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星际穿越基普索恩 pdf穿越星际的基普·索恩：三个很暖的小故事

长河网 • 2019-01-23 12:40:00 • 文化 • 阅读 26
多数人是因为电影《星际穿越》才知道物理学家基普·索恩老爷子的。 他是片中那个震惊世界“黑洞”画面的创造者，同时还担任这部影片的科学顾问和联合制片人。 大名鼎鼎的导演克里斯托弗·诺兰每次面对基普时，都会露出羞涩且充满仰慕的神情。 世人了解基
原标题：穿越星际的基普·索恩：三个很暖的小故事多数人是因为电影《星际穿越》才知道物理学家基普·索恩老爷子的。他是片中那个震惊世界“黑洞”画面的创造者，同时还担任这部影片的科学顾问和联合制片人。大名鼎鼎的导演克里斯托弗·诺兰每次面对基普时，都会露出羞涩且充满仰慕的神情。世人了解基普到底有多厉害，是因为他引领一众科学家探测到引力波的存在，证实了爱因斯坦百年前的预言，并获得2017年诺贝尔物理学奖。基普老爷子上周末在北京上了堂公开课，讲述自己对宇宙、黑洞、虫洞、奇点、时间、大爆炸理论、引力波等的观点；还分享了自己的人生经验。▲11月3日公开课现场北京已经入冬，但面对面聆听“全世界最聪明大脑”的演讲，让人感到如沐春风。物理知识固然重要，然而更打动我的，是基普对一些生活趣事的回顾。从他现场分享的三个小故事，你能感受到“时代巨匠”是怎么改变历史的。制造一台“时间机器”基普对“时间机器”的兴趣源于一部上世纪90年代的电影《超时空接触》。影片改编自美国天文学家、天体物理学家和科幻作家卡尔·萨根的同名科幻小说。卡尔是基普的好朋友，1985年他给基普打电话，请他帮忙确认下自己的新小说中对相对论的表述是不是足够准确。▲基普（左）和卡尔·萨根（右）影片讲述的是一个女性天文学家（茱迪·福斯特饰）偶然间接收到织女星信号，克服重重困难跨宇宙去接触地外文明的奇特故事。基普虽然很喜欢这个故事，但他觉得“女主角从太阳系通过黑洞被传送到织女星”的桥段有Bug——她需要的是一个“虫洞”，不是“黑洞”。基普的思路被小说打开了：女主角到底需要一个怎样的“虫洞”，才能实现宇宙间的穿越呢？他得到两个结论：1、需要在“虫洞”中填入大量“奇异物质”（ExoticMatter）；2、把广义相对论跟量子物理结合起来，就可以展开关于“可穿行的虫洞是否存在”的研究。自此，老爷子又开了个更大的脑洞：能否用“虫洞”制造一台时间旅行的机器？我们都知道著名的“祖父悖论”：如果一个人穿越回过去杀死TA的祖父，那TA就无法出生、更没法像开始那样回到过去。但基普觉得，如果利用“可穿行的虫洞”进行超光速旅行，就能跨越时空去往不同维度、不同平行宇宙，理论上也能穿越时间。很可惜，《超时空接触》的片方赶进度，所以没采纳卡尔和基普的建议，大银幕上对科学的表现并不严谨。在十几年后的《星际穿越》，老爷子完全弥补了对“虫洞”的遗憾——所有视觉设计都是根据公式渲染得来的模拟，还经过了严格的科学论证。▲《星际穿越》中的“虫洞”模拟和“时间旅行”情节上帝讨厌“裸露的奇点”我们都听过“奇点”（Singularity）。广义相对论定义的宇宙中，黑洞由“奇点”和“事件视界”（EventHorizon）构成。奇点是黑洞的中心，奇点周围的物质（和它所发出的光）无法逃脱的空间就叫“事件视界”。所以理论上，外界看不到黑洞里面——无论黑洞里发生什么事情、都只能留在黑洞里，坠入黑洞的物体也将在奇点毁灭。裸奇点，就是“没有事件视界”包围的裸露的奇点。因为裸露着可以被观察到，所以外界有机会看到发生在奇点附近剧烈扭曲的时空现象。已知物理定律对“奇点”的存在无异议，但对“事件视界”是否存在却存在很大争论。一个困扰物理界多年的争论是：奇点究竟能否存在于黑洞之外？到底有没有裸奇点？——这个问题的答案是揭开量子引力种种谜团的钥匙。1969年，英国物理学家与数学家罗杰·彭罗斯提出“宇宙监督猜想”（Cosmiccensorship），认为因为存在某种“宇宙监督”，可见的裸奇点无法在宇宙中形成。1991年基普去拜访霍金，发现霍金是彭罗斯的支持者，于是他唱了个反调说：“我觉得裸奇点是有可能被探测到的。”霍金沉默了一阵，问：“想打赌吗？”▲基普和霍金为“裸奇点”打了赌、还按了手印这成了现代物理史上最“高大上”的赌局之一。1997年，物理学家马特·乔普图克用数值模拟方法证明，在初始条件恰到好处的情况下，四维宇宙中有可能形成裸奇点。这并不能推翻“宇宙审查猜想”，更无法证明裸奇点的存在。但霍金还是认输了，除了如约缴纳赌金，他还送给基普一件T恤，上面画这个裸女，勉强用一块布蔽体，布上面写着：大自然厌恶裸奇点！（Natureabhorsanakedsingularity）霍金“逼迫”另一位参赌的加州理工大学教授JohnPreskill穿着这件衣服去上课，搞得这位教授相当尴尬。（是不是挺可爱的？）霍金去世后被安葬在伦敦，墓碑与牛顿和达尔文为邻；基普作为霍金43年的好友，第一个致悼辞。▲1975年的基普和霍金（右）▲基普和霍金为“裸奇点”打了赌、还按了手印为“不可能”奋斗的40年1915年，爱因斯坦在广义相对论基础上预言了“引力波”的存在；1960年，美国物理学家约瑟夫·韦伯开始对引力波展开捕捉，1969年，他号称自己探测到了引力波，却很难证实；1972年，随着激光技术和超级计算机出现，“激光干涉探测器”让探测到引力波成为可能；1976年开始，麻省理工学院的雷纳·韦斯、加州理工学院的基普和来自格拉斯哥大学的罗纳德·德雷弗先后加入到引力波的探测中；▲基普·索恩（左）和雷纳·韦斯（右）在讨论观测设备团队有了，没经费不行。这支由科学家组成的“创业团队”向美国国会要钱创立LIGO探测项目。“耿直Boy”基普是这样跟“风险投资人”陈述自己“商业计划”的：“探测到引力波是一件几乎不可能的事，至少需要两代人的努力——第一代人仅能搞清楚该怎么做，第二代人才可能有结果。”没想到，国会竟然通过了这笔预算。▲LIGO项目所以，当2017年三位充满理想主义的科学家因为项目成果获得诺贝尔奖时，最感欣慰和骄傲的就是美国国会。▲40年的努力终于没白费《星际穿越》里有一句著名的台词：“爱是唯一可以超越时间和空间的事物。”演讲最后，基普·索恩说出了自己对这句话的理解：科学不会被爱或任何其他人类的情感左右。只有一种维度，爱可以改变科学——那就是人们对科学的热爱。支撑基普一生探索、完成不可能完成任务的，就是他对物理的爱。▼责任编辑：

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