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宇宙像个弹簧?

2018-08-06鞠强

华夏地理 2018年11期
关键词:布兰登一夫奇点

鞠强

科学家是什么样的?是自带一份“神秘气场”,用αβγ说话的技术流,还是做事严谨、几乎没有幽默感的高智商宅男?事实上,现实生活中的他们很可能在某个音乐节现场高举啤酒瓶摇摆,对昨夜凌晨的欧洲足球赛赛况了如指掌,甚至你在上周看过的话剧就有他的参演。蔡一夫就是一名这样的科学家。

蔡一夫15岁考入中国科学技术大学少年班,毕业后去中国科学院高能物理研究所攻读博士学位,在此期间结识了反弹宇宙学的专家布兰登伯格教授。获得博士学位后,蔡一夫先是到美国进行博士后研究,随后又去往加拿大麦吉尔大学,与布兰登伯格教授合作。

就像美剧《生活大爆炸》中那几个活泼有趣的科学家一样,他热爱摇滚,喜欢话剧并曾经参演。世界杯期间,这位刚刚成为父亲的科学家还会“忙里偷闲”看幾场比赛。

巧合的是,他关注的研究领域“反弹宇宙学”也和“大爆炸理论”密切相关。大爆炸理论由伽莫夫等人于20世纪40年代提出,该理论描述我们的宇宙创生于一个时空奇点的大爆炸。这个奇点的密度无限大,体积无限小,温度无限高,一切已知的物理规律在这里失效。

大爆炸目前已经成为现代宇宙学中的主流理论,然而现有的理论只在大爆炸发生10-43秒后有效,也就是说,我们还未真正回答宇宙从何而来这个问题。反弹宇宙学则在面对奇点时提供了另一个思路。探索这一领域的科学家认为,宇宙在大爆炸之前先是经历不断的收缩,直至达到一个极小的临界值,然后开始膨胀,进入现有的大爆炸理论可以解释的阶段。“这样宇宙看起来就像是一个弹簧。”蔡一夫道。

2015年,蔡一夫通过入选国家人才项目,成为中国科学技术大学物理学院天文学系的教授。这名29岁即拥有自己的科研组的年轻教授对待学生的态度也与众不同。

蔡一夫记得第一次见到自己中科院的导师张新民研究员时,导师对他说:“Enjoy physics(享受物理)”。这句话对他影响颇深,对待自己的学生,他同样没有给他们制定“必须做到”的科研目标,而是希望他们能够享受科研带来的乐趣。

不过,他对学生有另外的“苛刻”要求——在蔡一夫看来,除了享受学术,还要尽可能多样化地体会生活的美好。“我希望学生们不要总是宅在办公室里,所以偶尔会奢侈一把,召集大家在有落地窗的咖啡厅里开组会,让他们晒晒太阳;我们也会在春光明媚的时候,一起骑行20公里到合肥的滨湖湿地森林公园;我还组织他们参加过真人CS野战营。”

这种“体会生活,享受科研”的理念似乎对研究工作也起了促进作用,在他的带领下,整个团队学术收获颇丰。2018年8月24日,蔡一夫和他的3名学生共同在物理学界权威期刊《物理评论快报》上发表了论文,介绍了他们对原初黑洞的研究工作。

什么是原初黑洞?科学家猜测,在宇宙诞生之后不到1分钟的时间里,就已经有物质塌缩成黑洞,这种类型的黑洞被称为原初黑洞。在通常的原初黑洞理论中,黑洞产生概率低、质量分布范围过大是两个棘手的问题。

蔡一夫领导的团队则提出,在极早期宇宙中,物质相互挤压,密度变化产生周期性振荡,如同涟漪般以周期性变化的声速传播开来,并与物质本身的振荡产生共振,从而相互叠加,促使生成大量原初黑洞。而且,这样产生的原初黑洞,质量就被限制在共振的区间里。这一理论一举解决了黑洞的产生比率和质量范围两个问题。不过理论是否合理,还需要更多观测数据的检验。

与蔡一夫聊天的过程中,他曾说,“不用介绍我,多介绍我的学科。”他的微信签名是“happiness only real when shared”(只有分享才是真正的快乐)。对他来说,人类能够共同分享对宇宙的理解就是宇宙学研究的意义所在。

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