家奖、国家杰出青年基金、中国科学院自然科学奖、国家自然科学奖、科技部野外科技工作者先进个人、何梁何利科技进步奖等。