蘇萌宇宙中最不可思議的就是宇宙竟然是可以被理解的

蘇萌宇宙中最不可思議的就是，宇宙竟然是可以被理解的每個(gè)人的心里都住著一個(gè)宇宙當(dāng)你仰望星空時(shí)是否會(huì)問：宇宙到底有多大？物質(zhì)是怎么來的？引力波、暗物質(zhì)、暗能量都是怎么回事？天文學(xué)是讓我們意識(shí)到人類的卑微又意識(shí)到人類的偉大我們本身就是宇宙的產(chǎn)物卻能夠用一公斤重的大腦裝下整個(gè)宇宙去思考甚至去理解宇宙是怎么一回事這是非常不簡單的一件事情探索宇宙起源，解讀全新的宇宙蘇萌銀河系巨型氣泡結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)人高能天體物理學(xué)最高獎(jiǎng)RossiPrize最年輕獲得者大家有沒有過這樣的體驗(yàn)，走出城市到一個(gè)遠(yuǎn)離城市燈光污染的地方抬頭仰望星空。其實(shí)，仰望星空對每一個(gè)人來說都是一件不簡單的事情。幾千年以來，人類仰望星空感受到的是一種震撼、一種神秘。其實(shí)我們今天生活在一個(gè)非常不簡單的時(shí)代，因?yàn)閺墓畔ＥD開始人們?nèi)ベ澝佬强铡⑷ニ伎夹强?。今天由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我們能夠真真正正以科學(xué)的手段去回答一些最基本的問題了。比如說看到星空,大家會(huì)問什么樣的問題呢？很多人會(huì)問我：“宇宙是由什么組成的？我們從哪里來？到哪里去？到底是什么樣的規(guī)律在統(tǒng)治著宇宙中千千萬萬的事物和物體？”如果50年前我告訴大家，人類已經(jīng)了解宇宙的來龍去脈,可以很自信地告訴大家宇宙是從哪里來到哪里去的，那大家會(huì)認(rèn)為我是個(gè)偽科學(xué)家。從地心說、日心說到第一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡誕生但是，在過去二三十年技術(shù)發(fā)展的情況下,我們真真正正地去回答了一些最基本的問題。同時(shí)，另一方面在回答問題的過程中,我們又發(fā)現(xiàn)了另一些未知的東西打開了對宇宙全新的認(rèn)識(shí)。第一個(gè)問題：我想問問大家,從古希臘、古羅馬時(shí)期,人們在觀察星空的時(shí)候會(huì)很自然地想像我們站在地球上,周圍的東西好像都是圍繞著我們轉(zhuǎn)，太陽東升西落，月亮、行星都像是在圍繞著我們地球在運(yùn)動(dòng)，所以很自然認(rèn)可地心說（宇宙和世界是圍繞著我們?nèi)祟惔嬖诘模５匦恼f統(tǒng)治了人類很長時(shí)間，一直到文藝復(fù)興時(shí)期哥白尼開始意識(shí)到，有一些更仔細(xì)的觀測數(shù)據(jù)是沒有辦法用地球在世界中心的說法去解釋的。所以，他提出了日心說，第一次改變?nèi)祟愖鳛橛钪嬷行倪@樣一個(gè)觀念和意識(shí)。1609年伽利略發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡徹底打開了人類認(rèn)識(shí)宇宙的一個(gè)方式。我們除了用肉眼去觀察星空，我們可以看到更遠(yuǎn)的、更細(xì)節(jié)的、更豐富的一些宇宙結(jié)構(gòu)和現(xiàn)象。今天不僅是在光學(xué)可見的波段，我們從射電波段（最長的波段叫射電波段）、微波、光學(xué)、紅外、紫外、X線、伽馬線整個(gè)的電磁波段，人類的技術(shù)發(fā)展都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用不同種類的望遠(yuǎn)鏡、巨大的射電天線、空間中發(fā)射的幾十顆天文學(xué)衛(wèi)星都試圖去回答越來越多的宇宙最基本的問題。我們并不知道宇宙有大多在回答這些問題的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了很多非常有趣的現(xiàn)象。首先，宇宙有多大？我們今天不知道宇宙有多大，因?yàn)槲覀兡軌蚩吹降闹皇撬^的可觀測的宇宙。宇宙從誕生到今天經(jīng)過了137.9億年的時(shí)間。光速是有限的，光能夠跑的距離我們把它叫做可觀測宇宙，今天我們能夠原則上介紹的信號(hào)就是這么多。那這個(gè)宇宙的直徑有多大呢？大概是1000億光年。在這個(gè)范圍內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)了太陽系在銀河系里面，銀河系大概由幾千億顆恒星組成。在這個(gè)可觀測宇宙里面有幾千億個(gè)星系組成。什么概念呢？如果說天上每一個(gè)星就是地球上的一粒砂子的話，地球上所有的沙子的總量都沒有宇宙中星星的數(shù)量多。所以，大家可以想象這是一個(gè)多么龐大和震撼的一個(gè)客體——宇宙！我們并不在銀河系的中心再往下，我們具體來看物質(zhì)在宇宙中是怎么分布的。這張圖展示的是：今天用現(xiàn)代的超級(jí)計(jì)算模擬宇宙演化的過程，發(fā)現(xiàn)宇宙的物質(zhì)分布不是均勻的，是有這種絮狀的集團(tuán)性的結(jié)構(gòu)（主要是由暗物質(zhì)組成），這些絲絲縷縷的聯(lián)系的中心由于引力的作用會(huì)有宇宙物質(zhì)的聚集，在這些物質(zhì)的聚集的范圍內(nèi)會(huì)有產(chǎn)生這種星系團(tuán)的結(jié)構(gòu)。也就是今天我們宇宙中在引力的作用下所能形成最大獨(dú)立的一個(gè)結(jié)構(gòu)叫做星系團(tuán)。成千上萬顆星系組成了這么一個(gè)集團(tuán)，我們銀河系所在的星系團(tuán)叫做室女座星系團(tuán)。大概是長這么一個(gè)樣子。再往下分，我們銀河系又在本星系群里面，也就是銀河系和旁邊的一個(gè)叫做仙女座星系這兩個(gè)主要的大星系周圍還有幾十個(gè)小的星系，我們叫矮星系組成的，我們在本星系群里面。雖然我們在銀河系里面，仰望星空時(shí)我會(huì)看到所謂的銀河投影出一個(gè)帶狀的結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為銀河系是一個(gè)懸臂的、盤狀的星系，太陽系離銀河系中心大概有20萬光年，我們并不是在銀河系中心，所以太陽只是一個(gè)非常普通的星系里面的一個(gè)非常普通的恒星。我們地球是在非常普通的恒星旁邊一個(gè)非常普通的行星。天文學(xué)發(fā)展以來,我們對銀河系最基本的認(rèn)識(shí)就是這樣的。從未被人看到過的銀河氣泡很有意思的是我們做了一個(gè)研究，通過美國NASA的費(fèi)米伽馬射線望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行一個(gè)伽馬射線波段的銀河系觀測，發(fā)現(xiàn)銀河系除了我們?nèi)庋劭吹降囊粋€(gè)帶狀的、盤狀的結(jié)構(gòu)之外，有一對非常巨大的對稱氣泡狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，從來沒有被人看到過。只有在伽馬射線波段展現(xiàn)出來。為什么我們能看到？當(dāng)然是由于技術(shù)的進(jìn)步我們在新的波段打開新的窗口，發(fā)現(xiàn)了以前從來沒有想象過的一個(gè)結(jié)構(gòu)叫做所謂的費(fèi)米氣泡。它意味著我在我們銀河系的中心有一個(gè)巨大的黑洞，這個(gè)黑洞的質(zhì)量比我們太陽質(zhì)量的400萬倍還要再重。不僅如此，這個(gè)黑洞在幾百萬年前很有可能發(fā)生過劇烈的一個(gè)過程吞噬了周圍相當(dāng)大質(zhì)量的一團(tuán)物質(zhì)，然后產(chǎn)生了一個(gè)劇烈的噴射的霧團(tuán)，這個(gè)霧團(tuán)由很高能的電子組成，被我們今天的望遠(yuǎn)鏡觀察到了。所以，即便我們今天生活的星系里面，銀河系依然有很多很多的現(xiàn)象是我們不知道的。只有通過不斷地去探索和用更先進(jìn)的技術(shù)去觀察，用數(shù)據(jù)、用事實(shí)的方式才能告訴我們生活在一個(gè)什么樣的地方，我們在一個(gè)怎樣的環(huán)境里。我們本身就是宇宙演化的產(chǎn)物太陽是一個(gè)很普通的恒星，在太陽周圍大概幾十顆恒星是在50光年范圍之內(nèi)的，離我們最近的恒星叫比鄰星。20年前天文學(xué)家依然會(huì)認(rèn)為我們地球是很不容易的，一顆星星有這樣的環(huán)境去生長高能智慧生命。但其實(shí)即便離我們太陽最近的比鄰星在去年也發(fā)現(xiàn)了很有可能存在著適合人類居住的行星帶，而且有行星的確落在這個(gè)行星帶。所以很有可能有生命，至少生命宜居的環(huán)境是在宇宙中大量存在的。這意味著只有科學(xué)不斷地去探索才能回答這些最基本的問題。回到我們太陽系，我們太陽系從哪里來？組成在座的各位人體的這些物質(zhì)和一些重的金屬從哪里來？天文學(xué)已經(jīng)可以回答這些問題，我們今天坐在這里是因?yàn)樵谟钪媛L的一百多億年的演化當(dāng)中，銀河系反復(fù)地有大質(zhì)量的恒星去形成、去爆炸、去死亡，再把物質(zhì)噴射出來，在恒星的中心反復(fù)地進(jìn)行核聚變的過程演化出來重金屬，在爆炸的過程中把重金屬進(jìn)一步演化成超過鐵的元素，在非常劇烈的天體物理活動(dòng)當(dāng)中形成了我們今天在座身體上所有的這些重要的元素。我們不僅是一個(gè)高等智慧生命在研究一個(gè)客觀的宇宙，而是我們本身就是宇宙演化的產(chǎn)物，我們本身就是宇宙在我們身上的一個(gè)體現(xiàn)。在這樣的環(huán)境下形成一種高智慧的生命去思考理解宇宙是非常非常不簡單的一件事情。40年前美國發(fā)射過一顆衛(wèi)星叫做旅行者一號(hào)。旅行者一號(hào)是迄今為止人類發(fā)射的唯一一個(gè)正式飛出太陽系的衛(wèi)星，它飛了整整40年。在1990年的情人節(jié)2月14號(hào)，這顆衛(wèi)星調(diào)轉(zhuǎn)方向?qū)?zhǔn)地球的方向拍攝了這樣的一張照片。這個(gè)照片是著名的行星科學(xué)家、科普學(xué)家卡爾·薩根先生建議拍攝的。在右面這張圖里面大家會(huì)發(fā)現(xiàn)我用藍(lán)色的這個(gè)小圈圈出來的就是地球。飛行到太陽系邊緣，人類制造的衛(wèi)星反過來去拍攝地球的時(shí)候，我們所有聽說過的、發(fā)生在地球上的其實(shí)就在這個(gè)暗淡的藍(lán)點(diǎn)上。天文學(xué)的研究是意識(shí)到人類的卑微，又意識(shí)到人類的偉大。我們卑微在我們太普通了，但是我們又如此的不平凡，因?yàn)槲覀冇羞@樣的意愿和能力去了解、去探索宇宙是一個(gè)什么樣的狀態(tài)，這是一件非常不簡單的事情。愛因斯坦不相信人類能夠探到引力波宇宙中有這樣的結(jié)構(gòu)，歸根結(jié)底是引力造成了宇宙今天豐富多彩的世界。什么是引力？這是一個(gè)很不簡單的問題，今天我們都沒有真正回答這個(gè)問題。牛頓在康熙26年提出了萬有引力定律（就是物體與物體之間有引力,它跟物體的質(zhì)量成正比，與距離平方成反比），這個(gè)最基本的經(jīng)典引力理論統(tǒng)治了世界大概200多年，一直到一個(gè)人的出現(xiàn)就是愛因斯坦。愛因斯坦說，其實(shí)物質(zhì)與物質(zhì)之間并沒有引力，沒有力的概念存在。引力本質(zhì)上講是時(shí)空的幾何發(fā)生了變化。也就是月球繞著地球轉(zhuǎn)并不是月球感受到了地球的存在，而是地球的存在使得時(shí)空作為一個(gè)幾何發(fā)生了扭曲，發(fā)生了形變，月亮只是按照它當(dāng)時(shí)所在的位置感受到了這個(gè)幾何時(shí)空的變化而在運(yùn)動(dòng)，它其實(shí)并不知道地球的存在，所以引力本身是時(shí)空的幾何。它是更本質(zhì)的對引力概念進(jìn)行一個(gè)解釋。至少今天我們認(rèn)為廣義論相對論是正確的。廣義論相對論有一個(gè)很重要的預(yù)言，如果時(shí)空發(fā)生了劇烈的變化，就像是平靜的水面扔一個(gè)石子發(fā)生的震蕩，水波會(huì)以波的形式傳播開來。時(shí)空是也是一樣的，比如說兩個(gè)黑洞很劇烈地發(fā)生并合的過程中就會(huì)產(chǎn)生引力波。但是愛因斯坦當(dāng)時(shí)計(jì)算，引力波是很難用當(dāng)時(shí)的技術(shù)探測到的。他認(rèn)為人類是沒有能力去探測到的。那么就在兩年前，美國的LIGO實(shí)驗(yàn)用激光干涉引力波觀測平臺(tái)首次在愛因斯坦提出廣義論相對論之后整整100年發(fā)現(xiàn)了遙遠(yuǎn)的幾十個(gè)太陽質(zhì)量的黑洞并合后產(chǎn)生的引力波。這是一個(gè)非常非常不簡單的事情。這個(gè)引力波穿過地球的時(shí)候，整個(gè)地球的直徑只改變了質(zhì)子的十倍，也就十個(gè)質(zhì)子這么大?；蛘邠Q句話說，從太陽系一直到比鄰星（我們最近的恒星）4.2光年,光要走四年多的時(shí)間，這個(gè)距離只是改變了人的頭發(fā)絲的直徑這么大。愛因斯坦認(rèn)為我們不可能看到,我們依然在100年之后看到了。可以給大家聽一下兩個(gè)黑洞并合之后產(chǎn)生的引力波是什么樣的聲音。這就是第一次人類聆聽到了宇宙中兩個(gè)黑洞并合產(chǎn)生的引力波。后來發(fā)現(xiàn)“引力波”作為一個(gè)熱詞被各種各樣的人頻繁地使用。當(dāng)時(shí)人民日報(bào)采訪我的時(shí)候說，到底能不能解釋一下什么是引力波。我就建議他畫這樣一個(gè)漫畫。愛因斯坦就像一個(gè)指揮家一樣站在這個(gè)舞臺(tái)上，不同的引力波從黑洞里面誕生，從其他的天體物理環(huán)境下誕生，它是充斥著宇宙中的一個(gè)交響樂。400年前的伽利略第一次親手制作的望遠(yuǎn)鏡指向夜空的時(shí)候，我們是看到了宇宙的規(guī)模。今天我們通過引力波聆聽到了宇宙的第一個(gè)音符。在世界屋脊聆聽宇宙的初啼宇宙從誕生的最開始，整個(gè)時(shí)空撞上的一瞬間，肯定是非常劇烈的一次震蕩，這種震蕩意味著它一定會(huì)以一種引力波的方式存在在我們這個(gè)時(shí)空中。因?yàn)樗眠h(yuǎn)了，所以信號(hào)非常非常的微弱，我把它叫做洪荒引力波。洪荒引力波為什么會(huì)重要？因?yàn)樗钪娴钠鹪从嘘P(guān)。我們有時(shí)候叫做平行宇宙，有沒有其他的世界存在。所有這些問題要回答一定要追蹤到最開始產(chǎn)生宇宙的時(shí)候是什么樣的物理過程。我們觀測洪荒引力波是一個(gè)非常重要的基本手段。在2014年,我們當(dāng)時(shí)感覺到應(yīng)該已經(jīng)可以看到引力波了，但事實(shí)上由于這個(gè)觀測條件有限，只在一個(gè)地方觀測引力波是很難得到確切的答案。當(dāng)時(shí)我就已經(jīng)想到了利用我們國家西藏地區(qū)高海拔的環(huán)境建立自己的引力波觀測平臺(tái)。在阿里地區(qū)正式建設(shè)了這樣的一個(gè)天文臺(tái)叫阿里天文臺(tái)，它是世界上海拔最高的天文臺(tái)。我把它叫做在世界的屋脊聆聽宇宙的初啼。暗物質(zhì)是什么?還有一個(gè)問題剛才沒有回答，就是暗物質(zhì)是什么？也就是宇宙是由什么組成的？今天我們可以確切地拍著胸脯告訴大家，宇宙由這三種物質(zhì)組成，一種叫做暗能量，不知道它是什么，因?yàn)榻凶霭档哪芰?。我們試圖去了解發(fā)現(xiàn)，越了解越不清楚,這就是科學(xué)研究的過程，今天沒有辦法去了解它。第二大組成叫暗物質(zhì)，我們至少知道它是物質(zhì)，它是不是粒子？是什么樣的屬性？我們并不知道，但是我們試圖去回答這個(gè)問題。這是我們中國發(fā)射的第一顆天文衛(wèi)星叫做暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星。兩年前成功發(fā)射，成功發(fā)射以后把它命名叫“悟空”。這是我們當(dāng)時(shí)在懷柔的測控中心拍攝的照片，每個(gè)人都發(fā)一樣的衣服帶一個(gè)非常非常小的帽子，我看起來很滑稽。一個(gè)半月前（2017年11月）我們發(fā)布了悟空衛(wèi)星上的首批科學(xué)成果。這個(gè)科學(xué)成果當(dāng)然也是入選了全球十大航天新聞。我們當(dāng)然非常希望未來挖掘悟空里面珍貴的數(shù)據(jù)，去試圖幫助人們回答一些我們不知道的問題。

用一公斤重的大腦裝下整個(gè)宇宙我們?yōu)槭裁匆剿饔钪妫亢芏嗳藛栁疫@個(gè)問題。說你看悟空發(fā)射了，有這樣的發(fā)現(xiàn)，到底有什么用？探測暗物質(zhì)到底有什么用？這是一個(gè)非常好的問題。當(dāng)然不同的人不同科學(xué)家會(huì)用不同的方式去回答。其實(shí)我覺得人類為什么要探索宇宙？地球上總是會(huì)有些坐不住的人會(huì)去試圖回答這些問題，試圖去回答那些幾千年以來人們一直在試圖回答的問題，而今天我們真的有一些能力有一些技術(shù)手段去對這些問題做出一些理性的回答。我覺得探索本身是來自于人類本質(zhì)的一種好奇心，這種好奇心是不可改變的，是一種人類文明自然推動(dòng)的，沒有人能夠阻礙。即便你不探索、我不探索，總會(huì)有人去探索。我覺得宇宙的規(guī)則雖然是不可改變的，宇宙太大人類太小了，我們不管怎么探索，宇宙永遠(yuǎn)在那里。但是我覺得很神奇的一件事情是我們?nèi)祟愑靡还镏氐拇竽X就可以裝下整個(gè)宇宙，真的是去理性地回答這些問題而且反復(fù)地驗(yàn)證我們的這些思考真的是對的，在宇宙中用真相用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)我們的這些思考是有道理的，這個(gè)事情本身真的是非常非常的不簡單。今天我們在一個(gè)大航天時(shí)代，大家通過火箭把很多探測的衛(wèi)星發(fā)射到太空中。我覺得不管怎樣，人類這種探索的腳步有可能是一個(gè)孤獨(dú)的旅程，因?yàn)槟愫茈y知道是否有其他的生命在宇宙中做同樣的事情。即便他在做同樣的事情，是不是有可能跟你發(fā)生信息的交換，告