中国天文学发展的机遇、挑战和拼争

 2019年，诺贝尔物理学奖授予了理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯、天文学家米歇尔·马约尔和迪迪尔·奎洛兹。前者以严谨的数学模型和物理理论来描述和解释宇宙的演化，使宇宙学成为可预测和验证的精准科学；后者采用新的方法发现了第1颗围绕类太阳恒星运转的系外行星，让人类重新认识自身在宇宙中的位置。新世纪以来，已有6个诺贝尔物理学奖归属天体物理学家，其他5个涉及的领域是：宇宙中微子和X射线源、宇宙微波背景不均匀性、宇宙加速膨胀、中微子振荡和引力波的发现。天文学正在迎来一个以理解宇宙的起源和人类自身为目标、以多信使天体物理学发现为特征的新纪元。     

一个天才引发的“世纪混乱”

<正>从宇宙常数的提出,到发现黑洞;从宇宙暴胀理论,到暗能量的存在……广义相对论引发的"百年混乱"已告一段落。未来,它还将引发哪些争论和谜题,又将带来怎样的惊喜?让我们拭目以待自爱因斯坦提出广义相对论至今,已经有100年了,在过去的一个世纪里,这个伟大的理论颠覆了我们对宇宙景象的认知。现在,就让我们重新回顾一下那些广义相对论里的关键时刻(混乱时刻)吧!"宇宙常数"被证伪?关于广义相对论,故事是从一个     

声音

<正>下期看什么?平行宇宙论宇宙并不是惟一的,而是有无数个!也许宇宙并不是惟一的,而是有无数个——这一匪夷所思的假设是当今物理学研究的热门话题。根据这一假设,我们生活的宇宙之外的其他宇宙被称为"平行宇宙(parallel universe)"。美国麻省理工学院的马克思·泰格马克(Max Tegmark)教授是平行宇宙研究领域的权威,他提出了一个更加令人难以置信的观点:在某一个平行宇宙里存在着"另一个你"——无论是外形上,还是性格都与你一模一样。     

宇宙是张全息图:一切只是二维平面编码?

<正>据国外媒体报道,美国能源部费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)开展了一项称之为Holometer的特殊实验,目前已经开始收集数据,试图回答一些关于宇宙的难题——其中包括"我们是否生活在一个宇宙全息图(hologram)之中"。就如同从2D的电视屏幕中似乎可以看到3D世界,我们所感受到的3D空间或许只是一种幻象。我们宇宙中的一切信息     

宇宙概念的嬗变

<正>我曾听一位老先生说,20世纪80年代编天文学词典时,有三个词因实在太难定义而最后只好不定义,这三个词是"时间"、"空间"和"宇宙"。我当时想,"宇宙"一词我们过去不是常常听到古人"上下四方日宇,往古来今日宙"的说法吗,定义又有何难?又一想,确实,对于"宇宙"人们实际上有很多不同的理解和观念。     

膨胀的多重宇宙

安东尼·阿圭雷博士(基础问题研究所科学副总监)在过去的十年中,宇宙学领域内发生了两件令人震惊的大事:一是宇宙学家们建立了一个真实的宇宙学"标准模型".通过结合一系列相对简单的对早期宇宙的猜想和已经证明的引力、核子、等离子和天体物理学知识,该理论能够适用于几乎所有现存的观测数据,并可重复测试和相互校验该模型的基本构成.二是科学家们意识到,通过宇宙膨胀--这一理论原本是为了解释构建"标准模型"所需的宇宙早期情况而提出的--目前所观测到的宇宙可能仅仅是一个巨大、复杂、多元的多重宇宙的"沧海一瞥",毫不足奇.多重宇宙的结构如何?我们所处的宇宙与其他宇宙关系如何?如果根据该理论推导出来诸多属性不一的宇宙,我们将使用哪些属性来与所能观测到的宇宙相互印证,以证明该理论的真伪?这些就是本文中两个主题人物所提出的一部分问题.亚历山大·维兰金(Alexander Vilenkin)是膨胀理论的先驱之一,亦是多重宇宙研究领域的顶尖科学家.理查·伊瑟(Richard Easther)则是一位致力于研究多重宇宙理论中一个最为微妙的方面的年轻科学家.他的研究方向是:如何在清点多重宇宙中的宇宙?     

狭义相对论衍生方程的启示(一)——解读“奇点”、万有引力和“万有引力常数”

本文用宇宙全息论的思想解析狭义相对论的衍生方程:mL=C(C为常数),得到重要结论:1)"奇点"的本质属性是物质;2)当前宇宙蕴含的暗能量是质能的8×1060倍;3)万有引力源自暗能量;4)"万有引力常数"值随时间的推移而下降。意义:1)初步清晰了宇宙的构成和演化;2)证明了"奇点定理"没有理论上的悖谬;3)解释了类星体巨大红移的原因;4)进一步完善了狭义相对论。     

论地球上化学元素的成因

<正> 我们的宇宙诞生于100多亿年以前的一次宇宙大爆炸。在大爆炸后1秒钟内的宇宙极早期,宇宙的温度高达100亿度以上,当时宇宙中除了氢元素(以质子形态存在)以外,没有任何其他的化学元素。在这个宇宙极早期阶段,宇宙是由基本粒子——质子、中子、电子、光子和中微子——构成的。在大爆炸后1秒钟到3分钟内,是为宇宙的早期阶段。在宇宙     

发现宇宙大爆炸

宇宙哲学作为一门精确的物理科学，它的基础就是我们对来自宇宙大爆炸的宇宙微波背景辐射的理解。1964年，美国贝尔实验室的工程师阿诺&#183;彭齐亚斯（Penzias）和罗伯特&#183;威尔逊（Wilson）无意中发现了宇宙微波背景辐射，宇宙背景辐射的发现在近代天文学上具有非常重要的意义，它给了大爆炸理论一个有力的证据。彭齐亚斯和威尔逊也因发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖。     

媒体纵览

<正>无处不在的"弦"从20世纪80年代开始,众多的物理学家开始研究超弦理论,至今仍未完成。这个理论认为,组成自然界(宇宙)所有物体的"最小零件"就是"弦"。虽然超弦理论是一个尚未完成的理论,但是它有潜力成为统一现代物理学两大基石(量子论和相对论)的"终极理论",是一个十分活跃的研究领域。超弦理论所追寻的,正是世界的根本原理,如果这个理论能够完成,我们期待着它能更好地解答宇宙的     

上海自然博物馆巡礼(一) 起源之谜

<正>喜爱自然科学的小朋友,告诉你一个好消息,上海自然博物馆新馆开馆啦!经过多年的筹备和建设,上海自然博物馆新馆终于在2015年4月开始迎客。新馆共有10大展区,我们一起先睹为快吧。走进"起源之谜"展区的入口(这也是上海自然博物馆的第一主入口),一抹深邃的蓝扑面而来,让你仿佛置身于无尽的苍穹之下,顿感人类自身的渺小和宇宙的浩瀚!该展区包括"宇宙探秘"和"生命探秘"两个主题区。"宇宙探秘"主题区通过人类探索宇宙的历程,介绍人类对于宇宙起源的推测和对于未来的猜想,包括     

热词科普:元宇宙

元宇宙的起源 元宇宙(Metaverse)由美国作家尼尔?斯蒂芬森(Neal Stephenson)在 1992 年的科幻小说《雪崩》(Snow Crash)提出,是Meta (超越)和Uni-verse(宇宙)的组合词,当时被译作"超元域".《雪崩》描述了一个由电脑、光纤网络和软件构成的虚拟空间,现实人类通过"化身(...     

我们是否孤独?

到目前为止,地球是我们所知在宇宙中惟一一个存在生命的星球。"宇宙的起源和演化"、"地球生命的起源"、"是否存在地外生命"、"是否存在地外高等智慧生命",这些天文学家研究的课题,同样也是普通大众极为好奇、并给予极大关注的问题。在过去的20年里,对于前几个问题的研究部分别取得了突破。天文学家不但确定了宇宙的年龄是137亿岁,也意外地发现了字宙在加速膨胀。从天文学角度看,地球生命的起源可能与小天体撞击有密切的关系。通过行星际飞船对太阳系行星和行星卫星进行探测所获得的成果,使人们对地外生命充满期待。而地外高等智慧生命(外星人)的     

媒体纵览

<正>科技日报"天河二号"还原宇宙演化"视频"日前,由北京师范大学天文系教授张同杰领衔的宇宙中微子数值模拟团队,在"天河二号"超级计算机系统上成功完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟。如此大规模的数值模拟,目前世界上只有"天河二号"能担此重任,它就像一架像素极高的"超高速摄像机",通过模拟还原出宇宙清晰而漫长的演化"视频",使宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化过程得以"呈现",为利用天文观测手段测量中微子质量带来新的契机和希望。(来源:《科技日报》2015年5月14日)     

人类认识宇宙：漫长的探索历程

星海茫茫,天地悠悠。宇宙似乎无边无际,无始无终,无穷无尽。望远镜再先进,也永远望不到宇宙的尽头。因此,天文学家只研究无限宇宙中人们能直接和间接观测到的大尺度天区,即"我们的宇宙"或"观测的宇宙"。宇宙随着我们观测工具的发展而扩大和深入。宇宙学家总是喜欢用事实加想象的方法为我们的宇宙塑造种种简化模型。古钱币、鸡蛋和夜辛劳古代人用肉眼看天,眼界非常狭隘。他们所观察到的宇宙,不外乎是脚下的大地和头上的天空。古代中国关     

2019年诺贝尔颁奖

正虽然诺贝尔奖显然不代表"就是一切",但她在激励科学进步中仍然发挥着重要作用!10月7日,2019年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,威廉·凯林(William Kaelin)、格雷格·塞门扎(Gregg Semenza)和彼得·拉特克利夫(Peter Ratcliffe)获得这一奖项。10月8日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔物理学奖授予詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)、米歇尔·马约尔2019年诺贝尔奖获奖得主名单自2019年10月7日起陆续公布     

CERN确定下一个搜寻目标:暗物质

<正>7月8日初,欧洲核子研究中心(CERN)表示,他们的大型强子对撞机(LHC)已经发现了疑似希格斯玻色子的粒子,下一步将着手搜寻暗物质,为了完成这一目标,他们将耗资12亿欧元对LHC进行升级。物理学家们普遍认为,暗物质是宇宙的"黏合剂",然而,尽管宇宙间大约84%的物质都由暗物质组成,而且暗物质也遍布于我们周围,但因为其不发光也不反射光,所以迄今还没有被"看到"。LHC两个探测器的主管分别宣布,他们找到了一种新的亚原子粒子,这种粒子     

无限子宇宙模型探四——宇宙因子Λ的成因

<正> 其中R_(μν)为黎曼曲率张量,Λ为宇宙因子,为考虑宇宙项存在时的度规张量,T_(μν)为能量动量张量。对于Λ,有限宇宙模型时而保留,时而舍弃。爱因斯坦本人就曾多次宣布放弃宇宙项。甚至在他逝世前还谈到“引进宇宙项是我一生中量大的错误。”J·Weber则称“经验事实与逻辑简洁性都指出可令λ等于零。”在此以后建立的宇宙模型一些虽然也保留了宇宙项,然     

诺贝尔自然科学奖情结

<正>从宇宙和地球的历史来看,人类的历史只是一瞬间,在这短暂又不平凡的时光中,人类进出海洋、天空和太空,逐渐深入理解生命、宇宙和地球。如今"诺贝尔奖"已经走过116年了,我们有幸目睹了量子力学、信息科学、生命科学等学科惊天动地的发展,诺贝尔奖所奖励的原始性创新科技,也对人类整个文明、社会进步都起了重大作用。而在诺贝尔科学奖这百余年的历史中,一直有着中国人的梦想和渴望。尽管已经有多位流淌着华夏民族血液的杰出人士获得了这个荣誉,可他们都有一个限定词——"华人"。在中国作家莫言获得诺贝尔文学奖之前,全世界30多个国家的几百名获奖科     

中西本体辨析

关于本体的争论由来已久,对于本体论,中、西哲学提出了各自的不同观点。一是对语言的态度上,中国哲学诉诸自我的内心体验而忽视语言,西方哲学则将语言作为建立和探讨本体论的主要线索。二是对人的理解上,中国哲学将人理解为自身内部的原始体验,即"诚"、"尽心",并扩展到宇宙天体,从而达到天人合一的境界;而西方哲学则将人理解为须靠自己的能动作用与他人、社会乃至神达成一致才能实现自我的意志自由。