诺贝尔物理学奖得主基普·索恩:未来几十年是宇宙探索的转折点

基普·索恩(左二) 图片来源:每经记者 唐俊 摄

2014年,诺兰导演的科幻电影《星际穿越》上映。伴随着荧幕上的时空穿梭,黑洞、虫洞、引力波、奇点、相对论等高深的物理学词汇,成为大众讨论的热点。

《星际穿越》是一部相当成功的电影,被认为在很大程度上符合物理学定律,甚至电影中出现的黑洞形象,与之后人类实际观测到的黑洞非常相似,这很大程度上归功于电影的科学顾问基普·索恩。

11月4日,在2024腾讯科学WE大会“引力:科学与艺术的思想漫谈”沙龙现场,索恩谈到,《星际穿越》是他职业生涯的转折点。他从实验室走向艺术领域,拍完电影后又发表了诗集,现在还想写一本小说,“小说背后的灵感可以来自于我和霍金之间的讨论内容”。

基普·索恩与斯蒂芬·霍金是好朋友,两人都执着于思考宇宙深处的问题。霍金在黑洞研究方面作出巨大贡献,索恩则是引力波研究的先驱,并因此获得诺贝尔物理学奖。

这是疫情之后索恩第一次来到中国,他在成都科幻馆与上百名学生和科学爱好者,开启了一场关于科学与艺术的漫谈。已经84岁的他依旧精神矍铄,仍然对宇宙充满了热情。

“艺术帮我更好地理解物理”

当主持人问到“谁是被科幻小说启发从而走上了科研道路”时,索恩毫不犹豫地举起了手。他去年还读了中国作家刘慈欣的《三体》,并称这是他最喜欢的科幻小说之一。

但实际上在很小的时候,索恩想成为一名除雪车司机,“世界上最厉害的事就是开着除雪车把雪堆成三米高的小山”。后来随着对物理学的接触,以及阅读了各种科普和科幻书籍,他爱上了宇宙。

索恩一路学习,在25岁时获得了普林斯顿大学物理学博士学位,30岁成为加州理工学院教授。他的主要研究方向是引力波相关问题,简单来说,就是当两个质量大的天体(如黑洞或中子星)相互绕转时,会使周围的时空产生扭曲,以波的形式向外传播。

引力波最早是爱因斯坦在1916年基于广义相对论预言的,如果证实引力波存在,将为天文学和宇宙学提供了一种全新的观测手段,并且可以帮助科学家探测黑洞和中子星,这对于理解宇宙的结构和演化具有革命性的意义。

1984年,索恩和另外两位科学家共同创立了激光干涉仪引力波观测项目(LIGO),31年后的2015年,LIGO首次探测到引力波。因为此项成就,索恩和另外两位科学家获得了2017年的诺贝尔物理学奖。

索恩花了大半辈子的时间研究天文物理,但在70多岁的时候又开启新的人生。他希望转向科学与艺术的交叉领域,加入了《星际穿越》剧组担任科学顾问,为电影呈现最终的科幻画面提供了诸多科学支撑。

就在《星际穿越》上映一年多后,索恩团队宣布探测到引力波。导演诺兰得知该消息后立马给索恩打电话约他见面,他们在诺兰家聊了两个小时,诺兰很后悔在电影中弱化了引力波,要是聚焦在引力波上电影就会完全不一样。

索恩不仅涉足电影领域,还参与了音乐会的制作,出版了诗集,甚至还想写小说。索恩在we大会现场分享的插画,不少是他的艺术家朋友绘制的。“我一生教物理教了50多年,当我退休后,想要跨界尝试不一样的东西。”

那些插画,很多都是索恩在做科研时浮现在脑海中的画面。“我现在不再以数学公式、理论的方式去思考科学,而是以画面、艺术的方式来思考物理和宇宙。物理和视觉化之间的关系非常紧密,艺术也帮助我更好地理解物理。”

天体物理学家张双南好奇,索恩认为自己对艺术和科学的贡献哪一个更重要。他的回答是,都不重要,最大的贡献是教过的学生,学生们比他做的贡献更大。“我团队中很大的发现是来自于我的学生,并不是来自于我个人,所以我非常自豪。”

索恩也毫不避讳自己的“弱点”,在学生时代,他觉得别的学生更聪明,而自己的脑子转的很慢。所以他有很多笔记本,重要的东西全都写下来,用“笨办法”超越了“聪明人”。

未来几十年是宇宙探索的转折点

电影《流浪地球》的导演郭帆现场向索恩提出了一个问题:埃隆·马斯克曾说,这个世界是真实的几率低于亿万分之一,您认为这个世界是真实的概率是多少?

索恩说,在多年前诺兰的生日派对上,马斯克也问过他这个问题,我想了想之后说,“马斯克认为也许我们每个人都寄住在一个模拟的世界当中。没错,也许有这样的一个可能,我们现在的世界都是模拟的。”

“但如果一个文明高度发达,可以模拟出我们的宇宙,给我们带来了这么多非凡的体验,那他们为什么要这样做?背后的动机是什么?他们可以做很多别的事情,没有必要模拟人类和地球吧。”索恩说。

这些关于宇宙起源的本质问题,已经84岁的索恩仍在思考。索恩认为,虽然引力波已被探测到,但科学家还没有完全理解,当我们真正理解引力波时,也就迎来了宇宙探索的转折点。

他认为,未来几十年我们会探测到原初引力波,这些引力波是宇宙大爆炸不久后产生的,携带着关于宇宙早期状态的信息。原初引力波表现为两种形式,一种波长非常长,穿过了几亿年甚至几十亿年,一种长度非常短,只有几秒钟。

“我猜2050年应该会有相关的技术,可以检测到这样的引力波。这两种引力波是完全不同的,会给我们带来很多洞见。”他说。

畅想更遥远的未来,索恩对星际航行充满期待。“我活着的时候肯定看不到了,但我们需要这种想象力,同时要找到新的理论,也需要技术的支撑。”

“我们需要把目光放长远一点,现在的科学探索可能只是想看未来50年能做什么,关注比较现实的技术,但我也想鼓励学生们,想象一下遥远的未来会发生什么。”索恩说。

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