諾獎獲得者基普·索恩：引力波是探索宇宙的理想工具
網易科技訊11月4日消息，2017年諾貝爾物理學獎獲得者基普·索恩在2018年騰訊WE大會上以引力波為主題發表了演講，基普·索恩是當今世界最權威的理論物理學家之一，致力於對黑洞、引力波等天體物理現象的研究。
今年已經78歲的基普·索恩，從8歲開始就愛好天文，13歲立志成為天體物理學家。他說：「科學本身就有很多樂趣，你每天觀察研究它，每天都會有新的不可預知的變化或驚喜。」
基普·索恩一直致力於將把愛因斯坦認為的不可能變成可能，「引力波將為人類理解宇宙帶來革命。」這個信念貫穿了索恩一生。他在會上表示從學生時代開始就立志用理論和觀察探尋彎曲的世界。
諾貝爾大會曾經這樣評價引力波的發現：「2015年9月14日，人類歷史上第一次探測到引力波。愛因斯坦在100年前預測了引力波，是由兩個黑洞在合併時產生的。引力波抵達美國LIGO天文台需要經歷13億光年。
基普·索恩談到現在可以去用引力波觀測宇宙。「引力波，它們是空間形狀本身的震動，電磁波是原子分子波的不均勻疊加所釋放出來的，而引力波是質量和能量的牽連運動的均勻釋放，它裡面涉及到了大量的質量和能量，而電磁波是容易被灰塵或者其它的物質吸收或者分散，而引力波即使你臨近了宇宙大爆炸，非常熱非常密度大的地方也不會被大幅度的吸收或者是分散。」 因此，不同的波會有很大的不同。
談到蟲洞時，基普·索恩對記者說：「很遺憾，我們也不知道在宇宙當中是不是確實存在著蟲洞，但是很有可能物理學原理會阻止蟲洞的形成。蟲洞即使能夠形成，物理學原理也會導致其崩塌，使之不能夠帶任何的東西進行時間旅行。」而他在演講中也說道，蟲洞並不會在宇宙當中自然產生，需要有高級文明有意識的去創造和維持，再填充特殊材料，蟲洞才能存在。
基普·索恩同時還是許多經典科幻藝術背後的科學顧問，曾經創作了《星際穿越》的電影綱要，故事靈感就來自於天體物理學中的黑洞、蟲洞及時間膨脹。他首次將蟲洞設計為時間機器，開創了科幻界的先河。在電影《星際穿越》中，他和製作團隊合作，向人們展示了令人驚嘆的宇宙黑洞「卡岡圖雅」，這是迄今為止最接近於科學理論的黑洞藝術作品。2014年，《星際穿越》上映後，在全球引發熱議。
另外，基普·索恩與霍金也是好朋友，二人曾經多次進行科學賭局，而每次都是霍金輸，霍金還曾經輸給索恩1年的成人雜誌《閣樓》。據他透露，二人還經常聚在一起談論生死與愛。
基普·索恩在演講最後不無激動地表示：「400年前伽利略製造了第一個天文望遠鏡，他找到木星的四個衛星，這是400年前的事兒；在三年之前LIGO第一次觀察到了黑洞碰撞所形成的引力波，我想有請大家也跟我們一起推測一下往後400年，我們將電磁波觀測和引力波觀測都結合起來，我們還會有更多更大的發現，大家可以盡情想像。」
以下為Kip Thorne（理論物理學家基普·索恩）演講全文：
1915年愛因斯坦提出了廣義相對論，這實際上是一種物理學的定律，他告訴我們時空會被質量和能量彎曲。時間的彎曲會產生引力，也就是我們在地球上能夠感知的引力。
50年之後，我到了普林斯頓大學讀博士，作為一個博士生，我被告知我們的世界、宇宙有可能有彎曲的一面。我們在時空當中有一系列不同的物體、事物，我會給大家介紹其中的一些，比如說宇宙、蟲洞、黑洞、奇點、時光旅行、引力波。
作為一個年輕學生，我給我自己設定了一個人生的目標，要用理論和觀察探尋彎曲的世界。在今天的演講中，我將給大家介紹，在過去的50多年當中，我們用這種方法了解到了什麼。
在過去的56年里，包括我自己、霍金、Lisa Randall以及其他很多的同事們，都在共同探尋。我先給大家介紹一下體宇宙，就我的了解，太陽周圍的空間是彎曲的，我們可以想像一下，在我們的宇宙當中有一個平面，它是一個三維的平面，形成了一個膜，這個膜又生活在一個四維宇宙當中，就成為了一個體宇宙。
我們在屏幕上的（示意圖）能夠描述二維世界，而我們生活在三維的世界當中。如果它圍繞著太陽，如果它的直徑只有幾公里，那麼這樣的體宇宙是否真的存在？1962年，當時我們認為，這樣的體宇宙並不存在，到了1999年，Lisa Randall告訴我們，這樣的體宇宙有可能存在。
我也沒有想到這一點，待會兒Lisa Randall會在她的發言當中給大家介紹體宇宙原理。如果我們看宇宙，一邊是太陽系，也就是左邊，另外還能夠看到右邊的仙女座，我們把它折起來，會看到距離僅有幾公里——如果我們需要穿越體宇宙的話。
可以看到，從這樣的蟲洞當中，光線是可以穿越的，它就像一個光纖一樣，這樣的圖形也能夠讓我們計算，蟲洞的另外一邊是什麼樣子。屏幕圖片，是由我們的朋友Double Negative特效公司在製作《星際穿越》時候給我們展現出來。
我們不斷地把蟲洞打開，我們可以讓土星的光線穿越、彎曲，我們就走到了仙女座，我們又用蟲洞回去，這麼長的距離，只要幾分鐘就可以過去。
我們再看一下蟲洞，蟲洞往往會自毀，會自己崩塌，我們怎麼樣才能夠避免這一點呢？我們就是要用特殊材料去把它填充起來，它是一種反引力的效應，它能夠去修復蟲洞的側壁。而且可以說，蟲洞並不會在宇宙當中自然產生，需要有高級文明有意識的去創造和維持，再填充特殊材料，蟲洞才能存在。
但有一個例外，儘管我們說蟲洞是人為的，但是在非常小的尺度上比如說10的負33次方厘米，在這個微觀尺度上，一種新的物理學理論量子引力學，能夠去指導我們了解。這一點我後面還會多次提到，雖然我們對此並不是了解的那麼清楚。
與此相對照的是黑洞，跟蟲洞不一樣，黑洞是在宇宙當中切實存在的，大家在左邊可以看到，黑洞就像這個失敗了的蟲洞一樣，它是從起點這邊延伸出來，我們也想去了解一下到底黑洞是什麼樣子。在我們的宇宙當中，可以想像，在左上方有這麼一個恆星，在右下方有一個攝像機，光從恆星射到右邊的這個透鏡當中，我們可以看到兩邊都有它的路徑。
另外，還有一個光線是穿過這個世界之後再進入到攝像機，那攝像機它就能看到恆星不同的面貌，如果說有幾百萬個恆星的話就能看到幾百萬，宇宙當中氣象萬千。這是我的朋友詹姆斯與我模擬的。
我們可以看到黑洞在整個星系中移動的時候，對於恆星的面貌對有多大的影響，在我們的宇宙當中，我們旁邊會有熱的空氣，這個裡面會帶走很多的能量，然後進入到宇宙的各個方面。
我們也是知道這一點，是因為我們看到有X射線以及可見光，它是由這個熱氣來抬升的。
對這個X射線還有光進行了分析，然後形成了這樣的一個圖像，在近期將會有這樣一個世界望遠鏡，去呈現在銀河系中心的一個巨大黑洞的實際景象，這裡面我們已經看到有多個世界望遠鏡，它會去覆蓋世界不同的地點，它們的數據會進行集成、整合。
它就能夠看到遠方非常非常細小的事物，包括了銀河系的這些黑洞，我們怎麼做到的呢？這個就是《星際穿越》這個電影當中的黑洞，它怎麼出來的呢？其實很簡單，光線從這個星際右後方出來，然後繞過黑洞以後進入到攝像頭。
這個攝像頭會認為，這是從黑洞的上方穿越過來的。那麼從下面過來的這個是先下後上，進入到攝像機，它拍出來的是下部方的形象。
另外，由吸積盤直接穿過來的光能夠形成星盤的面貌，這樣就由攝像機拍出來黑洞是什麼樣子。
我再回到愛因斯坦關於時間彎曲的定律，他告訴我們，事物總是喜歡停留在它衰老最慢的地方，而且引力能夠讓他們聚合在一起。地球的質量會扭曲時間，而這個時間的彎曲會產生引力，有這樣的引力才讓大家安坐在禮堂的座椅之上。
我們能夠感到，引力是很小的，它使得地球上的時間每100年才放慢一秒。第一次是高精度偵測是在1976年的時候，當時NASA放了一個距離地球一萬公里遠的衛星，用它的原子鐘進行時間的計算，再與地面上測算的時間進行對比，它的準確性能夠幫我們預測愛因斯坦的時間彎曲定律。
越是臨近黑洞，引力越強，時間越慢。大家可以看到，這是黑洞的世界。假設有這樣一個飛船停在這邊，在這樣的飛船上，它測的時間就會比地球上要慢一半，如果它繼續往下走，接近世界，那麼最後時間會慢到停止（跟地球相比）。
在黑洞之內，它比停止還要慢，時間會倒流，一直會降到黑洞的中心，也就是起點，在這個地方廣義相對論會失敗，會由量子力學來替代，而這個現在我們還不太理解，雖然我們很想理解。
說到底物理學告訴了我們，時間穿越回過去會是怎麼樣的。但事實上，首先時間滾滾向前，無法回到過去，比如說我們旁邊有我的朋友，時間會讓你們向一個方向走，而不可能說我向前，而你或者我的朋友往後走，這是物理學完全所禁止的。
另外一方面，廣義相對論告訴我們，我們在太空旅行的時候，時間是一直向前，如果在當地來講的話，有可能在你還沒有開始的時候便已經返回了，這是一個很奇妙的事情。
另外，量子物理學告訴我們，你的旅行會導致一個時間機的啟動，但是這個時間機在啟動之後，一會兒向前，一會兒向後，有可能會受到一個巨大的爆炸而毀滅。
這個爆炸就是因為光線當中的真空不穩定所導致的爆炸。只有量子引力學才能夠準確的告訴我們，實際上是怎麼樣的，這是霍金和我在90年代初的時候，我們一起來做的課題。
我們再回到引力波，就愛因斯坦來看，它使得空間彎曲，以光速旅行。我們有這樣的一個例子，它在宇宙當中自由運動，當引力波過來的時候會使得空間伸或者縮，這個時候我們就可以看到所謂伸縮的效應，它可能一個方向拉，另外一個方向壓，都有可能。
這就是愛因斯坦對於引力波的理解，在1972年的時候，我開始跟我的同事和學生一起創立了一個理論，我們能夠偵測引力波，我們可以想像到引力波對於天文學的意義，我們可以對比電磁波和引力波，過去我們所使用的觀測手段都是電磁波，而現在我們可以去用引力波觀測宇宙。
引力波，它們是空間形狀本身的震動，電磁波是原子分子波的不均勻疊加所釋放出來的，而引力波是質量和能量的牽連運動的均勻釋放，它裡面涉及到了大量的質量和能量，而電磁波是容易被灰塵或者其它的物質吸收或者分散，而引力波即使你臨近了宇宙大爆炸，非常熱非常密度大的地方也不會被大幅度的吸收或者是分散。
這個就告訴我們說，不同的波會有很大的不同。
第一，引力波由於它是由彎曲的空間所形成的，它是一種去探索彎曲宇宙的理想工具。
第二，它很有可能會引導我們的宇宙觀，以及對於宇宙理解的革命，在1972年的時候，我的同事們和我一起提出了這樣的一個設想，之後麻省理工的教授們，他們發明了這種激光干涉引力波的觀測手段。
假設說，我們有兩組不同的激光各自觀測，有不同的發現，引力波會把這個鏡子往一邊來推，另外一邊也會有它的鏡子，在鏡子之間會有升和壓，它就會告訴我們到底引力波是有一些什麼樣的作用，這個是Weiss他提出的，我們後來又想去用激光器來進行測量，我感覺到非常的激動，一旦我搞明白了這個，深刻了解這個思想，以及它成功的可能性，我們就和麻省理工的團隊一起去建設這樣引力波的觀測工具。
1994年是由Barish——他曾來過WE大會，他當時說，這些方法手段有多麼的複雜，到底多難才能觀測到（引力波），所以他就把這個團隊擴大了，這也是成功所必要的。
現在，一共是在20個國家有1200名科學家一起來參與，包括在中國。
在2015年的9月14號，LIGO第一次偵測到了引力波，他們從地球上空穿過，也作用到了我們偵測器所在的路易斯安那，另外也作用到了華盛頓哈佛觀測站，這兩邊我們比較了它的引力波所導致的振動，然後再用計算機去進行模擬，我們認為來源是兩個黑洞，他們都要遠重於太陽，他們在13億年以前相互碰撞，在非常遙遠的星系，如果我們在那的話，我們的眼睛也會看到。
他們的碰撞融合釋放了大量的引力波出來，如此大的能量。在這邊大家可以看到，碰撞如果從體宇宙那邊看是什麼樣子，每一個黑洞，時間的放慢由顏色來表示，越是近越是慢。
我們看到，下面是碰撞發生時候的情況，它就像是一個巨大的風暴，就像在海里的風暴是一樣的，出現了振蕩，引力波就飛散出去了。
可以說世界上所有恆星的能量都加在一起，那麼這個續航能量相當於那個的15倍。我們可以看到，在今後的十年，還會由他來偵測到更多的幾千次的碰撞。
我們在義大利也曾經觀測到了中子星的碰撞，每一個中子星大概直徑20公里，大概100倍於太陽的質量，他們碰撞的時候會產生一個巨大火球。
大家可以想像一下，其中25%都會形成電磁波。世界天文學家都會去看中子星碰撞的後果，當然引力波在傳播的時候會有幾個小時的時差。
那我們到什麼地方能夠看到？還能看到一些什麼呢？我們可能會看到黑洞撕裂中子星，這是一個模擬，大家可以看到是一個非常奇妙的視覺體現，這就是黑洞撕裂中子星的情況。
同時我們也能夠探索宇宙的誕生，宇宙大爆炸在引力波當中所產生的東西，都是由量子物理學來控制的。
在這邊我們可以看到，會有一個巨大的膨脹，這種膨脹是一種非常快速的宇宙膨脹，尤其是在宇宙形成的早期是這樣的。
我們可以看到，會有本初引力波，我們會從中了解到大爆炸以及量子引力學的一些知識。我們也可以知道宇宙膨脹的情況。
最後，400年前伽利略製造了第一個天文望遠鏡，他能夠找到木星的四個衛星，這是400年前的事兒，在三年之前LIGO第一次觀察到了黑洞碰撞所形成的引力波，如果我們再追溯100年，我們可以看到電磁波給到我們多少的變化，在這400年來科學有如此大的發展，甚至我們還能夠提出宇宙的彎曲。
我想有請大家也跟我們一起推測一下往後400年，我們結合了引力波觀測，也將電磁波觀測和引力波觀測都結合起來，我們還會有更多更大的發現，大家可以盡情想像，謝謝！
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