Archive for 七月, 2011

宇宙的波澜

星期四, 七月 14th, 2011

~~~~~~~~~~~~~发表于 《博物》 2008年 第9期~~~~~~~~~~·
开篇: 我们倾听到的声音是一种机械波。但机械波绝不仅仅只是声音。“常常是水波离开了它产生的地方,而那里的水并不离开;就像风吹过庄稼地形成波浪,在那里我们 看到波动穿越田野而去,而庄稼仍在原地”这就是列奥纳多·达·芬奇眼中的机械波。在他那个年代,认识清楚机械波的本质已经是非常了不起的事,在之后的几百 年中,人类又认识了熟悉的光波、无从感知的引力波等等,方恍然大悟:原来世界是波动的世界。
太阳打冷颤——外星机械波
也许我们早已耳闻过世间千奇百怪的声音,但有两类声音我们无论如何也听不到,它们一个叫“超声波”,也就是蝙蝠和飞虫大战三百回合使用的武器,它的频率远 高于人类耳朵洞察的范围;另一个叫“次声波”,它的频率低于人耳的听觉范围,但我们对它却不陌生——刚刚经历过地震的我们知道大地是如何震荡的,在地震波 来临的时候就有伴有携带巨大能量的次声波。
虽然地球上的地震发生非常频繁,但无论从它们的剧烈程度还是密集程度来看,地球上的震动都远不及距离我们最近的那颗恒星——太阳。在我们眼中,太阳似乎永远都是一个安静的“气球”,每天只负责发出强烈的白光,给我们带来光明与温暖,然而实际上太阳时时刻刻都在剧烈震荡。
太阳因何如此狂躁不安?我们不妨设想一下地球上的海面,海的表面什么时候平稳过?太阳是由一种特殊的流体——“等离子体”组成。可以想象如果用手捏一个水 球和一个铁球,打上一拳,哪一个更容易被引发“地震”呢?无疑是水球。太阳上的这种震荡称为“日震”,它的能量来源和地震类似,源自内部能量释放,但不像 地震那样只持续很短的时间,作为一个有“弹性”的“水球”,它可以象弹簧一样保持持续的震动。
太阳到我们的距离非常遥远,它上面的微小震荡对我们不会有什么影响,然而天文学家却发现,日震波真是个好东西,我们可以利用它来看看太阳里面是个什么样 子。太阳是个“千层饼”,它的物理环境层层不同,各种波的状态到了每一层也会发生相应的变化。这就好像你在空气中走路的话可以行动自如,假如在水中行走的 话就会困难得多,在平静的湖水中行走和在波涛汹涌的海水中行走的感觉又不一样。最后当这些日震波穿越了不同的环境,终于冲到太阳表面时,人们就可以知道这 些波曾经“游历”的地方是什么样子,这就如同地质学家可以通过分析地震中的机械波来知道大地的分层结构是一样的——科学研究,方法总是类似的。
宇宙出彩虹——电磁波的传说
世界的美妙在于波动,也正因为波动,我们才能感知这个世界。在陆地上,我们可以自由交谈,在水中,人们说话也可以听见,但一到太空中,人们就听不到对方在 说什么了,因为声音的传播需要介质,空气、水、大地、金属都可以作为声音的高速路,但太空中几乎是真空的,声波无法传播,在太空舱外的宇航员只能借助另一 种不需要介质就能传播的波来聊天了,这便是电磁波。
上帝说,“要有光”,但光究竟是什么?就连牛顿、爱因斯坦、波尔也费了大脑筋,最后得出的结论是——光的本质就是一种电磁波,和我们收听到的广播一样。电 磁波的传播自由无阻,遥远的恒星把光传到我们这里,不用担心路上缺少“传输介质”。我们从火星给地球发短信,也不用担心信号因缺乏“传播介质”而丢失。
既然光也是波,那么就应该有沉厚的低频和尖利的高频,不过沉厚和尖利的感受是耳朵用来判别声波的方法,眼睛为了分辨不同频率电磁波,将它的频率赋予了“颜 色”的意义。当年牛顿用三棱镜造出了第一条“人造彩虹”之后,人们开始用这种“分解光线”的视角来重新审视我们的自然界。对于遥远的星光,人们最感兴趣的 就是谱写一套它的“光谱”,结果发现它们的“光谱”也如同一道道绚丽的彩虹,不过这些彩虹有的和太阳光谱类似,有的则偏蓝紫,有的则偏橙红。有了光谱,我 们就可以去看看遥远的恒星上都有什么宝贝。而光谱中比蓝色频率更高的紫外线、比红色光频率更低的红外线,我们却用肉眼看不到,道理如同我们无法聆听“超声 波”和“次声波”一样。

时空有波纹——宇宙的涟漪
虽然我们能听懂机械波的美妙,也可以看到电磁波的绚丽,我们却感受不到宇宙最深的颤音——引力波,或许不是因为它不存在,而是由于他们或者太遥远,或者太微弱,我们自身无法感知。
日常生活中,“引力波”这个词语几乎不被人们提到,但它却是当今整个科学界最神秘的概念之一。当伟大天才的爱因斯坦将“引力波”的概念展现在人们面前时, 人们不禁惊愕:这是什么东西啊!引力波,就是时空的波动。当遥远的地方两个超大质量黑洞碰撞,当池塘中一只青蛙猛然跃起,都会产生一种波动——引力波,通 过它,我们可以探测到更遥远的天体剧烈行为。
我们熟悉的机械波是以物质为媒介的;电磁波不以物质为媒介,但它本质上是物质。而引力波呢,它由物质产生,但它本身不是物质而是空间,传播也无须物质参 与。这如何理解呢?且慢,胡克有一句经典的“废话”:拉弹簧的时候用力越大,弹簧就线性变长,与之类似,伟大天才的爱因斯坦也说:按照广义相对论,有物质 时空就弯曲,我们可以让时空变形,就像我们能让弹簧变形一样。
“时空是弹簧,看你强不强。”究竟是谁造就了引力波?其实任何物体的整体加速运动,例如运动员的起跑,或者自身的不规则变化,例如摊了一个怪模怪样的 荷包蛋,都会产生引力波。但是这些引力波太微弱,我们无法探测到。产生明显的引力波需要两个要素,第一是密度要大,第二是运动要快。两个高密度的天体碰 撞、绕转就可以产生能量很高的引力波,比如中子星,从它上面挖火柴盒大小的一块,上百辆重型卡车都拉不动。可时空弹簧太“硬”了,即使这样大的能量也只能 对时空引起很小的扰动,因此即便这些巨大致密天体产生的引力波对当今科技也是一项挑战。
到现在,引力波还只是在概念上存在,还没有人真正探测到它。不客气地说,第一个“听到”引力波的人,诺贝尔奖八成就是他的了。
图说:大地上的LIGO
为了倾听到宇宙最微弱的颤音,人们想尽各种办法,比如建造地面上的巨型激光干涉仪来探测引力波,著名的激光干涉仪LIGO有两个长达数公里的“激光胳 膊”,当引力波来临,“激光胳膊”就发生变形。然而大地总是不安宁的,一只野兔从田里跑过,几个农民挥汗干活,还有经常发生的轻微地震都干扰了引力波的探 测,,所LIGO总是遇到种种困扰。看来在天上探测可能会更容易些。

图说:太空中的LISA
在LIGO之后,世界的科学家不惜血本,美国的NASA和欧洲ESA两大天文巨头共同合作空间引力波干涉仪项目,呼作LISA,它由三个探测器组成,呈现 为边长为5 百万千米等边三角形,位于地球轨道上工作,绕太阳周期为一年。这个三角形的“角”就是探测器,包括激光发射器和反射镜等,而“边”则是大功率的激光。 LISA将是引力波探测的曙光。

~~~~~~~~~~~~ 松鼠会最近出现了一篇发表于《科学世界》2011年7月的文章~~~~~~~~~~

了解世界的第三只眼

http://songshuhui.net/archives/56978

唐文没有提及 2011年4月LISA被砍掉的信息。

唐文说 有代表性的是美国“激光干涉引力波观测台”(LIGO),臂长2公里。

是让我有被致敬的感觉。

如何做好一个学术报告?

星期一, 七月 4th, 2011

说来惭愧,至今才做过一次国际会议的学术报告。虽然事先老板看过报告内容,也欲讲过,但是还是不理想,提前做完了报告,只有3个提问的。总结经验教训如下》

1 明确你的目的,是要介绍工作还是要展示知识结构。前者重点在于你做了啥,后者在于用别人的知识吹牛。

2 最好有专业2人士看过你的报告,很多专业拼写语法可以帮你。强烈建议找手持板砖的友人帮你看,他们可以提很多问题,可以提前准备。大会上回答不上来问题会比较尴尬。

3 确保至少有2个人听过你的完整演讲。不管他们是不是你领域的,他们至少能提供一个完全的模拟。

3 中国人做英语演讲,不是练一遍两遍就行了,尤其是你下面坐着大部分是以英语为母语的手持利剑的前辈和挑刺的同辈。

4 一般人临场语速会加快,最好做个如果提前结束会怎么办打算,例如多准备一点话作为备用。

5 准备好可能涉及到问题的背景知识,万一别人问你问题你不会,你可以学习很多美国学生,忽悠背景,东扯西扯,就是不说自己不会。 例如 用我知道你说的那个意思 (其实鬼知道你说的啥!)开始,然后就搬出某某牛人的某某结果。。。最后不了了之。

6 做为中国人,我建议不会的就直接说不会,然后下去仔细询问提问题的人,一般提问题的人自己心里有点答案。这是因为除去学术修养之外,我们的英语口才一般不能支持我们胡扯。

7 如果你之前有相关问题的报告,恭喜你,你可以踩在他们的肩膀上微调你的报告。是微调,除非你有很好的组织能力,和英语演讲能力。我就是因为省略了其他人提及的不少基础知识导致时间掌握不好,提前结束了报告。

8 非要丢人,那丢人的对象要先翻译机器,然后同组师兄弟,然后老板,然后其他友人,然后国际会议。如果你前面的过程都没走,那么只好在国际会议上丢人了。。。

1个周后还要做一个半小时的国际会议报告。。。。求各种意见