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【科学讲座】张双南:百年现代物理学、引力波和慧眼天文卫星

2017年12月26日晚7点,国科大科学前沿进展名家系列讲座Ⅲ第114讲在玉泉路校区礼堂举行。本次讲座的主题是“百年现代物理学、引力波和慧眼天文卫星”,主讲人是中国科学院高能物理研究所研究员和粒子天体物理重点实验室主任、中国科学院大学教授、国家天文台兼职研究员和空间科学部首席科学家张双南研究员。

讲座开始,张老师介绍了近百年现代物理学的发展过程。接下来他结合着诺贝尔奖的颁奖情况,介绍了百年现代物理学的发展过程。之后,张老师详细介绍了爱因斯坦广义相对论的建立,这是他一生中最幸福的时刻,因为这个理论解决了优美的狭义相对论在实际运用中的最大难题,使得人们再不必考虑寻找绝对惯性参考系。广义相对论的建立是理性思维的辉煌,是假想实验的登峰造极。爱因斯坦用电梯假想实验得出了重要的等效原理,这是广义相对论的基石。同时,广义相对论是物理与数学结合的典范,爱因斯坦广泛运用数学工具,建立了完备的理论体系。

接着,张老师详细介绍了硬X射线调制望远镜Insight-HXMT“慧眼”卫星的研发历史,以及现阶段对伽马射线暴的观测情况。慧眼以其对高能段的探测能力强、接受面积大等卓越性能,加入了伽马暴行星际定位网络(IPN),参与引力波的“闪电”探测,并做出了相当大的贡献。同时,慧眼HXMT也密切关注着其他黑洞和中子星,并对银河系银道面进行扫描,得到不少研究数据和成果。

紧接着,张老师介绍了中国未来各种探测引力波“音乐”的手段:太极计划(针对超大质量黑洞合并阶段产生的引力波),天琴计划(针对双白矮星绕转产生的引力波),中国FAST天眼(针对超大质量黑洞相互绕转产生的引力波),阿里计划(针对宇宙暴涨时期的引力波对微波背景辐射的干扰)。他说,近期各种观测引力波爆发产生的“闪电”的计划将会优势互补,共同为宇宙探测做出贡献。

自然而然,有人会问这些问题:引力波有什么用?黑洞、中子星又有什么用?暗物质、暗能量又有什么用?张老师并未直接回答这些问题,而是将中西方“仰望星空”的故事进行对比:中国人是“杞人忧天”,而西方人开创了近代科学!中国古代的天文观测比西方发达,但是在人类认识宇宙的七次飞跃中几乎无所作为,这也不得不让人想到著名的李约瑟问题了。

张老师认为,广大学生接受的是没有科学的“科学教育”,数理化地生天文只是科学课,而并不是真正的科学。他在英国留学期间,发现了一个大问题:读了十几年的书,接受了最好的教育,他完全不知道“什么是科学”!

什么是科学?科学就是刨根问底!科学由三个要素组成:目的、精神和方法。科学的目的是发现各种规律,而使用科学规律“做什么”是属于技术层面的事情;科学的精神由六个字组成:质疑、独立、唯一,科学理论在不断发展;科学的方法,是逻辑化、定量化和实证化的。我们再次回到中国古代“科学”:四大发明都不是科学,而是技术,它们没有发展成为化学、电磁学、地球物理学、自动化等等学科;古代的天文观测,理论方面成为占星术,却没有发展成为天文学,技术方面服务于农业,但没有产生现代科学。这些都极其令人惋惜。为了尽力弥补这些缺陷,张双南老师在国科大玉泉路校区开设了本科生公共选修课:《科学方法与美学》,让学生了解科学的起源、目的、精神和方法、以及科学和其他学术研究的关系。

他再次发出呼吁:“仰望星空,人类才有未来!”追问宇宙的起源、宇宙的组成、宇宙的运行规律,是人和动物的主要区别之一!人类要想不孤单地终结在地球上,仰望星空、探索宇宙是唯一的出路!

之后,同学们积极提问,内容涉及科学理论、LIGO的实验测量以及天文学家的人文情怀,问题极富深度和广度,张老师也一一详细解决同学们的疑惑。讲座圆满结束,同学们爆发出热烈的掌声,感谢张双南研究员的精彩讲座。(图、文/姜小平  作者系国科大记者团成员)

张老师为同学们做精彩报告

报告人简介:

张双南,中国科学院高能物理研究所研究员和粒子天体物理重点实验室主任、中国科学院大学教授、国家天文台兼职研究员和空间科学部首席科学家、新疆天文台兼职研究员、国防科技大学兼职教授。清华大学学士,英国南安普敦大学博士,美国宾夕法尼亚大学博士后。入选国家基金委杰青、教育部长江特聘教授、国家“千人计划”特聘专家。获得赵九章优秀中青年科学奖、意大利Ferrara大学“哥白尼科学家奖”。研究领域为黑洞、中子星、宇宙学和空间天文。发表审稿论文两百多篇,引用近七千次。担任2016年9月发射的天宫二号空间实验室伽玛暴偏振实验和2017年6月发射的“慧眼”天文卫星等重要空间科学项目首席科学家。
    凤凰卫视“名人面对面科学家系列”和央视新闻频道“China Insight”等节目访谈嘉宾、央视一套“开讲啦”演讲者和“加油向未来”科学顾问。入选“最受媒体欢迎科学家”、央视《新闻周刊》“新闻人物”和中国科学院网络科普联盟“2017科普启明星”。



报告摘要:
    相对论和量子力学无疑是百年现代物理学最重要的成就,然而两者在诺贝尔物理学奖的历史上的尴尬和荣耀却形成了鲜明的对照,这是为什么?瑞典诺奖委员会10月3号宣布,2017年诺贝尔物理学奖授予了发现引力波的三位物理学家,这又如何对百年现代物理学做了一个了断?但是引力波的最大新闻却不是这个诺贝尔物理学奖,而是10月16号宣布的探测到了两个中子星相爱的雷鸣电闪,为什么会是这样?中国2017年6月15号发射的慧眼天文卫星和这个新闻又有什么样的关系?作为慧眼卫星的首席科学家,我将和大家一起回顾这里面精彩的故事。

延伸阅读:

“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机、天文、电子信息工程、环境九个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。