拍摄黑洞最大意义是满足好奇心 ——对话EHT项目中国团队成员、华中科技大学吴庆文教授

楚天都市报 2019-05-07 07:00

图为吴庆文教授接受本报专访

楚天都市报记者王进良通讯员王潇潇高翔

对话时间

2019年4月28日

对话人物

吴庆文教授

人物简介

吴庆文,1978年生,教授,博导。国际天文学联合会会员,中国天文学会理事、湖北省天文学会副理事长。事件视界望远镜(EHT)项目中国团队成员。

对话背景

4月10日,人类史上首张黑洞照片公布。和2016年首次探测到引力波一样,这是天文学研究史上具有划时代意义的实践。预计未来15年至20年,我国的引力波探测“天琴计划”,有望在黑洞研究中带来重大突破。

世界上没有比好奇心更重要的了

记者:能不能通俗说明黑洞大概是什么样子?

吴庆文:举个例子:四个人各自握着床单的一角,然后在床单上放一个重物,重物就会下坠。然后在床单壁上一个个地放置小球,小球就会沿着椭圆形轨道快速往下旋转。这个过程和黑洞从直观上有点相像。

记者:很多吃瓜群众不明白,花这么大人力、物力、财力拍摄黑洞照片,对我们有多大意义呢?

吴庆文:最简单的就是满足大家的好奇心。我认为这个是最重要的,世界上没有比好奇心更重要的了。科学家们通过对好奇事物的研究,再转化为技术,进而推动社会向前发展,这正是科学重要的地方。

记者:你参与这个项目的研究已经很久了吧?

吴庆文:我很早就在做这方面的研究。两三年前,EHT黑洞拍摄项目大工作组成立后,我们才申请加入,从事相应的工作。这是个庞大的工程,要靠很多科学家的集体智慧共同完成。

黑洞照片公布时没有特别的感觉

记者:第一张黑洞照片“洗”了两年,怎么会这么复杂?

吴庆文:这张照片是根据庞大的数据一步步绘制出来的。这些数据处理起来非常复杂,并没有现成的程序,需要自己开发。另外,一开始图片质量比较差,只有大概的轮廓,后期需要结合更多数据让它更细致。而且,几个相对独立组绘制的图片,要求几乎完全一致。

记者:也就是说,你们其实早就知道黑洞大概是什么样子?

吴庆文:之前我们知道它大概是什么样子。照片最终的显现,跟我们理论上算出的几乎完全一致。

记者:看到这张照片时,觉得兴奋吗?

吴庆文:最开始的黑洞照片很模糊,只能看出环状轮廓。第一次看到时我很兴奋,因为爱因斯坦曾经预言它就是环状的。最后成果公布的时候,我几乎就没有什么感觉了,因为两年来看过无数遍。

“天琴计划”将是捕捉黑洞的利器

记者:很多人看科幻影片时会想,地球会不会被黑洞吞噬?

吴庆文:银河系的黑洞只有400万个太阳质量,从宇宙尺度看非常小,不会吞噬地球。而且根据测算,地球周围没有黑洞,大家不必担心。

记者:你说过,黑洞照片是证实爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图,这句话怎么理解?

吴庆文:爱因斯坦的广义相对论有很多预言,其中最重要的,一是引力波,二是黑洞。长期以来,在人们的观念里,时间和空间完全独立。但是爱因斯坦把两者联系起来,所以,可以说他是有史以来最伟大的科学家。

记者:拍摄首张黑洞照片过程中,获得了大量数据和信息,这会不会大大推动对黑洞的研究?

吴庆文:那是自然。EHT项目中,中国团队成员有十几个人,黑洞照片支持了我们的研究成果。而由我国主导的天琴空间引力波探测器计划,将在未来15年至20年成为捕捉黑洞的利器。“天琴计划”最早由华中科技大学的罗俊教授于2014年3月提出,目前已经取得部分成效。预计2030年至2035年,该计划将在10万公里高度的地球轨道上部署三颗绕地卫星,组成臂长17万公里的等边三角形,形成空间引力波探测器,可以探测到宇宙诞生初期第一代恒星或气体云塌缩形成的双大黑洞合并产生的引力波。这将帮助我们理解宇宙早期种子黑洞、黑洞的增长历史、星系演化等重大天文与物理学问题,特别是可能搜寻到大量中等质量黑洞。

孩子们知道的比我们想象的要多

记者:自4月10日史上首张黑洞照片公布以来,你除了学校的正常工作,还奔赴多所高校、中学做科普讲座。给中学生讲黑洞,他们听得懂吗?

吴庆文:作为科学家,推广普及科学知识也是我的义务。其实,现在的孩子很聪明,他们知道的比我们想象的要多,甚至幼儿园的小朋友也多少知道一点黑洞、霍金、爱因斯坦等,因为他们身边的人经常谈论这些。我做科普时会问孩子们:你们相信黑洞吗?他们基本上半信半疑,有的说听别人说过,有的说这是科学家的假设。但当你给他们看一些证据,他们就相信了。

记者:但是孩子们心目中的黑洞,不一定是科学家研究的黑洞。

吴庆文:的确。孩子们头脑中的黑洞,更接近霍金所说的黑洞,像什么时空穿梭啊、人掉进黑洞会怎么样啊、黑洞里边是什么样啊等。物理学家对这些可能更感兴趣。而天文学家更关心到底有没有黑洞,如果有的话可能存在什么地方,我们要如何找到它。所以这次黑洞观测,基本上是天文学家干的事,它跟霍金所说的黑洞差得非常远。

从这种角度来说,让中小学生知道黑洞真实存在就够了,他们暂时不需要弄得太明白。

要善于从生活中发现物理的乐趣

记者:我是文科生,觉得物理学很枯燥、很难学。而你只要有机会,就会宣传学物理的好处,建议孩子们学好物理。你是什么时候爱上物理的?

吴庆文:我本人确实偏爱理科一点,觉得它没有很难,这可能是因为我的好奇心重,从小就有这方面的兴趣。有了兴趣和好奇心,很多事情就不会觉得枯燥。

记者:你认为怎样才能让孩子们对物理学感兴趣?

吴庆文:我觉得学物理不需要鼓动,因为我们的生活里全是物理啊!很多好奇的、好玩的东西,深挖一下其实就跟物理有关。比如:为什么会出现彩虹?组成彩虹的各种颜色排列时有什么规律?我们怎样找到彩虹?这些问题,只要懂得物理原理,就会知道答案。

我经常带学生寻找彩虹。现在我就可以拿把喷壶,在你面前制造一道彩虹。这是很容易的事。这些现象,小朋友们会感兴趣,有兴趣就会想要深入探究。就像很多小朋友喜欢看《十万个为什么》,里面有很多他们感兴趣的东西,而生活里面的乐趣远远多于书本。我觉得要让孩子们对物理学感兴趣,最好的办法是引导他们善于从生活中发现物理的乐趣。

链接

事件视界望远镜(EHT)是一个以观测星系中心超大质量黑洞为主要目标的计划。它借助分布在世界多地的八台射电望远镜,同时观测同一目标源,形成口径等效于地球直径的虚拟望远镜,以检验爱因斯坦广义相对论在黑洞附近的强引力场下是否会产生偏差、研究黑洞的吸积盘及喷流、探讨事件视界存在与否,并发展基本黑洞物理学。北京时间2019年4月10日,事件视界望远镜计划第一项重大成果——人类有史以来第一张黑洞照片发布。