美國太空人尿著褲子上天、牧師打敗愛因斯坦,BBC推出現實版天文科普

牧夫天文 發佈 2022-08-06T14:31:22.549736+00:00

我們今天對宇宙的認識,離不開一代代科學家在理論和實踐上的探索,離不開他們的大膽假設、小心求證,他們的彷徨、堅持,還有激戰。

任何一門科學的發展,都不是高高在上的象牙塔學問,天文學也不例外。它更加強調實驗、觀測和檢驗。我們今天對宇宙的認識,離不開一代代科學家在理論和實踐上的探索,離不開他們的大膽假設、小心求證,他們的彷徨、堅持,還有激戰。

科學家曾詩意地形容:

半個多世紀以來,人類接收到的宇宙信號的力量還不足以翻起一頁紙;

一片雪花掉落地面時產生的能量,超過了迄今為止射電天文領域接收到的所有能量。

遙遠的信號像雷聲中的蟬鳴,沒有超級靈敏的「耳朵」就分辨不出來。

他們期待用更強有力的科學工具觀測來自遙遠星河的信息。

為了將真實的天文學介紹給大眾,以紀實見長的BBC與英國開放大學合作,並作為網絡公開課,面向全球128個國家推出了《BBC宇宙入門:怎樣看待這個世界》。它涵蓋了宇宙的各個主要議題,抓取了天文學發展史上的關鍵發現、人物還有故事,並從科研實踐視角帶我們一探究竟,科學家們是怎麼做研究的。

1、以紀實手法梳理人類探索歷程,充滿故事性!

從牛頓的萬有引力到愛因斯坦的相對時空,從伽利略改造的簡單望遠鏡到中國天眼(500米口徑球面射電望遠鏡),從希特勒轟炸倫敦的V-2火箭到土星5號將人類送上月球,《BBC宇宙入門:怎樣看待這個世界》以紀實手法梳理了人類認知和探索宇宙的歷程。從中我們可以看到璀璨的科學巨匠,跌宕的發現過程,激烈的思想爭辯,還有意想不到的收穫。

時空可以彎曲,愛因斯坦在提出他著名的相對論之後,自己並不能接受宇宙是膨脹的,為了防止自己的方程描述一個不斷膨脹的宇宙,而人為地發明了一個「宇宙常數」。比利時牧師勒梅特,向愛因斯坦發起了挑戰。勒梅特用的不是上帝,而是縝密的數學推演證明了愛因斯坦的錯誤。加上哈勃的觀測實證,愛因斯坦終於恍然大悟,不得不當場認錯。

喬治-亨利·勒梅特,出生於1894年,一戰中英勇作戰授過獎,戰後成為一名牧師,又積極投身於科學,成為教皇科學院的院長,並提出了大爆炸理論。

繼蘇聯的加加林成為太空第一人後,美國急於扳回一局。1961年5月5日,美國啟動了自己的首次載人航天飛行,並且向公眾直播。但事有意外,發射時延誤了好幾個小時,太空人艾倫·謝潑德(Alan Shepard)忍不住想要上廁所。這真是個難題,地面控制中心擔心,如果謝潑德弄濕太空衣的話,接觸到皮膚的電極可能會發生短路,但要當著全世界觀眾的面把他從發射艙中弄出來又有一個漫長的過程,而且太丟面子,所以就對他說:「就在裡面解決吧。」謝潑德照做了。因為他就像個胎兒一樣仰面躺在艙體中的,尿液就一直流到了他的腰部。到達太空時,他完全是躺在自己的尿液中的。

1961年,尤里·加加林乘坐東方1號宇宙飛船,完成了世界首次載人航天飛行。

人類一直搜索地外文明信號未果。1967 年,英國劍橋大學一位年輕的在讀博士喬斯林·貝爾(Jocelyn Bell),她用自製的射電望遠鏡觀測星空,曾將收到的電波誤認為是地外文明信號,結果發現她觀測到的其實是脈衝星。她的導師托尼·休伊斯(Tony Hewish)也因這一發現而獲得了諾貝爾獎。

蟹狀星雲。喬斯林·貝爾觀測到的其實是蟹狀星雲中心的一顆脈衝星——一顆旋轉的中子星。

2、涵蓋宇宙全主題,生命和萬物的答案之書!

《BBC宇宙入門:怎樣看待這個世界》涵蓋了宇宙的各個主要議題,包括宇宙生滅、天文觀測、太空探索、高能事件、地外生命等。它以嚴謹的邏輯串聯人類天文研究的關鍵節點,通過歷史重要發現和科研前沿進展為讀者一一解答,幫助我們構建完整的知識體系和宇宙觀。

你可以看到科學家是如何模擬宇宙大爆炸之初的狀態;從古至今人類又是怎樣觀測各種天文事件,逐步探索並登上其他天體;科學家們在用哪些方法尋找行星;他們又是如何發現中子星、黑洞等,揭開了宇宙暴力的本質;新的發現在不斷修正我們對生命的認識。

嗜熱古菌的顯微照片。它們可以生活在170 ℃的深海火山口附近,推翻了所有生命都要依賴太陽這一長期以來的觀點

作為目前已知唯一的智慧生命,我們一直期望能夠在宇宙中找到其他文明。迄今為止人們一直在通過各種方式對這一問題展開研究,通過天文台搜尋地外文明的信號,登陸火星探測生命證據,還向太空主動發射電波信號。

目前尚未找到更高級的地外文明,但是通過不斷的探索,也許我們有機會能夠在其他天體中找到存活的極端微生物。

火星快車號探測器拍攝到了火星北極一個巨大隕石坑中的水冰圖像。地下水冰很可能是極端微生物的棲息之所。

3、深入科研一線,「零距離」感受大科學裝置!

《BBC宇宙入門:怎樣看待這個世界》在以實踐視角梳理人類探索宇宙歷程的同時,還深入當前的科研一線,實地進入阿特拉斯探測器、引力波干涉儀、甚大望遠鏡等大型儀器,探訪了超廣角尋找行星、搜尋地外文明等科研項目,並與諾貝爾獎得主等一線科學家進行了深入交流,既帶我們「零距離」體驗了太空科研,也向我們展示了前沿成果。

艾倫望遠鏡陣。它由微軟聯合創始人保羅·艾倫(Paul Allen)贊助,專為搜尋地外文明計劃建造。

自1915年愛因斯坦提出了廣義相對論後,科學研究的很大一部分內容就是驗證這個理論。時空就像是一張巨大的橡皮膜,有質量的物體會使時空發生彎曲,引力波就是時空彎曲程度的波動,由於它到達地球時已非常微弱,因此也被形象地稱為「時空漣漪」。但愛因斯坦的預言是正確的,2016年人類首次直接探測到引力波。

歐洲引力天文台的室女座引力波探測器。兩條 3 千米長的機械臂預計能產生的形變只有氫原子核直徑的千分之一,小到幾乎難以測量。

宇宙的起源是從一個奇點炸出來的!除了理論計算,還要從實驗中找到這些問題的真正答案。目前認為最有效的途徑,就是想辦法還原宇宙大爆炸當初的狀態。大型強子對撞機就是為了這個不可能的任務而誕生的。它能通過質子的撞擊產生新的粒子,模擬一個「迷你」的宇宙大爆炸。

歐洲核子研究中心的大型強子對撞機。每秒有6億次碰撞,每天會多達300萬個有效碰撞事件被記錄下來。

4、手繪圖解、動手實驗,以簡單方式解釋深奧原理!

探討宇宙,自然離不開各種天文原理,作為面向大眾的宇宙通識讀本,《BBC宇宙入門:怎樣看待這個世界》採用了「手繪圖 + 實驗演示」的方式,以簡單直觀的方式解釋宇宙的深奧原理。書中有細緻的手繪圖全方位展示了阿特拉斯探測器、哈勃空間望遠鏡等複雜科學儀器的內部細節。同時還設置了一些簡單的實驗展開講解,比如用撞球撞擊解釋阿特拉斯探測器內的質子撞擊,用冰壺演示如何防禦小行星的撞擊,在攝影棚演示用凌星法尋找小行星等,既使讀者能夠知識人類對宇宙的探索歷程,也能輕鬆理解專業的天文原理。

大型強子對撞機內記錄撞擊的阿特拉斯探測器,前視、內部結構和粒子運行的手繪示意圖,以及演示其工作原理的桌球碰撞實驗。

防禦小行星撞擊地球的方案手繪圖,以及演示最佳防禦方案的冰壺實驗。

用凌星法尋找系外行星手繪示意圖,以及在攝影棚內的演示實驗。

5、譯文優美、中國科學院天文學專家審定

《BBC宇宙入門:怎樣看待這個世界》由中國科學院紫金山天文台專家審定,對書中的專業知識和專有名詞進行了詳細地核實,並根據相關研究的新進展,對內容予以了更新。

它以嚴謹的邏輯、通俗的語言,圖文並茂,涵蓋各個主題,將複雜的天文知識講解得輕鬆易懂,深入一線的探訪為讀者帶來更直觀、立體的閱讀體驗,是一本面向大眾不可多得的宇宙通識讀本。

最迷人的話題引發對生命的終極哲思

在如此深邃的宇宙里,人類是唯一的智慧生命嗎?地球是宇宙中最特殊的星球嗎?在宇宙中是否還有其他的生命?這些生命會以怎樣的形式進行演化?人類是如此渴望獲知這些問題的答案,以至於從未停止過對地外生命和地外文明的搜尋。

本書專門設置了一章對上述問題進行了探討,其中包含了不少有意思的話題,小編就選取一二和大家分享一下。

一個就是爭論非常激烈的「我們應不應該向外太空發送信號」。

書中列出了兩派觀點:支持的一方認為如果我們真的想知道人類是否是宇宙中唯一的智慧生命,那麼就應該向太空發出自己的聲音,以期有所回應;反對的一方則認為這樣做非常愚蠢而且危險。

著名的「阿雷西博信息」就曾經處在風口浪尖上:1974年,為了慶祝阿雷西博射電望遠鏡完成改建,德雷克等天文學家就設計了一串由二進位數字構成的含有人類文明信息的信號,並將這個信號射向了22000光年以外包含30萬顆恆星的M13星團。

阿雷西博望遠鏡和1974年發向M13星團的阿雷西博信息

此舉在當時引發了一些科學家的憤怒,他們認為這樣做會將人類暴露在極度危險的境地。正如《三體》中「黑暗森林法則」所描述的:一旦某個宇宙文明被發現,就必然遭到其他宇宙文明的打擊。

不過書中也點明,其實人類無意中已經向外太空發射很多年的信號了,比如各種無線電廣播信號、早期的模擬電視信號等。只是這些信號在經過超遠距離的傳播後,也許已經變得太過微弱而無法被檢測到了。

針對這個話題,小編想到了FAST,FAST在去年4月也正式開啟了地外文明搜索。由於FAST只有信號的接收功能,不會向外太空發送信號,因此大家不必擔心FAST會暴露地球的位置。茫茫的宇宙到處隱藏著未知的風險,所以即便是進行重大的科學探索,也應該恪守科學倫理道德,要把可能給人類帶來的危險降到最低。

上述討論也引申出另一個有趣的話題「如果外星人收到我們發送的電視信號,它們能看到什麼」

書中展示了一幅關聯圖:各個臨近星系上的外星人分別能收看到地球上哪些重大事件的電視直播。

各個星系上的外星人能收看到的地球重大事件的電視直播

比如,1936年舉辦的柏林奧運會,這屆奧運會也是第一次使用電視作現場直播。這個電視信號如果一直在外太空傳播的話,應該早就被距離地球59光年的室女座70上的外星人接收到了,如果它們能解碼這個信號,應該就能看到當時奧運會的現場畫面。

這也讓小編聯想到一部著名的科幻電影:《超時空接觸》(當時的望遠鏡網紅阿雷西博也在其中客串了一把),電影開頭也講述了一個非常類似的故事。

上世紀90年代,人類突然收到一個來自宇宙某處的信號。科學家經過研究分析,鎖定了信號來源的位置,是在25光年之外的天琴座阿爾法星,就是我們非常熟悉的織女星。信號由兩部分信息組合而成,拆開之後,發現一部分是人類無法識別的亂碼,另一部分竟然是一段視頻。視頻被播出來之後,科學家的下巴都驚掉了,畫面竟然是希特勒站在一個主席台上,宣布1936年柏林奧運會開幕...

人類似乎是永遠好奇、永不甘寂寞的,一直都想尋找其他的智慧生命。但在科學家的眼中,尋找地外文明也許不只是出於好奇心那麼簡單。它能幫助人類認清自己在宇宙中存在的意義和地位,更是為了人類在未來能有更好的發展,或者是在某一天當面臨不可預測的危機時,我們早已做好了準備!大家認為呢?

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