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2020.1.12,我掉进了“平行世界”

量子学派  · 公众号  · 科学  · 2020-01-13 21:56


引语

我们身边的平行世界


自埃弗雷特提出“平行世界”以来,这个概念就成了人们幻想中的天堂。人们渴望在另外一个世界存在着另一个自己,去实现在这个世界无法完成的梦想。


如果真的要进入平行世界,我们可能需要像《星际穿越》那样穿越虫洞接受爱因斯坦相对论的考验,但这是可望而不可即的。


实际上,我们现实中就有平行世界的存在,这个平行世界就在我们身边,但却不为我们熟知。


这一次,腾讯青少年科学小会为我们找到了这个世界的入口,用科学家的演讲带我们探索这个不熟知的世界。



这个平行世界由科学家们创造,可以称之为“科学王国”。


《Science》科学杂志主编Tim在演讲中说,科技如此神奇,为什么有这么多年轻人愿意为科技付出?我们知道科技驱动经济,但科技回报不一定会来得非常快,现在的AI让智能手机变得非常智能,但这并不是来自于工程师,是来自于基础科研的结果。



如果没有科学家,基础科研就会止步不前,科学王国就无法铸成高楼大厦,这个平行世界自然也会随之崩塌瓦解。


正因如此,Tim也在演讲中提到,谁可以给我们带来这样更好的世界?那就是科学家。




世界很小很有趣



我们早已能通过望远镜看到宇宙遥远的星体,会感慨宇宙之大人类之渺小


但如果换一种角度呢?


清华大学生命科学学院院长王宏伟在演讲中给我们提供了另一种角度。


“我们人类在过去的几百万年一直用我们的肉眼来观察我们的周边世界,但实际上,我们也一直对在更加微小的尺度上生命现象是如何展现的很感兴趣。”


一个星体是一个世界,但一个细胞也是一个世界。虽然世界很小,但也很有趣。


王宏伟院长通过“光学显微镜”、“透射电子显微镜”、“冷冻电子显微镜”三种方式,告诉我们细胞虽小,但其中藏着的是一个巨大的世界



在2017年,三位研究冷冻电镜的科学家获得了诺贝尔化学奖。这里主要讲一讲冷冻电镜


冷冻电镜是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术,即把样品冻起来并保持低温放进显微镜里面,用高度相干的电子作为光源从上面照下来,透过样品和附近的冰层,受到散射,再利用探测器和透镜系统把散射信号成像记录下来,最后进行信号处理,得到样品的结构。采用冷冻电镜可以揭示很多细胞生命过程的细节


在2019年,中国科学家利用冷冻电镜技术解析了世界上目前解析到最高分辨率、最大的病毒的结构——猪瘟病毒的结构。



我们喜欢浩瀚星辰,喜欢无边宇宙,但实际上,一个细胞也是一个丰富的世界,这个世界虽小但却很有趣。




神秘的黑洞世界



当第一张黑洞照片出现时,人类才第一次自广义相对论预言黑洞存在后看清“黑洞”。


这是一张迟来的“黑洞”照片,按照EHT在2017年的原本计划,大约在 2018 上半年“事件视界望远镜”就会公布最终图像,可直到2019年4月10日,人类才最终将这种照片“冲洗”完毕,对于天文学和物理学来说,“事件视界望远镜可以成为确认黑洞存在的证据之一,补完爱因斯坦的广义相对论,发现恒星和星系演化的秘密。



从照片上看,黑洞看起来有点“帅”。但不仅如此,黑洞还很神秘


Avery Broderick作为拍摄全球首张黑洞照片的科学家之一,是第一批看到黑洞真实面目的人。他在科学小会的演讲中提到各种黑洞的神奇性质,也提到了认识黑洞最有效的办法是去观测它,这当然也是第一张黑洞照片出现的原因。


当然拍摄黑洞照片并不是一件容易的事情,首先要解决的是分辨率的问题, 30米光学望远镜射电望远镜都无法达到要求,最后EHT设计了事件视界望远镜。这种望远镜有一个叠面,它的形状是曲度的,让所有到达它的光子、光线都聚焦到一点,这就是它的核心工作原理,要在一个对的时间让所有的光线聚焦


当然,要生成黑洞照片,还需要将望远镜分布在世界各地,将搜集到的数据整合,再通过超级计算机进行上千个模拟。生成黑洞照片实际上也等于弄清黑洞。最后的结果也表明EHT对黑洞之前理论性的掌握其实是比较符合现实的。



黑洞很神秘,所以我们无法仅靠一张照片就能真正看清它。Avery Broderick也在演讲中提到,“我们并不满足于只拍静止照片,我们可以做视频,可以帮助我们更好地理解它的质量是怎么样的。当然我们需要一个更高的分辨率,进一步证明爱因斯坦广义相对论以及史瓦西的理论,所有这些会在未来实现。”


黑洞很神秘,也令人神迷。那人类是如何发现黑洞的?


中科院国家天文台副台长刘继峰在演讲中讨论了如何发现恒星级黑洞的事情。



但恒星级黑洞是缺失的,银河系内能够确认的仅有20多个。要解决恒星级黑洞缺失的问题,则必须先知道是怎么发现这些黑洞的。刘继峰用归纳法简单明了地阐述:一听、二看、三找伙伴。


听:当两个黑洞离得很近就会合并,然后释放巨大能量,将震颤以引力波形式传播出去,引力波实验可以聆听震颤的涟漪,从而知道黑洞合并事件。

看:一个恒星离一个黑洞过近,就会被黑洞吸引,形成吸积盘,其发射的射线会引起天文学家的注意,从而确认黑洞的存在。

找伙伴:黑洞离伴星较远,形不成吸积盘,只能通过看伴星的运动来推知旁边有一个天体在运动,测量天体的质量就能得知这个大于三个太阳质量的天体是黑洞。


另外,在演讲中,刘继峰还提到了发现黑洞要依赖的还有LAMOST大科学装置,这极大地缩减了发现黑洞的时间


在演讲最后,刘继峰说,我相信随着科技的发展,终有一天我们可以窥视宇宙的全貌,我们人类在整个的宇宙中就像一粒沙尘非常微小,但是我们利用我们的观察,利用我们的思考,终究可以让我们的想象力,特别是洞察力到宇宙的每一个角落,从这个角度而言,我们人类最终的命运其实是在星辰大海



就像人类终有一天能够窥视宇宙的全貌,神秘的黑洞世界的面纱终究也会被揭开。




有趣的量子世界



量子力学是20世纪发展起来的一门科学,但这门科学总被人描绘成晦涩难懂、充满怪异符号和复杂公式的怪诞臆造物。加上量子力学奠基人的玻尔说,如果谁不为量子力学而感到困惑,那他就是没有理解量子力学。所有很多人会害怕与之接触。


但其实我们的生活与量子力学息息相关


电脑、手机、太阳能电池

激光、半导体技术

医用核磁共振仪

……


实际上,量子力学应该是一门有趣的科学


腾讯量子实验室负责人张胜誉在科学小会的演讲中就将复杂的量子叠加态用轻松诙谐的语言讲出来。



张胜誉用自己作比喻:在宏观世界中一个物体在某一个固定时刻只能处于同样的一个状态,自己站在一个地方,这个时刻就是在这个地方。但微观世界完全不同,可能自己既在北京,也可能在欧洲的巴黎。如果这时对其进行操作,处在北京的张胜誉举手,那么实际上处在巴黎的张胜誉也同时举手。


之后他也用同样的方式解释了量子力学中观察和测量两个概念。


在演讲最后,张胜誉跳出了量子力学这个领域,阐述了自己关于科学家精神的理解:我想真正科学家的精神其实肯定不是说求名或者是求利,也不是说求说话有一言九鼎的权威感,更不是说得到生活上的特殊待遇,这些东西不是不可以说,而是随之而来的副产品。持续推动科学家往前发展自己心中所伟大的这个科学事业的,其实是追求的一种真,一种美,一种对万世万物更深刻的理解,一种对人类生活更有意的改变





另一个“诺贝尔奖”



在世界范围内,诺贝尔奖通常被认为是所有颁奖领域内最重要的奖项,其包含多个领域:物理、化学、生理学或医学、文学、和平、经济科学


对于我们来说,诺贝尔奖是至高科学的象征,嘉奖那些全球最佳的人选或创造,也是我们可望而不可即的存在。


虽然每年的诺贝尔奖获奖奖项都影响着我们的生活,但对于普通人来说,诺奖还是有些太遥远了。它就像是一束光,在黑暗中能够清晰地看到,但却无法真正地触摸。


但难道“诺贝尔奖”就一定是“只可远观不可亵玩”?


不,其实还有另一个“诺贝尔奖”存在,而你也可能成为获奖者。


Marc Adrahams在科学小会的演讲上告诉我们,在三十年前他就开创了一个叫做搞笑诺贝尔的奖项,而评判标准是一个成就是不是能够让人们发笑,感到有意思,并在一周后还会想起来并思考这个事情



同时,他还列举了几个获奖的例子:


研究企鹅排泄压力的实验;

举着手往后走,咖啡是否还会洒出来;

分析把羊拖过不同地形表面所费的力气;

人是否能在月球上实现水上飘;

……


这样的奖项有没有意义?毫无疑问是有的。就如Marc Adrahams所说,“ 所有的科学工作都是很重要的。我们知道这很重要,但科学一开始未必是这样的,所有科学家都知道唯一真实的东西其实就是让你很惊喜的东西。


Marc Adrahams还说了一个更有说服力的例子:几年前我们给安德烈·海姆颁了物理学的奖,他用磁悬浮让一只青蛙飞起来,基本没有科学家认为他们可以做到一点。我们给他颁了搞笑诺贝尔奖之后的十年,他得到了真正的诺奖,他因研究石墨烯的碳结构获得的诺贝尔奖



在演讲最后,Marc Adrahams提到,“如果你觉得有一些想法让你发笑又思考,而且你让全球所有人都会因为这个发笑以及思考,把你的想法告诉我们,也许你会成为下一个搞笑诺贝尔奖的获奖者。


这或许是一个契机,它能让更多人爱上科学。




化学不仅仅是爆炸



化学反应时刻在我们身边发生,但似乎我们对化学都有一点点偏见和误解


很多人认为,化学会爆炸,会创造污染,化学有毒…


是的,很多人只看到化学的表面,而没有看到化学背后更多本质的东西。实际上化学就像是生长在地底下的根,我们很难看见它,但无根就无木,如果没有化学,也就没有我们现在的生活。


北京化工大学特聘教授戴伟在科学小会上的演讲上举了几个很明了的例子,告诉我们化学的重要性


饮用水不干净是由化学家解决,用漂白材料以及氯气等消毒过的水是干净的。

营养不足是化学家解决的。化学家把氮气想方设法变为氮肥,一些人认为只吃绿色食品就行,但是全球的人口七十亿人,如果都说只吃绿色食品,恐怕50%的人就饿死了,粮食根本不够。

传染病也是化学家发明很多新型抗生素而解决的。如果没有以前化学家的贡献,也许我们的平均寿命也是50岁左右。



化学不仅仅是爆炸和化学反应,我们的生活离不开化学。而正是由于我们对化学的不了解,让一些谣言不胫而走,导致我们被骗。戴伟博士也在演讲中说到了这个问题。


有人认为碱性水对身体有好处,能够抗癌症,但实际上25块钱一瓶的碱性水和普通水对人体的效果是一样的,因为血液本身就是一个好的缓冲液。有人认为要买不含化学物质的化妆品,但实际上没有不含化学物质成分的化妆品,也不必多花钱买很多所谓不含化学物质的化妆品。


为了避免更多谣言、宣传化学,戴伟博士利用最先进的平台——短视频的平台传播化学,让更多人了解化学。就如戴伟博士在演讲中所说,我希望利用最先进的平台,有效地传播化学让大家认知到化学对社会的贡献,避免人们相信谣言





我们的家园不应只是地球



地球这个宇宙中的暗淡蓝点是人类赖以生存的家园,也是现在人类唯一的家园。人类在几百万年的发展中成为地球霸主,但我们不能仅满足于此。


我们应该去探索宇宙中的星辰大海,不过这对于现在的人类来说有些难度。但我们要跨出第一步——探索太阳系的星辰大海。而距离我们较近的月球和火星,则成为我们探索的首要目标



1969年7月21日,美国阿波罗11号成功登陆月球,阿姆斯特朗说出了那句著名的“这只是我一个人的一小步,但却是整个人类的一大步。


1965年7月14日,美国水手4号在火星表面9800千米上空掠过火星,向地球发回了21张照片,成为有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器


人类探索月球和火星已有五十多年历史,而现在是开启新旅程的时候。


中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远在科学小会的演讲中提到,“中国要飞得更远,要探索太阳系的星辰大海。



嫦娥四号着陆到人类从来没有去过的月球背面,这是一个里程碑式的成就。中国载人登月也在筹备,建设月球基地,开发利用月球资源。


除了探月计划,欧阳自远院士还提到了火星探测。中国将于2020年6、7月份将火星探测器送上火星,因为有科学家已经证明了火星曾有生命存在,火星可能可以变成第二个适合人类居住的星球


不仅探测月球和火星,中国还要探测太岁星(木星),欧阳自远院士还开玩笑说“中国要到太岁头上动土”。探测木星是因为木卫二的表面有冰,里面有海洋,海洋里有火山爆发,科学家期盼在木卫二的海底找到生命存在



地球不应该是我们唯一的家园,正如欧阳自远院士所说,探索太阳系是为了利用各个天体的特殊资源和能源,为人类社会的最后持续发展作出贡献。而且地球并非被上帝所庇佑,如果遭遇小天体袭击,人类很有可能会像6500万年前的恐龙一样灭绝。为了规避灾难,一定要确保人类的社会改造,另外再造一个地球




用科学和童心当我们的眼睛



腾讯青少年科学小会为我们打开了进入“科学王国”平行世界的入口,带我们探索我们并不熟知的“另一个世界”。


但就像世界并不缺少美一样,进入“科学王国”平行世界的入口也远远不止一个,我们缺少的是发现入口的“眼睛”


这双眼睛由两部分组成,一是科学,二是童心


如果我们不排斥科学,我们自然很容易能找到进入“科学王国”的入口。

如果我们拥有童心,我们便会爱上这个“科学王国”的“平行世界”。



腾讯青少年科学小会除了为我们打开“科学王国”平行世界的入口外,还连续两年与Science共同推出《青少年科学看点榜单》,今年投票参与的青少年人数从去年的10万猛增至120万。投票结果显示,包括黑洞、月球探测等在内的天文学话题最受中国青少年关注。


今年榜单囊括了天文学、数学物理学、生命科学和化学等四大领域的最新前沿科学突破,一些话题关乎人类对广袤宇宙的探索,例如首张黑洞照片面世,嫦娥四号在月球背面着陆等,有些话题则关乎人类自身,如利用细菌来创造通用血型,利用纳米机器人缩小肿瘤。榜单中的部分最新突破指向人类过去,如发现最古老人类头骨, 而影响人类未来的前沿进展,如将二氧化碳变回煤炭、AI在多人扑克中战胜人类等,也登上了十大看点榜单。



科学小会的科学家们在演讲最后都会提到,小朋友是未来科学的主力军。这不仅仅是因为小朋友是早晨六七点钟的太阳,更是因为他们的童心会让他们更愿意去触碰和探索“科学”这片广阔无垠的星空


如果用科学和童心当我们的眼睛,我们自然能够发现“另一个世界”。  



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