给忙碌者的天体物理学
最后更新于2022.08.03
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宇宙没有义务让你理解。
—— 尼尔·德格拉斯·泰森
2018年的时候我曾经读过《给忙碌者的天体物理学》这本书，当时只是随便翻翻，没有刻意想要去记录什么，最近遇到了一些工作上的事情，唤起了我对这本书的记忆，随手记录下来。
这本书给我的最大启发就是：间接证据的重要性。
首先我想说的是，与其他学科相比，天体物理学这个领域实在是太独特了。
它研究的对象太远，太宏大，不可能直接研究。除了间接证据，没有其他的知识工具。
请你感受一下这些知识点：
比如，太阳内核的温度是接近2000万摄氏度。人类有测量2000万摄氏度的温度计吗？再说了，谁上去测量过啊？
还有，宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。137亿年有一次大爆炸，你咋知道的啊？有记载啊？科学家是怎么知道那些神奇的知识的呢？
答案是：间接证据。
所谓间接证据，举一个例子：光谱。19世纪的时候，物理学家发现，每个化学元素的光谱都有自己唯一的特征，随便给一堆气体，物理学家拿光一照，看看吸收光谱，就能准确判断这里面都有些什么元素。那你说，这怎么就能知道这个知识是正确的呢？不好意思，不能。本质上所有的科学知识都只是一个猜想，证据越多，就越值得相信，仅此而已。
你可能会觉得这种用间接证据的方法有点不那么实在？不，它的作用比我们以为的要大得多。
比如，1948年的时候，几个美国物理学家仅仅运用理论推测，就预言了宇宙微波背景辐射的存在。他们还推算，“宇宙微波背景辐射”的温度应该是5K。到了1964年，贝尔实验室的工程师测量到了“宇宙微波背景辐射”的温度是2.72K。你看，这就是物理学的伟大胜利。几十年前，仅仅基于间接证据和理论推演的结果，居然和实测结果近似到这种程度。
还有，你应该听说过暗物质吧？就是有些物质我们观察不到，但是它存在，而且它的总质量还是我们看得见物质的总质量的6倍。这个理论听上去就怪怪的。观察不到，你咋知道它存在的？还算得出总质量来？还六倍？对，关于暗物质，天体物理学家可以说是一无所知，但是他们认为它就是存在。为啥？因为天体物理学家在进行某些计算的时候，发现有的数字对不上，一个星系的形状和里面的运动状况，是和这个星系的物质总量有关的。但是，1937年的时候，天文学家弗里茨·兹威基仔细观察了一个星系，他发现，星系的运动速度太快了。这说明啥？说明星系内部必定还有一些我们看不到的物质，提供了多余的引力。否则没法解释这个现象。所以，天体物理学家就把这部分看不到的物质称之为“暗物质”。从那时至今，关于暗物质的研究一直在进行。
其实天文学的研究是很迷人的，下面这张照片是2019年人类历史上首张黑洞照片。
照片上的黑洞离地球有5500万光年，质量大概是太阳的65亿倍。也就是说照片上是它5500万年以前的样子，黑洞周围的空间是弯曲的。黑洞本身是不可见的，把黑洞放到放光的背景里，看到的照片就是这样。同时它也验证了爱因斯坦的相对论预言，理论和观测是互相促进的。
在此之前，天文学家们发现恒星、气体的运动透露了黑洞的踪迹。黑洞有强引力，对周围的恒星、气体会产生影响，于是可以通过观测这种影响来确认黑洞的存在，也可以根据黑洞吸积物质发出的光来判断黑洞的存在。再就是通过看到黑洞成长的过程发现黑洞。
—— 又是典型的间接方法应用。
写在最后
我们来看这一张著名的照片。1990年，旅行者1号探测器即将飞出太阳系的时候，在距离地球60亿公里的地方，美国国家航空航天局命令它回头再看一眼，拍摄了60张照片。其中的这一张上正好包括了地球 —— 就是图中那个亮点。让我们感受一下人类的渺小吧！
