8月11日消息，8月10-12日，世界科技創(chuàng)新論壇在北京會(huì)議中心舉辦，包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在內(nèi)的20余位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，以及中科院院士曹春曉、美國(guó)國(guó)家工程院院士陳剛等諸多中外頂級(jí)學(xué)者專(zhuān)家應(yīng)邀出席，共同打造史無(wú)前例的中國(guó)最高級(jí)別智慧盛宴，探討全球科技創(chuàng)新成果、描繪未來(lái)中國(guó)科技創(chuàng)新藍(lán)圖。
▲George Smoot，2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、伯克利加州大學(xué)物理學(xué)教授
著名的天體物理學(xué)家、宇宙學(xué)家，2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者George Smoot教授，和我們心目當(dāng)中的物理學(xué)者不太一樣，他真的是跨越。他曾經(jīng)在當(dāng)紅美劇《生活大爆炸》中扮演角色，扮演他自己，看美國(guó)的電視節(jié)目，你比五年的小學(xué)生更聰明，并且贏取了百萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金，下面我們用熱烈的掌聲歡迎George Smoot先生為我們帶來(lái)分享。
以下是演講全文：
非常高興能夠來(lái)到這里，剛才大家聽(tīng)到了現(xiàn)實(shí)世界的一些問(wèn)題。剛才是Richard J.Roberts第一次向我做這樣的一個(gè)介紹，他也發(fā)起了一個(gè)運(yùn)動(dòng)，希望諾貝爾獎(jiǎng)得主共同呼吁支持這個(gè)話(huà)題，我認(rèn)為能源問(wèn)題、轉(zhuǎn)基因、氣候變化、健康等等，這些都是現(xiàn)實(shí)世界存在的問(wèn)題。
但是，今天我想講一個(gè)我自己非常喜歡的話(huà)題，我研究的是宇宙學(xué)。我想介紹一下我們的地球，實(shí)際上在整個(gè)宇宙當(dāng)中是多么的小，實(shí)際上要由我們自己來(lái)了解一下地球上的問(wèn)題，并且解決這些問(wèn)題。因?yàn)椋裉煸缟衔以谘葜v當(dāng)中也提到過(guò)沒(méi)有第二個(gè)地球了，我總會(huì)告訴我們的學(xué)生你有一個(gè)A計(jì)劃，如果A計(jì)劃成功最好，如果不成功的話(huà)你還有一個(gè)B計(jì)劃，可是我們沒(méi)有第二個(gè)地球了，所以一定要關(guān)愛(ài)我們的地球。
那最近我也是就氣候和能源方面的問(wèn)題花了一些時(shí)間了解了一下，我今天想講一下現(xiàn)代宇宙學(xué)，我希望幻燈片上的中文是對(duì)的。我有一個(gè)研究生幫我糾正幻燈片上的翻譯。我希望它是正確的，如果大家發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的話(huà)請(qǐng)告訴我。
我今天想向大家介紹的是我們到底源自什么地方，然后在科學(xué)上我們是否有證據(jù)來(lái)證明我們對(duì)宇宙的了解，以及對(duì)于整個(gè)人類(lèi)來(lái)講，這是一個(gè)共同的資產(chǎn)。之前，會(huì)有一些神話(huà)，就是我們的人類(lèi)是怎么樣誕生的。我們?yōu)槭裁词仟?dú)特的，每種文化都有它自己的說(shuō)法，中國(guó)有九龍之說(shuō)，我知道每一個(gè)文化都有它自己的神話(huà)。但是現(xiàn)在我們講的是同一個(gè)人類(lèi)，那我們?cè)趺礃尤プ瞿兀?/p>
這個(gè)幻燈片上有一個(gè)非常知名的電視劇，叫做《犯罪現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查》，這些偵查人員他們使用一些技術(shù)，來(lái)進(jìn)行證據(jù)的采集，然后了解一下犯罪現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的事情。我們也想了解一下在宇宙的一開(kāi)始有什么樣的證據(jù)來(lái)證明宇宙的開(kāi)始，我們通過(guò)這樣的證據(jù)來(lái)重現(xiàn)整個(gè)宇宙，如果說(shuō)這個(gè)犯罪是在宇宙發(fā)生的，當(dāng)然我是希望能夠積極地看待，就是說(shuō)宇宙發(fā)生是非常好的事情。我們也會(huì)使用很多類(lèi)似的一些技術(shù)，我們會(huì)去觀察、我們會(huì)去尋找證據(jù)，然后進(jìn)行電腦的模仿，然后試圖了解一下到底是怎么回事。
這個(gè)就是收集證據(jù)，然后這里就是一個(gè)證據(jù)。
這張照片是被推選出的一張非常好的照片，如果大家看一下這個(gè)照片，你可以看到這里面有兩種類(lèi)型的東西，這些東西我希望我的激光筆能夠點(diǎn)到，我還是走過(guò)去吧，像這樣子的和這樣子的，這些都是恒星，你可以看得出來(lái)他們是恒星，因?yàn)樗麄兊奶攸c(diǎn)。因?yàn)楣胀h(yuǎn)鏡所觀測(cè)到的這樣的恒星，關(guān)于這些恒星還有一些物體是我們不知道的，而照片當(dāng)中其他都是銀河系，如果能夠再擴(kuò)展的話(huà)，還可以看到有上千個(gè)這樣的星系，每一個(gè)天空當(dāng)中恒星其實(shí)背后都有一個(gè)星系。
這就是我們要回答的第一個(gè)問(wèn)題，為什么宇宙有這么多的星系呢？因?yàn)槿绻匆幌逻@張照片，你會(huì)看到這個(gè)照片是月球的四十分之一，所以如果我們只是向天空中拍一個(gè)這樣的照片，你會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)有很多星系的存在，那我們?yōu)槭裁葱枰袔资畠|個(gè)星系呢？是不是一個(gè)恒星、一個(gè)地球就夠了，一個(gè)星系就夠了，我們?yōu)槭裁葱枰羞@么大的宇宙呢？我們?yōu)槭裁葱枰袔资畠|個(gè)甚至更多的星系呢？實(shí)際上存在的是有幾十億的星系，我們?yōu)槭裁葱枰@么多的星系，對(duì)工程師來(lái)講、對(duì)科學(xué)家來(lái)講，這就是大家想知道的問(wèn)題，我也想請(qǐng)他們猜測(cè)一下有多少星系，有時(shí)候他們猜測(cè)比我們實(shí)際觀測(cè)到的更多，有的星系可能觀測(cè)不是非常完整的。大家可以看一下，里面有一些東西是比較大一點(diǎn)的，有的顏色跟太陽(yáng)顏色差不多，這里有很多星系的展現(xiàn)，有一些比較大，大的離我們地球比較近一點(diǎn)，它們的顏色和太陽(yáng)差不多，還有一些比較遠(yuǎn)、比較小的，是藍(lán)色或者是白色的，這是我們覺(jué)得很吃驚的，就是靠近地球的，看起來(lái)不一樣，這點(diǎn)一會(huì)兒再談。但是離的比較遠(yuǎn)的它們的光需要更長(zhǎng)時(shí)間傳到地球，這是比較年輕的星系，比較年輕的星系更熱、更亮。當(dāng)然它們的形狀也是比較規(guī)則的。
要回到我剛才的問(wèn)題，有時(shí)候星系需要融合形成更大的星系，所以星系的數(shù)量不是恒定的。接下來(lái)有更多的問(wèn)題要回答，如果想了解整個(gè)宇宙，必須解釋一下為什么有上百億的星系，是不是隨著時(shí)間的推移它們會(huì)發(fā)生變化？像這樣的房間為什么會(huì)存在呢？如果做宇宙學(xué)的研究要研究所有的東西，當(dāng)然不用那么細(xì)節(jié)的解釋?zhuān)潜仨毥忉屢幌聻槭裁从械厍?，為什么有這么多的恒星，到底是怎么樣的規(guī)律，這就是我們的任務(wù)。我們非常的幸運(yùn)，因?yàn)槠鋵?shí)這個(gè)和其他我們遇到的問(wèn)題相比并不是那么難回答。我們要使用一些初始的工具，如果我們看遠(yuǎn)太空的話(huà)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)光傳遞的速度非?？欤诰频昴阆氪蜷_(kāi)燈，其實(shí)這個(gè)是和外邊，比如說(shuō)光傳遞的速度是不一樣的，那我們宇宙的規(guī)模是非常大的，我把這個(gè)圖中間有一個(gè)中點(diǎn)，如果你再看一下月球，從月球到地球光傳遞的速度是非?？斓?，如果你有朋友去月球，你讓他把手機(jī)給你，你說(shuō)嘿你好約翰，兩秒鐘之后他會(huì)回答你好喬治，這就是信號(hào)傳遞的時(shí)間。有時(shí)候你會(huì)覺(jué)得很煩，但是能夠和月球上面的人進(jìn)行交流已經(jīng)很不錯(cuò)了。
如果你要去太陽(yáng)，那么就是不一樣的速度。太陽(yáng)到這個(gè)地球光線花的時(shí)間是八分鐘，我這面拍張照是太陽(yáng)八分鐘之前的樣子，通過(guò)手機(jī)馬上捕捉的照片。但是如果你去最近的50個(gè)恒星的話(huà)，一般你要花的時(shí)間是十年。比如你去這個(gè)星球的話(huà)，很可能你到了那十年過(guò)去了，更遠(yuǎn)的要花100年的時(shí)間。通過(guò)剛才介紹大家理解了，如果做研究的話(huà)肯定有很多問(wèn)題，如果去宇宙各個(gè)地方很有可能人做不到，一定要靠機(jī)器人做到，因?yàn)楣饽昃嚯x太長(zhǎng)。如果你去比較近的星系的話(huà)，比如最大的星系，那邊要花200萬(wàn)年。我這邊通過(guò)顯微鏡看中國(guó)的話(huà)，從另一個(gè)星系看中國(guó)的話(huà)就能看到兩百萬(wàn)年前中國(guó)的形狀，那邊基本上是沒(méi)有人的，是荒蕪的土地，這是離我們最近的星系。
我們現(xiàn)在生活在一個(gè)星系當(dāng)中，我們太陽(yáng)系是其中的一個(gè)星系，一個(gè)非常典型的星系距我們的距離光傳播的時(shí)間要幾百萬(wàn)年之多，如果要去特別遠(yuǎn)的地方，比如說(shuō)宇宙是和太陽(yáng)一樣熱的話(huà)，那差不多是140億年前了。大約的一個(gè)水平，這意味著什么呢？我一開(kāi)始講早期比較年輕的星系看起來(lái)更亮，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是驚奇的，因?yàn)槲覀冋f(shuō)宇宙在膨脹，所以這樣的光線不應(yīng)該是藍(lán)色、白色，但是我們現(xiàn)在看是藍(lán)色和白色，因?yàn)槲覀冇屑t移的現(xiàn)象。
我們?nèi)绻诰嚯x很遠(yuǎn)的地方看宇宙的話(huà)，那般有很多輻射，我也花了很多時(shí)間進(jìn)行研究，我也寫(xiě)了一篇文章關(guān)于這一塊的。我們說(shuō)熱點(diǎn)和冷點(diǎn)重量是一樣的，這是題外話(huà)了。實(shí)際和太陽(yáng)的表面一開(kāi)始一樣熱，但是后來(lái)冷卻了，然后這個(gè)光線我們能看到了，我們這邊就有產(chǎn)生輻射的背景。作為天文學(xué)者、宇宙學(xué)家，我們希望能夠測(cè)量，希望了解宇宙在不同時(shí)間段的樣子。我的朋友以前是一個(gè)官員，每年他們會(huì)種一棵樹(shù)，然后帶過(guò)去一年、兩年，然后就可以知道這棵樹(shù)成長(zhǎng)的歷史。
然后你就可以知道這棵樹(shù)整個(gè)成長(zhǎng)的歷史，沿著這條路走，不同年份種植的樹(shù)，這是很好的教書(shū)的方式，也是可以很好的學(xué)習(xí)的方式，也可以更好的了解氣候。但是現(xiàn)在我們只有一個(gè)宇宙，只有一個(gè)歷史，必須要借用現(xiàn)有的資源，就是通過(guò)不同的距離拍攝宇宙的照片，我們一直這么做的，我過(guò)去也是專(zhuān)注于這點(diǎn)，希望能找到早期的照片，這是因?yàn)樗軌蛱峁└嗟男畔?，因?yàn)槿绻阒酪粋€(gè)時(shí)期的正確的事實(shí)，通過(guò)線性回歸的算法你就能夠更準(zhǔn)確的進(jìn)行其他時(shí)間的判斷。
我們生活的星系是螺旋的，中間的一個(gè)中心大家能看到，我們旁邊的星系比較成熟，更遠(yuǎn)的這些星系就是很年輕的，剛剛產(chǎn)生的，這上面是一個(gè)橫觀圖。這個(gè)照片上面應(yīng)該放一千億的星系，但是我沒(méi)辦法放那么多。有一個(gè)時(shí)期我們沒(méi)有所謂的可視的架構(gòu)，我們稱(chēng)之為黑暗時(shí)刻，然后就有了現(xiàn)在的宇宙。另外還有一段時(shí)機(jī)，我們認(rèn)為宇宙開(kāi)始了，然后光線也是變?yōu)榭梢?。而這實(shí)際上我們能看到的范圍，因?yàn)橐婚_(kāi)始的時(shí)候宇宙和太陽(yáng)表面一樣熱，你只能看到太陽(yáng)的表面，不能看到太陽(yáng)的內(nèi)部，除非有特別的光線效果，宇宙也是一樣的原理。這些不同的星系都像太陽(yáng)表面一樣，而我的團(tuán)隊(duì)花了很長(zhǎng)時(shí)間才拍出這張照片。這些不同的變化實(shí)際上是經(jīng)歷了很多的年份，而宇宙的表面看起來(lái)是非常的平，但是如果你看細(xì)節(jié)的話(huà)會(huì)有很多的差異點(diǎn)，這些差異點(diǎn)是演化的成果。這是我們幾年前拍的照片，我們現(xiàn)在有非常精確的圖，映射宇宙的整個(gè)過(guò)程，從這個(gè)階段，我們對(duì)星系也有它自己的地圖。這個(gè)星系看起來(lái)像一個(gè)平面的碟片一樣，但是如果你從這個(gè)方向來(lái)看的話(huà)，就是這樣的一個(gè)有點(diǎn)像半圓的效果。你可以看到不同的距離看的角度是不一樣的，我們希望通過(guò)測(cè)量，然后我們也希望能夠讓它是連續(xù)的圖像，但是這邊技術(shù)有局限，但隨著時(shí)間的發(fā)展應(yīng)該產(chǎn)生的圖像的效果會(huì)更好。
那我之所以和約翰·馬瑟獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，就是因?yàn)檫@張照片，我們首先是展示了宇宙輻射背景，也就是宇宙一開(kāi)始的時(shí)候是有放射性信號(hào)的。然后我們也是生成了圖，然后展示了不同的變量。因?yàn)槲覀冋业搅诉@些變量，實(shí)際上能夠解釋現(xiàn)狀。然后我們也獲得了很多的資金，讓我們能夠發(fā)明出探測(cè)器，然后通過(guò)探測(cè)器制圖的精度更高，現(xiàn)在這個(gè)星系的信號(hào)對(duì)我們產(chǎn)生更多的干擾，所以會(huì)影響圖像的分辨率，但是你可以看到上面展示的是比較高的分辨率的圖像。我們十年就有一個(gè)成果，2009年的時(shí)候有一個(gè)新的衛(wèi)星，叫普朗克衛(wèi)星。我們2009年推出了這個(gè)衛(wèi)星，從這個(gè)衛(wèi)星上收集了很多的數(shù)據(jù)，兩年半前停止了這個(gè)數(shù)據(jù)的披露，但是我們還在分析數(shù)據(jù)，因?yàn)榱亢艽螅ㄟ^(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)我們相信未來(lái)會(huì)有更多的成果，你可以看到現(xiàn)在的衛(wèi)星產(chǎn)生的圖像的分辨率更高、看得也更清楚。當(dāng)然有些地方比較模糊，因?yàn)槲覀冇袝r(shí)候也要看輻射的聚化現(xiàn)象，因?yàn)楣饩€有時(shí)候會(huì)受到拱形的影響，這也是為什么有時(shí)候我們也需要戴太陽(yáng)眼鏡來(lái)綜合這個(gè)效果。你可以看到這也是我們來(lái)了解宇宙的一種方法，所以這么多年我們推出了不同的衛(wèi)星，2019年說(shuō)不定還會(huì)再推出一個(gè)新的衛(wèi)星。
這是一個(gè)動(dòng)畫(huà)來(lái)展示的Mark-3的衛(wèi)星，有冷卻系統(tǒng)，溫度很低。你可以看到它展示的是映射的微波天空，而在后面實(shí)際上可以看到月亮和太陽(yáng)，然后可以傳輸數(shù)據(jù)。它是從天空來(lái)收集數(shù)據(jù)的，這里面有一個(gè)線，這個(gè)線實(shí)際上代表的是星系的信號(hào)，因?yàn)檐壍篮托窍抵g形成了一個(gè)角度，所以我們對(duì)整個(gè)太空來(lái)進(jìn)行映射，然后把它進(jìn)行平面處理，然后有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的效果。所以你可以看到星系的信號(hào)，而在外面就是宇宙。這是光學(xué)這塊能看到的，而這上面看到的微波，你這邊希望隔離星系的信號(hào)，然后看看星系后面有什么內(nèi)容。所以剛才給大家舉例我們產(chǎn)生了什么樣的映射的圖像，我們是把不同的光頻的光結(jié)合在一起，然后生成圖像，這就是生成的一個(gè)餅圖，這個(gè)圖像蛋一樣，很好看。這看起來(lái)像藝術(shù)品嗎？大家有爭(zhēng)議，但實(shí)際上對(duì)我來(lái)說(shuō)它很漂亮，因?yàn)樗故玖藘蓚€(gè)特點(diǎn)，有一些很長(zhǎng)的波是比較暖的，然后還有一個(gè)特點(diǎn)是從上往下的，在比較冷的地方是藍(lán)色的區(qū)域，但如果是比較熱、比較溫暖的地方就是橙色。也就是說(shuō)有不同尺寸的結(jié)構(gòu)，然后可以進(jìn)行分析，但是有一個(gè)尺寸是特別吸引眼球的，也就是說(shuō)有一個(gè)尺寸是主流的尺寸，就是當(dāng)宇宙一開(kāi)始透明的時(shí)候它的聲波的形狀。你可以看到它實(shí)際上是星系所產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)，所以我們就能夠看到這個(gè)太陽(yáng)內(nèi)部的情況了，然后我們也能夠更好地探測(cè)宇宙早期的狀況。
這是2015年的圖，2018年我們也生成了一個(gè)圖，這兩張圖很相似，而且圖的分辨率比屏幕的分辨率高一些，所以在這上面大家沒(méi)辦法看得很清楚。我們也生成了很多高分辨率的圖，我們有COBE的圖，這上面代表了一部分，有些地方比較冷，有些地方比較熱。我們也有普朗克星球的圖，這個(gè)照片的準(zhǔn)確度就比較高。這上面我們有足夠尺度的一個(gè)要求，我看了這個(gè)圖，我做了很多的仿真，我告訴我的同事我知道這個(gè)圖代表的是哪一部分，太陽(yáng)的地平線實(shí)際上是可以作為一個(gè)參照物的。大家還記得你們學(xué)的幾何，三條線組成一個(gè)三角形，前提條件就是這個(gè)角度加起來(lái)，三個(gè)角是180度，你可以通過(guò)幾何的算法來(lái)分析剛才的圖。所以我們給宇宙照的照片，每十年分辨率就能提高。
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