广义相对论100周年,听梁灿彬讲《星际穿越》

作者:蝌蚪君来源:蝌蚪五线谱发布时间:2015-05-18

作为一个77岁的老教授,梁灿彬教授正在以他的实际行动纪念爱因斯坦发表广义相对论100周年。

  2015年是爱因斯坦提出广义相对论100周年。在这100年来,广义相对论从一个只有“3个半人懂”的学科,变成全球至少有3万人能够理解的学科。爱因斯坦给我们刻画了时间与空间的结构:时间与空间组成了一个整体,这个整体就是时空。时空中可能会有一些窟窿或者缺陷。空间本身随着时间在演化,犹如一个乌贼在蠕动一样 。而时间虽然是无声无息流逝,但其实时间也是有结构的:每个人都有独立的私有的时间,公共的时间并不存在。

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  2015年5月15日晚,著名的广义相对论专家,北京师范大学教授梁灿彬先生,在中国科学院系统科学与数学研究所做了题为“《星际穿越》中的虫洞与黑洞”的科普演讲。

  梁灿彬教授在本次讲演中,阐释了如下内容:

  现实工程应用:GPS导航仪就是相对论应用的典型示例

  飞机在降落到机场的时候,为什么能够不偏不倚地降落到某条跑道上?梁灿彬教授指出,这就需要用到GPS导航仪。如果没有做相对论的计算修正,GPS导航仪的误差很大,每天在时间上有38微秒的误差,把这个数据乘以光速,每天能积累出11.4千米的误差。这个误差比整个机场还要大,所以飞机就无法准确降落了。汽车的GPS导航仪也是同样道理,如果不做相对论的计算修正,在长江北岸的汽车在GPS地图上会显示出现在长江南岸。

  天文观测中的应用:有些超大质量黑洞会发光

  银河系的中心就有一个超大质量的黑洞,太阳这样的恒星是绕着这个大黑洞在做圆周运动。银河系中心的黑洞是不发光的。但有些星系中心的超大质量黑洞因为在不断的吸积周围的物质,这些物质掉进黑洞的过程中,会因为摩擦而发光。

  这一过程类似于类星体的发光(可参考蝌蚪君专访吴学兵教授的文章)。

  黑洞看上去像在发光的另外一个原因是引力透镜效应,引力场会引起光线的折射,类似与一个凸透镜对光的汇聚——超大质量黑洞能够把远处恒星发出的光汇聚,在黑洞附近形成一圈亮的光圈。

  科幻电影内的应用:虫洞的入口是一个3维球体

  因为宇宙的空间尺度在100亿光年这样的大尺度,而人类的宇航速度远远小于光速,因此,在科幻电影中,如果要做遥远的星际旅行中,需要依靠一条捷径。这个捷径就是在时空中出现的“虫洞”——虫洞的入口是一个3维球体,整个大尺度虫洞的存在需要有更高的空间维度。

  在本次讲演结束后,还进行了梁灿彬教授与曹周键研究员(他从事数值广义相对论研究,是两个黑洞碰撞与计算机模拟的专家)合著的含有很多数学内容的高级科普书《从零学相对论》一书的签名售书活动。这一科普书中对相对论性视觉的讨论,以及对虫洞以及时间机器的说明都被认为具有一定的创新性。在本书的前言里,梁灿彬教授写道:

  一年多前,我曾教过的一个学生张华在采访我之前在网上征集问题,征来的一个问题对我触动巨大。这个问题是:“有许多工科学生对相对论也感兴趣,他们希望了解这个领域,但往往不能花费大量时间在这上面,毕竟……太耗费精力了,不管物理专业的学生还是非物理专业的学生都是国家的栋梁,手心手背都是肉,梁老师是否会考虑为这些同学做些什么呢?”

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  现在,梁灿彬教授正在全国范围内进行相对论的科普讲座。作为一个77岁的老教授,他也正在以他的实际行动纪念爱因斯坦发表广义相对论100周年。

蝌蚪君注:梁灿彬,男,1938年生于广东中山,后为躲避战乱,与家人移居澳门。1952-1955年在广东省广雅中学读高中。他于1955年考入北师大物理系学习。1959年毕业并留系任教,1981-83年在美国芝加哥大学任访问学者,回国后长期担任基础课、专业课教学及科研工作。1986年起任教授,后任博导,1999年退休后应邀先后(及同时)在北师大、清华大学、中国科学院数学所讲授《微分几何入门与广义相对论》等系列课程。 他被誉为是在中国用近代整体微分几何语言讲解相对论的教育家,对中国的相对论教育工作做出杰出贡献。)

 

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