焦维新:引力波打开宇宙的又一扇门

2016-02-14 01:30:00 环球时报 焦维新 分享
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  美国科学家探测到引力波的消息成为这两天的热议话题。引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”。探测到引力波打开了人类认识宇宙的又一扇门,同时也为我们探索未知世界提供了新的工具和手段。天文学甚至整个科学领域发展到现在这个程度,让我们感觉对世界的了解已经比较深刻。但实际上,我们对许多问题仍是一知半解。比如对媒体上经常提到的黑洞和宇宙大爆炸等,即便是科学界的认知也只是皮毛,有的还处于假设阶段。

  探测到引力波仅仅是个开始。发现引力波后,人类对宇宙的认知将会更加准确。例如,根据引力波的特点可以分析引力波源的特征,这些源包括双星系统、大质量和超大质量黑洞以及大爆炸等;引力波能穿越黑洞,因此提供了研究黑洞内部结构的新方法;由于暗物质占星系物质的绝大部分,而且不发出任何电磁波,所以引力波天文学对暗物质的观测和研究具有重要意义。总之,引力波的发现给了人类拓展自我认知的又一机会,其影响的释放还需进一步的发展和应用。

  一般来说,科学研究分为三个层次:一是基础理论研究,二是应用基础理论研究,三是应用研究。人类认识世界也需经过这三个层次。第一个层次纯粹是为认知和探索我们还不了解的世界,开展研究的过程中我们并不了解它会有什么的结果或用途。只有当基础研究进行到一定阶段或程度之后,我们才能看到它的潜在价值,进而进行到应用基础理论研究领域,接下来再延伸到应用研究领域。

  这方面的例子很多。比如,古代时候人类关注星星月亮,最开始人类并不知道这有什么意义。但后来证实在此基础上诞生了历法,世界上每种文明都有自己的历法。再如,现在科学家已经发现了脉冲星。最初我们也不知道它对人类能有什么用处,但当它的运行规律逐渐清晰后,我们就可在它的基础上研究脉冲星导航系统。如果发生战争,对方可以击落GPS或北斗卫星,但却击落不了脉冲星。还有一个例子就是我们不断探索太阳系小行星,当时也只是一种探索,但现在知道那里有很多贵金属资源。美国已有一些私人公司计划开发这些资源。天文学是一个宏观世界,其实人类对微观世界的探索也是如此。原子和电子都那么小,但人类对它们有了从基础理论研究到应用阶段的过渡,核磁共振成像技术已在医学领域得到广泛应用。

  这几年天文学研究比较热,年前中国刚刚发射了暗物质卫星,今年还将陆续发射其他天文卫星。这些不是一时兴起,而是有着多年研究和理论基础。在某些研究领域,我们的理论已经处在前沿,如果再不发射卫星予以论证,可能就落后了。即便如此,我们还是应该认识到,包括引力波探测在内的基础科学领域是很耗费资金的。就中国而言,与我们可持续发展有关的科研领域太多,这就要求我们在决定对哪一个项目加以落实时要理性决策、统筹兼顾。(作者是北京大学地球与空间科学学院教授)

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