WE大会嘉宾介绍|基普o索恩:星际穿越守则第一条:跟紧我别慌

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发布时间:2018-10-29 17:36

很多人应该还记得《星际穿越》里的这个经典镜头,第87届奥斯卡最佳视觉效果奖毫无疑问地颁给了这部电影;

你也应该还记得刷爆朋友圈的引力波大发现,这是人类历史上首次直接探测到“时空的涟漪”;

在这两大事件里发挥重要作用的,是现年78岁的美国理论物理学家,基普o索恩(Kip Thorne)。2017年,他与Barry Barish和Rainer Weiss,因在LIGO项目及引力波探测方面的决定性贡献而共同获得诺贝尔物理学奖。

能兼享诺贝尔奖和奥斯卡金像奖这两个相去甚远的顶级奖项,不能说绝后,至少也是空前。索恩的两位好友,同获诺奖的Barry Barish和宇宙之王霍金,已分别在前两年受邀来到腾讯WE大会。今年,我们高兴地宣布,索恩教授也将于11月4日来到WE大会现场,引领我们感受科学的美妙与力量。

科学成就:把爱因斯坦认为的不可能变成可能

索恩出生于科研世家,一路书写着作为“学神”的传奇。本科毕业后仅3年,他就拿下了普林斯顿大学的博士学位。1967年,27岁的索恩成为加州理工学院副教授,开始研究引力波理论。

传统天文学中,电磁波是主要的探测手段,但它在传播中很容易被散射或吸收。相反地,即便是宇宙大爆炸时产生的引力波,在传播中也几乎不会衰减或散射,为我们了解宇宙起源提供了绝佳的工具。此外,像黑洞碰撞这样的天文事件并不会发出电磁辐射,我们也只能依靠引力波获取信息。

“引力波将为人类理解宇宙带来革命。”这个信念贯穿了索恩一生。但是,对于是否能通过实验手段探测引力波,他也并非从一开始就确信不疑。毕竟,就连提出引力波概念的爱因斯坦,也认为这“几乎不可能”。

1972年,Rainer Weiss提出了构建“激光干涉引力波探测器”的设想。索恩在得知设备需要的精度时,脑子里第一个冒出来的想法是“crazy”。不过,在之后的3年里,索恩仔细研究了这篇论文,并且同实验科学家进行了多次讨论,最终被说服了。

↑1972年的索恩

“这个领域的未来太激动人心了,我决定,要做一个理论物理学家所能做的一切来助它成功。”1983年,索恩同Rainer Weiss和Ronald Drever共同创建LIGO项目。他奠定了引力波的理论基础,开创了引力波波形计算及数据分析的研究方向。特别是他提出的一系列量子计量学理论概念,对发现和解释黑洞并合信号至关重要。

后来的事情大家就都知道了。2015年9月,LIGO在人类历史上第一次直接探测到了两个黑洞碰撞释放的引力波,实现了一百年前爱因斯坦认为不可能的事,全世界为之沸腾。去年8月,人类首次同时探测到两颗中子星并合释放的引力波和电磁波,正式开启了以多种探测手段为特点的多信使天文学。未来,还将有更多惊人的发现在等待我们。

科幻脑洞:发明时间机器,实现星际穿越

如果是在另一个平行宇宙,索恩很可能错失诺奖——毕竟这个小镇boy的童年梦想是做除雪车司机。幸好一本神书(误)“挽救”了他。这本书叫《从一到无穷大》,是宇宙学家乔治·伽莫夫撰写的科普读物。13岁的索恩读完后彻底迷上宇宙理论,从此走上物理学打怪升级之路。

在成为一名真正的科学家后,索恩也想跟那些优秀的科普/科幻作家一样,把对科学的好奇和热情传给下一代。他不仅写了本大受欢迎的科普书《黑洞与时间弯曲——爱因斯坦的幽灵》,还成为了科幻界的“头牌顾问”。

↑中国读者对《黑洞》一书的评论(图源:豆瓣)

1985年,索恩的好友卡尔o萨根正在创作科幻小说《接触》(后被改编为电影《超时空接触》),想用黑洞把女主角从太阳系送往织女星。但索恩却觉得不行,因为人一进入黑洞视界就会被奇点干掉。经过一番研究,索恩重新“发明”了一款时间机器:虫洞。普通的虫洞当然也不行,但如果把虫洞填满具有负能量的“奇异物质”,那么在理论上或许有实现穿越时空的可能。在这部小说出版后,“虫洞”作为时间机器正式出现在各种科幻作品中。

↑(左)电影《时空线索》(2006年),男主利用时间机器回到过去阻止灾难;(右)电影《星际之门》(1994年),人类通过虫洞与其他宇宙文明接触

后来,索恩把相关研究发表在顶级期刊《物理学评论快报》上,进一步把这个科幻概念引入科学领域。论文引发了物理学界对时空旅行的全新关注,维持虫洞持续开放的“奇异物质”甚至成了一个重要课题。不过,绝大部分研究都认为“可穿行虫洞”不太可能存在。就连索恩自己也说,这种虫洞存在的唯一可能,是来自于另一个超级发达的文明。因此,在后来的《星际穿越》中,他采用了这个设定。

2014年,由诺兰执导、索恩担任科学顾问的科幻电影《星际穿越》上映后,立即在全球引发热议,无数人对其中的科学元素产生好奇。在这场包含黑洞、虫洞、奇点、引力异常和高维空间的冒险旅程里,专业严谨的科学知识贯穿始终。这缘于索恩在开拍前就定下的两条铁律:电影里不能有任何东西违背已经确立的物理定律;所有(疯狂的)推测也都必须源于科学。诺兰回忆说:“对于我提出的编剧问题,索恩的处理总是冷静慎重,并且总是遵循着科学定律。在试图让我保持科学理性的道路上,他从未对我的异想天开表示过不耐烦(虽然我在两个星期中对超光速的挑战曾使他温柔地叹了一口气)。”

↑索恩与特效团队用一年多时间打造的黑洞卡冈都亚,是史上第一个依据爱因斯坦广义相对论制作的真实的黑洞影像

最终,索恩与整个电影团队倾尽全力,引领观众抵达了人类认知最前沿(甚至超越已有认知)的奇妙疆域。“以真正的科学为基础制作一部电影,促使观众去主动了解科学,甚至以科学为事业。”索恩长久以来的心愿,终于达成了。

↑索恩和团队根据黑洞模拟中的新发现,在《经典引力和量子引力》上发表了一篇论文

学界八卦:与霍金打赌,连赢2次

索恩跟好基友霍金有过3次著名的科学赌局:

第一次,索恩与霍金争论“天鹅座X-1是不是黑洞”,结果认为“不是”的霍金输了,只好为索恩订了1年的成人杂志《阁楼》,并且把索恩妻子的愤怒也一道送给了他;

第二次,索恩同量子力学专家普雷斯吉尔组队,与霍金打赌“裸奇点是否存在”。霍金认为不被视界包围的裸奇点并不存在,结果输掉了一件特制的认输T恤;

↑T恤上印着一句话:自然憎恶裸奇点

第三次,索恩总算站在了霍金这边,同普雷斯吉尔打赌“信息能否逃出黑洞”。他俩都认为黑洞会把所有信息吞噬掉,但普雷斯吉尔却坚信量子力学机制下的信息不会消失。后来,霍金通过拓扑计算推翻了自己的判断,为普雷斯吉尔奉上了一本重达7公斤的棒球百科全书。不过索恩却认为量子引力定律还谈不上完全确定,所以坚持没有认输(虽然霍金一直在等他付书费)。

尽管霍金“赌运不佳”,但在另一个层面上,这几位世界上最聪明的“赌徒”都赢了。他们利用大胆、幽默又富有前沿挑战性的科学赌局,成功吸引了公众对科学命题的关注。

↑左起:索恩、霍金和普雷斯吉尔

“如果人类想要延续下一个一百万年,我们就必须大胆前行,涉足无前人所及之处!”去年11月,霍金在WE大会上向全人类发出倡告。如今,他已先行回到属于他的那片星辰。今年11月,腾讯WE大会再次如约而至。这一次,索恩将带领我们继续这场永恒的星际旅程。

11月4日,跟上索恩。Don’t panic.

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