11月1日晚,中國科學院國家天文臺研究員、中國科學院大學教授茍利軍在綜合樓501報告廳為我校師生帶來了以“傾聽星辰大海的聲音”為題的主題講座。
榮獲諾獎 引力波開啟新時代
“上月初,科學界發生了一件振奮人心的事,諾貝爾物理學獎被頒發給了探測到引力波的美國科學家雷納·韋斯、基普·索恩和巴里·巴里什。”講座伊始,茍利軍教授以諾貝爾獎為切點,分享了這三位教授的一些奇聞異事,介紹了探測到引力波所獲得的諸多獎項。
“什么是引力波?”緊接著,茍利軍拋出一個問題。他從經典物理學時代講起,為同學們講述了引力波理論提出的漫長過程,并闡釋了引力波的本質。“牛頓超越常人的一點,在于他把引力這個問題做了數學處理。通過蘋果樹掉下蘋果這個現象,能歸納出萬有引力公式和逃逸速度。”從牛頓的“時間與空間沒有聯系”,到愛因斯坦的廣義相對論中“真正的引力,是對時空的彎曲”理論,茍利軍教授以幽默風趣的語言講述了人類對時空的認知改變。
“質量導致時空彎曲,而彎曲的時空又決定物質的運動。”他從廣義相對論中運動的角度,以有趣的比喻講到了宇宙和引力波的關系,“宇宙是由時間空間組成的薄膜,在薄膜上放許許多多有質量的物體,會導致薄膜彎曲。真正的引力,就是時空的彎曲。而引力波,就被稱作為時空的漣漪。”
百年探索 從理論到事實的完美轉變
“產生引力波需要大量物質或者能量加速運動,而引力波本身,是十分微弱的。”茍利軍以歷史上最大的氫彈爆炸所產生的引力波為例,生動具體闡明了引力波探測程度之難,并向觀眾介紹了宇宙當中的引力波產生源,舉例說明了雙黑洞碰撞或者超新星爆發等。
他以時間為線索,介紹了從愛因斯坦提出引力波到現在,各種科學家集畢生之智慧所思考出的探測引力波的方法。從60年代的共振法到70年代的激光干涉探測引力波,科學家們在上百次實驗之后,終于改良了邁克爾遜干涉儀,增加懸掛系統隔離地面震動,在90年代正式提出LIGO計劃。
“經過一番波折之后,LIGO于2015年9月14日探測到了第一個引力波,用研究人員的話說——‘這是上帝的恩賜’,”茍利軍以第一個被探測到的引力波為例,詳盡解釋了引力波的產生與傳播,分析了引力波能被探測到的各種原因,他表示:“在這次探測引力波的活動中,我國南極望遠鏡AST3和HXMT慧眼也有參與。”并向觀眾介紹了中國在探測引力波中所做出的一些成果與技術。
尋引力波,聽星辰大海的聲音
“引力波的發現對我們生活的各個方面都有重大意義。”茍利軍從金屬、黑洞、生活以及科學方面講述了發現引力波的意義。他認為其中最重要的就是引力波發現的科學意義。如果以人類的探知方式做類比,傳統天文的觀測方式就好比人的眼睛,而引力波就如同人的耳朵。之前只能通過眼睛認識這個宇宙,現在我們還能夠聽到宇宙的聲音。
講座接近尾聲,茍利軍現場播放了一個講述黑洞的視頻,為在場師生做了一個簡單的科普。他對華農學子對引力波問題的濃厚興趣表示欣慰,并為許多同學所提出的問題做了詳細的解答。最后,他結合自己多年的科研經歷,送給所有同學們一句話:“為什么要登山?因為山在那里。為什么要探測引力波,因為宇宙在那里。”