从一泡鸽子屎差点毁了一个科学发现说起
原创2020-01-12 22:25

从一泡鸽子屎差点毁了一个科学发现说起

作者|周超臣

配图|本文图片皆为虎嗅拍摄


“下一个科学的时代就是你们的时代了。”Science新闻主编Tim Appenzeller在2020年1月12日下午的第二届腾讯青少年科学小会上对场下的小观众们说。


“未来的教育需要更多人携手,共同呵护每一个孩子的想象力与好奇心。只有不断得到鼓励,孩子们才能像霍金那样克服重重困难,最终发现前人未知的奥秘。这是科学发现与技术创新的基础。”马化腾在去年给科学小会写的寄语里说,“我希望,科学小会能成为一次有意义的尝试,让越来越多的孩子在这里展开想象的翅膀,追逐着好奇心,在浩瀚宇宙中自由翱翔。每一个孩子都应该为我们生活的世界着迷。”


科学小会是腾讯2019年启动的一个专门给青少年儿童们准备的科学启蒙课,邀请国内外知名的科学家、学者——去年还邀请了霍金的女儿露西·霍金——来到中国给青少年们浇灌科学梦想。


第一届科学小会是在深圳,也是在1月12日,它脱胎于腾讯已经连续举办了七届、每年11月初的腾讯WE大会,关于腾讯WE大会,虎嗅过去几年已经有太多报道,可自行搜索“WE大会”。这两年参加WE大会的观众里越来越多孩子的身影,并且每年都会有中小学生组成的小记者团采访演讲嘉宾,这也启发了腾讯做一个专门面向青少年的科普和启蒙的活动,也就有了科学小会,又称“WE小会”。


不少家长带着孩子们来到新清华学堂准备参加腾讯青少年科学小会


来听讲的这些孩子从两三岁到十六七岁不等,并且今年是亲子专场,每个小孩都至少有一位家长陪同前来一起参加。


今年邀请的8位嘉宾包括:中科院院士、“嫦娥工程”首席科学家欧阳自远,清华大学生命科学学院院长、博士生导师王宏伟,滑铁卢大学天体物理学家、“事件视界望远镜”项目组成员Avery Broderick(艾弗里·布罗德里克),哈佛大学应用数学学士、搞笑诺奖创始人、《不太可能研究年鉴》主编Marc Abrahams(马克·亚伯拉罕斯),中国科学院国家天文台副台长刘继峰,《科学》杂志新闻主编Tim Appenzeller(蒂姆·阿彭策尔),牛津大学化学博士、北京化工大学特聘教授戴伟(David G. Evans),前香港中文大学计算机科学与工程学院教授、现腾讯量子实验室负责人张胜誉。


今年科学小会的主题叫“飞跃史瓦西半径”。百科一下:史瓦西半径是任何具有质量的物质都存在的一个临界半径特征值。在物理学和天文学中,尤其在万有引力理论、广义相对论中它是一个非常重要的概念。1916年卡尔·史瓦西首次发现了史瓦西半径的存在,他发现这个半径是一个球状对称、不自转的物体的重力场的精确解。 一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。太阳的史瓦西半径约为3千米,地球的史瓦西半径只有约9毫米。


史瓦西半径不是黑洞实体半径。黑洞的半径不能直接用肉眼看,肉眼看到的是史瓦西半径。它的公示是:



跟WE大会的演化路径颇有相似之处,第一届WE大会是在深圳举办,从第二届开始就移师北京,定居在北展剧场。而科学小会同样第一届在深圳,今年就移师到了北京,地点选在了清华大学新清华学堂。如此这般,不妨以后将新清华学堂作为科学小会的永久会址,并且让这些孩子们走进清华大学,对他们来说本身就是一种激励——把考进清华作为一个奋斗目标。


腾讯可能是国内跟大学尤其是跟清华走得最近的一家企业,每次搞活动不是选在清华,就是邀请清华大学的教授作为座上宾。


一直以来,腾讯WE大会(以及科学小会)被外界视为腾讯“科技向善”的样板,它与商业无关,你甚至可以把它看作是腾讯做的一个公益,主旨是启蒙国人对科学尤其是对基础科学的认知和重视。而大力发展基础科学恰是过去两年国内共识。


在今天上午,腾讯在清华南门某酒店里,给孩子们精心准备了科学家大师班,分ABCD四个班,每个班大概有三四十个学生,由科学小会的嘉宾授业解惑——比如D班第一堂课就是欧阳自远给上的,我在现场还看到好几个参加过2019年11月WE大会的小朋友。


所有的科学探索和科学研究是探索各种未知的可能性,而搞笑诺贝尔奖创始人Marc做的事情都是在讲各种“不可能”,在回答虎嗅提出的“科学的可能和不可能二者之间的界限或者说差异是什么”时,他说:“我觉得它跟黑洞非常相似,很多时候很多可能性都会同一时间发生在同一个地方,就像是科学家的研究,大部分人都不知道的东西试图去找到一个道理合理的解读它,这个时候解读的过程可能本身就是充满疑问的。”


Marc说:“在真实情况当中,在科技界很多时候一个东西的发生就像肥皂剧一样,像电视连续剧一样,怎么开始的都不知道,有没有开始都不知道,稀里糊涂就开始了,而且大家各持己见都认为自己是对的,我认为这个过程本身是自私的,而且也是非常有意思的,意味着很多时候不可能的东西也许会成为可能,或者很多时候板上钉钉的事并没有这么板上钉钉。”


他还给虎嗅分享了一个故事:30年前诺贝尔奖物理学家发现了宇宙微波背景辐射,发现这个辐射是两个科学家,而且是非常巧合偶然的情况下发现的,他们相信这个宇宙微波背景辐射时宇宙成立最开始产生的一种辐射,一直延续至今。


他说:“这个故事很多人都知道,但是这个故事只有一部分是真的。真正的情况是怎么样的?两个科学家当时把天线拿出来要研究天文学,但是他们发现这个仪器不对劲,一直有干扰和杂音,就想可能仪器本身出了问题,事实是鸽子在上面拉了屎让这个仪器产生了干扰。这个故事听起来挺傻的,甚至有些人觉得挺冒犯的,觉得这个故事不应该是这样的,但是就是事实,这两个科学家一直觉得仪器有问题,直到问了另外一个科学家,第三个科学家才跟他们解释说为什么这个仪器出现这样的反应。”


Marc是个极其有趣的人,在回答虎嗅的问题时,他从兜里掏出一个东西塞到了我手里,告诉我我拿着的这个东西是一个袋熊的排泄物,方形的,是获得过搞笑诺贝尔奖的华裔数学家胡立德(David Hu)研究的一个东西。


网络截图


袋熊的便便样本


“你手上拿的这个东西背后有着非常复杂的数学原理。”Marc告诉我。


在下午的主旨演讲中,八位科学家严谨中不乏幽默的谈吐让人记忆深刻,甚至难分伯仲,这是我在WE大会上没有看到的。


让你的孩子上上这堂课吧,免费的。


以下是八位科学家的演讲精华,有删节,按演讲顺序,enjoy:


1. Tim Appenzeller:下一个科学的时代就是各位的时代


简介:Science新闻主编



作为一个主编,我每年可以看到非常多来自各行各业的突破与发现。


可以看到过去三个不同年份选出年度突破有哪些,怎么样做年度突破,这个过程像科学一样,我们可以看到非常多的新工具、新科技,给了科学家新的方式探索自然界。同时我们也看到了来自不同领域的专家,来自不同国家的科学家彼此合作,他们的新想法进一步推动了科学进步。

 

科技如此神奇,为什么有这么多年轻人愿意为科技付出?我们知道科技驱动经济,但科技回报不一定会来得非常快,现在的AI让智能手机变得非常智能,但这并不是来自于工程师,是来自于基础科研的结果。还有我们的锂电池让手机可以待机非常长的时间,也让电动汽车成为了可能。锂电池来自于70、80年代基础科学对材料的研究。


还有基因剪辑法CRISPR让科学家可以编辑我们基因段,这也是来自于好多年前的基础研究。那个时候我们研究病毒如何通过剪辑自己的片段得到实验。


同时我们也要研究如何抗击疾病,其中一个比较好的例子是2013年的年度突破——癌症免疫疗法,通过我们自身的免疫系统,不做手术、不吃药来抗击癌症。这也是源于基础科学,我们发现癌症病人的免疫系统会让我们身体攻击癌细胞的免疫细胞沉默,这样免疫系统没有办法很好的甄别发现癌细胞了。科学家最后发现我们可以唤醒我们的免疫系统,这样子免疫细胞就能够攻击癌变的细胞了。2013年的时候我们选出了当年的年度突破,就是癌症免疫疗法,当时是一个非常前沿的领域,现在已经进入了临床实验阶段,甚至有一些癌症已经能够被免疫疗法所治愈了。


科学也不仅仅是关于治病救人和现实应用,同时也是关于发现和探索。最迷人的其实就是听到在13亿光年之外有两个黑洞撞在一起了,在四年前发现了这样一个激光干涉引力波的震颤。激光干涉引力波天文台发现了数次引力波的碰撞,可以关注宇宙中最激进的膨胀。


科学除了突破之外,我们还有会选择三四个年度崩溃事件,因为人类发展已经主宰了整个地球,像气候变化、水污染、空气污染、物种灭绝等等,去年和今年的崩溃是看起来貌似很小的事情。在北美以及过去的五十年当中,鸟类已经减少了接近五十亿,下降了很大的比例。怎么样解决这些问题?那就是更好、更有力的科学。美国人,包括其他国家的人减少能源消耗,同时整个星球也需要更多洁净的能源,需要可以改进我们生活的一些化学品,需要更少的水、更少肥料的作物。那么谁可以给我们带来这样更好的世界?那就是科学家。



不仅仅发明创造,而且也要保持对于新的想法的乐观、好奇,拥抱这样的想法。像中国的科学家高彩霞,她很早意识到基因编辑可以很快改变作物的基因链,给我们带来新的菌种以及品种,后来通过这种方式改造了数个品种,包括抗菌的品种,这对保护中国以及世界这是至关重要的。


未来各位朋友也要追随着这些科学家的脚步去踏上自己的科学之路。下一个科学的时代就是各位的时代了,各位是科学的未来。


2. Avery Broderick:那张著名的黑洞照片是怎么拍出来的


简介:Avery Broderick是加拿大滑铁卢大学教授、拍摄全球首张黑洞照片的科学家



过去一年(我)非常高兴,非常兴奋,2019年四月份的时候跟很多的同事一起,代表300多个机构一起跟世界分享过这张图片,大家看过这张图片吗?大概45亿人看过这张图片,太不可思议了。这个图片出现在各种杂志的头版头条,也被做成了各种各样的表情。这张图定义了一个物理的重要领域,这个图像代表了什么?黑洞。


对了,这样一个非常恐怖、躲在暗处的东西,这也是爱因斯坦广义相对论的预测对象,最开始的时候我们就知道了,在(黑洞)中间有一个奇点。在这个过程中,很多的东西会塌陷,最后会达到无限高的密度。


到这儿物理似乎就终结了,因为我们不知道这之后会怎么样。那些非常完美的公式在这儿其实就解释不通了,没有办法解释奇点。这是让很多理论物理学家在过去几百年中为之痴迷的主题,像一些物理理论目前很多现象我们都还没有答案,可能在座某一位小朋友以及线上的某一位观众会因此受到启发、受到激励,去追求量子物理、量子力学以及探索爱因斯坦的广义相对论,把他们结合为一种理论让我们去解释以及理解奇点是什么。


对于我们而言幸运的是,奇点不是绝对或者是唯一定义黑洞的东西。物质在黑洞当中会塌陷,最终会形成这样一个黑洞的环形结构,同时我们可以看到这个空间的曲率也会影响物质的移动轨迹,光也会在这里受到弯曲,同时这也是一个单向通道,这是一个完美的“监狱”,这个边界是宇宙的一个非常关键的边界,如果你想保证安全的话就不要站在黑洞的里面那一侧。


当光过来的时候会受到黑洞的影响产生弯折,很多天体会影响光线,(比如)太阳就会影响,但是角度很小,但是黑洞可以让光产生一个曲的弯折,意味着在这样一个照片中我们可以看到这样一个重力透镜。在遥远之处发出来的光线,这个光子其实是会被黑洞吸进来,在我们看来我们是看不到黑洞的中间。黑洞不仅仅是在物理上一个非常神秘的东西,同时对于天文学家而言也是一个很棘手的问题,黑洞其实是宇宙当中最亮的这样一些东西的引擎。


在黑洞周围会有很多近气体以及近磁场,很多东西被吸到黑洞周围的时候,它会释放能量,产生热能,同时如果这个黑洞在转的话,也会让空间以及包括磁场产生相应的旋转,这样产生一种流出的奔流,光速喷涌而出,同时挟裹着巨大的能量。这样的一种喷流并不是偶然发生,它们主宰着整个星系的命运,它们会改变夜晚天空的样子。


实际上我们觉得这个黑洞一定是质量非常大的,它的重量可以等同一百亿个恒星的重量,这些超大黑洞产生如此巨大的热能和动能,它们甚至可以主宰它们所在的星系栖息情况,甚至是超越一百倍。


有的时候晚上睡不着我就在想,这个故事是从哪儿开始的呢?我们觉得我们也有答案,但是我们怎么样测试我们的答案是不是真的呢?黑洞是怎么样掌握这样的魔法?重力在这个过程中发挥了什么作用?爱因斯坦所说的到底对不对?



最直接的找答案的方式,其实就是去观测,去看一看在黑洞周围旋转掉进黑洞的这些东西,它们的轨迹、重力是不是以我们想象的方式发挥了作用。但是观测是很难的,为什么很难,因为黑洞非常小,我们有一个超大黑洞,在我们银河系当中,大概是太阳重量的四百万倍,但是它的直径只有2400万公里,但是距离我们是24亿亿公里。这是我们要解决的难点,为了看到银河系当中的黑洞事件,这是我们所知道的最大的黑洞。


刚才大家看到的黑洞照片是我们第二个大质量黑洞。我们面临非常多的挑战,比如说分辨率可以提到多高。大家下次走路可以看看远处的街灯,把他们当作一颗又一颗的星星,每一颗星星都是一样的,你把头往左转转,往右转转,看着这些星光跟着你的头一起转动,你看到并不是星星真实的情况。它们通过波的效应传递到眼睛当中去,你的眼睛通过看到这些光的作用来看见它们,这其实也是光的衍射作用。我往上观察星星不是看到一个光片,而是看到一个圆盘,一圈又一圈。那么这个望远镜看五千分之一高度的物体,如果分辨率够高可以看到更清楚、分辨率更高的物体。


但是就算是最先进的30米光学望远镜,这个望远镜是我家里望远镜分辨率的两千倍,我们望远镜(分辨率)还是低了一百倍,看黑洞的世界是不够的。如果用射电望远镜,你的射电望远镜分布不是有十公里这么远,而是跟地球一样大,听起来不可思议但是我们可以做得到,我们可以做地球一样(大的)射电望远镜,这就是我们为什么设计事件视界望远镜的初衷。


我们知道这个望远镜有一个叠面,它的形状是曲度的,就是要让所有到达它的光子、光线都聚焦到一点,这就是它的核心工作原理,要在一个对的时间让所有的光线聚焦。当然了,有了这样的一个望远镜、有一个叠面就可以很好地聚焦。


如果我们的望远镜分布在世界各地,我们就会有很好的数据记录,把不同望远镜搜集到的数据通过超级计算机进行整合,在电脑上生成一张黑洞的照片,这样的一个数据,在过去三十年已经为很多天文学家应用了很多年。EHT把这个技术做得更加登峰造极,不仅仅要观测,还要记录每一个望远镜所观测到的光波的变化,这意味着我们要有原子时钟,因为确保每一个望远镜(观测到的)时间是完美同步。同时我们的数据搜集数量非常惊人,每一个望远镜每一秒的数据生成是32GB,每一秒就生成一部高清电影,观测了几天之后,我们的数据硬盘加在一起可以有半吨这么重,用你们比较熟悉的语言来说,我们这么大的数据量,基本上等于你这辈子照的加上其他399999人自拍的数据。大家可以看到这个架子上一盒又一盒的硬盘,每一盒硬盘97GB,我们需要一个庞大档案室存放这些硬盘。EHT项目就有非常多遍布在全球的望远镜,把这些望远镜整合起来,他们在一些比较干燥、海拔比较高的地方,因为水蒸气会非常影响我们望远镜的分辨率。


2017年4月5日,所有的八个天文台、所有的望远镜对准一个方向,就是星座当中的室女星系M87黑洞,我们怎么做到的呢?在4月份我们找到室女星系的方向,找到了之后,看到星系里面有2000多个星系彼此转动,最明亮就是我们M87星系。我们再放大到M87可以看到这样一个线,这是一股喷流,从这个星系黑洞发射出来,光学望远镜观测就到此结束了,如果你想提高分辨率就要用射电望远镜了。这里面通过不同的波长,不同的设备观测到的这个黑洞有不同的分辨率,我们可以看到这样的一条明亮的尾巴,还有后边长长的喷流从左边的这个点出发喷射出去,这就是这股喷流了。


其实分辨率好像也没有办法提高很多了,我们在这儿稍微提一提,这是我们项目之前拍到分辨率最高的一张M87黑洞照片,已经被放大了七千万倍,好像感觉还是很不清楚。每次放大两倍,放大两倍就变为一个快速的增长,小小的这张是我们拍到的黑洞照片,有史以来第一次我们照到了黑洞的核心,看到了黑洞还有它旁边这些光圈,还有视界。


你说它怎么这么糊?但是要知道这是我们拍到最清楚的一张,而这并不是故事的结尾。为了生成这张图非常难,基本上等于要弄清黑洞。怎么这么难呢?我们花了非常多年的时间想要做成这件事情,我们觉得我们已经知道光在黑洞旁边是如何运动,如何坍缩,我们通过理论以及方程式推导输入我们超级计算机当中可以进行模拟,这就是我们做的众多模拟的一个。你可以看到这是黑洞的模拟,旋转着的气体,围绕着黑洞快速运动释放出来能量,这样的一个模拟会花好几周甚至好几月的时间,用世界上最先进超级计算机做出来的。但是并不是关于黑洞的每一个特征我们都完全理解,有一些东西是未知的,有一些东西我们还是需要新的观测方法。


我们并没有只做一个模拟,我们制作了上千个模拟。我们调动了来自全球的超级计算机资源,我们也生成黑洞模拟的数据库,当然了,我们的模拟效果非常好,这些模拟的东西我们把它的分辨率降低,降到我们之前拍摄的程度,它们是非常类似的,这就意味着我们对黑洞之前理论性的掌握其实是比较符合现实的。我们也花了很多时间来理解重力引力到底是怎么样,这中间的阴影有多大,这个阴影是不是就是史瓦西半径,就是大家开头看到那个介绍短片里面提到的史瓦西半径。这个黑洞的质量是太阳质量的65亿倍,非常庞大的一个数字。



但是在这之前有很多人已经计算M87的质量,只是以不同的方式来记录,他们利用距离黑洞非常远的星光发出的光计算它的质量。最后计算出来的结果是非常类似的,我们是通过望远镜观测计算出来了这个黑洞的质量,另外是通过物质,黑洞旁边星体的物质计算出来它的质量,结果是吻合的。这也再次证实广义相对论,不仅仅是黑洞旁边的世界,还是在这个天体距离上都是吻合的。


EHT并不仅仅是唯一可帮助我们观察黑洞的工具,我们可以看到引力波,三年半前发现、侦测到的引力波。当然我们X射线、伽玛射线以及其他光学望远镜通过不同的波段都可以帮助我们观测黑洞,小的黑洞以及大的黑洞都可以。我们现在来到了一个引力相关的黄金研究阶段,在过去一百多年前,自从史瓦西提出黑洞存在开始到现在,我们终于迎来了研究黑洞、研究引力的一个黄金时代。


首先我想跟大家说的是,EHT这样一个项目一定是国际合作的,是全球项目,有非常多的科学家,来自于全球六大洲、七大洲还有很多来自亚洲的科学家们。有不少科学家比我年纪还要大,虽然我也有很多白头发了,我们团队大部分很年轻,都是学生、博士后们及研究人员等等,在座各位再过十年以及十五年,甚至再过五年你们可能成为新的新星。这些年轻科学家们作出了巨大的贡献,而且很多已知的重要观测结果都是源于这些年轻的科学家。在座的你们有非常多的机会,不仅仅是EHT的项目,还有很多其他研究项目,因为我们现在已经迎来了研究黑洞的黄金年代。在座各位你们是一支主力军,你们将见证科幻小说变为真实世界的那一刻。


3. 刘继峰:如何在浩瀚的宇宙中猎捕黑洞


简介:中科院国家天文台副台长



黑洞一直是令人神迷的研究对象。从米歇尔开始,以及史瓦西在一战战壕里第一个丈量黑洞,到奥本海默以及他的学生来提出大质量恒星死亡必将产生黑洞,再到科尔解出“两个黑洞”,最后到惠勒正式命名它为黑洞,后来才被广为人知。霍金提出霍金辐射,黑洞也不是光进不出。两百多年来,人类经受了很多苦难,两次世界大战让我们的世界支离破碎,但是人们对于黑洞的想象和探索从未停止。也正是在这些巨人的肩膀上,今天我们才能真正理解黑洞到底是什么。

 

研究了那么多年,我们在银河系仅仅找到近黑洞侯选体,真正确认的只有20多个,这是一个恒星级黑洞缺失的问题,要解决这个问题我们先看一下怎么样来发现这些黑洞。

 


归纳起来很简单,一听二看三找伙伴。

 

听,这个情形是什么?当有两个黑洞离的特别近的时候,他们会合并,释放出来巨大能量,撼动时空框架,把这样一种震颤以引力波的形式传播出去,我们的引力波实验可以聆听时空震颤的涟漪,告诉我们哪有双黑洞并合的事件,我们也可以知道这个黑洞质量是多少。

 

看。你可以设想一个恒星当它离一个黑洞过近,黑洞巨大引力会把恒星的物质吸到它身上,形成一个吸积盘,这个温度非常高,可以发射非常明亮的射线吸引天文学家注意,天文学家可以看它被黑洞吸引着运动的半径,从而测量黑洞的质量,确认这个黑洞的存在。

 

找伙伴。当然大多数情形不是前面两种情形,而是黑洞离伴星比较远,形不成吸积盘没有强的X射线辐射,怎样看到它呢?这个时候通过看伴星的运动来推知旁边有一个天体可以运动这个测量天体的质量,你就可以得知这个大于三个太阳质量的天体原来是一个黑洞。基本就是综上这三种方法。



 

大多数黑洞都是单独存在的,并没有一个伴星在旁边,不可能通过引力波或是X射线来发现他们。那么即便是旁边有伴星的黑洞,离伴星也特别远,没有X射线,因此不能用传统的X射线方法来发现他们,在这个情况下必须使用新的方法,也就是第三种方法,找小伙伴的方法。

 

当然,从上个世纪60年代起,天文界就投入了巨大人力、物力用第三种方法来寻找黑洞,不过由于那个时候样本来源不统一,数据质量太低,最终无功而返。


不过到了今天我们国家的重大科学装置LAMOST,全称是大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,是世界上光谱获取率最高的望远镜,可以同时用4000根光纤,相当于4000个眼睛看4000个天体。利用它独特的能力,2016年对开普勒一个天区中的3000多颗恒星进行了为期两年的光谱监测,我们发现有300个天体的视像以及速度均有一个周期性的变化,原本一个双星大多数都是两个正常恒星组成的。其中有一个特别特殊,我们发现B型星,表面温度18000度,是8个质量,但除了B型星吸收线在这个80天的运动周期之外,光谱中还有一条近乎静止且运转方向和B型星反相位的明线(Hα发射线),这说明它并不是来自于B型星,我们后来申请了西班牙10.4米加纳利大望远镜(GTC)还有美国10米凯克望远镜(Keck),也证实了我们的发现。



在这个情况下你就会问,这个氢的发射线到底来源于什么?我们排除了它是来自于前景的恒星,或者是背景的星系,它的普通逻辑来发现,这颗发射线只能是来源于围绕着黑洞的一个吸积盘,也就是说它的运动虽然近乎静止但是还有点运动,这个运动代表的是黑洞运动。从B型星的运动和黑洞的运动这个相对运动其实可以得到它的质量比,这个质量是8.3倍,我们知道B型星是8倍,我们发现这个黑洞是70倍的质量。


这个黑洞我们命名为LB-1,我们可以把它放在以前已经发生的这些黑洞的质量图上,蓝色小球是引入波探测事件,紫色是传统X射线发现的这些黑洞,我们发现这个黑洞比其他已经发现的黑洞要重得多,其实它是迄今发现质量最大的恒星级黑洞。当然,它不仅仅是迄今最大,也引出了一个很大的问题,这个黑洞其实真的是太重了,我们可以设想一个大质量恒星要死亡会形成一个黑洞,这个黑洞的质量跟这个原来恒星有关,跟形成的过程中这个星风会造成这个质量的损失,跟这样一个质量损失有关,同时还跟最后超行星爆炸抛射出来多少物质有关,我们发现这个星风损失跟这个金属丰度相关,金属丰度越高,损失物质越大,剩下的黑洞质量越小,对于像LB-1这样一个太阳金属丰度的系统,以前所有理论告诉你,我形成的黑洞质量不会超过25个质量,现在发现70多个太阳仔细质量说明我们已经步入了恒星演化、黑洞形成理论的一个禁区。这会推动这个天文学家去继续发展理论,仔细看这个黑洞形成到底是什么过程和样子,也会跟过去四年中引力波实验发现的这些双黑洞并核事件一起,推动我们这个天体研究的复兴。


这个工作之所以能实现完全依赖于LAMOST大科学装置,我们在发现这个黑洞的过程中,其实仅仅用了LAMOST 40个小时的时间,但是如果你要使用一个普通的四米光谱望远镜来做这个工作,你就会发现需要40年的时间,以前我们虽然有找小伙伴的方法,但一直没有成功,是LAMOST使得这种方法得以成功实践,并确立了这种方法,以后更多人就可以用这种方法去发现更多的黑洞。


这个工作告诉我们,除了少数释放X射线量的那些面目狰狞的黑洞,还有很多深藏不露的黑洞。我们下一步任务是找到更多藏不漏的黑洞,这就是我们的黑洞猎手计划,我们要使用LAMOST看更多的天区,发现更多的黑洞,同时我们也要实践利用天体测量的方法来找到更多的黑洞。当更多黑洞牵引着运动不仅仅可以看到它的视向速度变化,也可以看这个位置的变化,这个位置非常小,很难观测,但实际上,最好天体测量卫星盖亚(GAIA)卫星可以达到这样的精度,实际上我们LB-1这个伴星运动完全可以被盖亚(GAIA)卫星分辨出来。


我想我们每个人内心都有一个小宇宙,是不是大家都有?这个爱因斯坦曾经说过,这个宇宙最神奇的地方在于最不可理解的地方在于它是可以理解的,当然,如何理解宇宙,是对我们人类的考验,也是对人类的馈赠。


我相信随着科技的发展,咱们终有一天我们可以窥视宇宙的全貌,我们人类在整个的宇宙中就像一粒沙尘非常微小,但是我们利用我们的观察,利用我们的思考,终究可以让我们的想象力,特别是洞察力到宇宙的每一个角落,从这个角度而言,我们人类最终的命运其实是在星辰大海。


我希望在这个星辰大海的征程中,在座的各位小朋友将来能和我们一起,主力军是你们,一起去做一个宇宙的探索。


4. 王宏伟:显微镜下的细胞爬行、辣椒为什么辣、如何让青蛙飞起来……


简介:结构生物学家、清华大学生命科学学院院长、博士生导师



天文学家太了不起了,他们已经用望远镜可以看到宇宙里如此之远的星体。但是我今天想跟大家讲的是,从另外一个尺度去看我们的身体。小朋友们是不是对这个也很感兴趣呢?


是的,我们人类在过去的几百万年一直用我们的肉眼来观察我们的周边世界,但实际上,我们也一直对在更加微小的尺度上生命现象是如何展现的很感兴趣。在这样一个短短的影片里面大家可以看到,当我们逐渐放大的时候,在越来越小的尺度上,我们可以看见越来越精细的结构,我们可以看到细胞,可以看到细胞当中的细胞核,核里面的DNA以及DNA更加精细的结构。我们希望可以看得更加仔细,这样对我们生命奥秘有更加精细的了解。



我们如何做这样的事情?几百年前的人类就一直努力做这些事情,包括我们的古典小说作家们:在《西游记》里面,孙悟空可以72变,可以钻到铁扇公主肚子里面。我们希望可以缩的更小,我们希望可以72变,我们希望可以像漫威电影里的超级英雄或动画片里面的奥特曼一样,可以缩到很小,缩到原子层面看到更加精细的结构。



科学家做了什么事情?大约三百多年前,列文虎克他们开始研究光学显微镜,希望用光学显微镜的放大能力看到非常精细的结构,首次让我们得以看到细胞的存在。显微镜如何放大?主要用光通过透明介质的原理。我们可以用冰做成冰球对日光进行聚焦,甚至可以生火,这是光学显微镜的一个基本原理。


今天的光学显微镜,经过几百年的发展已经越来越强有力,可以看到越来越精细的结构,还可以看到我们细胞里面非常多、非常有趣的现象。


我们用光学显微镜看雪花的话,世界上不存在两片相同的雪花,每一片雪花都不一样,我们可以看到雪花里面的晶体结构。可以用光学显微镜看一个昆虫,像我们在这儿看到的是一个果蝇,对果蝇复眼逐级放大,有非常多非常漂亮的细胞,它们以各种不同形状组合在一起,让果蝇的眼睛可以看到周边的世界。



今天光学显微镜使我们看到更加精细的单个细胞的状态,大家可以看到,这是一个细胞向前爬行。没有想到细胞也会爬吧?这是我的同事清华大学于毅教授发现的,细胞不但爬行,爬行的过程中还留下一些非常漂亮的尾足的结构。我们用光学显微镜观察一个细胞是如何分为两个细胞的,在视频中我们可以看到,正在分裂的动物细胞纺锤丝是如何把它的染色体逐渐拉到细胞两级去,最后一分为二的。如果对这样的结构进行更加精细的观察,我们想看到这个细胞中到底发生什么精细结构,光学显微镜就不够了,我们需要用新的显微镜了。这是另外一个光学显微镜。这也是一个非常有意思的动画,大家可以看到,一个正在追逐细菌的白细胞周围有红细胞,前面的小黑点是细菌,这个白细胞它追逐细菌,直到把它推灭掉,这是几十年前的光学显微镜可以展示的。


如果我们想看到更加精细的结构,我们需要用透射电子显微镜,上个世纪30年代,德国科学家露丝卡发现,电磁在磁场下可以发生这个聚焦效应,这跟光学显微镜的原理非常相似,由此提出了电子显微镜的概念,并且发明了世界上第一台透射电子显微镜,他也因为这个发现,获得了1986年诺贝尔物理学奖。


透射电子显微镜的发明使我们今天可以对更加精细的结构进行观察,今天电子显微镜已经比1930年代露丝卡发明的显微镜更加高级、更加复杂,可以给我们揭示的微观世界也更加精彩。


电子显微镜可以看到非常精细的原子结构,石墨烯这样的二维材料里面的每一个碳原子逐一像蜂窝状一样排布起来。用电子显微镜对细胞进行观察,这是细胞局部放大了很多倍的一个显微镜的照片。我们可以看到,细胞里面有很多不同膜的结构,依次是高尔基体、内质网等等不同膜的结构。利用冷冻电子显微镜,我们就可以看到更加精细的这样一些结构。冷冻电子显微镜简称冷冻电镜,三位研究冷冻电镜的科学家曾获得2017年诺贝尔化学奖。由于这些先驱者对冷冻电镜的开拓以及持续推进,冷冻电镜在过去几年间成为结构生物学的重要工具。


什么是冷冻电镜?我向大家介绍一下冷冻电镜的基本原理。



冷冻电镜,是指生物大分子或者蛋白质分子起先呈溶液状态,每一个分子在溶液里做运动,把这样的一小滴蛋白质溶液放到电镜载网上,两个轻轻一夹,在夹层薄薄的水膜非常快碰到液氮的情况下,就形成了玻璃态的冰,刚刚蛋白质的分子被固定到薄薄的冰里面了。这样的样品我们把它叫为冷冻样品。这样一个样品放到投射电子显微镜中观察这叫做冷冻电镜。


投射电子显微镜的高能电子数穿透每一个分子,像X光穿过每个人的身体一样,可以拍摄这个分子的形貌以及它的内部结构信息,那么在这样的一个冷冻电镜照片中我们可以看到很多孤立的蛋白质分子,在计算机里面我们可以用计算机的手段把这里面的每一个分子提取出来,长得相似的分子进行汇总、叠加、平均,从而获得更加精细图像的内部结构。


获得多个被分为四个不同方向的这样一个二维结构后,最后在计算机里通过三维重构的算法,奇迹发生了,我们可以看到这个分子三维的模型,这是在计算机里面看到的。当这个模型细节足够丰富的时候,我们就可以把这个蛋白质里每一个氨基酸怎么样摆放,某一个原子怎么样摆放到这个模拟里面,解析到这个蛋白质模拟对三维结构,冷冻电镜三维重构解析,这个方法叫做结构生物学。



用冷冻电镜可以揭示我们很多细胞里面的生命过程的细节,像我们前面可以看到的电影当中,纺锤丝逐渐缩短。这个纺锤丝的精细结构缩短或者是变长的时候,它的末端发生了什么样的变化,我们可以用冷冻电镜对这个状态进行瞬间的固定,我们可以冻的非常快。


冻的一瞬间可以捕捉不同瞬间,每一个瞬间都有电子显微镜进行仔细的观察它的细节,我们可以对正在伸长的纺锤丝是微管的细胞骨架的状态,以及正在缩短的这样纺锤丝的微观细胞骨架进行细微观察,最后帮助我们理解。其实在这个过程中,它的微观的末端在缩短的时候会形成环状的结构,伸长的时候形成片状的结构,形成这样一个动态的过程。这帮助我们理解它很多的细节。



冷冻电镜可以帮助我们了解很多很有意思的生物学现象,在座很多朋友吃过辣椒,大家知道辣椒可以很辣,是因为辣椒里面有一种小分子叫做辣椒素,这些辣椒素与神经末梢的蛋白质TRPV1结合在我们细胞膜上面之后,让这个膜蛋白的通道打开,让细胞膜内部离子向内部流动,这个流动会产生电流,这个电流通过神经纤维传递到大脑里面让我们感觉到辣。同样的蛋白也可以对温度非常敏感,当温度很高的时候也会打开。我们在英文里面说感觉到这个东西非常辣(hot),其实这个说法是很正确的。


这样的蛋白为什么对这个辣椒素产生这样的反应?


程老师以及戴维老师他们发表论文,利用冷冻技术解析了非常精细的结构,以及与辣椒素相互结合的结构,使得我们知道辣椒素使得通道开了,就可以让我们感受到辣。冷冻电镜对很多细节进行分析,在应用当中已经有了非常重要的意义,尤其是可以助力我们新药的研发,可以帮助科学家开发抗癌药、止痛药、麻醉剂等等其他很多新药,治疗我们的疾病。


中国过去十多年里,建成了世界上最大冷冻电镜的设施,这只是一部分设施的情况,有非常复杂的仪器以及设备,中国的科学家们利用科研团队,在冷冻电镜领域这些年取得了很多的举世瞩目的成就,引起世界的广泛关注:


清华大学施一公团队,对老年痴呆症重要蛋白质进行解析,对于我们理解它的发病机理甚至开发重要治疗方法有很重要的意义,帮助我们理解细胞的演化、细胞的基因调控和其他的一些相关的疾病有重要的意义。


科学家利用冷冻电镜把我们肌肉里面非常重要的钙离子通道解析了出来。



清华大学隋教授实验的光和反应当中,有非常重要的一个捕获光能的蛋白质复合体的结构被解析出来。2019年,中国科学家利用冷冻电镜技术解析了世界上目前解析到最高分辨率、最大的病毒的结构,这是猪瘟病毒的结构。大家知道2019年猪瘟病毒爆发他们用冷冻电镜解析了猪瘟病毒的结构,了解猪瘟病毒发病机理以及开发更好疫苗预防猪瘟病毒传染有重要的意义。


冷冻电镜技术以及其他的技术,今天可使我们对一个细胞内的活动有很多的理解,在这个电影里面我想让大家看到的是,目前我们已知相关信息如何整合起来,以及帮助我们理解在细胞内很多过程是如何发生的,请大家欣赏这个视频。


这是细胞爬行的时候细胞内部发生了什么变化,这边其实细胞里面骨架这个蛋白质是如何装配的,以及这个细胞骨架如何利用蛋白质解开,这是我前面讲的微观蛋白的装配以及微观蛋白解聚的过程。


你们没有想到,在细胞里面有这样的马达分子,像人一样可以沿着微观走动。这是在细胞核的表面,DRN从稀薄核里面分泌出来,形成了与核糖体相互作用,和RA组成我们不同的器官,发挥不同的功能。这是细胞里面已经产生的蛋白质分子通过囊泡分泌到细胞的表面,在细胞表面之后他们与细胞周边的机制相互作用发生结构的变化,使得他们可以黏附到细胞的表面,让这个细胞向前爬行。


希望有一天我们的小朋友们,包括各位大朋友们,有机会在这样一个地方,我们走进细胞,看到更多变化。这需要很多代科学家的持续努力,我们需要未来的生命科学家和大家一起参与进来,希望有一天我可以看到在座的各位小朋友们跟我一起来对生命科学的精细细节进行分析。


祝愿大家能够享受你们现在正在学习的知识和内容,能够做好充分的准备,未来加入我们的团队,我们一起对生命的奥秘进行深刻的揭示。


5. Marc Adrahams:搞笑诺贝尔奖的那些奇闻逸事


简介:哈佛大学应用数学学士,搞笑诺奖创始人,《不太可能研究年鉴》主编


我们刚刚听到(前面的嘉宾说)所有的科学工作都是很重要的。我们知道这很重要,但科学一开始未必是这样的,所有科学家都知道唯一真实的东西其实就是让你很惊喜的东西。


我也会去搜集这些让我感觉到惊喜的东西,在三十年前我就开创了一个叫做搞笑诺贝尔奖的奖项,还有一本杂志叫做《不可能研究》,去搜集那些让我们意外的东西,以及让我们一开始为之发笑、后来又让我们思考的东西,也就是乍看令人发笑,之后又发人深省的一些研究。我们都知道诺贝尔奖、奥林匹克奖都是嘉奖那些全球最佳的人选或者创造,还有一些奖项则是颁给最差的那些。对于搞笑诺贝尔奖,我们不在意它是好还是坏,是可能还是不可能,我们的评判标准就是这样的一个成就是不是能够让人们发笑,感到有意思,一周后还会想起来并且思考这个事情。



(我们来看) 物理奖的奖项。这是一只企鹅,如果你了解企鹅就会知道,很多企鹅排泄的时候会喷射出一股白色的线,有时候在照片当中可以看到这样的情景,我们当时就把搞笑诺贝尔奖的物理奖颁给了一组研究企鹅排泄压力的实验专家,他们研究的就是这个压力到底有多大。



如果你感兴趣的话也可以自己算一算。这边这位年轻人举着一杯咖啡,我们也给这一组科学家颁了诺贝尔科学奖,他们利用一些等式去计算以及解释当你的手伸直,拿着一满杯咖啡在路上走的时候——大家可能也都做过这样的事情——你知道后面会发生什么,这个咖啡会洒出来。为什么会洒出来,是因为你很笨,很不小心,不知道该怎样拿咖啡吗?他们发现并非如此。无论你是笨拙还是灵巧,都没有关系。基于物理原理,当你拿着一满杯茶水、果汁以及咖啡这样往前走的时候,你的手会进入到某一种节奏当中,这个杯子也进入一种节奏当中,其中的水也进入一种节奏中,就一直在这样荡来荡去,所以后面就会洒出来。


我们也给做这项研究的团队颁了搞笑诺贝尔奖。过了几年有一个韩国高中生,他当时读了这个新闻,就想知道举着手往后走,咖啡是否还会洒出来。他也写了一些等式,做了一些实验,结果发现并非如此。这里的物理原理就很不一样了,因为当你往后走的时候,除非你是精巧的舞者,当你往后走的时候你就不会有节奏地走,除非跌倒或者撞到什么东西(杯子里的液体)才会洒。


这是搞笑诺贝尔奖的颁奖典礼上,左边一个人没有穿任何衣服浑身涂了银粉,他是麻省理工大学数学系的博士,他做了一个角色,他发明的3D打印,是个发明家,那些发明东西的人往往都是一些很不一样的人。他们在1965年的时候所想到的一点,当时他们觉得可以设计一种机器帮助女性分娩,当这个孕妇准备好生孩子的时候他们给她这个机器,这个机器是一个很大的圆桌子,下面有一些机械,这个女的就躺在这儿,把它绑好高速转这个桌子,小孩一下子就甩出来了。如果你看一下这个图,我想请大家看一下,你可能会想到很多的问题,有一个问题是,想象一下你是这个小宝宝,第一秒会出现什么情况,在这里有一个小网,但是你可能会觉得这个不是最好的生孩子的方式吧,在这里你可以看到一个科学报告,是澳大利亚的一组科学家写的,标题是“分析把羊拖过不同地形表面所费的力气”,我们给他颁了搞笑诺贝尔奖。当我们颁发这些奖项的时候,我们会先悄悄地跟他们说我们把这个奖项搬给你,他们拒绝也是可以,但是大家基本都是同意的。



我们给他们颁奖的时候,那些人才意识到他们做这个事情是很有趣的。有时人们接到诺奖组委会打电话(通知获奖)也是同样的感觉。给大家介绍一下我们这个颁奖典礼是在美国哈佛大学,每年会从一万个提名当中选出十个,有一些是新的设计,还有一些旧的设计以及发明,如果你赢了搞笑诺贝尔奖就会得到一个奖杯,每年奖杯都是不同的设计,可以看出共同点是都由非常便宜的东西打造而成,当你赢得搞笑诺贝尔奖在台上合照的时候,去握手、去拿奖杯的时候,这些颁奖人都是真的诺奖得奖者。还有一个小女孩,这个小女孩也是非常重要的成员,她的作用就是当她觉得有一些人讲得太多、讲得太久的时候,就上去跟他说,请停下来,我感到很无聊,请不要再讲了,很无聊。然后直到这个嘉宾闭上嘴,这个小女孩才会停下来,否则她会一直说。再来看看搞笑诺贝尔的奖金,是将近十万亿津巴布韦元,(颁奖时)我们观众也会朝台上扔纸。


这些物理学奖颁给法国、新加坡以及美国(的研究者)。这是用流体力学的角度来研究猫是否可以拥有固体以及液体二象性,他的物理论题就是猫的形态学,同时他也在这个论文中探讨猫有的时候是液体,有的时候是固体。这个过程中可以学到很多常见物理的知识,这是他接受搞笑诺贝尔奖时候的场景,他在做获奖感言,这个时候我们的小女孩告诉他该停下来了。


今年我们也给一组来自中国、美国、澳大利亚的科学家颁了物理学奖,他们测试了一个生物学原理:几乎所有的哺乳动作尿尿都是在20秒之内,正负相差之内不会超过13秒,从大象到小老鼠都是差不多的时间。他们说身体的大小不会影响排尿的时长。


今年他们又得了另外一个奖项,同样的团队再加上其他研究者,他们去探讨了一下为什么袋熊这种非常小,看起来非常奇特的澳大利亚的生物,为什么大便是方形的,他们搞清楚了其中原理以及为什么。几年前我们还给英美科学家颁奖,他们计算出人的马尾为什么会摇摆,以及摇摆的平衡力点在哪里。当我们在跑的时候,身体是上下动的,但是头发是左右晃的,为什么会这样呢?几年前我们给安德烈·海姆颁了物理学的奖,他用磁悬浮让一只青蛙飞起来,基本没有科学家认为他们可以做到一点。我们给他颁了搞笑诺贝尔奖之后的十年,他得到了真正的诺奖,他因研究石墨烯的碳结构获得的诺贝尔奖。


几年前我们给一大组驻扎在意大利的团队颁发了搞笑诺贝尔奖,他们研究的是人是否能在月球上实现水上飘。当然了,在月球上重力小很多,也许能实现。但我们是没有办法去到月球上做这个实验的,所以他其实是做了一个地球上的仿真实验。可以想像,我们可以由很多种的方式回答这个问题,可能你自己也有两三种不同的解读。


同时我也想邀请大家来参加我们下一次的搞笑诺贝尔奖的大会,是九月份在哈佛,如果来不了的话可以看我们的现场直播。我们在1995年的时候,就是为了直播颁奖仪式开发了现场直播流媒体的模式,如果你觉得有一些想法让你发笑又思考,而且你让全球所有人都会因为这个发笑以及思考,把你的想法告诉我们,也许你会成为下一个搞笑诺贝尔奖的获奖者。


6. 张胜誉:量子力学的科学解释


简介:曾任职香港中文大学计算机科学与工程学院副教授、清华大学量子信息中心访问学者,现为腾讯量子实验室负责人、杰出科学家



最近听到一个埂——遇事不决,量子力学。


很有趣,这个意思是说,只要是我们搞不定的问题,就往量子概念上碰一下,很多问题会迎刃而解了,这当然是玩笑话。另一方面,在社会上会出现一些像“量子波动速读”这样的伪科学理论,他们可能会说这个是物理学量子的事情,光的波粒二象性系的问题。


你们家长不要问了,很专业,家长也不知道是怎么回事,但是至少家长会想,那这个量子力学到底是什么,让我孩子学习这个东西到底靠不靠谱?最近听到的量子计算到底是什么?


跟整个主宰环境的经典力学是不一样的,微观世界中,很小的事情,像原子这么大甚至是原子里面的电子,你会发现这些微观粒子有一些很有趣的现象。第一个现象是叠加态,在宏观世界中一个物体在某一个固定时刻只能处于同样的一个状态,我这个人站在这里,在这个时刻我就是站在这个地方,但是在微观世界中,我又同时处在另外一个地方,像欧洲的巴黎。这个事情在宏观中看不到这样的出现,但是微观粒子我们可以大量观察到同一个粒子可以处于两种截然不同的状态中,更加有趣的是,如果对这个粒子进行操作,他同时处于这两个状态,这个操作把这两个状态带过去了,再拿回到宏观的粒子,像我说同时处于这里和巴黎,我要举手,导致我在这里的我和我在巴黎的我是同时举手,这是宏观世界中很难想象,但是微观世界中我们可以反复看到。


如果说叠加态还是可以接受,第二个事情更加反直觉,就是观察和测量。跟宏观世界中去观察测量不太一样,在微观中会出现对同一个东西,同一种状态,同样的测量手段去进行测量的时候,每一次出来结果是不一样的,所以觉得很奇怪,那我还怎么样测量,我测量还有什么意义?更加麻烦的是,测完之后本来这个状态就改变了,再拿回到这个例子中,像好像是在宏观世界中发生什么,我刚才说我可以既在这里又在巴黎,我测一下我到底在哪里,结果这一测就发现,测出来的结果是我在这儿,也可能测出来结果是我在巴黎,测完之后真的是这样。



如果这个例子还觉得没有那么严重,我再举一个更严重的例子,对于个人而言是很严重,我想量一下自己有多高,介于发现我处于叠加态,有时候出现我有两米高,有时候出现我只有两厘米短,如果这个结果控制不了,测量结果告诉我有两米,一看自己真的长成两米高,要么说测量结果说你只有两厘米这么小,我真的变成了这么小。这在宏观中不可能,而且是很麻烦的事情。


量子纠缠,发生在两个甚至更多个物体上的一种很特殊的状态,这个状态不能够分为这两个或者是多个物体每一个单独状态的乘积,那大体而言就是他们两个分不开,而且一个产生变化的时候另外一个也会产生变化,比如说把我想到一个微弱粒子我同事在这里以及巴黎,我画的一些红色的,现场所有在场的大小朋友们,我们都在这样一个场中开这个有趣的会议,也可能同时都在巴黎开这个有趣的会,这是两个状态,要么我们在这里,要么我们都在巴黎,但是别忘了刚才我们所说第一个量子力学有趣可以处在叠加态,我们在一个什么状态,就是我们一半是在这儿,一半是在巴黎,在这两个状态之间的叠加态。


这个时候我们所有人其实纠缠在一起了,如果现在有一个人偷偷自己进行了一个测量,他说我就想知道我到底人在这里还是在巴黎,他就测量的一下,因为他自己一个人测了一下,他测的就在这儿了,我们所有人发现我们不再一个叠加态里面我们真的在那儿了,如果那个人一侧这个结果是他在巴黎,我们所有人都跑到巴黎去了,也不是这里和巴黎的叠加态了。


所以是不是所有听起来都觉得很奇怪,这么小尺度微观世界里面原来物质呈现跟我们宏观所熟悉的这种日常生活中得到的直觉非常不一样的事情。说完的量子力学的一些基本的现象再转过来看上个世纪发展的特别好的另外一个学科,就是计算。我们在想什么是计算,计算是什么意思?



再一个抽象一点的层面上,计算其实是这样及时就是说我们有一个输入,然后我们也有一个制定输出,我们想做什么呢,就是把中间这个盒子做好,有一个数据进来我们应该有一个已经指定好的输出。像拿一个即使是小朋友都知道的事情,像乘法,我们假设两个数乘到一起,这个我相信在座的每一位大小朋友都会非常自信的说,这个你给我一张纸,一个笔我很容易算,因为我们从小就学过乘法就是这样算出来的,很容易。即使我给在座的各位两个不是三位数,变为五百位数这么多,我就一点点乘,大概是一千倍,没有问题。


如果我现在说换一个问题,我说不是做乘法,而是给你一个很大的数,然后让你告诉我说,这个大的数是拿两个数乘起来,我深知可以告诉你就是两个数乘起来的,但是哪两个数乘起来的呢?这样小朋友会不会觉得,这个粒子我看见了可以作弊因为跟上面的数字是一样的,那个这没有问题,但是一般而言,这个可能就没有那么容易了,我们要想想一般一个数量不是好做,像这个六位数我可以做出来,给我一天就可以做出来,那这个数大家感觉怎么样?不要说一天,我给你一年的时间你可以用任何超级计算机,你说我要申请一大笔钱我买很多的机器也可以,你把它分解出来?


好像大家觉得这个好像很难,有点束手无策,我除了一个一个试,好像确实有点难。不同计算的难度这个问题很大,把这个大数分解的问题,这个难度远远超过把这个数乘起来,不同的计算问题体现出来不同的难度,大家会不会觉得说,如果问题难了肯定很不好了,如果给我一个作业,这个作业很难我做不出来肯定很不开心了。从某种意义上而言当然是如此,在座的很多都是学生,你们知道如果一个考试很难,一百分的考试你只拿了50分是不是很可怕,回家面对爸爸妈妈很可怕,当然还有一个比这个更可怕的事情,就是你拿了50分,但其他人都拿了100分;也有一个其实一点都不可怕的事情,你拿了50分,别人只拿了20分你可以很骄傲的回家说,没有关系,因为他们比更我差。


这是什么意思呢,这个问题很难,这个事情听起来不是一个事情,但是在这个硬币另一面是说,没有关系,他对你很难,对其他所有人也都很难,那是不是还好?其实现在的很多密码学就建立在这样的一个基础上,就是我们找了一些计算上非常困难的问题,全世界的人研究了很长时间都不知道该怎么做,甚至怀疑可能这个计算问题本质上就很难,就没有一个好的办法,那就把这样的一些难题用为一个密码学的基础来构建了我们今天社会上很多,像跟电子商务有关,跟互联网相同的一些事情上。



这个事情1994年发生了一个很大的变化,当时AT&T贝尔实验室Peter Shor发生一个事情,如果我们有一个量子计算机,可以把很大的数字都可以很快分解出来,这个快和我们现在已知的最好的经典计算机场运行算法的差别非常大,这个大随着这个数字越长体现越明显,这不是经典计算机可以多买一些机器、多等它几个月就可以做的,而是你把全世界所有计算资源加到一起,一直计算出来宇宙毁灭都算不出来的东西,可能量子计算机不到一分钟就算出来了,这是一个很大的问题,会不会对密码学造成很的大影响?


大家发展出来很多好的算法,这么多的量子算法到底哪一些是比较容易做出来,我们如何发展更多?大体而言,这个量子算法是怎么回事,我们想利用叠加态所产生的这个天然定性的能力,再克服一些困难,像我们刚才提到了测量本身就是会有不确定性,会带来对原来物体状态的破坏,而且一些操作我们刚才没有提到其实只能做一些很特殊的变化,也是一种玄幻变化。我们想办法怎么样利用这些优势来克服这些困难,才能够实现一个量子算法。


但是这里面要划一下重点,并不是所有问题量子计算机都可以迎刃而解,很多问题我们理论上知道,量子计算机没有帮助或者有帮助并不是特别大,我们明白有一些计算问题量子计算机有问题,有一些没有帮助,所以整个量子计算就是研究这样一些根本问题,就是哪些计算问题量子计算机有帮助,有多大帮助及我们如何实现这些帮助,这就是量子计算的根本性问题。



量子计算整个再往下发展,会有很多的方面远远不止密码学的影响,还有其他应用,人工智能、物理、化学、制药、材料等等,腾讯量子实验室也在刚才所说的这些方面一直努力的持续探索。


不只是腾讯,有很多的国内外的大的企业都在这个方面持续一起携手发展。大家看到这些地方可能会想到,有这么多的企业发展在这么多基础科研领域,企业可以做基础科学吗?我们举一个例子就是AT&T贝尔实验室,30年代发明的晶体管、纠错码、信息论、太阳能电池、激光、CCD、Unix操作系统,你学习了编程就会熟悉“C++”这样的编程语言等等,整个历史有九项工作夺得了诺贝尔奖,四项工作夺得了图灵奖。


为什么有这样的现象?学术界到企业,企业做基础科研有没有自己的可能性,企业做科研有很大的优势,有自己的一些特点:


1)从很多实际产业问题出发作为一个重要的而且是一个真实的推动力有很多的实际场景以及数据;


2)可以有更多的专业背景人放在一起密切的交流。一些现实问题像撰写论文以及申请基因压力比小,日常的事务效率比较高。



腾讯新的使命和愿景就是科技向善,腾讯做了很多跟AI相关的东西,包括发明的“绝艺”围棋AI为国家队提供陪练;AI人脸识别找回被拐卖儿童,也包括用AI辅助医疗,极大提高了诊断的准确率。


到底科学家精神到底是什么?我想真正科学家的精神其实肯定不是说求名或者是求利,也不是说求说话有一言九鼎的权威感,更不是说得到生活上的特殊待遇,这些东西不是不可以说,而是随之而来的副产品。持续推动科学家往前发展自己心中所伟大的这个科学事业的,其实是追求的一种真,一种美,一种对万世万物更深刻的理解,一种对人类生活更有意的改变。


我们希望世界各界一起在科学探索上能够有机的合作,发展出来更多的科学技术、社会工具,给人类带来更长期的福祉。也更希望在座的中小学生的朋友们,能够立志高远,保持童心的探索和好奇,在不久的将来,加入到科学探索的这个伟大而且非常有趣的事业当中。


7. 戴伟:说着中文,洋博士的快乐化学


简介:牛津大学化学博士、北京化工大学特聘教授、科普网红



开车要注意什么?注重规律,不能超车,系安全带。做化学实验是安全第一,穿白大褂不是最重要的,最重要的是护目镜。


这个生鸡蛋可以代表你的眼睛,因为生鸡蛋和眼睛里面都有很多蛋白物质,如果你不戴护目镜,不小心有一点盐酸进入你的眼睛就会发生非常不好的化学反应,你的眼睛会变成这样,所以希望以后同学们每次做化学试验先戴护目镜。



但是很多人跟我说,化学不是不好吗?化学会爆炸,会创造污染,化学有毒,化学这么不好吗?150年前,英国人出生时的预期寿命是50多岁,现在是接近80岁,有没有产生这种疑问?如果我们可以排除化学的不良作用,我们都可以活到100岁,是这样吗?为什么150年前这个寿命是40、50岁左右?首先是饮用水不干净、粮食不够、传染病没有办法治。这三个大问题怎么解决?


1)饮用水不干净是由化学家解决,用漂白材料以及氯气等消毒过的水是干净的;


2)营养不足谁解决呢?就是化学家。科学家把氮气想方设法变为氮肥,你们可以说,我不要你的化肥,我吃绿色食品就行,但是全球的人口七十亿人,如果都说我不要化肥就吃绿色食品,恐怕50%的人就饿死了,粮食根本不够;


3)传染病谁解决?也是化学家来发明很多新型抗生素。我想起我前年得了比较严重的肺炎,医生让我吃两种化学家发明的抗生素,如果化学家没有发明这个抗生素,我估计我今天不会在这儿。如果没有以前化学家的贡献,也许我们平均寿命也是50岁左右。




戴伟的领带上“镶”满了元素周期表


你们的兜里也有化学家的贡献,你们现在离不开手机是不是?用手机要感谢谁?要感谢很聪明的写软件的人,没有这个软件,你用不了手机,但是我还敢说你要感谢我们化学家,因为我们元素周期表有118种元素,在地球上可以使用的有50种左右。在你兜里面的手机中,有40多到50个元素。不是那个元素,是含那个元素的先进材料都是化学家发明的,没有这个先进材料,就没有这个手机,卫星也发不了。那么,化学是否重要?



北京化工大学立了国家重点实验室,我们也发明新的材料,不用在手机,有其他的用途,我们的材料都有三明治结构。你们都吃过三明治,有各种各样的味道,但是宏观结构都一样,一层面包一层馅儿。我们的材料也有三明治的结构,但是我们可以用不同的组成成分,在成分以及面包方面改变性能和用途。现在,在中国,我们实验室研发新的材料由工厂生产,每年一万多吨新材料,它们有很多的用途:要种菜,北方很冷,在种菜的大棚膜里面有我们的材料。这种材料避免天黑的时候散热,提高大棚里面的温度。有另外一个三明治的材料,是一个阻烟剂,会避免电缆外面的塑料着火。



现在中国特别重视西部大开发,提过一个地区经济发展先要铺路的想法。但青藏高原海拔高,紫外线很强,你去过你就知道,皮肤很快被晒黑了。路面沥青也是一样,受到紫外线的影响就破坏了。我们有另外一种材料会保护这个路面的沥青,跟防晒油一样。开车需要轮胎,为了避免这个轮胎漏气,也可以加我们的另外一个三明治材料。所以我们三明治材料的研发,对农业、安全、脱贫等都有贡献。


恐怕很多人不了解化学,容易被欺骗。


有很多人认为,买瓶碱性水很贵,但是对我的身体有好处,它会抗癌症。真的是这样吗?你喝一瓶碱性水就可以调整你的血液以及体液吗?我这里有一杯水,加酸以及加碱,PH值会变。利用产生二氧化碳和水的反应转变为碳酸,吹了一会儿颜色变了,这个水变为酸性。如果我们喝碱性水,可以把我们的体液变为碱性吗?另外一个液体,我吹了半天颜色还没有变,加了碳酸但是颜色也没有变,所以有的液体会耐酸耐碱,你加了多少酸或加了多少碱都不会变。我们血液就是一个非常好的缓冲液,所以,碱性水25块钱一瓶,普通的水1块钱一瓶,对你人体的效果一样。



也有很多人说,我要买不含化学物质的化妆品,有可能吗?很贵。但是有这样的物质吗?你看洗发水里面,没有H2O吗?没有不含化学物质的成分,不用多花钱买很多所谓不含化学物质的化妆品。很多人说,你知道我的意思,我说不含化学成分是说天然的物质,不是人工的物质。但是恐怕不能说天然的物质都好,人工的物质不好,没有这般简单。像吃绿色蘑菇也可以去森林,没有农药,没有化肥,但你不是蘑菇的专家你敢吃吗?纯天然的蘑菇吃一口就死了。所以不能分天然和人工的物质,没有这么简单。


我们化学家宣传不够,但宣传化学对社会的贡献是避免谣言。


跟很多好朋友一样,我一岁开始做化学实验,之后上了牛津大学。这六年来在北京化工大学工作。2011年开始,我跟小朋友们做实验,几十人跟我们一起做实验,然后跟几百个人演示实验。两年之前,我们开始用最先进的平台——短视频的平台传播化学,让更多的人了解化学。通过这种平台可以看到“戴博士实验室”,有我们的化学实验视频。


我们的工作离不开化学家的贡献,我们需要更好的手机以及更好的先进材料,谁会发明呢?就是化学家,但不是白头发的化学家,是黑头发的。你们在这里的头发都是黑的,所以希望在这里,同志们要加油,你们现在的黑头发变白之前你们努力发明更好的先进材料。


我的演讲任务完成了,但是在这里的同学你们任务刚刚开始,因为你们就是未来的科学家。


8. 欧阳自远:中国要飞得更远,要探索太阳系的星辰大海


简介:天体化学与地球化学家、中科院院士、“嫦娥工程”首席科学家




在第一个一百年到来之前,2018年要发射探测器,着陆到人类从来没有去过的月球的背面,2019年我们要着陆在月球上把样品采回来,2020年我们中国将进行首次火星探测,所以我们一定要以我们优异的成绩来迎接我们伟大的第一个一百年的到来。紧接着我们还要继续努力两个十五年,到了本世纪的中叶,我们中国将要建设一个伟大的强国,如此艰巨繁重的任务,我们仅仅是做了这一点点关于月球和行星的探测。


那么我首先介绍嫦娥四号,这是在嫦娥一号、二号、三号的基础上,国家批准我们要降落到人类从来没有到达过的月球的背面。


干嘛要跑到月球背面去,究竟可以做什么事情,因为我们生活在地球上的人类永远看不到月球的背面,哪怕一百年以前的恐龙没有见过,20亿年的生命也没有见过月球的背面。所以在月球背面,第一看不见,第二不能通讯,你又要落在月球背面该怎么办呢?所以月球的背面和正面大不一样,我们嫦娥一号、二号做了世界上最好的图,月球的正面地形比较平缓,而且大量的巨大的盆地是比较安全落下去的,月球的背面大家可以看到这个地形起伏崎岖不平,高山峻岭要落下去非常艰难。


我们人类有史以来一共在月球上着陆了20次,所有的这20次美国进行了11次,前苏联有8次,我们中国的嫦娥三号也降落下去了,20次全部集中在月球的正面,所以嫦娥四号将是人类首次着陆到月球的背面去。


到月球的背面之后有一个最大的难题,就是看不见,不能通讯。早在200多年以前法国的数学家(研究出)月拉格朗日有五个引力平衡点,两个引力平衡点是在小物体的那面,只有一个办法,发射一个中际星到拉格朗日第二点上,看看能不能把这个月球的背面跟我们遥远的地球联系起来。


但是中国人宣布去月球,很多人跟我说别干这个事情,这个月球背面都是外星人,我们干嘛闯这个祸?他们给我寄来几百张照片,给我寄来一些科普书,外星人就在月球背面等等,每一张照片我都可以找出来,都是伪造的,没有一张是真正的。另外,那些所谓的科普书很多都是造假的,因为我非常了解月球背面不但没有任何的外星人的活动,月球一直到今天,甚至没有任何生命活动的迹象,怕什么?我们还是要去。



结果我们发射了中继星,到达月拉格朗日后打开网状天线,遥远的地方有一个蓝色星球是我们的家园地球,这样直接可以把地球以及月球联系起来,可以指挥在月球上怎么样着陆、怎么样工作,把他们探测的数据向地球报告,地球就可以及时给他们以指令,这样就完全变为一条畅通的链路了。


紧接着我们将要发射嫦娥四号,嫦娥四号发射以后从地球到达月球,然后被月球引力捕获了之后要调整轨道,飞到着陆区的上空,然后朝着陆区着陆下去。在月球上着陆最大的困难是什么?不能用降落伞,降落伞是没用的,因为月球表面是超高真空,大家都知道一个东西落下来重力加速度越掉越快,最后砸得稀烂。只有一个办法,在这个着陆器的下面安一个发动机,你往下掉我就往上推,慢慢让你掉下来了。


但是还有一个问题,月球表面这45亿年以来砸了不知道多少个坑,小天体撞在上面,大几十米、深百米的有上亿个,到处坑坑洼洼,我的着陆区四条腿降落在月面上,一个腿掉到某一个坑就会倒下去,我的月球车也爬不起来前功尽弃。我们是非常高级的人工智能计算机,慢慢落下来后一边落一边拍照,拍照之后我们的人工智能很强,立即分析判断说不行,这个地方不能落,就挪,好,再拍一张又不行,又挪,挪来挪去最后拍了3764张照片,有一张照片可以落了,最后就按照人工智能的指示落下去了,安安稳稳地着陆到月球的表面。



我们要着陆的月球背面有一个巨大的撞击盆地,那是40亿年以前一个巨大的小天体撞在月球上砸出来一个大盆地,这个盆地直径2400多公里,非常的大,后期又砸了很多的小坑。我们认定了一个100多公里的撞击坑,叫做冯卡门撞击坑,要落到那里面。


为什么要落到那个坑中?因为这个大盆地是40亿年以前砸下来的,砸完了之后把表面的东西全部撞击抛射出去,把里面的石头全部露出来,那一定是比40亿年更早的石头,我们就是要知道,月球早期的历史,因为我们在正面找不到任何证据,最多到40亿年,40亿年以前没有记录。


就像我们考古没有记录,没有墓葬,根本不知道中国夏商周的社会历史情况,我现在对月球也是这样,我找不着,但是到那个坑里面有可能找到,所以我们降落在那个坑里面,安全着陆了之后月球车走下着陆器,然后绕到它的那边去,为什么绕这样一个圈子呢?因为我们着陆器的国旗是在这边,我们月球车绕过来相互拍照,证明它们两个在月球上各干各的活了。


我们干嘛要到月球背面去?我们有三个目的:


第一,人类得到了很多来自于宇宙、来自于银河系、来自太阳系的科学信息,但是有一段我们地球收不到,那就是长波的电磁波或者是低频的电磁波。为什么我们收不到?是因为地球的电离层干扰,都给你搅乱了,所以我在地球上收不到,在月球的这一面也收不到。后来科学家梦寐以求,我要知道这些科学信息,只有一个办法,跑到月球背面去,这一面全挡掉了,那是一个最理想的地方,所以我一定要到月球背面去。


第二,月球的历史正面最古老是40亿年,早于40亿年更古老的历史不知道,我要到月球背面,落到最老的石头上把月球的历史全面的归属,我要到月球背面去。


第三,人类从来没有到过月球背面,我们中国跟欧洲很多的国家合作,研制了几台仪器,我们一定要测出来月球背面的表面环境、近月空间环境,这些全部是人类从来不知道的,我们现在已经研究出很多的成果,现在逐步正在发表。


嫦娥四号已经工作了整整一年,大家可以注意媒体经常报道,这个晚上过去了太阳出来了,月亮的一天相当于我们地球大概一个月,29天左右,它的白天接近半个月,晚上也接近半个月,所以半天连续工作,晚上到了黑夜这半个月真惨了,漆黑,温度是零下109度,根本不能干活,所以大家在仪器盖待着守到天亮。漫漫长夜,差不多半个月长,等第二天太阳一出来了,照在上面它告诉我们说太阳出来了,我现在可以干活了,请指示,我说用不着指示,你的计算机早已经给你安排了你的活,嫦娥四号已经整整工作一年,取得了大量的成果。


按照计划,2019年我们要到月球上采样返回,但是我们很遗憾,由于长征五号火箭的原因,因为上次失败了,今年不能发射,改为2020年年底发射,这样的话我们挑了一个地方,离阿波罗载人登月的地方很远,一千多公里以外的,那个五角星的位置上我们落下去了之后,用电铲采样加上自己打钻取样等等,把所有的作品装到锥形舱里头。但是我们回不来,在月亮上,没有那么多的燃料把它送回来,我们只要它飞上去,月球空间跟飞船自动会对接,最后这个飞船把它带回地球,这个时候可以用降落伞很安全落在内蒙古的四子王旗,这样中国就有这个能力。首先我们可以到月球,另外我们可以安全落下去,其次还可以安全返回地球,所以我们完全有能力把那个宇航员送上月球,而且我们还可以把宇航员安全返回月球。


中国载人登月马上开始筹备了,另外我们还要建设月球基地,开发利用月球的资源。2020年原计划是要去火星探测,因为去火星探测不是说你想什么时候去就能去的,做不多。只有什么办法,只有火星跟地球某一种关系的时候,大约要两年零两个月,26个月才有一次机会,明年的六七月份是一个窗口,我们必须把握好这个窗口。2020年的6、7月份我们把中国的火星探测器送上火星,大概路途要飞七个月左右,将近四亿公里到达火星。



我们到了火星的目的,首先我们要有一个火星的卫星,全面地探测火星,因为中国是头一次去。另外我们也有一个活性车,从着陆器上走下来,天上地上联合探测火星,这是我们中国第一次探测,别人还没有这么一种主构探测火星。以前谣言地球人大战火星人,说火星上有运河以及有社会,这其实都是假的。火星上经过探测,现在可能没有任何生命活动的迹象,所以我们想能否在火星上探测到任何生命活动的特征。


中国的科学家曾经做过一个工作,用火星掉下来的石头在北京的实验室我们做了大量的分析,最后证明火星曾经有过生命,这是很了不起的一件事情,我们最终在欧洲发表。2014年12月2日,美国的好奇号向全世界公布了他们探测的结果,证明的结果是火星曾经有过生命,他们记者招待会的时候是2014年12月16日,比中国晚了半个月。这件事情人们仍然仍然承认是中国首先做到的,所以火星究竟有没有生命,到底以前有过生命是什么形态不知道。


另外火星本身也有一系列的问题,还有我们地球受到很多自然界的威胁,再加上人类愚蠢的行为,像(如果未来)打一场核战争地球已经不能适宜居住了,所以我们要为人类未来的发展找一个地方,我们能否改造一个星球让它变为第二个地球,我们至少可以迁一半人到这个上面去。人是经过了38亿年生命的逐步演化,到最后的200万年才出现了人类,而且具有智慧,建立了高度文明的社会。人假如说毁灭了之后那要从头来是不可能的,所以我们一定要保护人类,特别让人类的未来更美好,更幸福。


全世界的科学家都有一个共同的认识,改造火星,让它变为第二个地球,月亮没有办法改造,太糟糕了,所以这是大家的共同认识。



这样的话我们完成这三次任务,到了2021年7月1第一个一百年到来的时候,我们以优异的成绩去祝贺我们伟大的第一个一百年。我们同时又制订了一个十年规划,中国要探测整个的太阳系,探测什么呢?难道我们这浩瀚太阳系只有地球有生命,别人都没有?哪怕细菌也是了不起的事情,如果可以发现的话,毕竟是生命。我们太阳系里面绝对没有外星人,不会像网上传说的那样。但是在哪儿有呢?要找出来要有证据。另外,我们要研究太阳系的起源以及演化,其次我们还要利用太阳系各个天体的特殊资源和能源,要为我们人类社会的最后持续发展作出贡献。


还有,有时候我们地球遇到突然的袭击,小天体撞地球,恐龙灭绝就是这样的事情。6500万年以前一个天体撞到墨西哥附近,挖出180公里的大坑,我在中国的NASA附近找到了全部的证据,那个时候我们地球变为了一个黑暗的地球,一个寒冷的地球,恐龙因为植物不能进行光和作用,结果大批地死亡。恐龙灭绝绝对不是一个一个小天体把它砸死,是整个生态环境的彻底崩溃,一百多万个物种有70%灭绝了,能不能以后规避这些灾难?我们一定要确保人类的社会改造,另外再造一个地球。


我们下一步制定探测小行星(计划),在地球附近,这个中间是地球,外面密密麻麻的是近地行星,大概两三万个,他们(直径)大于一公里的有800个,这个一撞下来又是巨大的灾难。还有统计越来越精确的,登陆的将近有两万个小星星,他们又多,走的又不太规矩,所以我们一定要选择几个小行星,跟它伴飞取样,我们一定要搞清楚如何规避近地小行星撞击地球,这个现在已经有了办法,现在的航天器技术完全可以规避这一点。


另外我们除了有一个大月亮之外,还有6个小“月亮”,这个小月亮从哪儿来,以后会不会捣乱,对于我们地球造成威胁,我们一定要确保我们地球的安全。还有我们要飞得更远,(飞到)火星外面小行星带以及小王星的柯伊伯带。我们还要着陆在火星上取样,人类没有得到一块从火星上直接取出来的样品,火星石头掉下来我们已经全世界有40、50块,但是不知道它是火星哪儿掉下来的,所以我们一定要去实地把样品取回来了,这是我们第二个要做的。


其次,我们还要要去木星,木星是八行星当中最大,它的体积相当于13146个地球堆起来的大小,过去叫做太岁星。过去有一句老话,谁敢在太岁头上动土,中国一定要到太岁头上动土,就要跑到那儿探索木星。木星给我们地球帮了很大的忙,把很多小行星的轨道改变了,别砸了我们地球,它是有大功劳。它有79个月亮,所以我们选了两个月球,第一个是木卫四,它表面上有冰,里面有海洋,海洋里面又有火山喷发。按照这个条件,有液态水,有能量,也有一些组成生命的元素,一定可以有生命的诞生,所以科学家们期盼着在木卫二的海底可能有生命。


过了这十年我们还要飞得更远,要飞到太阳系的更遥远的地方,所以我们制定了一个计划,这个计划就是第一个一百年以前要完成的,以及过了这个十年要完成的任务,任务非常艰巨,我们中国要越飞越远。



目前全世界兴起了一股浪潮,太空资源的开发利用。美国奥巴马批准了一个法案,鼓励私人企业开发太空资源,而且欧洲的卢森堡也制定了法令,要保护这些开发利用,谁开发谁获益。这个不行,这个在法律上是不允许,因为这不是一个美国一个国家的财产,也不是卢森堡的财产,所有天体都是人类共同的财产,你开发了就算你的?美国宣布抓一个小行星过来开发,可能这个小行星的产值可以超过全人类一年的GDP,所以那是很有前景的。我们中国也召开了地月空间的经济高峰论坛会,假如说充分利用这种资源,中国每年产值可以达到十亿。


太空资源主要是矿产资源,还有能源资源。月球有两种资源,假如说在月球上系一个腰带,宽400公斤,长一万一千公里,用机器人和3D打印出来太阳能发电板,铺在月球上,这个腰带可以系好。至于月球上的腰带能传到地球绝对没有问题,以后地球子孙万代、子孙万万代什么能源都不需要了,因为月亮至少有一半被太阳罩着,那足够了。



另外月球土壤里面有大量的氦3,我们嫦娥一号计算的结果大概至少可以确保我们核聚变满足全人类一万年的能源需求,所以太空的资源能源是很丰富的。另外还有它的环境,月球太恶劣了,没有空气,没有物,没有人,没有天体变化,日夜温差三百度,而且又没有磁场,正因为是这样,有一些产品你最好在月亮上生产,你不需要在地球上创造这个条件,(而是)太空资源的开发利用。还有电能铺设太阳能发电板,以及月球上的其他资源。总之,月球包括小行星的资源能源环境的开发利用,对于支持人类社会的有序、健康幸福的发展将会发挥重大的作用。


这是嫦娥一号测出来氦3资源分布。美国下决心要充分利用月球做一个跳板,他准备建设月球的空间站,不搞地球空间站了,没有什么活可干。月球空间战要在载人登月下去就是月亮,原来美国载人登月计划大概在2030年之后,特朗普总统特别宣布2020年美国举行第二次再认登月,一个男的一个女的登陆月球,他们现在已经做准备采取这个办法。地球跟月球之间开正常交通车就行了,这样他们到了月球的空间站落下去,要回来时不回地球,直接回空间站然后再回地球,这也是载人登月。他们不仅仅要载人登月,这就是他们的绕月空间站,而且还通过月球去火星以及小行星,这是美国当前的计划,而且最后直接通过月球去火星,月球上发射火箭比地球上好多了,方便多了,所以大家希望可以通过这条路来实现。


我们能否改造火星?要精细地探测火星当前的环境,人类一定能够把火星逐步改造成为青山绿水,环境美化的火星,变为人类第二个栖息地。人类也许要通过不止一个世纪的努力,可以将这个贫瘠的行星改造成人类第二个栖息地。


未来我们人类将有两个栖息地,一个是地球,一个是火星,这样的话地球和火星将成为人类未来发展的姐妹共同体。



这是科学家的梦想,但是所有这些寄托在我们在座的年轻的孩子们的身上,你们正是小学初中阶段,你们肩负着重大的历史责任和使命,未来人类的幸福,未来国家建设一个强国的艰巨任务。


孩子们,你们要担当起来,你们是未来国家的主人,你们是未来建设强国的担当者,我坚信你们一定有能力有气概、有信心去完成我们中华民族的伟大任务,我们中华民族不仅仅自己要振兴,而且还要为我们全人类的发展作出我们中华民族的贡献,一切都寄托在我们少年朋友们的肩上,希望你们担当责任,完成使命,你们一定是我们伟大中华民族的杰出的未来建设祖国的主人翁。


我这个老头衷心地祝贺你们,谢谢。

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