【科学讲座】蔡荣根:“它太过漂亮,以至于它不可能是错的”

  • 文/牟枭勇 图/戴雯怡 (本科部)
  • 创建于 2016-12-23
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2016年12月22日晚7点,中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座III在玉泉路校区阶一五教室如期举行。来自中国科学院理论物理研究所的蔡荣根老师向大家生动地介绍了现代宇宙学的机遇与挑战。

  讲座一开始,蔡老师首先讲到宇宙起源、物种起源、生命起源是基础科学研究的基本问题。宇宙是什么?中国古人早已给出明确的解释,“上下四方曰宇,古往今来曰宙。”宇宙是时间和空间的统一体。而现代宇宙学是科学建立在数学物理的基础上的。强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用构建出了粒子物理标准模型,引力相互作用构建出了宇宙学标准模型。

蔡老师接着讲到,引力的量级虽然远小于其他相互作用,但引力无法被屏蔽,具有普适性。1915年,爱因斯坦提出广义相对论,把引力与时空弯曲画上等号。爱因斯坦认为,物理规律不应依赖参照系的选取。他通过电梯实验指出,引力与惯性力是等价的,又接受哲学家马赫的观点,提出物体的惯性运动是由于宇宙中所有的物质引起的。时空中的物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质该怎样运动。

蔡老师满怀深情地告诉同学们,广义相对论是最漂亮的理论,没有之一,它太过漂亮,以至于它不可能是错的。蔡老师提到,当爱因斯坦被问到如果光线弯折的观测于广义相对论不相符,那他该怎么办时,爱因斯坦风趣而自信的回答道,那我就要跟上帝说抱歉了,总之我是对的。蔡老师继而讲道,科学其实是很保守的,我们观测到新现象,总想用旧理论来解释,解释不了才进行旧理论的修正或提出新理论。而牛顿万有引力定律在今天的卫星发射中任然适用。爱因斯坦的伟大在于,他提出的广义相对论是唯一一个不是由观测事实所驱动的理论革新。

蔡老师指出,现代宇宙学又两个基本假设,即广义相对论和宇宙学基本原理。从爱因斯坦提出广义相对论开始,现代宇宙学已走过了百年的历程。从哈勃提出宇宙是膨胀的,到伽莫夫对微波背景辐射和宇宙元素核合成的预言。从提出宇宙极早期经历了暴涨过程到1998年发现宇宙是加速膨胀的。2016年,LIGO计划向世界宣告发现了引力波。宇宙学的研究又迎来了新的突破。

目前,暴涨+热大爆炸模型+暗物质+暗能量的模型仍是宇宙学基本模型,包括电磁波、中微子、引力波在内的各种观测手段推动着多信使天文学的发展。但是,蔡老师告诉同学们,目前的宇宙学仍然是一片混乱,暗物质、暗能量等都仍然是21世纪物理学天空中的乌云。存在着很多问题亟待解决。既需要理论解释,又需要观测和实验的验证。蔡老师表示,在座的各位中以后能有一位同学听了我的讲座后能够投身宇宙学研究,那么我这场讲座就是成功的。

蔡老师以诺奖获得者温伯格先生给年轻人的4条忠告结束了本场讲座:

  1. 没有人知道所有的知识,你们也不需要。
  2. 到毫无头绪的领域去做开天辟地的工作。
  3. 原谅自己浪费的时间,犯错误,走弯路是正常的。
  4. 懂一些科学的历史,至少要懂你所研究的领域的历史。

讲座在热烈的掌声中落下了帷幕。

             

主讲人简介:

蔡荣根,中国科学院理论物理研究所研究员,博士生导师。1995年获得复旦大学理学博士学位。他的研究领域为引力理论和宇宙学,发表论文200余篇,论文被引10000余次,其中30篇论文他引超过100次。他现兼任中国物理学会引力和相对论天体物理学会主任,国际广义相对论和引力学会理事,亚太物理学会天体物理、引力和宇宙学分会副理事长;担任一些国内外杂志的编委。他获得的荣誉有:2000年入选中国科学院“百人计划”,2003年获国家“杰出青年基金”资助,2006年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选,2006年,获得国务院政府特殊津贴,2011年获得国家自然科学二等奖,重庆市自然科学奖一等奖,2014年获得汤森路透全球高被引科学家奖,2014、2015年入选爱思维尔中国高被引学者名录。

延伸阅读:

“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为周琪院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机六个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。

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责任编辑:王亭亭