從引力波刷屏一窺基礎(chǔ)科學(xué)的魅力

李一一

茫茫宇宙，隱藏著許許多多不為人類所知曉的奧秘。2016年2月11日，美國LIGO（激光干涉引力波天文臺）團(tuán)隊(duì)宣布首次直接探測到引力波，這開啟了人類觀測和研究宇宙的新紀(jì)元。引力波被直接探測，無疑是21世紀(jì)人類在天文學(xué)領(lǐng)域最具里程碑意義的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。我們在驚嘆于此的同時(shí)，或許更需要思考——為何是美國人首先發(fā)現(xiàn)了引力波？

關(guān)于本專題，你可以知道的：

①什么是引力波？基礎(chǔ)科學(xué)的價(jià)值是什么？如何把火遍網(wǎng)絡(luò)的引力波運(yùn)用到作文中？

②美國科學(xué)界非常重視基礎(chǔ)科學(xué)，尤其注重培養(yǎng)公眾對科學(xué)研究特別是基礎(chǔ)研究的興趣。

科普·引力波

在物理學(xué)上，引力波是愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的一種以光速傳播的時(shí)空波動，如同石頭被丟進(jìn)水里所產(chǎn)生的波紋一樣，引力波也被視為宇宙中的“時(shí)空漣漪”。愛因斯坦提出“強(qiáng)引力場事件”可產(chǎn)生引力波，比如黑洞合并、脈沖星自轉(zhuǎn)以及超新星爆發(fā)等。引力波是愛因斯坦廣義相對論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的“拼圖”。

引力波，你好！

引力波一直都存在于宇宙之間，但人類從提出理論預(yù)測到真正捕捉到它，卻足足花了100年的時(shí)間。2016年2月11日，美國國家自然科學(xué)基金會攜同加州理工、麻省理工以及LIGO科學(xué)合作組織（LSC）的專家向全世界宣布：美國的LIGO團(tuán)隊(duì)首次直接探測到了引力波。100年前愛因斯坦的預(yù)測，此時(shí)真正得到了驗(yàn)證。對于人類乃至地球的歷史來講，100年不過瞬間，而探測到引力波的存在，則意味著人類距離認(rèn)識與揭示宇宙形成之謎又近了一步。

【速評】人類社會每一次重大的自然發(fā)現(xiàn)、科學(xué)突破，都是人類認(rèn)知領(lǐng)域的擴(kuò)展，是對世界了解深度和廣度的拓展。

科普·基礎(chǔ)科學(xué)

基礎(chǔ)科學(xué)是以自然現(xiàn)象和物質(zhì)運(yùn)動形式為研究對象，探索自然界發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，其包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)6門基礎(chǔ)學(xué)科及其分支學(xué)科、邊緣學(xué)科。人類對基礎(chǔ)科學(xué)的研究往往充滿艱難困苦和孤獨(dú)。相比于探尋“人類從何而來”等哲學(xué)問題，人類似乎更愿意用“有用”或“沒用”來評價(jià)事物。經(jīng)常有人會說，如果基礎(chǔ)研究不能帶來更快的汽車和更好用的電器，又有什么意義呢！而LIGO團(tuán)隊(duì)對引力波的探測恰恰就是一個(gè)“不實(shí)用”的基礎(chǔ)科學(xué)研究項(xiàng)目。

//無用之用是為大用//

“‘跨世紀(jì)的發(fā)現(xiàn)對我有什么用呢？”這是“引力波”這個(gè)陌生名詞刷屏后，很多人的疑惑。的確，基礎(chǔ)理論實(shí)在與眼前的生活無關(guān)。而在歐美的很多科學(xué)家和普通公眾看來，就算基礎(chǔ)科研沒有附帶的應(yīng)用成果，這些對涉及認(rèn)識宇宙、認(rèn)識世界運(yùn)行法則的研究，也是值得他們不計(jì)成本大力投入的。而這樣的科學(xué)認(rèn)知，在當(dāng)今的中國是欠缺的，因?yàn)槲覀兊纳鐣鼰嶂杂凇八賱佟钡目茖W(xué)研究。

關(guān)鍵詞：功利主義與理想主義/有用與無用/無用之用

考場速用：《莊子》中有句名言：“無用之用是為大用?！边@句話對于描述天文學(xué)領(lǐng)域中看似無用的基礎(chǔ)研究，可謂中肯之至。就以探測引力波為例，有人認(rèn)為如果該研究不能帶來更快的汽車和更好用的電器，又有什么意義呢！然而，LIGO團(tuán)隊(duì)卻愿意不計(jì)成本大力投入這個(gè)“無用”的項(xiàng)目，最終驗(yàn)證了愛因斯坦100年前的預(yù)言！反觀我們的社會，為了所謂的有用，人們都急于把自己的所作所為轉(zhuǎn)換為可以兌現(xiàn)的價(jià)值，功利主義滲透社會的各個(gè)角落……真值得好好反??！

//讀懂引力波背后的科學(xué)精神//

探測引力波不同于一般科研攻關(guān)，除了人力、物力、財(cái)力的空前投入，還在于其空前的未知——愛因斯坦的偉大猜想已經(jīng)存在了100年，但在引力波被捕捉到之前，沒有人敢斷言愛因斯坦的猜想是對的，也沒有人敢證明這個(gè)偉大的猜想。明知難為而為之，是基礎(chǔ)科學(xué)的艱難所在。然而，在成功探測到引力波后，更易于記誦的，是LIGO團(tuán)隊(duì)的一句宣言：“這就是科學(xué)，我們不挑容易的事做?！?/p>

關(guān)鍵詞：科學(xué)精神/執(zhí)著/不畏艱難/追求真理

考場速用：LIGO團(tuán)隊(duì)明知難為而為之，不畏艱難地探尋著未知的世界以驗(yàn)證100年前愛因斯坦的科學(xué)理論。他們說：“這就是科學(xué)，我們不挑容易的事做。”這種對科學(xué)的信念和執(zhí)著，比起黑洞相撞激起的漣漪，更具有穿越時(shí)空的力量。

//全球智慧的協(xié)作//

上千名科學(xué)家參與的國際合作機(jī)制，讓LIGO團(tuán)隊(duì)被譽(yù)為匯集了世界各地科學(xué)家的“最強(qiáng)大腦旗艦隊(duì)”。英國對LIGO鏡子懸掛系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)，德國提供激光技術(shù)，澳大利亞運(yùn)用光學(xué)壓縮態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法等，不同背景、不同領(lǐng)域的科學(xué)家相互啟發(fā)，相互交流，共同參與LIGO項(xiàng)目。此外，美國政府和社會更是形成了對基礎(chǔ)科研項(xiàng)目支持的合力。來自社會的支持與認(rèn)同，是LIGO團(tuán)隊(duì)取得成功強(qiáng)而有力的后盾。

關(guān)鍵詞：團(tuán)結(jié)協(xié)作/合作共贏/支持

考場速用：美國LIGO團(tuán)隊(duì)首次直接探測到引力波成了2016年春最熱門的大事件。上千名科學(xué)家參與的國際合作機(jī)制，讓LIGO團(tuán)隊(duì)被譽(yù)為匯集了世界各地科學(xué)家的“最強(qiáng)大腦旗艦隊(duì)”。不同背景、不同領(lǐng)域的科學(xué)家協(xié)同分工，塑造了這一個(gè)合作共贏的成功范例?？梢姡ハ嗪献鞑攀浅晒Φ谋Ｕ?。

人物·LIGO團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)者

//抓住尋引力波的人//

在發(fā)現(xiàn)引力波的LIGO團(tuán)隊(duì)背后，隱藏著一位傳奇人物——基普·索恩。在華盛頓舉行的發(fā)現(xiàn)引力波的新聞發(fā)布會上，基普·索恩用不多的話語和冷靜的表情，傳遞出他一貫堅(jiān)持的信念——引力波遲早會被發(fā)現(xiàn)。如果不是基普·索恩的堅(jiān)持，引力波探測計(jì)劃很有可能只是一篇紙上談兵的論文，美國國家科學(xué)基金會也不會愿意為此“燒掉”數(shù)十億美元。正是因?yàn)榛铡に鞫鞯膱?jiān)持，他才成了抓住引力波的人。

【微評】信念是一種使人執(zhí)著向前走的品格，也是生命的動力與奮斗的目標(biāo)?；铡に鞫饔盟膶?shí)際行動告訴我們，堅(jiān)持信念，理想之船方能駛向成功的彼岸。

鏈接·引力波探測的中國腳步

//打“太極”彈“天琴”//

LIGO團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)讓我國科學(xué)家對本國的引力波研究充滿期待。中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員胡文瑞院士說：“如果說引力波是一首宇宙交響曲，那么LIGO團(tuán)隊(duì)的成果只是一個(gè)序曲，主樂章還在后頭?！蹦壳爸袊囊Σㄑ芯恐饕袃蓚€(gè)方向，一是“太極計(jì)劃”和“天琴計(jì)劃”，這兩個(gè)計(jì)劃都是要去太空探測引力波的；二是“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”，該計(jì)劃目標(biāo)是在地面探測原初引力波?！鞍⒗飳?shí)驗(yàn)計(jì)劃”的負(fù)責(zé)人張新民認(rèn)為，中國是一個(gè)大國，在探測引力波領(lǐng)域不能空白。他說：“我們必須抓緊創(chuàng)新而不是跟蹤，做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。”

【微評】“太極計(jì)劃”“天琴計(jì)劃”“阿里實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”承載著中國的科研夢，是大國崛起必不可少的組成部分。我們始終堅(jiān)信，中國科學(xué)家有能力在探索未知世界的道路上展現(xiàn)我們民族的智慧和才華。