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      現代天文學是什么樣的?

      一、采訪 2011 諾貝爾物理獎得主布雷恩·施密特

      2011 諾貝爾物理獎得主布雷恩·施密特接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      2011 諾貝爾物理獎得主布雷恩·施密特接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      問:愛因斯坦曾認為他提出的宇宙學常數是一生最大的錯誤,隨著您對宇宙加速膨脹的發現和天文學界對暗能量的假設,該如何重新評價愛因斯坦的宇宙常數?

      答:1917年,愛因斯坦第一次使用引力場方程。根據這個公式,宇宙應該是在運動之中,而這和當時人們對宇宙的認識是沖突的。當時愛因斯坦想到了加入一個宇宙常數來解決這個問題。按照我們今天的理解,這種能量也是宇宙組成結構的一部分。在引力方程中,它使引力作用向外排斥,而不是向內拉扯,因此就能抵消向內的引力,從而達到宇宙靜態的平衡。不過后來證明宇宙確實是在運動,所以愛因斯坦說這是他一生最大的錯誤,因為他毫無意義地加入了一個多余的元素,而他本來完全可以預料到宇宙膨脹的。 到了1998年,我們開始測量隨著時間的演進宇宙膨脹的變化,我們發現在最近的50億年里宇宙在加速膨脹,一定有一個力量在推動宇宙加速膨脹,而這個力量就是1917年愛因斯坦加進來的那個東西。我認為那其實是宇宙中本來就固有的一種東西,這種能量是宇宙結構的組成成分。

      問:您認為何時,或者當我們找到什么證據的時候,就能確定暗能量存在無疑?

      答:科學從來不是非黑即白的,沒有什么是絕對的。我們需要做的就是搜集越來越多的證據。引力就是一個例子,牛頓的引力概念在開始的300年都被認為是正確的,但有一個失誤,也許不是失誤,是他的引力概念不能涵蓋一切。所以愛因斯坦才在1915年有了自己的創新,有了廣義相對論的概念,現在有了暗能量的概念。我們正在積累證據,以了解暗能量作用于宇宙的情況。我們對這個理論的信心來自于證據的累計。但還有一個問題,那就是為什么暗能量會存在,而這全賴于基礎物理的研究。所以如果有了新的基礎物理理論,我們最終會理解暗能量,只要我們繼續試驗,繼續實現理論突破。

      問:您通過對遙遠超新星的觀察發現了宇宙加速膨脹,從而導致了宇宙由73%暗能量構成的假設。這一結論無疑撼動了整個宇宙學基礎。我們已知的世界一下變得更加渺小和微不足道了。那么人類能夠有什么作為?天文學和宇宙學的終極意義又是什么?

      答:天文學和宇宙學是為了發現宇宙運行的規則,從而找到我們人類在宇宙中的地位。當然在這個過程中,我們會發現物質世界的規律,這些規律對我們人類大有裨益。放眼望去,我生活在一個星球上,是70億人中的一個而已,而我們的星球只是我們這個銀河系里千億個星球中的一個而已,而我們的銀河系也僅僅是宇宙中上萬億個星系中的一個而已。不過我們應該知道,人的生命是寶貴的,能理解這個宇宙是人類的異常稟賦。我們能了解這個世界的規律。

      當然可能讓我感到有些失望的是:由于宇宙在膨脹,宇宙事實上正在我們眼前慢慢消失,這個過程要持續幾十億年,而我的生命也就是匆匆八九十年。我有時會想,我們正好生在這樣一個時代,讓我們恰巧能理解宇宙的原理,這又是為什么呢?我無法回答這個問題。當然更重要的是我們應該做點什么,那就是弄清楚宇宙的原理,使人類在地球上的生活更美好。【點擊觀看視頻: 2011 諾貝爾物理獎得主布雷恩·施密訪談

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      二、采訪45年前發現中子星的女天文學家約瑟琳·貝爾

      45年前發現中子星的女天文學家約瑟琳·貝爾接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      45年前發現中子星的女天文學家約瑟琳·貝爾接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      問:婦女投身于科學事業往往要付出更多的艱辛,您能不能談談自己的切身體會?

      答:當我剛開始研究工作的時候,從事科學研究的女性還很少,那時候女科學家真的是鳳毛麟角。現在女科學家越來越多了,情況已經改變了。當然男女科學家的數量還有差距,仍然是男科學家多于女性。女性科學家仍然需要遷就男性的工作狀況,不過隨著男女比例的變化,也許兩性的工作狀況將會更加平等。

      問:您現在還在第一線工作嗎?主要的研究領域是什么?

      答:我已經不從事研究工作了,我退休了。不過我還在牛津大學有一個職位,這樣我還可以和許多天文學家保持聯系,可以了解最新的天文學發展,我總是能聽到一些令人興奮的消息。縱觀我的一生,天文學有了長足的發展,許多變化都令人激動。我想這個趨勢還會繼續下去,尤其是有了一些像500米口徑球面射電望遠鏡這樣的新技術,天文學前景可期。

      問:我們2003年曾經制作過一部大型科普片《我們的宇宙》,其中很大篇幅講述了您在1967年發現中子星的故事,并特別對您的老師休伊士(Antony Hewish)因此獲得諾貝爾獎,而您卻未能獲得諾貝爾獎表示了極大地遺憾。您如何看待這件事?諾貝爾獎的評選機制是否應當更加公平和健全?

      答:我發現拿不到諾貝爾獎照樣可以干的非常出色,你還可以拿許多許多別的獎。如果你拿了諾貝爾獎,那以后就沒人再給你別的獎項了,你最多就是去斯德哥爾摩度過美好的一周,然后就功成身退了。如果你沒有拿到諾獎,那每年你還能領到這個那個獎項,還可以去這個那個聚會,這難道不是更有趣嗎?所以我說,諾貝爾獎,不拿也罷。【點擊觀看視頻: 天文學家約瑟琳·貝爾訪談

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      三、采訪前任 IAU 主席凱瑟琳·珍妮·賽薩斯基

      前任 IAU 主席凱瑟琳·珍妮·賽薩斯基接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      前任 IAU 主席凱瑟琳·珍妮·賽薩斯基接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      問:您認為最近幾年天文學最重要的成果是什么,對人類認識大自然有什么意義?

      答:天文學目前的狀況是,知識在爆炸式的增長。有很多新的手段,新的思想,加上計算機能力的增加,比以前的時代有了更多的可能性。也許未來有一天我們能真正理解宇宙的奧秘。

      在過去的許多發現中,有兩個是尤其卓越的。其中之一是,我們自1929年以來就知道宇宙在膨脹,但現在我們知道這種膨脹在加速。原來我們認為宇宙的膨脹會慢下來,甚至停止膨脹,重新收縮。近些年來,對超新星爆炸的觀察,對宇宙大爆炸后宇宙背景輻射的研究,對星系結構的研究和觀察,都讓我們得出宇宙膨脹在加速的結論。那么,應該有一種力量正在推動宇宙加速膨脹,而我們還不知道這是什么力量,這力量就是暗能量。

      以前我們知道暗物質,暗物質的性質我們還不了解,它的存在經過多年的觀察已經基本證實了。現在,我們知道除了暗物質,宇宙中很大一部分是由暗能量組成的。因此,我們的認識在增加,不過也許正相反,我們了解的知識其實還太少。我們繼續研究,也許會有物理學革命性的發現,讓我們對我們的世界和宇宙有更好的了解。這些對人類來講都是十分重要的。

      另外,在過去的15年,我們進入了一個新時代。我們知道由于引力作用,行星圍繞恒星運轉,但實際上由于行星的引力影響,恒星也會有微小的運動,我們通過測量恒星表面角速度來了解這種影響。Michel Mayor 和 Didier Queloz,兩位瑞士天文學家,用一臺法國的望遠鏡,用這種方法第一次發現了太陽系以外的外星行星。自那以后,其他類似間接觀察行星的方法不斷發展,現在大概發現了七八百個了。尤其是有了開普勒衛星以后,加上地球上的觀測設備,我們有越來越多的發現。

      最早發現的外星行星很大,甚至比木星還大,因為越大的行星,離它的恒星越近的行星,越容易被發現。不過由于方法的改進,現在已經能發現一些個頭比較小、離恒星比較遠的行星,也就是更類似地球的行星。目前還沒有發現質量類似地球的行星,不過已經發現了質量不到地球10倍的行星,我們稱它們為“超級地球”,有些甚至有可能是可以居住的,因為那里可能存在液態水,而水對生命至關重要。

      很快我們也許能觀測這些行星的大氣層,因而能猜測那里是否有生命。這對人類當然很重要,因為我們一直想知道,我們在宇宙中是否是孤獨的,目前我們還沒有發現地外生命。不過在不久的未來,我相信我們能發現我們的星系里,是否有某種生命的跡象。

      問:全世界天文學家有沒有分工與合作?IAU 在天文學的國際合作中發揮什么作用?

      答:用分工這個詞,也許太重了,不過有兩方面的合作,大型設施是其中一個方面。天文學之所以能夠迅速發展,是由于技術的改進。天文學家能利用其他學科的技術成果,來實現更好的觀測。當然更好的觀測往往需要更多的投入,讓每個國家都自行投資建設觀測設備是不現實的,所以各國需要合作。明年3月要啟動一個新的國際合作項目,叫做ALMA,把無線電望遠鏡放在海拔5000米的地方。當地濕度很低,這樣觀測設備和外太空之間的水蒸氣含量很少,就能觀測到一些星系形成的狀況,甚至是很遠的星系,也就是宇宙形成早期的星系。這個項目將會有66個天線陣,是一個國際合作的范例,參與方包括歐洲、美國、日本等,當然還有智利,因為天文臺將建在智利的高原上。

      另外一方面,天文學學者不僅埋頭研究,而且會將研究結果公之于眾。專業學者經常聚會討論,利用各種軟件讓他們分享數據,這些數據包括各種衛星數據、地面觀測數據、世界各地的數據。當發現一個天文現象時,學者能同時得到它的X射線數據、伽馬射線數據、紅外觀測數據以及光學觀測數據等等,這樣會對研究大有裨益。

      IAU,給了天文學者一個討論問題的平臺,每三年都有全世界各地2000多名,今年甚至有3000名學者參會。所有的問題都會被討論,學者們除了了解自己的領域,也會了解其他領域的最新知識。幾乎所有的人都會來,這是一個全世界的盛會。當然我們會討論如何建設大型天文設施,會討論如何分配建設任務。我們也會討論虛擬天文臺的問題,就是如何讓數據能被所有學者分享的問題。【點擊觀看視頻: 前任 IAU 主席凱瑟琳·珍妮·賽薩斯基訪談

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      四、采訪現任 IAU主席羅伯特·威廉姆斯

      現任 IAU主席羅伯特·威廉姆斯接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      現任 IAU主席羅伯特·威廉姆斯接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      問:外星宜居行星的發現是否為我們尋找地外生命甚至外星文明提供了新的可能?

      答:外星行星的發現讓地外生命成為一種可能,但只是一種可能,不是必然的。大多數的天文學家認為,在這個無垠的宇宙中,有著上萬億個恒星和行星,某個地方存在生命的可能性是很大的,當然我們目前還沒有證據。火星其實和地球很像,地球孕育了生命。如果宇宙中生命是普遍現象,那么火星上應該就有生命。NASA的“好奇號”火星探測車兩周前成功登陸火星,它是否能在火星發現生命,對我的判斷很有幫助。我自己很驚訝,到現在為止我們還沒有在火星上發現微生物的痕跡。而在我們地球上,在火山口,在深海之下,都能發現微生物。我開始覺得,也許是地球上的某些偶然因素導致生命的出現,因此也許宇宙中生命并不是我們想象中那么普遍。 問:請問未來幾年天文學界的主攻方向是什么?

      答:天文學家有很多研究領域,當然我認為發現恒星和星系的形成,也許會是未來幾十年一個很重要的主題。而這也和生命的起源息息相關,因為我們認為生命的形成需要一些必要的適宜條件。一個恒星的一生里,生命可能誕生的環境是在不斷變化的。我們希望了解促使這個變化的物理過程和對生命形成的影響。

      問:天文學和人類命運關系最密切的項目之一是卡特林那巡天系統。某種意義上,天文學家是地球的哨兵,對人類命運負有特殊責任。據說澳大利亞賽丁泉天文臺因為經費短缺,將要關閉監測系統,令人非常擔憂。請問在您的任內,如何加強對潛在危險小行星和彗星的監控?

      答:天文學是個純科學,就是說它對人們的生活沒有直接的影響。所以一個普通人如果對天文學一無所知也可以活得很好。其實音樂也是如此,不過你可以想象那樣的生活將是多么貧乏。因此我認為,不能理解宇宙的人生是一個貧乏的人生。人類誕生于這個星球,這個星球是宇宙的一部分。整個進化過程能讓我們更好地理解我們人類的位置。

      談到可能撞擊地球的小行星,我們會通過觀測天空來發現它們。在美國有一種新的望遠鏡,每隔幾周就對整個天空進行一次拍照。如果一個小行星正在靠近地球,人們能夠捕捉到一些運動跡象。這個望遠鏡,我們稱作大型巡天望遠鏡,能捕捉到小行星的運動,但這并不意味著我們能阻止它們的運動,那將是一個更為困難的過程。小行星的能量可能不是人力所能改變其軌跡的。有時候自然現象會強加給人類社會,帶來災難。如果是顆個頭不大的小行星,我們也許可以利用核武器來引爆它,當然這還是很久以后的事情。如果是個大家伙,基本上我們就無能無力了。

      所以,我的建議就是:好好享受生活,開心愉快,熱愛家庭,保持樂觀,希望這種事兒不要發生,起碼不要在我們自己的有生之年。【點擊觀看視頻: 現任 IAU主席羅伯特·威廉姆斯訪談

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      五、采訪下任 IAU 主席海部宣男

      下任 IAU 主席海部宣男接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      下任 IAU 主席海部宣男接受北京科技視頻網采訪。(觀看視頻請點擊本節末尾的鏈接。)

      問:有人說今天全球的天文學家比有史以來的天文學家總數還多,是否果真如此?他們在各國天文臺、天文機構和大學天文專業的分布情況如何?

      答:這是個有趣的問題。天文學家的總數確實在增長,其實其他的科學家也是,比如生物學家和物理學家。天文學是一個發展較快的基礎科學,因為有令人激動的新觀測手段出現,所以很多年輕人都受到天文學的吸引從事天文研究,導致天文學研究者數量不斷增加,從事天文學博士研究的人也在增加。 不過我不認為天文學隊伍已經足夠了。在很多發展中國家有不少學校還需要更多的老師從事天文學教育,進行深層次的研究。

      問:隨著現代天文學觀測手段的發展,業余天文學家還有足夠的活動空間嗎?他們的貢獻是否只限于發現和追蹤小行星和彗星了?

      答:大致上確實如此,他們的作用是有限的。但職業天文學者的研究手段不斷提高,業余天文愛好者的設備水平同時也在提高,比如更好的照相機和望遠鏡。我認為業余天文愛好者的作用是在提升,而不是下降。比如在行星系統方面,彗星方面等等。 很多天文現象都隨時在發生,職業天文學家很難持續地、全方位地觀察所有的天象,所以業余愛好者還是能做出自己的貢獻。

      問:天文學研究需要很多的資金投入,如何通過普及天文知識,讓公眾和社會理解和支持天文學研究的發展?

      答:向公眾介紹自己的發現是天文學者神圣的職責。首先,這樣才能獲得公眾的理解,當然不僅僅是為了爭取資金支持,還因為天文學能給人類帶來激動人心的知識和見解,我們應該讓所有人分享,包括少年兒童。

      問:人們的印象中,天文學家是仰望天空研究星星的人。但大爆炸理論和反物質、暗物質、暗能量概念的提出,讓使用望遠鏡的天文學家和使用加速器的原子物理學家走到了一起。天文學界如何適應這一變化?

      答:當我們試圖理解宇宙時候,我們不可避免地需要了解世界的本源,什么是粒子,什么是材料,有哪些力,這是基本物理的范疇。這時候兩個基本的科學就相遇了,我們需要彼此合作。這樣既拓展了天文學,也給粒子物理學打開了一扇新大門,是非常令人激動的。 天文學的發展其實有很多扇門,一個例子就是宇宙中其他生命的話題,這是天文學一個很新的方向。當你仰望星空,看到一顆閃亮的恒星,知道應該有行星圍繞著它運轉,這是很令人激動的。我們需要發展能夠探測地外生命的手段,因此需要和生物學家、化學家合作。這是天文學發展的一個方向,將是非常令人興奮的。【點擊觀看視頻: 下任 IAU 主席海部宣男訪談

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      本文編輯: Steed聞菲
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      發布于2012-09-04, 本文版權屬于果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯系果殼

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