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西西里岛上的天文台
ScienceNews 2012-8-16 08:49
(天文台办公楼顶的望远镜) 7月初,金黄色已经成为西西里岛的主要色调,田野上收割完的麦田在阳光下闪耀着光辉。这里是地中海的中心,最大和人口最稠密的岛,盛产小麦、棉花、柠檬和柑橘。 西西里岛的地理位置在政治、军事上的意义不可小觑。同时,这里也是意大利天体物理发展的重要阵地之一。意大利国家核物理研究所(INAF)下辖的卡塔尼亚天文台便位于西西里岛东岸的卡塔尼亚市。 火山上的望远镜 卡塔尼亚天文台位于卡塔尼亚市郊区。天文台的主体部分,是一幢三层高的红色小楼。其建筑风格简单之极,与市区那些历史悠久的巴洛克建筑截然不同。 小楼安静地立在西西里的艳阳下,屋顶上突出的一个圆形建筑似乎在向外人表明自己的身份,这个白色的圆顶下藏着的便是一架天文望远镜。 卡塔尼亚天文台同时隶属于意大利国家核物理研究所和意大利卡塔尼亚大学。天文台的一部分位于卡塔尼亚市区,主要是办公室和相关设施,另一部分则是位于埃特纳火山的天文台。 “西西里岛阳光充足,一年365天中日照充足的时间长达360天。”天文台的Paolo Romano 告诉《科学新闻》。西西里的自然条件十分有利于从事太阳的研究,这也是他的专业领域。 事实上,位于卡塔尼亚天文台的这台望远镜早在1966年就已经开始进行太阳的观测。而在卡塔尼亚,用望远镜进行天文观测的历史可以追溯至1889年。 “西西里不仅仅适合太阳的研究,由于空气质量好,还适宜进行各种天文观测。”另一位研究人员告诉《科学新闻》,在卡塔尼亚有各种不同型号和类别的天文望远镜。 西西里岛最高点埃特纳火山坐落于卡塔尼亚市附近,这也是全欧洲最大、最活跃的火山。在埃特纳 火山上,卡塔尼亚天文台设立了天文观测站。该观测站包括5架不同型号和类别的天文望远镜,其中最大的一架望远镜镜面直径为91厘米。这些望远镜主要用于夜 间对天体进行观测,全年对研究人员开放,研究人员可根据需要进行申请。 悲喜发展路 在卡塔尼亚天文台,屋顶的望远镜每星期都会迎来一些卡塔尼亚大学的学生。 在2002年之前,该天文台只是卡塔尼亚大学的一部分。2002年,天文台被纳入意大利国家核物理研究所。“那是一个很大的转折,我们的经济、组织都发生了改革。”天文台的秘书Daniela Recupero这样告诉《科学新闻》。 意大利国家核物理研究所是意大利天文学、天体物理、空间物理、宇宙物理学领域最大的国立研究机构。研究所的总部设在意大利的首都罗马,其下属共12个天文观测站或天体物理观测站,约有400余名研究人员在该所从事科研工作。 “在加入意大利国家核物理研究所以后,我们的天文台变得越来越好,使得我们有能力加入一些大的实验项目,比如ELET(欧洲极大望远镜)这样的项目。”Daniela Recupero说,“不过与此同时,我们的经费也开始出现问题。” 事实上,卡塔尼亚天文台之所以被并入意大利国家核物理研究所和科研经费不无关系。“国家对于科研经费的预算减少了,我们必须和其他研究机构合作才能拿到大的项目。但是这样一来,我们就没有办法自主决定什么,一切都由罗马人(INAF总部)决定。” 据介绍,在并入意大利国家核物理研究所之前,卡塔尼亚天文台的经费主要来自政府及卡塔尼亚大学。2002年并入意大利国家核物理研究所之后,经费来源基本可分为两部分:小部分经费来自政府,用于天文台的基本开支;大部分的经费来自项目经费。 目前,卡塔尼亚天文台的研究人员共参与4个大的项目,经费约为40万欧元。 “除了参与欧洲大的项目之外,INAF也会有一些小的经费项目,不但数量不多,而且竞争非常激烈。”Daniela Recupero说。 对此,Paolo Romano 的体会是“INAF想要把钱放到一些更大的项目中”。对于天文台的科学家们而言,积极的一面是他们可以做许多重要的工作,取得显著的成绩,而另一方面这也带来了研究上的局限性。 研究就是生活 每天中午,天文台的工作人员有一个小时的时间用于午餐。家住得近的人选择回家吃饭,而大多数人聚集到天文台的咖啡厅用餐,有的人甚至会从饭店买了食物带回来吃,其目的便是能够和大家一起交流。 有曾经在卡塔尼亚天文台工作过的人告诉《科学新闻》,融洽的人际关系应该算是该天文台最大的特点,人与人之间的交流非常密切。 在天文台的小红楼里,学生和教授的实验室集中在一层和二层。学生可以随时推开教授办公室的门,请教问题。学生和教授之间的关系十分亲密,教授看起来并不是高高在上。在工作中,学生随时可以提出自己的想法,如果合理,教授会认真接受。在平时,教授和学生也会一起出去喝一杯。 除了每天中午大家一起吃饭外,每天上下午分别有一次“coffee break”(茶歇)用来增进大家的交流。在一些人眼中,卡塔尼亚天文台大家的关系之所以非常密切,应该得益于西西里岛人民友好和热情的性格特质,这也吸引着人才的加入。 “我们这里虽然不大,但是什么都不缺,唯独缺钱。”Paolo Romano 半开玩笑地说,对于目前的工作他比较满意。 Paolo Romano 是一名土生土长的卡塔尼亚人,他从2005年开始在卡塔尼亚天文台正式工作。在此之前他在卡塔尼亚念大学,取得硕士学位。除了有时候因为一些合作项目需要 去其他研究机构,Paolo的研究生涯几乎没有离开过卡塔尼亚。Paolo Romano 告诉《科学新闻》,也许在哪儿都可以作研究,但是他所选择的是自己的生活而不仅仅是工作。 在天文台,和Paolo Romano 一样土生土长的西西里人占多半以上。 经费掣肘 每天上午9点至下午1点,是位于卡塔尼亚天文台顶楼的望远镜工作的时间。在这段时间,工作人员记录下当天太阳的状况,这些数据将被Paolo Romano 和他的同事用于开展研究。 而早在上个世纪,这台天文望远镜的运行时间还是以太阳的出现时间为准,这一状态直到1999年发生了改变。 “这台天文望远镜可以全天24小时进行观测,但是问题是我们没有足够的钱雇人负责望远镜的运转。”Paolo Romano 无奈地说。 据了解,此前共有四位工作人员轮流负责望远镜的运行。现在由于经费紧张,只有一名工作人员受雇负责该项工作。该工作人员每周工作36个小时,月薪约1500欧元。 随着国家对于科研经费的缩减,被缩短的还不仅仅是望远镜的工作时间,科研工作者们的感受更为深刻。 刚刚到天文台正式工作的时候,Paolo Romano 如果想要外出访学、开会,可以很容易申请到经费,后来便越来越难。而与此同时,由于实验室的研究经费来源主要是参与大项目,故研究人员很多时间花费在项目 申请上。“大概有50%的时间用于写项目申请。”Paolo说。 “一切都取决于钱,”Daniela Recupero这样感叹道,“现在每个人的压力都很大。钱越来越少,我们必须试着去适应,不然就会被淘汰,就没有机会开展你的研究。现在每个人都要试着去找钱。” 据了解,目前卡塔尼亚天文台主要有四个实验室:一个化学天文学实验室,一个西西里技术实验室,一个自由研究实验室,还有一个是新近因获得资助刚刚成立的实验室。 未来改革 “在意大利,没有人会对教授的工作进行考评。”当问及卡塔尼亚天文台如何对工作人员进行考核时,有人这样告诉《科学新闻》。在意大利,永久性职位的科学家根本不用考虑每年考评的事宜,这些职位的科学家由国家发放薪水。而国家仅对高等院校和科学研究机构进行考评。 据了解,意大利于1998年和1999年分别颁布了第204号法规和第24号教育大学研究部 部长令,成立了科研评估指导委员会(CIVR)。CIVR每年对国家科研体系进行一次评估,并向教育大学研究部递交评估报告。参加评估的单位主要涉及意大 利的公立研究院所、大学和部分私营研发机构。但是这一状况随着国家科研经费投入的减少也在发生着改变。当前一段时间,意大利正在考虑如何对科研体系中的个 人进行评估。 Daniela Recupero告诉《科学新闻》,估计在未来将会开始新的改革。“我们会要求工作人员拿出6个最好的工作参评。论文也会考虑在内,但是质量是最重要的。” 预计这一项新的改革将会在下一年开展,评估的结果也将会对工作人员的薪水产生影响。 据了解,在意大利国内对于科研工作浪费的批评由来已久,这一改革也是基于此而进行。■ 《科学新闻》 (科学新闻2012年第8期 实验室)
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方先生的科学贡献
chemicalbond 2012-4-10 22:25
【注:本文摘自亚利桑那大学网页上的文字 http://www.uanews.org/node/46176 ,里头有不少内容好像是第一次听说,想必很多读者会感兴趣。显然,文章里面很多不适合在秦国传播的文字都被删除。】 Astrophysicist Fang Spent Two Decades at UA By University Communications April 9, 2012 Fang L. Z., a pioneering scientist in his native China, continued to advance the field of astrophysics at the UA for more than 20 years before he died last week. Fang, died last week at age 76, had been a professor in the University of Arizona department of physics and an adjunct professor with the UA's Steward Observatory for more than 20 years, where he made highly regarded contributions to astrophysics. Fang was dismissed from the Chinese nuclear program and reassigned in 1958 to the University of Science and Technology of China, or USTC, which is regarded as China's equivalent of the Massachusetts Institute of Technology. During the Cultural Revolution, he was sent to hard labor in the country. In 1978, upon returning to USTC, Fang became full professor and in 1984, vice president. His books on physics and cosmology were widely admired. He again was dismissed and sent to the Beijing Astronomical Observatory, where he led a theoretical astrophysics group in 1987. During his confinement, Fang continued his scientific research, submitting three papers for publication in international journals. Less known to the public are Fang's professional contributions to research and teaching. He was one of the founders of modern astrophysics and cosmology in China. While mainly a theoretical physicist, Fang had been instrumental in helping the Chinese astronomical community develop observational astronomy, even after moving to the U.S. He was one of the main collaborators on the successful Beijing-Arizona-Taipei-Connecticut survey project, one of the longest-running and most influential optical observational astronomical projects using a Chinese-based facility, said Xiaohui Fan, a UA professor of astronomy who collaborated with Fang. "He was aninspiration for so many people in so many ways," Fan said, adding that in the late 1990s, Fang and his collaborators published a series of papers using clusters of galaxies, the most massive objects in the universe, as tools to study the fate and evolution of the universe, and to measure parameters such as the mass density of the universe. In recent years, Fang also moved into the newly developed field of cosmic reionization, studies of the epoch of the universe when the very first generation of stars and galaxies formed. "He and his students were developing new models and new predictions to the direct observations of cosmic reionization," Fan said. "In that sense, he was active to the very frontier of astrophysics and cosmology until the very last day." "Professor Fang had been my dear and valuable mentor," said Zheng Cai, one of Fang's graduate students in the UA's physics department. "Since I first came to the UA, he gave me a lot of valuable suggestions on life as well as on academic study. His passing away is tragic, and I'm having a terribly hard time accepting it, but I believe professor Fang rests peacefully among the brightest stars in the universe." In 1990, Fang first as a guest professor of the Royal Society at Cambridge, and the following year as Director's Visitor at Princeton's Institute for Advanced Study. In 1992, Fang joined the UA as professor of physics. He raised a generation of leaders of astrophysics in China through training of postdocs and graduate students. During his tenure at the UA, Fang continued to do highly visible research on cosmology and published widely with his students and other colleagues, including in 2011, when he was unwell and in and out of the hospital on several occasions. In 2010, he was elected Fellow of the American Physical Society in recognition of his scientific contributions. He led cooperative projects on astrophysics with colleagues in China with his name usually redacted. Being on the forefront of nuclear physics, laser physics, theoretical astrophysics and cosmology, Fang cared deeply about making scientific knowledge accessible not only to the academic community but society at large. He published more than 340 research papers and numerous popular articles and books, including a broadly read Chinese book on cosmology. He was a member of the Chinese Academy of Science. He was a fellow of the American Association for the Advancement of Science and a Founding Fellow of the Arizona Arts, Sciences and Technology Academy. Among his awards are the Chinese National Award of Science and Technology in 1978, the First Award of the Gravity Research Foundation (1985), and the 1996 Nicholson Medal of the American Physical Society. In addition to numerous invited talks, Fang served on many scientific committees, including the council of the International Center for Theoretical Physics at Trieste, Chair of Commission C19 of the International Union of Pure and Applied Physics, and chair of the steering committee of the International Center for Relativistic Astrophysics Network. Most recently, in spite of his illness, Fang was among the international organizers of the upcoming Thirteenth Marcel Grossmann Meeting on Recent Developments in Theoretical and Experimental General Relativity, Astrophysics and Relativistic Field Theories. "Professor Fang was one of our most dedicated teachers," said Sumit Mazumdar, head of the UA's department of physics. "On the occasions that I visited him in the hospital, he was most concerned about his course, his students, and whether I was able to find a substitute teacher for his course. His courage came with a great deal of compassion, and we in the physics department will remember him for that as well as for his scholarship." "Professor Fang was a wonderful person and an astrophysicist with international recognition," said David Arnett, a Regents' Professor at the UA's Steward Observatory."Few of us canlay claim to as much as he can. He will be missed."
个人分类: 科普与新知|2003 次阅读|0 个评论
《天体物理概论》(彩色版)向守平
ustcpress 2012-4-9 15:30
《天体物理概论》(彩色版)向守平
丛书名:中国科学技术大学精品教材(“十一五”国家重点图书出版规划项目) 教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材、“国家精品课程”教材 出版日期:2008年9月(2012年4月订正重印) 书号ISBN:978-7-312-02170-1 出版社:中国科学技术大学出版社 定价:52.00元 编辑邮箱: edit@ustc.edu.cn (欢迎来索要目录、样章的PDF) 当当网购书链接: http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=20410877 【 内容简介 】 基于大学普通物理的概念和知识,系统介绍宇宙各主要层次的结构特征和形成演化的物理过程,例如恒星(包括太阳系)、致密星(白矮星、脉冲星和中子星、黑洞)、星系(包括活动星系核)和星系团等,以及现代宇宙学有关宇宙结构和演化的最新研究成果。取材精选,深入浅出,突出基本物理概念和物理图像,尽可能避免繁琐的数学推导,并努力做到图文并茂,使本教材不仅适于天体物理专业学生的基础课教学,而且适用于作为其他对天体物理感兴趣的物理类专业甚至非物理专业(只要求有普通物理的基础即可)学生的选修课或自学教材。 【 教材特色 】 ①中国科学技术大学是国内天体物理研究的重镇之一,作者向守平教授是国家级教学名师;②“国家精品课程”教材,内容详细、全面、权威;③教育部“精品教材”——从教育部“十一五”国家级规划教材中“优中选优”选出的教材;④全书四色印刷,图文并茂;⑤全书尽量用普通物理知识体系来阐述,用简单易懂的方式讲解,涉及理论物理的地方只引用结论,连文科生都可以看懂,适合用作本科教材。 【 作者简介 】 向守平,男,教授,博士生导师, 1945 年 1 月出生于湖南省吉首市,现为中国科学技术大学天体物理中心教授、博士生导师。曾任中国科大教务处处长,天文与应用物理系主任。兼任国家教委第二届高等学校理科物理学与天文学教学指委员会天文学教学指导组成员。 1968 年毕业于北京大学技术物理系。 1981 年研究生毕业于中国科学技术大学天体物理中心,获硕士学位。 1993 年获瑞士巴塞尔大学博士学位。 1995 年晋升教授,博士生导师。于 2007 年获安徽省 “ 第三届高等学校省级教学名师 ” 荣誉称号。 科研领域为宇宙学与相对论天体物理,至 09 年已在国际国内重要学术刊物上发表论文数十余篇。主要研究方向为宇宙暗物质与宇宙大尺度结构。 80 年代早期与合作者一起提出的 “ 冷热暗物质混合模型 ” ,得到国际同行的广泛引用,是国际上该模型的最早提出者。长期从事基础课教学工作,主讲过力学,热学,原子物理等本科生课程和天体物理概论,核天体物理学等研究生课程,教学效果得到广泛好评。编写过《理论力学》、《力学与理论力学》、《天体物理概论》等书籍。并翻译过一定科学书籍,其中与爱尔兰籍江涛教授合译的《第一推动丛书 . 时间之箭》一书,先后在台湾和内地出版并畅销,该书被评为 1994 年度湖南省 “ 五个一工程 ” 优秀作品,以及《引力与时空》等书。
个人分类: 物理图书|10861 次阅读|0 个评论
[转载]科学家的人格,
jiaguangjia 2012-4-9 08:18
踏实研究是科学家的本分和基本品德。要想踏下心来作研究,就要淡于功名,弱化物欲。耐得住寂寞,在寂寞中的坚守,是一个科学家应有的品质,也是孕育创新的必要条件。如果浮躁之气在科学界都盛行起来,则是一个国家得了大病的症状。但这种追求迅速成名或靠学术发财的浮躁之风确实存在,当前中国学术界的诸多问题,如低水平重复、粗制滥造、学术泡沫、抄袭剽窃、学术腐败等,都与浮躁风气有一定关联。科研不应该成为追名逐利、升官发财的手段。科学家致富并不是什么羞于启齿的事情,但君子爱财,取之有道,科学家万万不能通过非正当手段致富。 所谓独立思考,就是要独立于权势者的影响,独立于利益考虑,独立于所谓的时尚,做到精神自由。科学家的研究不应受外界的干扰,科学家应独立提出基于实证和逻辑的研究结果。在别人鼓噪“运动式”的科研时,科学家应该要坚守住自己的阵地。无论面对政府还是面对公众,科学家都应该敢于说真话。著名的天体物理科学家、科普大师卡尔·萨根曾指出:科学是最好的测空话的检测器。一个连自己的眼睛和大脑都不相信了的人,遑论独立人格?能够独立思考的科学家,不会轻率地跳出自己的专业去对其他领域的事物放言高论。社会不要求科学家说的句句都是真理,因为每个人都有自己的局限性。正如物理学家、诺贝尔物理学奖得主利昂·莱德曼所说:“科学家之间能力的差距是巨大的。这是允许的,因为科学既需要建筑大师,也需要混凝土操作工人。”总之,重要的是说真话。说真话的科学家,即使说错了也会得到社会的原谅。 批判精神是科学家大胆探索的动力、迸发创造力的源泉。批判精神并不等于简单化地反政府、反体制、反权威,不是为了反对而反对,不是为彰显个性以“语不惊人死不休”来搏出位。科学在本质上就是批判性的,爱因斯坦的伟大成就正来源于勇于质疑,来自对牛顿力学权威性的批判,他把这种精神视为科学的生命、社会进步的原动力和人类自我完善的催化剂。提倡批判精神,有时候就是要对权威、对同行、对自己“狠一点”。当然,具有批判精神并不意味着简单化地对抗权威,拒绝现有的理论,而意味着反对盲目地迷信权威和既有理论。 知道与做到,中间还有很长的一段距离,科学家应该为自己行为产生的后果负责。“知行合一”来自于中国传统的伦理规范,但在自然科学研究中同样适用。尤其是,科学家应对科研活动应遵循的伦理规范有明确的了解,并认真履行恪守之。知行分离是很危险的。勒纳德和斯塔克是曾获得过诺贝尔奖的两位知名德国物理学家,都曾支持过相对论。但他俩是纳粹分子,在希特勒上台后,他们抛弃原有的观点,不遗余力地攻击具有犹太血统的爱因斯坦。这些一流科学家(就科学成就而言)和纳粹精神结合起来给科学所造成的损害,是别的破坏力量难以望其项背的,因为“天才作恶总是有双倍的危险”。 科学家的独立人格不是在真空中成长的,它需要良好的社会环境,肥沃的土壤才能结出丰硕的果实。制度、文化环境和教育对科学家独立人格的形成有着至关重要的作用。在古希腊开放民主的文化氛围中,柏拉图说:吾爱吾师,吾更爱真理。德谟克利特说:我宁肯找到一个因果性解释,也不愿获得一个波斯王位。他们把追求学术真理看做人生的最高使命。在中国,两千年的封建传统是压制独立思考的,“独尊儒术”的文化垄断也迫使多数文化人依附“圣贤”。此不利于独立人格养成之一。反右运动中,“文革”中,把包括科技人员的很多知识分子打成右派,打成“臭老九”,从精神上贬低、污蔑他们,甚至从肉体上消灭他们。在他们生存都没有保障的情况下,拿“独立人格”来要求他们就自然是苛求了。此不利于独立人格养成之二。一些也许意图良好的不良做法长期盛行,比如科学家作出点成绩就被提拔为行政官员,如此的“官本位”导向势必影响社会风气。此不利于独立人格养成之三。总之,如果有独立思考能力、敢于讲真话的科学家总是被排挤和边缘化,学术中没有民主,广大科研人员过不上基本体面的生活,怎么可能产生具有独立人格的科学家和科技领军人物呢?政府最应该思考的是,如何营造理想的科研环境,创造公平竞争的政策,把独立人格养成作为创新人才培养的根本,让学术在自由、民主的气氛中前行。在科研管理中,承认科学技术人员的独立人格,独立地位,而不是把他们看做应该服从命令的匠人,或是把他们当成公务员来管理。 作为科学家个人,应把对独立人格的追求作为努力的方向,即使不能至,也应心向往之。 (佟贺丰系中国科学技术信息研究所助理研究员, 武夷山系中国科学技术信息研究所研究员。)
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等离子体科学更广泛的应用
热度 3 等离子体科学 2011-11-18 23:48
这次APS/DDP年会是第一次与GEC一起开,风格也有所不同。早晨8点的Review Talks,都是“非MCF”的: 周一:氢元素反粒子的约束(这也是今年的Dawson Award工作); 周二:天体等离子体物理 周三:电脑芯片的等离子体刻蚀(Joint with GEC) 周四:尘埃等离子体物理(今年的Maxwell Prize获奖报告,同时还介绍了Plasma Medicine——等离子体医学的新进展) 周五:激光加速器 充分展示了在聚变领域之外,等离子体物理的广泛应用。
个人分类: 学海无涯|4520 次阅读|6 个评论
高校与科研院所的地方化现象
热度 2 blownsand 2011-10-8 16:12
中午在兰州大学研究生院食堂吃饭,邻桌两个老师在用普通话谈论菜价,听到一句话“情菜一瓤一惊”。这是典型的甘肃普通话,芹菜一元一斤。再望周围一看,不得了,整个儿一河西酒廊。历史学张老师是武威的,数学系李老师是敦煌的,化学系胡老师是张掖的……大约十五年前,我们正在这所985高校里学习,教师籍贯不是这样的呀!借用毛主席的话,来自五湖四海。教师籍贯包括江苏、山西、四川、湖北等多个省份,印象中来自甘肃的老师一个系仅有那么两三位。人员流动性比较大的高校尚且如此,研究所的地方化趋势可能更明显。去年进入研究所以来,打交道最多的是甘肃人和陕西人。尽管没有做过统计,如果在隔壁地质所或地震局中除去陕甘宁籍职工,其它省籍科研人员每人占据一层楼是没有太大问题的。地方化进程的好处咱不去讨论。位卑未敢忘忧国,还是看看弊端吧。 第一,排外。我们天体物理实验室都是金城人。大家习惯走丝绸之路,看读者,哼秦腔,吃牛肉面。如果哪一天突然来了位上海人,惯乘舟楫, 捧本 上海 服饰,唱着苏州评弹,吃白米饭加东坡肉,这不成怪物了吗?兰州城牛肉面涨价,我们曾齐心合力让政府出台限价文件。现在家里来外人了,上,群殴。 第二,政令不畅。同一个小地方的人在一起无形中形成一个独立王国。外边界为不可入条件。 我们这疙瘩见领导都是要行跪拜礼的。上级一号文件规定那个作揖礼还是到别处用去吧。 这就像中国历史上在四川形成的地方割据政权。中央政府的政令施行起来难于上青天。 第三,走下坡路。 古人云,道德传家,十代以上,耕读传家次之,诗书传家又次之,富贵传家,不过三代。科研是高强度脑力劳动。老子英雄儿不一定好汉。眼看着后代没有出路也不行呀!干了一辈子科研工作,大学和研究所是最熟悉的。小钱主任,让我那个九州导弹高等专科学校女性文学专业毕业的儿子到你手下做转录组学和蛋白质组学研究吧!这哪跟哪呀!
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经济在与自然互动中成长
热度 1 yanghualei 2011-8-11 12:22
经济学是在与自然学科的交互中产生和发展的, 当亚当斯的国富论出版一世纪后,凯特勒就证明了自然科学法则也统治着行为科学和经济学,与其同时代哲学家奥古斯特就把社会物理学与天体物理、地球物理以及化学物理并列作为一门科学 ,这种观点的提出绝非偶然,特别在由牛顿科学主宰下的学术氛围内,新古典中的很多概念,如最大化,供给,需求以及均衡思想在某种程度上都可以看做牛顿科学的延伸。这绝非是类比,而是实实在在的派出。 当麦克斯韦和波尔兹曼在热力学中发展一套统计法则时,马歇尔及一大批经济学家开始从统计角度去理解社会行为,精心引进一大批物理概念和方法,然后在经济领域精心培植,使之在经济学中本土化,而价格自发趋于均衡,就来自热力学均衡思想。同样生物学和经济学的互动,也对经济学成长是积极的。 看不见手原则,实质上市竞争原则,同时代的尔文的进化论,主要强调:“在生物演化的背后,竞争对生物演化的重要作用 ”;股市中的随机游走模型,更是对物理学中布朗运动的直接引入。但是这种互动却在1930年终止了,直到上世纪90年代才开始复活。 社会科学在某种程度和自然科学是协同发展,物质发展走在前面,表征为意识和行为的社会科学建立其上。有了热力学,就有了均衡思想;有了演化的热力学,就有了演化的经济学;自然科学出现确定性噪音,马上验证在社会中也存在混沌;自然是个耗散结构,社会系统被证明也是个耗散结构; 有了量子力学,信息经济学才开始成长;有了空间科学,制度经济学才如火如荼 ; 自然系统机制的非线性,社会是个复杂系统;自然存在分形和自相似,股市价格波动率也就具有自相似的结构。 为什么总是看到差异性,为什么总是分开看问题,为什么总是习惯用分析思维。 综合系统复杂的思维方式才是新科学典型的特点,也是更符合现实的思维方法,也是东方的思维逻辑 。是知识结构决定了你的视野,还是我们对科学发展趋势的错误判断。任何一想法不是凭空的, 也不是总基于现实和问题,有时候不是问题使得我们发现了什么,而是理论决定我们能观察到什么 。 交叉学者引进理论,主流学者发展理论,引进理论本土化,使得大家认为其就是本土长的,这不是科学问题,这是面子问题 。 隔行如隔山吗?未必,是因为山之间没有隧道,或者你从不走隧道。
个人分类: 交叉科学|2684 次阅读|2 个评论
一个外行的宇宙观
热度 1 dante11648 2011-7-25 10:45
我是一个外行,专业不是天体物理,但对这东西有点自己的想象,拿出来与大家分享 根据宇宙的传统定义,宇宙乃是时空的集合体,或者按照天体物理学的定义,宇宙是包含一切物质和能量的时空连续体。 如果宇宙大爆炸学说成立的话,那么宇宙起源于一个量子极点,经过加速的膨胀到现在这个状态。关于宇宙的终结,说法不一,但不管是哪种说法,要么大坍缩、要么大撕裂。都无法超越人类的思维局限,那就是有因必有果,有始必有终。 但我认为,宇宙的任何一个极端都是无限的,比如说物质分为了原子,原子又分为原子核和电子,原子核又有中子和质子,质子和中子又由夸克和轻子组成,这种形式已经近乎是能量了,爱因斯坦的理论已经证明质量和能量的转换,也就是说质量和能量应该是统一的,只不过是不同的存在形式而已。所以古今科学家和哲学家一直致力于找到世界唯一的原质,这是徒劳的。世界没有唯一的原质,也没有有限的原质,我们所能感受和观测到的,不能感受和观测到的,都在一个巨大的相互转化的系统当中。 对人而言,我更愿意把人分为精神的人和肉体的人,虽然这二者其实不可分的。肉体的人毫无疑问是物质的一部分,随世界万物的转化而转化。对于精神的人,或者说人的精神(但绝不是灵魂,因为灵魂是可以独立于肉体存在的)又是什么呢?我认为精神是和肉体一起诞生的,并且和肉体一起演化的,是生命所特有且共有的,而非人所独有。我认为在生命界肉体和精神的关系,类似于非生命界物质与能量的关系。只不过肉体和精神的关系要高于物质和能量的关系。是物质和能量关系的进化和升华。并且精神和肉体应该也是可以相互转化的,但这种转化的形式我们难以预测,但绝不会是像脱胎转世那么简单的一对一,也不会精神不灭,而是在灭中生、在生中灭,也不会是瞬间转化的,而是可能也只是部分转化,间接转化,完全的再造。 人和其他任何东西一样都是宇宙的组成部分,宇宙这个系统没有唯一的原质,而是无限的原质在不断的运动变化之中的随机状态的统一。宇宙在无限种意义上说都是无限的,但在一种意义上却是有限的,因为人所能想到的无限一定是有限的,我们所对无限的定义一定是有限的。宇宙之内的东西是无限的,但却是可以被认知的。但宇宙之外的事情是不能被认知的,因为我们的认知不能脱离我们的精神,我们的精神不能脱离我们的肉体,我们的肉体不能脱离宇宙,所有适用于宇宙的规律,概念都将被限制在宇宙之内。如果人们一定要认识超越宇宙限度的东西,必须先做到一件事,那就是搞清楚精神和肉体是怎么转化的,人只有超越了自己的精神,才可能超越人的物质本质,要完成这件事情,不是用年来衡量的。
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2011邵逸夫奖
热度 1 zw373737 2011-6-8 08:00
2011年度“邵逸夫奖”7日于香港公布获奖名单,在天文学、生命科学与医学、数学三大领域内取得杰出成就的7位科学家折桂。对于连续数届无华人得奖,邵逸夫奖评审会主席杨振宁表示,中国前沿科学落后于人不稀奇,但在急速追赶下,相信未来10至20年会有令世人瞩目的成果。   国际性奖项“邵逸夫奖”由香港慈善家邵逸夫在2002年设立,有“东方诺贝尔”之称,旨在表彰在天文学、生命科学与医学以及数学科学的研究或应用上取得突破成果、对促进文明及造福人类贡献超卓的人士。一年一度的颁奖自2004年开始,至今已是第八届,颁奖典礼定于9月28日举行,上述每个奖项的奖金为一百万美元。   今届天文学奖平均颁予意大利太空天体物理与宇宙物理研究所研究主任恩里科?科斯塔(Enrico Costa)和美国国家宇航局马歇尔太空飞行中心主任科学家杰拉尔德?菲什曼(Gerald J Fishman),以表彰他们领导天文卫星,证明宇宙中最大能量的爆发“伽玛射线暴”来自宇宙学距离。   生命科学与医学奖平均颁给法国斯特拉斯堡大学教授朱尔斯?霍夫曼(Jules A Hoffmann)、美国耶鲁大学大卫?华莱士免疫学讲座教授鲁斯兰?麦哲托夫(Ruslan M Medzhitov)和美国加州拉霍亚的斯克利普斯研究所遗传学学系主任布鲁斯?比尤特勒((Bruce A Beutler),以表彰他们发现先天性免疫系统的分子机制,解开抵抗病原体的首道防线之谜。   至于数学科学奖,瑞士苏黎世联邦理工学院数学和物理学教授德梅特里奥斯?克里斯托多罗(Demetrios Christodoulou)和美国哥伦比亚大学戴维斯数学教授理查德?哈密顿(Richard S Hamilton),因在“洛伦兹几何”与“黎曼几何”中非线性偏微分方程方面的高度创新工作,及对广义相对论和拓扑学的应用而获奖。   2004年至今,共有43位邵逸夫奖获奖者,当中仅有4位华人科学家。杨振宁指出,近代科学在西方有三、四百年发展历史,在中国不过六、七十年,中国前沿科学成就落后于人很自然、不稀奇;但另一方面也看出中国科学进步速度惊人,“未来10至20年肯定可以追上来,取得令人瞩目的科研成果”。(记者 贾思玉) 天文学奖   随着整个电磁波谱由电波以至珈玛射线一一被用来观测 宇宙 ,天文学在过去 “邵逸夫奖”奖章 五十年经历了巨大的进步及发展。从宇宙的起源和演化;星系的结构和运动;星球及 恒星系统 的诞生、演化和陨灭;到 行星系统 的形成及其普通的存在,对这些问题的了解都有了重大的进展。很多奇异的名称,如超新星、类星体、脉冲星、黑洞等,都已收录在一般辞书之内,并且牵动普世万众的心灵和想象。   重大的天文学难题即将能借助传统学科的研究工具来解答,而且利用微 中子 和引力辐射的侦测来探索地球上实验室所无法做到的极端物理环境,更有如为观察宇宙启开新窗。我们可以预期,天文学在二十一世纪将会出现一个新黄金时代 。 生命科学与医学奖   生物医学科学的发现和 临床医学 的新方法,为我们在与 疾病 的长期战斗中取得重大胜利。随着人体基因组图谱的绘成,我们现在已接近解开生老病死的机制,治疗学亦出现了令人振奋的新机会。生命科学的新见地与医学技术的进步,将为新世纪的人类带来更好的健康和改善了的生活素质。 数学科学奖   数学是一切自然科学和现代技术的基础语言。数学在二十世纪发展精进,既开创了新领域,亦解决了重大且棘手的旧难题,影响遍及每一门创造性的 科学 和 技术 ,社会科学亦受其惠。   因为计算器科学、信息科技与统计学在二十世纪的发展,数学在二十一世纪对人类将会更加重要。 历届得主    数学奖      2004年 陈省身 1    2005年 安德鲁·维尔斯    2006年 吴文俊 2 ,大卫·曼福德   2007年: 罗伯特 ?朗兰兹和理察? 泰勒   2008年: 弗拉基米尔·阿诺德 ,路德维希·费迪夫   2009年: 西蒙·唐纳森 , 克利福·陶布斯   2010年:辛康·布尔甘    天文学奖   2004年 詹姆斯皮·布尔斯   2005年 杰弗里·马西与米歇尔·麦耶   2006年 索尔·普密特,亚当·利斯,布莱·施米兹   2007年: 彼得 ? 高里   2008年:赖因哈德·根策尔   2009年: 徐遐生 3   2010年:查尔斯·班尼特,莱曼·佩治,戴维·斯佩格    生命科学与医学奖   2004年 一等奖:简悦威、史丹利·科恩与赫伯特·布瓦耶   二等奖:理查·多尔   2005年 迈克尔·贝里奇爵士   2006年 王晓东 4   2007年:罗伯特?尼科威   2008年:伊恩·威尔穆特,基思·坎贝尔,山中真也   2009年:道格拉斯·高尔曼,杰弗里·弗理德曼   2010年:戴维·朱利雅斯 历届颁奖日期及地点   2004年:9月7日于香港会议展览中心   2005年:9月2日于香港会议展览中心   2006年:9月12日于香港会议展览中心   2007年:9月11日于香港会议展览中心   2008年:9月9日于 香港会议展览中心   2009年: 10月7日于香港会议展览中心   2010年:9月28日于香港会议展览中心
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等离子体物理导论讲义
热度 3 DynamoChina 2011-6-3 07:44
等离子体物理讲义06_磁流体力学及静平衡.pdf 等离子体物理讲义07_磁约束与稳定性.pdf 等离子体物理讲义08_磁化等离子体波.pdf 等离子体物理讲义10_非磁化热等离子体.pdf 等离子体物理讲义14_波-波相互作用.pdf 等离子体物理讲义13_波-粒非线性效应.pdf 等离子体物理讲义12_碰撞算子BBGKY理论.pdf 等离子体物理讲义11_磁化热等离子体.pdf 等离子体物理讲义09_RMHD与磁重联.pdf 等离子体物理讲义08_磁化等离子体波.pdf 等离子体物理讲义07_磁约束与稳定性.pdf 等离子体物理讲义06_磁流体力学及静平衡.pdf Bellan_FundamentalsPlasmaPhysics.pdf 等离子体物理讲义01_等离子体基本性质.pdf 等离子体物理讲义02_电磁场中的带点粒子.pdf 等离子体物理讲义03_绝热不变量磁约束.pdf 等离子体物理讲义04_动理学理论矩方程.pdf 等离子体物理讲义05_冷等离子体波.pdf 课程编号: 312019Z 课时: 40 学分: 2.0 课程属性: 专业基础课 主讲教师: 马石庄 课程名称: 等离子体物理导论10-11春季 教学目的、要求 等离子体是物质的第四态,虽遍及宇宙空间,在地面上却不能自然存在。人类在对太空不懈探索的同时,寄厚望于受控热核聚变以免遭化石能源枯竭的困境,这一切都有赖于等离子体物理学的进展。 本课程是等离子体物理、空间物理、天体物理以及核物理与技术专业研究生的基础课,同时也可作宇航科学与工程、电子与通讯、材料科学与技术等专业研究生的选修课。 本课程采用国际著名的教科书为教材,讲解等离子体物理学的基本概念、基本原理和描述问题和分析问题的基本方法;强调物理概念和物理原理,也做必要的数学描述和基本推导,为学生的进一步的自主学习勾勒一副知识地图。 预修课程 普通物理,高等数学; 教材 Bellan, Paul M., Fundamentals of Plasma Physics, Cambridge University Press ,2004. 主要内容 第一章 绪论(1)等离子体在自然界的存在,等离于体的定义,温度的概念,Debye屏蔽,等离子体参数,等离子体判据 第二章 单粒子运动(2)均匀的电场和磁场,非均匀电场,非均匀磁场,随时间变化的电场,随时间变化的磁场,导向中心漂移,绝热不变量 第三章 作为流体的等离子体(2) 等离子体物理学与普通电磁学的关系,流体运动方程,垂直于磁场的流体漂移,平行于磁场的流体漂移,等离子体近似 第四章 等离子体中的波(3) 波的相速度与群速度,等离子体振荡,电子等离子体波,声波,离子波,等离子体近似的有效性,离子波和电子波的比较,垂直于磁场的静电电子振荡,垂直于磁场的静电离子波,下杂化频率,的电磁波,垂直于 的电磁波,截止和共振,平行于 的电磁波,磁流体波,磁声波,基本等离子体波与CMA图 第五章 扩散和导电性(3) 弱电离气体中的扩散和迁移,扩散引起的等离子体衰变,稳桓态解,穿过磁场的扩散,完全电离等离子体中的碰撞,单流体MHD方程,完全电离等离子体中的扩散,扩散方程的解,Bohm扩散和新经典扩散 第六章 平衡和稳定性(3)磁流体平衡,β的概念,磁场进入等离子体的扩散,不稳定性的分类,双流不稳定性,“重力”不稳定性,电阻漂移波 第七章 动理学理论(2) 分布函数的意义,动理学理论方程,流体方程的推导,等离子体振荡和Landau阻尼,Landau阻尼的意义及物理论证,BGK和Van Kampen模,离子Landau阻尼,磁场中的动理效应 第八章 非线性效应(2)等离子体鞘层, 离子声激波,有质动力,参量不稳定性,等离子体回波,非线性朗道阻尼,非线性等离子体物理方程 参考用书 1. Francis F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol.1 Plasma Physics, 2ed Edition, Springer, 2006. (第一版中译本,陈,F.F., 等离子体物理学导论, 人民教育出版社, 1980.) 2. Boyd, T. J. M. Sanderson, J.J., The Physics of Plasmas, Cambridge University Press /世界图书,2003.(中译本,科学出版社) 3. Bittencourt, J. A., Fundamental of Plasma Physics, 3rd Edition, Springer 世界图书,2004. 4.Gurnett, D. A. Bhattacharjee, A., Introduction to Plasma Physics with Space and Laboratory Application, Cambridge University Press, 2005. 5. N. A. 克拉尔,等离子物理学原理,超星图书馆. 7. 郑春开,等离子体物理,北京大学出版社,2009. 8. 胡希伟,等离子体理论基础,北京大学出版社,2006..
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天体物理模块
metanb 2011-3-17 03:59
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方先生真的老了
热度 1 jiangxun 2010-12-15 09:57
作者:蒋迅 看到一张方先生的近照,真的老了。大家知到他吗?原科技大物理系教授。他最近到位於奥斯陆的理论天体物理研究所讲了一次暗物质。如你能上文学城的话,可以看 他的文章 。
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参加与沙库拉(щакура)教授座谈的总结
qianlivan 2010-3-31 14:12
周一(2010年3月29日)上午去东单新闻大厦俄罗斯新闻中心参加了和沙库拉(щакура)教授的座谈。这样的经历很奇特,因为通常这样的活动都会安排在大学或者研究所的。这次座谈会的主题是吸积盘理论的来历和现状,语言是俄语,有中文翻译。首先是沙库拉教授讲述他开始吸积盘理论研究的经历。 沙库拉教授出生在前苏联白俄罗斯苏维埃共和国的一个小村庄,1963年考上莫斯科国立罗蒙索诺夫大学(莫大)。那时苏联的原子弹之父泽尔多维奇(Зэлдович)院士时常在莫大进行一些科学前沿讲座,每次讲座完都会问有没有同学感兴趣和他一起进行相应的研究。通常泽尔多维奇院士讲的都是激波方面的内容,但是某一次他讲到了吸积。讲座之后他问当时的沙库拉教授是否对此有兴趣。当时沙库拉教授来吸积这个词都不认识,他对激的波结构倒是很清楚。回去查阅了一些当时有的文献之后,沙库拉教授觉得很有意思,于是开始从事了吸积方面的研究。 刚开始吸积的研究被认为是纯理论的,不像激波那样直接和核弹有关。但是不久之后,2002年诺奖得主贾科尼( Giacconi )教授领导的小组发射的火箭发射了太空的X射线。有理论认为这些X射线来源于物质向中子星吸积。这个概念在当时比较新颖因为当时认为很少有天体可以吸积。通常的恒星(例如我们的太阳)有星风,在这种条件下是不会有物质吸积的。而1960年代发现的射电脉冲星一般是单星,也没有吸积。当时还没有发现双星系统中的脉冲星,人们认为双星里没有中子星。 如果双星中的一颗星是中子星,那么由于有角动量,吸积物质会形成一个吸积盘,盘中的物质有较差转动,如果物质有粘性,盘会升温,发出X射线辐射。 在1972年沙库拉教授和苏尼亚耶夫(суняев)教授快结束吸积理论的工作的时候,美国发射了Uhuru(斯瓦西里语:自由)卫星,这颗卫星观测到了来自双星的X射线!这就是中子星和黑洞吸积产生的现象。其中Her(武仙座)X1是中子星吸积系统,Cygnus(天鹅座)X1是黑洞吸积系统。中子星的吸积可以使中子星表现为X射线脉冲星。此外,活动星系核、类星体中的超大质量黑洞也会吸积。我们银河系中也有超大质量黑洞,但是吸积活动不强。到现在,发现中子星和黑洞已经快40年了。 吸积盘理论的一个问题是粘性。我们发现通常那种层流粒子交换产生的分子粘滞太小,不能产生吸积。所以我们当时认为吸积盘中应该有湍流和/或磁场。 几年前,沙库拉教授和他的学生研究了非稳态的吸积过程,结果2008年发表在了AA杂志上。但是现在我们对粘滞的本质仍然不清楚,之前我们只是在理论中唯像地放入了一个粘滞参数\alpha。现在大家认为Parker和Chandrasekhar发现Balbus和Hawley发展的磁转动不稳定性理论解释了粘滞的本质。观测方面已经相对性喷流以及河内的微类星体。这些都是需要深入研究的。 沙库拉教授介绍完吸积理论的来历和现状之后就是提问环节了。 高能所王建明老师问:实验室能否验证\alpha盘? 沙库拉教授回答:有可能。非稳态磁场,电子加速在太阳中能观测到(日冕中),地球磁层中也有一些现象。此外,用微引力透镜也有可能直接观测到吸积盘。(笔者注:这个地方我想有可能翻译把意思翻译错了,把实验翻译成了观测。) 天文台的陆由俊老师问:活动星系核的X射线有没有什么解释? 沙库拉教授回答:这个可能得先有一个完整的模型才行。 听众甲问:教授,这种研究对生活有什么积极意义? 沙库拉教授回答:100多年前伦琴( Rntgen )发现X射线的时候大家也只是觉得好玩,后来才有实际用处,上个月我摔折了胳膊还是靠X射线诊断的呢。很多年前法拉第(Faraday)发现电磁感应的时候,也是有很多人问有什么意义。现在当然大家知道有什么意义了。所以也许在很远的将来,我们会知道这些研究有什么意义。当然一个意义是告诉大家,黑洞危险,请勿靠近!(笑声) 笔者问:是否有一个不为人知的俄文文献的世界? 沙库拉:我的第一篇吸积盘文章以俄文发表,1973年以英文在AA发表,目前这是引用次数最多的天文文章之一。我们年轻的时候不重视引用的问题,但是现在大家都重视了,现在的文献在ADS上都能查到,而且现在几乎所有俄文杂志都会同时翻译成英文的了。 听众乙问:5GeV到数TeV辐射是否来源于喷流? 沙库拉教授答:嗯,这个是目前还是很奇怪的现象。 听众丙问:教授,我们南开大学的学生能不能去莫大念书,有什么条件么? 沙库拉教授答:我1960年代上莫大的时候,那时的中国留学生很多,而且学校给他们的补助比其它国家的留学生要多。苏联解体以后,莫大成为了类似私立大学,学习是要收费的,所以现在上莫大唯一的问题是钱(笑声)。 沙库拉教授和苏尼亚耶夫教授1973年吸积盘理论的文章
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全球关注--学者(天体物理.计算.应用数学)
metanb 2009-10-1 15:54
James M. Stone 普林斯顿大学 天体物理科学系教授 ,普林斯顿大学 应用与计算数学计划核心成员 。主要研究领域是应用计算方法来研究有关天体物理系统的流体动力学。Stone教授发表的 文章列表 (列表中带绿色标签的可以全文下载哦)。在 这里 有他的照片。 Weinan E (鄂维南) 普林斯顿 大学数学系教授 ,普林斯顿大学 应用与计算数学计划核心成员 。研究工作主要以研制计算机算法为手段来解决科学与工程中的随机与多尺度、多物理问题。 范淑琴 女,1978年出生,1997年5月入党,解放军信息工程大学信息安全教研室教授。参与完成国家和军队重大研究课题6项,在国际重要刊物上发表学术论文10余篇。有关研究成果曾在2002年世界数学家大会上宣读并发表,攻克了国际数学难题汉森穆伦猜想。
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美妙的涡旋星系
热度 1 zdwang 2009-7-25 13:04
美妙的涡旋星系
王 振 东 哈勃空间望远镜( Hubble Space Telescope )是以天文学家哈勃为名,在轨道上环绕著地球的望远镜,由美国宇航局和欧洲航天局共同管理。其位置在地球的大气层之上,所以获得了地基望远镜所没有的好处:影像不会受到大气湍流的扰动,视相度很高,又没有大气散射造成的背景光,还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。 哈勃空间望远镜于 1990 年发射之后,已经成为天文上最重要的仪器,填补了地面观测的缺口,帮助天文学家解决了许多根本问题,对天文物理有了更深入的认识 。 哈勃望远镜拍摄到了许多很美妙的涡旋星系照片,让我们认识到在宇宙中还存在那么多姿多态的星系。现将笔者收集的一些涡旋星系照片,列出来供大家欣赏。哈勃望远镜所拍摄到的每张远处的太空图像,实际上是 x x x x 光年前的,现在应又该有变化了,但是这些涡旋星系图像己说明涡旋状态是星系存在的常态之一。 注: Vortex 过去曾译为“旋涡”,现根据全国自然科学名词审定委员会公布的《力学名词》,译为“涡旋”。
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宇宙之网
eloa 2009-2-19 10:16
Shea 发表于 2009-02-16 10:52 Adrian Cho 文 Shea 译 融合了天文学、天体物理学以及宇宙学,科学家们正在探测我们所处的这张宇宙之网。 :星系团暗示着其中有暗物质的存在。   整个宇宙就像一张复杂的网,所有的恒星和星系都附着在它之上。诗人们也许会因此吟唱,但是在这些华丽的诗篇中却保藏着科学家们对宇宙的认识。揭开这张宇宙之网将会是天文学家、天体物理学家和宇宙学家们的下一个巨大挑战。   宇宙之网是构筑宇宙的框架。它主要由占宇宙物质85%的暗物质构成,但是这些暗物质除了引力作用之外不存在其他任何的相互作用。在宇宙逐渐演化的过程中,出现了巨大的由物质聚集形成的纤维状结构。在其中落户的星系与恒星,它们发出的光芒打破了黑暗的寂静。更为神奇的暗能量则驱动着宇宙加速膨胀,影响着宇宙之网的演化。   这就是宇宙的宏观图像。现在科学家们正打算深入其中的细节。暗物质和暗能量的性质是什么?宇宙之网是如何精确组织的?宇宙之网张开的范围从单个星系一直延伸到了可观测宇宙的边界。它的演化描绘着我们今天看到的、一直可以追溯到大爆炸的复杂性。同时它也在简约的宇宙学理论和丰富多彩的星系、星系团天体物理学之间架起了桥梁。   对我来说,下个15年天文学和天体物理学中真正激动人心的事情就是认识我们看到的这张宇宙之网,2007年12月聚会商讨宇宙之网探测未来的106位科学家之一、加拿大多伦多大学的天文学家霍华德叶(Howard Yee)说,但我们目前还无法告诉你,在某个时刻这张网中的某个星系究竟有多大。   探测宇宙之网的过程正改变着天文学的面貌。美国芝加哥大学的天文学家迈克尔格莱德斯(Michael Gladders)说,科学家们正在用全新的眼光来看待星系。我们将看到经典天文学在光学和红外波段观测遥远的天体的复苏,唯一不同是我们现在一次能同时观测几百万个目标,格莱德斯说。 宇宙的组成   10年前,由于需要额外的引力来束缚星系,因此绝大多数的理论家都同意暗物质的存在。随后紧接着的三个观测帮助宇宙学家们明确了宇宙的精确组成。   1998年,两个小组使用Ia型超新星爆发来测量宇宙的膨胀。让他们惊讶的是,和预计的减速膨胀相反,他们发现宇宙正在加速膨胀。   与此同时,天文学家们也正在进行星系巡天。作为2度视场星系红移巡天的一部分,天文学家们使用澳大利亚新南威尔士的3.9米英澳望远镜测量了约22万个星系的三维空间位置。这个计划从1997年开始一直持续到了2002年。另一方面,1998年启动的斯隆数字巡天使用美国新墨西哥州的2.5米望远镜精确测量了80万个星系。这些巡天的结果会帮助科学家们了解把星系束缚到一起的暗物质和把它们拆散的暗能量之间的相互作用。   之后的2003年,美国宇航局(NASA)的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)通过观测宇宙大爆炸的余辉微波背景辐射,为我们带来了婴儿宇宙的图像。宇宙被认为始于无穷大的密度和温度,随后瞬间膨胀增大了100倍。在这个被称为暴涨的阶段之后,宇宙便放缓了膨胀的速度。40万年后,宇宙进一步冷却,使得质子和电子形成了氢原子。这一转变释放出了被束缚的光子,随着宇宙的膨胀它就成了今天我们观测到的温度为2.725开的微波背景辐射。   微波背景辐射并不是完全均匀的。暴涨在新生的宇宙中放大的无穷小量子涨落最终成为了宇宙之网中纤维结构的种子。量子涨落同时还造成了微波背景辐射的温度在全天的跨度上出现0.001%的变化。通过分析这一温度起伏并且结合超新星和星系团的观测数据,WMAP的科学家惊奇地发现,宇宙由73%的暗能量、23%的暗物质和4%的普通物质组成,同时还得出宇宙的年龄为137亿年。 :微波背景辐射和所对应的星系分布。   由于涨落足够大利于测量,同时它又很小利于研究,因此微波背景辐射真是天赐良机,NASA戈达德航天中心的宇宙学家盖瑞辛肖(Gary Hinshaw)说,你可以立刻从涨落的谱中得到有关参数。但是很多问题依然还不清楚,美国芝加哥大学的宇宙学家爱德华库伯(Edward Kolb)说。我们大致的图像是正确的,他解释道,但是对于星系如何形成、如何相互作用的细节以及星系并合的重要性等问题还有待进一步的研究。 身处玻璃鱼缸   科学家们希望可以由近到远、从现在到过去地追踪宇宙之网。尽管我们已经能观测到来自大爆炸之后40万年的辐射,但是我们也已经开始探测我们附近的宇宙之网。因此我们有一点像是鱼缸中的金鱼,既能看到污迹斑斑的玻璃又能看到身边的城堡。而两者之间的正是有待发现的。   科学家们正在绘制位于暗物质纤维结构上的星系。2005年,他们在星系的分布和微波背景辐射之间建立起了联系。在原子形成前物质进入原初涨落的时候,质子会撞击光子,形成海啸般扫过宇宙的声波。根据在微波背景辐射中留下的印记,这些波在原子形成前大约传播了10万个秒差距,相当于32.6万个光年。   随着宇宙膨胀了1000多倍,长度结构也会显现在星系中。美国宾夕法尼亚大学宇宙学家拉维沙斯(Ravi Sheth)说,根据斯隆巡天的结果,通过比较星系之间的距离,科学家们发现对于某一个给定的星系随着和它距离的增加发现另一个星系的概率也会增加。对这一重子声速振荡的更精确测量将会为科学家们提供另一条研究宇宙膨胀、揭示暗能量属性的途径。   同时科学家们也在通过对星系团的计数来探测宇宙之网,这些星系团是单个星系落入巨大暗物质团块而形成的。星系团的尺度和数量可以揭示出暗物质的分布。同时,暗能量的拉伸效应则会抑制大质量团块的形成。因此加拿大多伦多大学的叶说,统计不同红移、不同大小的星系团的数量有望揭示出这两者的性质。   此外他还说,使用光学和红外望远镜能较为容易的观测到星系团。这是因为星系团中的星系通常都较为年老,且其中充满了红巨星,它们会发出相同颜色的光。因此根据星系的颜色,天文学家们就能立刻区分出一个星系是否隶属于某个星系团以及这个星系团的红移。使用这一技术,叶及其红色序列星系团巡天计划的同事利用夏威夷的加拿大-法国-夏威夷望远镜已经观测了1000平方度的天空,发现了2万个星系团。   通过观测暗物质纤维结构的引力对遥远星系影像的扭曲,科学家们正在试图发现它们。美国宾夕法尼亚大学的宇宙学家盖瑞伯恩斯坦(Gary Bernstein)说,被称为弱引力透镜的这一技术使得科学家们可以直接探测暗物质团块,而不必去寻找位于这些暗物质团块中的恒星和星系。   由于弱引力透镜效应,星系因此会看上去倾向于整齐排列,就像是鱼群中的鱼。2000年科学家第一次观测到了这一现象,而2007年美国加州理工学院的天文学家理查德梅西(Richard Massey)及其同事则又往前迈了一大步。利用哈勃空间望远镜拍摄的50万个星系,他们把位于3个不同距离上的引力透镜星系和宇宙之网的大致三维结构进行了对比。伯恩斯坦说,科学家们希望能在更大的范围上进行类似的三维研究。 另眼看宇宙   使用光学和红外望远镜观测星系并不是研究宇宙之网的唯一途径。射电天文学家通过观测微波背景辐射中的斑点也能发现星系团的踪迹。这些宇宙微波背景辐射中的斑点是由苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应造成的。加拿大蒙特利尔麦克吉尔大学的天体物理学家马特道布斯(Matt Dobs)解释说,当背景辐射中的微波光子与星系团里高温电离气体中的电子发生碰撞的时候,会改变光子它的能量,暴露星系团的位置。他进一步说,由于这一效应并不依赖于星系团自身的亮度,这将有助于发现那些更暗弱、更遥远的星系团。   到目前为止,绝大多数的观测已经探测到了由已知星系团造成的这一效应。但是由8架3.5米射电望远镜组成的苏尼阿耶夫-泽尔多维奇阵正在6平方度的天区分全盲搜索新的星系团。同时,位于智利的6米阿塔卡马宇宙学望远镜和10米的南极望远镜也将分别扫描200和4000平方度的天空,它们将发现数千个星系团。   星系并不是科学家们的唯一选择。绝大多数的普通物质并不在恒星和星系中,而是位于巨大的中性或电离气体云中。天文学家通过观测天上的灯塔类星体来探测这些中性氢云。不管什么时候只要类星体发出的光穿过中性氢,其中的一部分就会被吸收,并且在光谱中体现出来。美国卡内基研究所天文台的天文学家迈克尔劳奇(Michael Rauch)说,吸收发生的波长可以反映出中性氢云的红移,吸收的宽度可以揭示出它的温度,吸收的深度则可以告诉我们星云中气体的含量。通过研究大量的类星体,科学家们希望借此能描绘出这些气体在宇宙之网中的分布。   科学家们也许还能更进一步。当原子中的质子翻转的时候,中性氢会在21厘米的波长上发射出射电辐射。天文学家们想通过它来探测宇宙年龄小于10亿年时中性氢的分布,那时第一代恒星正在形成。但是,为了做到这一点,他们将需要使用计划中的一平方千米阵(SKA),这个阵将由几百架射电望远镜组成,计划在下一个十年在澳大利亚或者南非建成。 我们成团的近邻   星系形成于宇宙之网的小型节点中,科学家们正在试图搞清楚它们是如何形成的。因为星系中暗物质占主导的图像很模糊,因此搞清楚这个问题十分重要。在大尺度上暗物质模型与观测符合得很好,美国哥伦比亚大学的天体物理学家凯瑟琳约翰斯顿(Kathryn Johnston)说,但是在小尺度上就存在一些问题了。例如,数值模拟预言银河系应该拥有比目前观测到的更多的小型卫星系。   目前天文学家们对星系的形成知之甚少,在他们的数值模拟中他们仅仅让暗物质在其中演化,只是到最后才把星系画到暗物质团块和节点中去。为了填补认识上的空白,天文学家们正在研究我们自身银河系。银河系是唯一一个我们能获得其中恒星位置和速度三维数据的星系,美国伦斯勒理工学院的天体物理学家海蒂纽伯格(Heidi Newberg)说。 :星系碰撞。现在认为,类似银河系这样的大型星系都是通过小型星系并合而形成的。   银河系中的绝大部分恒星都位于银河系的薄盘中,而同时薄盘被暗物质晕所包围。科学家们曾经认为这个晕是平滑的,其中的恒星也是均匀分布的。在过去的十年中,正是由于斯隆巡天对恒星的研究才使我们逐渐转变了观点。当我们不断挖掘数据,我们就会看到越来越多的成团性,纽伯格说,它们到处都是,大小不一,有的甚至还能贯穿整个天空。   纽伯格说,因此晕看来只能是通过小型星系并合所产生的。当小型星系掉入银河系的时候,银河系的引力会它们身上拉出一条潮汐星流,例如人马座星流。通过测量恒星的位置和速度,科学家们可以从统计上确定哪些恒星属于星流。而通过比较这些恒星的化学组成,它们就可以被更清楚地区分开。 融会贯通   最终,宇宙之网会在宇宙学和天文学与天体物理学之间架起一座桥梁。宇宙学家们渴望简化宇宙,只留下最基本的成分和规律。天文学家和天体物理学家们则试图研究天体如何演化以及它们之间是否彼此关联。总体上讲,宇宙之网把这两者网罗到了一起。实际如何还需拭目以待。从现在起的10年或者20年后,我们也许可以回过头来看它的整合作用,库伯说,但是现在我们还有一步之遥。   然而,对宇宙之网的关注正在改变天文学的基本面貌,促成了越来越大规模的巡天。例如,虽然斯隆巡天仍在继续,但是暗能量巡天计划的科学家打算使用智利中美洲天文台的4米布兰科望远镜观测5000平方度的天区、精确测量2亿个星系。从2008年起,全景巡天望远镜与快速反应系统将开始对全天3/4的天区进行巡天。同时科学家们已经提议建造口径8.4米的大口径全天巡视望远镜,通过采用30亿像素的照相机同时可观测10平方度的天区。并计划从2014年起测定30亿个星系的位置和红移。   许多项目都打上了越大越好的标签。你身处这一大潮之中,美国国家射电天文台天文学家史蒂文迈耶斯(Steven Myers)说,大规模巡天的新时代即将到来。   随着巡天计划正在变得越来越大,一些学者开始讨论观测宇宙中所有可观测的1千亿个星系。美国密歇根大学的天体物理学家、同时也为斯隆巡天和暗能量巡天工作的蒂莫西麦克凯(Timothy McKay)说,虽然宇宙总会在你面前呈现出新的神秘,但是科学家们总有一天会搞清楚它的所用重要特征。我们应该放眼未来,到那时我们可观测的宇宙将变得历历在目,他说,现在潜藏在宇宙中的未知事物将会在我们的有生之年暴露在我们的眼前。   然而,天文学家们暂时不会把所有的星系都观测完。同时,为了更深入地了解我们所处的这张宇宙之网,科学家们还有很多事情要做。
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