【天文云大会·问答视频】计算机能否模拟宇宙的形成
天文云大会·延伸阅读
问答视频
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文字版
Q
您认为通过虫洞进行时空旅行可能吗？你讲到黑洞，非常迷人。还有另一个叫白洞的概念，应该还有另一个什么“洞”将白洞和黑洞连接起来。您认为未来可能通过这个洞人们可以进行时空旅行吗？到达非常远的空间，比如几十亿光年以外，您认为可能吗？谢谢！
何子山
你的问题很好。你的问题是白洞和虫洞是否存在？理论上讲，答案是肯定的。事实上上个月墨子沙龙请到的Kip Thorne写了一本这方面的书，但科学家认为这只是一个理论想法，很可能根本不能在实验上证明。原因是白洞的存在就是黑洞的时间反转的版本。白洞不但不会把物质吸进去，反而会喷射出物质。
根据理论，要使这种天体存在，里面连一个原子都不能存在。如果存在任何物质，它就会立刻坍缩成黑洞。所以自然界中非常不可能满足这种条件。但假如它们真的存在，如果可以通过所谓的虫洞将黑洞和白洞连接起来，当然就可以穿越到完全不同的时空，包括时间旅行也有可能。
再次声明我不是这方面的专家，但专攻这方面的专家说这些天体极不稳定。即使虫洞打开，也仅仅持续一个普朗克时间的尺度，10的-32次方秒。如果想持续足够更长的时间来迅速挤进去，就像开车或开宇宙飞船一样，就需要让它一直打开。但是保持打开状态需要叫做反引力的东西。所以我认为只可以在数学上实现这些假设。而现实中，我认为大部分科学家都不会花费职业生涯等待奇迹出现，但这个想法很好。
潘建伟
其实上个月我女儿也问Thorne教授关于虫洞的同样的问题。但对我来讲，虫洞的概念是不是违反了局域因果原理。我是说在物理上讲，局域因果律是物理中的终极原理之一，那么这种情况下怎样理解虫洞呢？
Thorne教授没有正面回答，他说也许可能，而没说真的可能。对，他只说很可能可以。我也跟其他人多次谈起，大家都说虫洞很可能只存在理论中，但不能真正被物理原理接受。我不明白，你怎么看？
何子山
我也不知道。对我而言，我是非常实际的实验物理学家。如果不能做实验，甚至是思想实验，那就不再科学的范畴里了。所以物理学中很多想法很大胆，可能不能用实验证实，所以我也不知道该说什么，但是我真的不会花时间在这方面做实验。
Q
两个中子星碰撞的时候，这个过程当中有没有中微子发射，如果有中微子发射的话，目前理论上认为中微子还是有质量的，它到达地球上速度毕竟有一点区别，尽管很接近光速。我们说伽玛射线、引力波到达的时间，和中微子到达的时间有没有什么区别，因为距离很远嘛，这次事件距离我们到底有多远？
戴子高
你刚才提的问题非常好，两个中子星并合的时候，确实有大量中微子辐射，因为在并合的过程中，里面的温度非常高，所以可以有10个MeV以上的中微子出来，而且人们在1989的时候就已经计算过确实有大量的中微子出来，但是它离我们太远了，观测中微子也非常难，等中微子距离我们相当于40 Mpc的距离，到我们这儿的时候流量已经非常得小了。
这次中微子探测器有观测，但没有观测到中微子辐射，它距离我们还是太远。其中有一次中微子辐射相当的辐射是1987A，那一次超新星爆发，离我们只有50几个Kpc，比这次小3个量级的距离，那一次探测到了中微子，但这一次距离远3个数量级，所以最后没有探测到。
将来如果在我们更近的地方，能够探测到中微子，能够探测到引力波辐射，还能够探测到电磁波辐射，这样我们可以对中微子的质量，对引力波的速度给出很强的限制，所以这个问题非常好。
Q
引力波现在非常热门，2015年发现到现在，2017年是多信使时代，我想问我们是怎么判断引力波源的距离的？因为我们总说引力波信号来源于多少光年之外的黑洞碰撞，LIGO是怎么判断引力波源距离我们多少光年外的，因为我们是去年才看到光学对应体，如果连光学对应体都看不到，是怎么判断这个距离？
戴子高
我们从引力波的波型，可以得到两个中子星的质量，然后根据广义相对论的理论做模拟，模拟跟引力波的波型比较，这样就可以把距离确定出来。因为有了两个中子星的质量，就可以得到引力波的强度。我们观测的是引力波的strain，根据数字模拟比对，可以把这个距离体现出来，实际上就是通过引力波的（波形）跟数字模拟比对得到距离。
Q
一直在讨论从光线、视觉、引力和辐射来观察宇宙，但是宇宙一直都是运动的，运动就有磁场，我们能不能从磁场角度观察宇宙？
毛淑德
电磁波本身就是电场和磁场产生的，磁场和电磁波还是有紧密联系的，我不知道你问的是在光以外有没有其他办法研究天体，刚才戴老师讲的可以用中微子，还有宇宙射线和引力波这样不同的手段来研究天体，这是不同的手段。但是你刚才提到磁场，磁场在天体物理里面确实随处可见，但这可以说是天体物里面的一个比较前沿的领域。
我们在很多研究里面，其实把它忽略了，但是不是真正能够忽略，这是不太清楚，比如像恒星形成啊、我们提到的星系团里面磁场到处都有，它们到底有多少作用，其实天体物理里面（还不清楚），我觉得应该有更多的研究，所以说也许你长大以后可以来研究。
Q
戴教授，在听您介绍伽玛射线暴的时候，我想到另外一个非常相似的东西，就是快速射电暴，请问两者之间的额区别在哪里？以至于我们对快速射线暴了解如此甚少，甚至关于它的形成机制没有办法给准确的答案。
戴子高
这是一个非常前沿的问题，伽玛射线暴的机制基本有很多观测的证据，表明某些伽玛射线暴产生大质量恒星的塌缩，某些产生于双中子星的并合，也有可能有其他的机制。你刚才讲的快速射电暴是当前研究的非常热门的课题，但是关于它的形成机制、产生的起源还很不清楚，基本大家都认为，可能由于它的时间非常短，持续时间只有毫秒。
所以基本一致的看法，认为它可能来自于中子星，而且是磁场非常强的中子星，但是这种中子星究竟在什么环境下产生（快速射电暴），就像我们地球上产生地震一样，究竟产生于新震还是来自于与其他东西相互碰撞，到现在为止没有任何观测证据表明快速射电暴的机制。
当然也有人提出其他一些机制，各种各样的模型都有可能，但基本的比较一致的看法，可能产生于中子星，所以现在为止没有统一的机制。
Q
我想问目前据天文学家探测，在距地球大概10万光年的地方，有一个跟地球差不多的行星，是不是因为它跟地球差不多，所以会跟地球的待遇一样呢？
毛淑德
现在天文学家已经发现了3728颗系外行星，确实越来越多的系外行星，有一些性质包括质量大小越来越接近地球，当然理论上可以算，它有可能有一些性质跟地球是比较接近的，但是很多东西是理论的计算，我们并没有观测到，比如说我们可以探测到地球的大气的成分，所以很多的结果，现在还是猜的，所以没有特别多的观测证据。
所以你说是不是跟地球一样的待遇，这个我不知道，但如果主星和太阳一样的，距离也差不多，我们可能可以猜测跟地球接近，但是没有实验上观测的证据。
Q
如果计算机可以模拟黑洞的形成，那计算机能不能模拟宇宙的形成
何子山
这个问题非常好。事实上很多模拟，特别是毛教授展示的结果，就是关于几乎整个宇宙的模拟。这些模拟不是从大爆炸开始，而是从大爆炸后30万年后开始，可以很快模拟到现在，所以已经模拟了宇宙超过130亿年的时间。这就是我们如何模拟星系、黑洞和宇宙中的任何其他东西。理论很复杂，真的需要超级计算机才能做模拟，但是已经在做了。
关于大爆炸本身，也有很多关于宇宙早期的数值模拟。里面的物理更困难，因为早期宇宙极其紧密，极其稠密，最终会涉及到量子力学，量子效应变得很重要。大家可能知道，需要用到引力的量子力学理论才能计算星系核黑洞，而引力和量子力学还没有统一，这是理解大爆炸后短时间内早期宇宙的物理前沿。
但是确实已经有很多计算机模拟尝试涉及这个问题，这也是将来一个非常好的研究领域。中国有大型计算机，我们有世界上最好的超级计算机，我想我们已经准备好做出重大贡献，或许你将来会做这些工作。
Q
想问一下戴子高教授，关于伽玛射线暴的问题，观测是为了观测对于地球的好处还是对于世界的弊处？
戴子高
对于科学家来讲，应该是对这个领域感兴趣，发现伽玛射线暴来自于宇宙的深处，甚至宇宙的边缘，发现它的能量非常非常巨大，这就要求它的物理过程非常极端，现在已经发现它应该是很极端的一种物理过程，也许将来随着引力波的观测，多信使的观测，也许伽玛射线暴可以提供一种检验极端条件下物理规律的信使，人们主要对它有研究兴趣。
至于你说伽玛射线暴对我们有什么害处，在报告里面提到，伽玛射线暴也许会导致生命大灭绝，可能恐龙的灭绝都有可能，但是不要担心，伽玛射线暴在我们银河系里爆发概率很小，大概一千万年左右爆发一次，人类究竟是什么样的演化和发展，完全不用担心伽玛射线暴对我们有什么影响。
Q
想问一下到底怎么称宇宙的重量？
毛淑德
我想有很多种办法称星系的质量，一种是武向平老师讲的用恒星的运动学，黑洞的质量可以用运动学来测量，还有刚提到的引力透镜可以用来称天体的质量，当然你问的可能是怎么来称宇宙的重量，这个有各种方法，比如刚才提到的像微波背景辐射，可以看到温度通过随着角度的变化，然后我们也可以通过模型，把观测到的pattern给重复出来，这是现在来说最精确的对宇宙里面暗物质，暗能量的重量测量的办法，当然还有其他的方法，比如用超新星爆发，它定出来的标准烛光测出的距离，也可以称出宇宙的重量。
天文学家其实是用很多种办法，很多种天体来称宇宙的重量，所以有一些细节方面，可能要等你读天文学博士会比较清楚。
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