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【科学讲座】蔡荣根:广义相对论、黑洞和引力波

2018年11月6日晚7点,中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座第79讲在玉泉路校区礼堂如期举行。本次讲座的主讲人是中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所蔡荣根研究员。蔡院士为同学们带来了题为广义相对论、黑洞和引力波的精彩讲座。

讲座伊始,蔡院士先是介绍了一些自然科学的基本问题,这些问题涉及宇宙起源及演化、生命起源、物质世界最基本组分及其相互作用等方面,引发了同学们的思考。接着,他以物理学家汤姆逊演说中的观点为基础,讲解了以太理论和黑体辐射这两个问题对20世纪世界物理学发展起到的促进作用,总结说20世纪物理学的两大支柱是量子力学和相对论。

20世纪是物理学的世纪,那么21世纪呢?蔡院士如是发问。他列举并介绍了基础物理7项诺贝尔奖的获奖情况,来介绍21世纪以来基础物理学的重大突破。蔡院士着重讲述了引力波第一次被观测这一成果,对其证实黑洞的存在性等科学意义给予了高度评价。引力波的探测是人类历史上最大的挑战。他这样说道。与此同时,他还从广义相对论对黑洞和引力波的预言出发,讲解了研究黑洞和引力波的重要性。黑洞提供了引力理论强场检验的独特场所,引力波的观测有利于对和谐宇宙模型的研究。2017年两个中子星合并时,人类对引力波的观测这一成果被霍金评价为新天文学纪元的开始。

引力的本质仍是一个疑惑,是现代物理的基本问题之一。蔡院士在介绍人类对引力相互作用的探索过程时这样总结道。他认为,相对论不会是人类对引力相互作用的最终认识,而相对论体系中的时空奇异性和无法忽略的量子效应等问题仍待解决。紧接着,蔡院士详细讲述了爱因斯坦对引力的普适性(等价性原理)和马赫原理的思考及其思想实验,以及爱因斯坦的引力场方程。他评价说这个方程给出了时空几何与物质的关系,指出引力实际上是弯曲的时空,虽然简单却蕴含着深刻的哲学思想。广义相对论是关于时间、空间和引力的理论。蔡院士如是总结。

在补充介绍了广义相对论的四个经典检验之后,蔡院士为同学们讲述了黑洞种类、观测及相关定理,肯定了奥本海默、钱德拉塞卡、霍金等物理学家对黑洞理论研究的杰出贡献。之后,蔡院士转向对引力波物理效应及其四种探测手段的讲解。他指出,引力波携带着自宇宙创生以来所有演化过程的信息,并举例说明了我们的和谐宇宙模型仍存在诸多挑战,许多由此引起的基础物理问题亟待通过实验观测来回答。

最后,蔡院士以物理学家温伯格的四条忠告勉励在场同学:第一,不用强求自己无所不知;第二,勇于探索未被开拓的领域才能做出开创性的工作;第三,原谅自己浪费的时间,善于从失败中成长;第四,以史为鉴,方能蹄疾而步稳。

在蔡院士耐心回答了同学们的疑惑之后,讲座在掌声中完美落幕。(文/杨婧雯  图/杨婧雯  作者系国科大记者团成员)

 

蔡荣根院士为同学们做精彩讲座

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、化学等13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。