8月11日消息，8月10-12日，世界科技創(chuàng)新論壇在北京會議中心舉辦，包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在內(nèi)的20余位諾貝爾獎獲得者，以及中科院院士曹春曉、美國國家工程院院士陳剛等諸多中外頂級學者專家應(yīng)邀出席，共同打造史無前例的中國最高級別智慧盛宴，探討全球科技創(chuàng)新成果、描繪未來中國科技創(chuàng)新藍圖。
▲George Smoot，2006年諾貝爾物理學獎獲得者、伯克利加州大學物理學教授
著名的天體物理學家、宇宙學家，2006年諾貝爾物理學獎的獲得者George Smoot教授，和我們心目當中的物理學者不太一樣，他真的是跨越。他曾經(jīng)在當紅美劇《生活大爆炸》中扮演角色，扮演他自己，看美國的電視節(jié)目，你比五年的小學生更聰明，并且贏取了百萬美元的獎金，下面我們用熱烈的掌聲歡迎George Smoot先生為我們帶來分享。
以下是演講全文：
非常高興能夠來到這里，剛才大家聽到了現(xiàn)實世界的一些問題。剛才是Richard J.Roberts第一次向我做這樣的一個介紹，他也發(fā)起了一個運動，希望諾貝爾獎得主共同呼吁支持這個話題，我認為能源問題、轉(zhuǎn)基因、氣候變化、健康等等，這些都是現(xiàn)實世界存在的問題。
但是，今天我想講一個我自己非常喜歡的話題，我研究的是宇宙學。我想介紹一下我們的地球，實際上在整個宇宙當中是多么的小，實際上要由我們自己來了解一下地球上的問題，并且解決這些問題。因為，今天早上我在演講當中也提到過沒有第二個地球了，我總會告訴我們的學生你有一個A計劃，如果A計劃成功最好，如果不成功的話你還有一個B計劃，可是我們沒有第二個地球了，所以一定要關(guān)愛我們的地球。
那最近我也是就氣候和能源方面的問題花了一些時間了解了一下，我今天想講一下現(xiàn)代宇宙學，我希望幻燈片上的中文是對的。我有一個研究生幫我糾正幻燈片上的翻譯。我希望它是正確的，如果大家發(fā)現(xiàn)錯誤的話請告訴我。
我今天想向大家介紹的是我們到底源自什么地方，然后在科學上我們是否有證據(jù)來證明我們對宇宙的了解，以及對于整個人類來講，這是一個共同的資產(chǎn)。之前，會有一些神話，就是我們的人類是怎么樣誕生的。我們?yōu)槭裁词仟毺氐?，每種文化都有它自己的說法，中國有九龍之說，我知道每一個文化都有它自己的神話。但是現(xiàn)在我們講的是同一個人類，那我們怎么樣去做呢？
這個幻燈片上有一個非常知名的電視劇，叫做《犯罪現(xiàn)場調(diào)查》，這些偵查人員他們使用一些技術(shù)，來進行證據(jù)的采集，然后了解一下犯罪現(xiàn)場發(fā)生的事情。我們也想了解一下在宇宙的一開始有什么樣的證據(jù)來證明宇宙的開始，我們通過這樣的證據(jù)來重現(xiàn)整個宇宙，如果說這個犯罪是在宇宙發(fā)生的，當然我是希望能夠積極地看待，就是說宇宙發(fā)生是非常好的事情。我們也會使用很多類似的一些技術(shù)，我們會去觀察、我們會去尋找證據(jù)，然后進行電腦的模仿，然后試圖了解一下到底是怎么回事。
這個就是收集證據(jù)，然后這里就是一個證據(jù)。
這張照片是被推選出的一張非常好的照片，如果大家看一下這個照片，你可以看到這里面有兩種類型的東西，這些東西我希望我的激光筆能夠點到，我還是走過去吧，像這樣子的和這樣子的，這些都是恒星，你可以看得出來他們是恒星，因為他們的特點。因為哈勃太空望遠鏡所觀測到的這樣的恒星，關(guān)于這些恒星還有一些物體是我們不知道的，而照片當中其他都是銀河系，如果能夠再擴展的話，還可以看到有上千個這樣的星系，每一個天空當中恒星其實背后都有一個星系。
這就是我們要回答的第一個問題，為什么宇宙有這么多的星系呢？因為如果看一下這張照片，你會看到這個照片是月球的四十分之一，所以如果我們只是向天空中拍一個這樣的照片，你會發(fā)現(xiàn)其實有很多星系的存在，那我們?yōu)槭裁葱枰袔资畠|個星系呢？是不是一個恒星、一個地球就夠了，一個星系就夠了，我們?yōu)槭裁葱枰羞@么大的宇宙呢？我們?yōu)槭裁葱枰袔资畠|個甚至更多的星系呢？實際上存在的是有幾十億的星系，我們?yōu)槭裁葱枰@么多的星系，對工程師來講、對科學家來講，這就是大家想知道的問題，我也想請他們猜測一下有多少星系，有時候他們猜測比我們實際觀測到的更多，有的星系可能觀測不是非常完整的。大家可以看一下，里面有一些東西是比較大一點的，有的顏色跟太陽顏色差不多，這里有很多星系的展現(xiàn)，有一些比較大，大的離我們地球比較近一點，它們的顏色和太陽差不多，還有一些比較遠、比較小的，是藍色或者是白色的，這是我們覺得很吃驚的，就是靠近地球的，看起來不一樣，這點一會兒再談。但是離的比較遠的它們的光需要更長時間傳到地球，這是比較年輕的星系，比較年輕的星系更熱、更亮。當然它們的形狀也是比較規(guī)則的。
要回到我剛才的問題，有時候星系需要融合形成更大的星系，所以星系的數(shù)量不是恒定的。接下來有更多的問題要回答，如果想了解整個宇宙，必須解釋一下為什么有上百億的星系，是不是隨著時間的推移它們會發(fā)生變化？像這樣的房間為什么會存在呢？如果做宇宙學的研究要研究所有的東西，當然不用那么細節(jié)的解釋，但是必須解釋一下為什么有地球，為什么有這么多的恒星，到底是怎么樣的規(guī)律，這就是我們的任務(wù)。我們非常的幸運，因為其實這個和其他我們遇到的問題相比并不是那么難回答。我們要使用一些初始的工具，如果我們看遠太空的話，你會發(fā)現(xiàn)這個光傳遞的速度非常快，在酒店你想打開燈，其實這個是和外邊，比如說光傳遞的速度是不一樣的，那我們宇宙的規(guī)模是非常大的，我把這個圖中間有一個中點，如果你再看一下月球，從月球到地球光傳遞的速度是非?？斓?，如果你有朋友去月球，你讓他把手機給你，你說嘿你好約翰，兩秒鐘之后他會回答你好喬治，這就是信號傳遞的時間。有時候你會覺得很煩，但是能夠和月球上面的人進行交流已經(jīng)很不錯了。
如果你要去太陽，那么就是不一樣的速度。太陽到這個地球光線花的時間是八分鐘，我這面拍張照是太陽八分鐘之前的樣子，通過手機馬上捕捉的照片。但是如果你去最近的50個恒星的話，一般你要花的時間是十年。比如你去這個星球的話，很可能你到了那十年過去了，更遠的要花100年的時間。通過剛才介紹大家理解了，如果做研究的話肯定有很多問題，如果去宇宙各個地方很有可能人做不到，一定要靠機器人做到，因為光年距離太長。如果你去比較近的星系的話，比如最大的星系，那邊要花200萬年。我這邊通過顯微鏡看中國的話，從另一個星系看中國的話就能看到兩百萬年前中國的形狀，那邊基本上是沒有人的，是荒蕪的土地，這是離我們最近的星系。
我們現(xiàn)在生活在一個星系當中，我們太陽系是其中的一個星系，一個非常典型的星系距我們的距離光傳播的時間要幾百萬年之多，如果要去特別遠的地方，比如說宇宙是和太陽一樣熱的話，那差不多是140億年前了。大約的一個水平，這意味著什么呢？我一開始講早期比較年輕的星系看起來更亮，這對我們來說是驚奇的，因為我們說宇宙在膨脹，所以這樣的光線不應(yīng)該是藍色、白色，但是我們現(xiàn)在看是藍色和白色，因為我們有紅移的現(xiàn)象。
我們?nèi)绻诰嚯x很遠的地方看宇宙的話，那般有很多輻射，我也花了很多時間進行研究，我也寫了一篇文章關(guān)于這一塊的。我們說熱點和冷點重量是一樣的，這是題外話了。實際和太陽的表面一開始一樣熱，但是后來冷卻了，然后這個光線我們能看到了，我們這邊就有產(chǎn)生輻射的背景。作為天文學者、宇宙學家，我們希望能夠測量，希望了解宇宙在不同時間段的樣子。我的朋友以前是一個官員，每年他們會種一棵樹，然后帶過去一年、兩年，然后就可以知道這棵樹成長的歷史。
然后你就可以知道這棵樹整個成長的歷史，沿著這條路走，不同年份種植的樹，這是很好的教書的方式，也是可以很好的學習的方式，也可以更好的了解氣候。但是現(xiàn)在我們只有一個宇宙，只有一個歷史，必須要借用現(xiàn)有的資源，就是通過不同的距離拍攝宇宙的照片，我們一直這么做的，我過去也是專注于這點，希望能找到早期的照片，這是因為它能夠提供更多的信息，因為如果你知道一個時期的正確的事實，通過線性回歸的算法你就能夠更準確的進行其他時間的判斷。
我們生活的星系是螺旋的，中間的一個中心大家能看到，我們旁邊的星系比較成熟，更遠的這些星系就是很年輕的，剛剛產(chǎn)生的，這上面是一個橫觀圖。這個照片上面應(yīng)該放一千億的星系，但是我沒辦法放那么多。有一個時期我們沒有所謂的可視的架構(gòu)，我們稱之為黑暗時刻，然后就有了現(xiàn)在的宇宙。另外還有一段時機，我們認為宇宙開始了，然后光線也是變?yōu)榭梢?。而這實際上我們能看到的范圍，因為一開始的時候宇宙和太陽表面一樣熱，你只能看到太陽的表面，不能看到太陽的內(nèi)部，除非有特別的光線效果，宇宙也是一樣的原理。這些不同的星系都像太陽表面一樣，而我的團隊花了很長時間才拍出這張照片。這些不同的變化實際上是經(jīng)歷了很多的年份，而宇宙的表面看起來是非常的平，但是如果你看細節(jié)的話會有很多的差異點，這些差異點是演化的成果。這是我們幾年前拍的照片，我們現(xiàn)在有非常精確的圖，映射宇宙的整個過程，從這個階段，我們對星系也有它自己的地圖。這個星系看起來像一個平面的碟片一樣，但是如果你從這個方向來看的話，就是這樣的一個有點像半圓的效果。你可以看到不同的距離看的角度是不一樣的，我們希望通過測量，然后我們也希望能夠讓它是連續(xù)的圖像，但是這邊技術(shù)有局限，但隨著時間的發(fā)展應(yīng)該產(chǎn)生的圖像的效果會更好。
那我之所以和約翰·馬瑟獲得了諾貝爾獎，就是因為這張照片，我們首先是展示了宇宙輻射背景，也就是宇宙一開始的時候是有放射性信號的。然后我們也是生成了圖，然后展示了不同的變量。因為我們找到了這些變量，實際上能夠解釋現(xiàn)狀。然后我們也獲得了很多的資金，讓我們能夠發(fā)明出探測器，然后通過探測器制圖的精度更高，現(xiàn)在這個星系的信號對我們產(chǎn)生更多的干擾，所以會影響圖像的分辨率，但是你可以看到上面展示的是比較高的分辨率的圖像。我們十年就有一個成果，2009年的時候有一個新的衛(wèi)星，叫普朗克衛(wèi)星。我們2009年推出了這個衛(wèi)星，從這個衛(wèi)星上收集了很多的數(shù)據(jù)，兩年半前停止了這個數(shù)據(jù)的披露，但是我們還在分析數(shù)據(jù)，因為量很大，通過這個數(shù)據(jù)我們相信未來會有更多的成果，你可以看到現(xiàn)在的衛(wèi)星產(chǎn)生的圖像的分辨率更高、看得也更清楚。當然有些地方比較模糊，因為我們有時候也要看輻射的聚化現(xiàn)象，因為光線有時候會受到拱形的影響，這也是為什么有時候我們也需要戴太陽眼鏡來綜合這個效果。你可以看到這也是我們來了解宇宙的一種方法，所以這么多年我們推出了不同的衛(wèi)星，2019年說不定還會再推出一個新的衛(wèi)星。
這是一個動畫來展示的Mark-3的衛(wèi)星，有冷卻系統(tǒng)，溫度很低。你可以看到它展示的是映射的微波天空，而在后面實際上可以看到月亮和太陽，然后可以傳輸數(shù)據(jù)。它是從天空來收集數(shù)據(jù)的，這里面有一個線，這個線實際上代表的是星系的信號，因為軌道和星系之間形成了一個角度，所以我們對整個太空來進行映射，然后把它進行平面處理，然后有一個旋轉(zhuǎn)的效果。所以你可以看到星系的信號，而在外面就是宇宙。這是光學這塊能看到的，而這上面看到的微波，你這邊希望隔離星系的信號，然后看看星系后面有什么內(nèi)容。所以剛才給大家舉例我們產(chǎn)生了什么樣的映射的圖像，我們是把不同的光頻的光結(jié)合在一起，然后生成圖像，這就是生成的一個餅圖，這個圖像蛋一樣，很好看。這看起來像藝術(shù)品嗎？大家有爭議，但實際上對我來說它很漂亮，因為它展示了兩個特點，有一些很長的波是比較暖的，然后還有一個特點是從上往下的，在比較冷的地方是藍色的區(qū)域，但如果是比較熱、比較溫暖的地方就是橙色。也就是說有不同尺寸的結(jié)構(gòu)，然后可以進行分析，但是有一個尺寸是特別吸引眼球的，也就是說有一個尺寸是主流的尺寸，就是當宇宙一開始透明的時候它的聲波的形狀。你可以看到它實際上是星系所產(chǎn)生的一個信號，所以我們就能夠看到這個太陽內(nèi)部的情況了，然后我們也能夠更好地探測宇宙早期的狀況。
這是2015年的圖，2018年我們也生成了一個圖，這兩張圖很相似，而且圖的分辨率比屏幕的分辨率高一些，所以在這上面大家沒辦法看得很清楚。我們也生成了很多高分辨率的圖，我們有COBE的圖，這上面代表了一部分，有些地方比較冷，有些地方比較熱。我們也有普朗克星球的圖，這個照片的準確度就比較高。這上面我們有足夠尺度的一個要求，我看了這個圖，我做了很多的仿真，我告訴我的同事我知道這個圖代表的是哪一部分，太陽的地平線實際上是可以作為一個參照物的。大家還記得你們學的幾何，三條線組成一個三角形，前提條件就是這個角度加起來，三個角是180度，你可以通過幾何的算法來分析剛才的圖。所以我們給宇宙照的照片，每十年分辨率就能提高。
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