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天文随心听|讲述宇宙与人的故事
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天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】261|【黑洞之问】用耳朵“看”宇宙
1932年,贝尔实验室的年轻工程师卡尔·詹斯基,在研究无线电干扰时,发现了一种每天提前4分钟出现的神秘噪音。他追踪到那个信号来自银河系中心——人类第一次"听到"了宇宙深处的声音。但更重要的是:人类第一次意识到,可见光不是唯一的窗口。宇宙在用我们看不见的方式"说话"。然而,詹斯基的发现没有被重视,他被调去研究别的项目,再…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】259|【黑洞之问 番外】彭罗斯的灵感与惠勒的内心
彭罗斯怎么想到用拓扑学的?惠勒的倒戈内心经历了什么?本周番外深入两个故事——一个关于方法的突破,一个关于内心的转变。两个故事指向同一件事:你以为你在做一件事,但你实际上在做的是另一件事。本期你会听到:彭罗斯的数学背景:不是解方程,而是画图——从"全局方法"到"俘获面"宇宙监督假设:证明了奇点必然存在的人,仍然需要给自己…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】258|【黑洞之问】恐惧的终点
四周,两百年。从米歇尔的暗星到彭罗斯的奇点定理。恐惧阶段走完了——不是知识在积累,是提问方式在变。从"能不能"到"是不是必然",每一层都在缩小你能回避的空间。但证明"必然"的人,也需要安慰。恐惧的终点不是绝望,是追问。本期你会听到:两条线汇合:巴布森、惠勒、彭罗斯——"你以为你在做一件事,但你实际上在做的是另一件事""…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】257|【黑洞之问】铁幕的两侧
彭罗斯证明了奇点必然存在。但"必然"到底有多必然?在铁幕的另一边,苏联物理学家泽尔多维奇从核弹转向黑洞,与惠勒走向同一个结论。真理不在乎政治边界。本期你会听到:泽尔多维奇:从苏联核弹到黑洞理论——把物理定律推向极端黑洞吸积:气体落入黑洞时摩擦升温,释放巨大能量铁幕两侧的趋同:不同的政治体系、学术传统、研究风格,同一个结…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】256|【黑洞之问】三页纸
1965年,彭罗斯发表了一篇只有3页的论文。他用拓扑学——而不是解方程——证明了黑洞的形成不需要完美球对称,不需要特殊条件。奇点不是特例,是必然。本期你会听到:为什么之前所有人都假设"球对称"——不是自然界有,是方法需要拓扑学的力量:证明"房间有出口",不需要画出精确地图"俘获面"——一旦形成,坍缩不可逆转恐惧的本质不…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】255|【黑洞之问】惠勒的倒戈
约翰·惠勒,费曼的导师,20世纪最有影响力的美国物理学家之一。他从管奇点叫"怪物"、试图铲除它,到给它命名为"黑洞"、成为最大的辩护者。转变的关键不是新数据,而是换了提问方式。本期你会听到:惠勒的"激进保守主义"——用已知定律推向极端从"铲除怪物"到"拥抱怪物"的转变过程1968年"黑洞"这个词被正式采纳提问方式的改变…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】254|【黑洞之问】被遗忘的二十年
1939年之后,广义相对论几乎被全世界遗忘了二十年。但一个想消灭重力的金融家,意外地让引力研究活了下来。一个人想关上一扇门,却打开了一扇更大的门。本期你会听到:1939-1960年广义相对论的"黑暗时代"——连爱因斯坦都被当成"老傻瓜"1949年:巴布森成立"重力研究基金会"——一个想消灭重力的人,如何意外续命了引力研…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】252|【黑洞之问 番外】铁窗后面的中子星,与爱因斯坦的“最糟糕论文”
朗道和奥本海默几乎同时想到中子星——但朗道在卢比扬卡监狱里用手指在墙上比划方程,连论文都没来得及写。爱因斯坦1939年论文的计算完全正确,错的是他从计算里读出的那句话——方程说了"如果",他删掉了"如果"。三个人,同一个翻译错误:不是方程不诚实,是人比方程多说了一句话。本期你会听到:朗道的"等级自评":给爱因斯坦0级,…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】251|【黑洞之问】钱德拉的40年
从1937年离开剑桥到1983年获诺贝尔物理学奖,钱德拉塞卡走了四十四年。他每隔几年换一个研究方向,每个方向都写到极致,却再也没有碰过恒星结构。他的学生李政道和杨振宁1957年就拿了诺奖,他等到七十三岁。爱丁顿至死没有承认自己错了。钱德拉比罗默幸运——他等到了证实。但他们有一个共同点:都被正确的东西伤害过,都没有回去碰…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】250|【黑洞之问】 1939年——四个人,四种应对
1939年,四个人面对同一个问题:超过极限的恒星会变成什么?爱因斯坦写论文"证明"黑洞不存在——计算正确,结论错误,漏掉了坍缩。奥本海默用爱因斯坦自己的理论画出黑洞完整形成路径——论文发表当天二战爆发,被遗忘。朗道几乎同时想到答案,但被关在卢比扬卡监狱。钱德拉看到了这一切,选择不争。本期你会听到:爱因斯坦1939年论文…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】249|【黑洞之问】 爱丁顿的嘲讽
1935年1月11日,皇家天文学会。24岁的钱德拉塞卡讲完白矮星极限理论后,爱丁顿站起来当众嘲讽——"这在美学上是无法接受的"。不是"计算有误",是"美学"。一个正确的审美直觉——宇宙确实是美的——怎么变成了一个错误的科学判断?美不能作为物理定律的否决票。会后所有同行私下同意钱德拉,但没有人公开站出来。两年后,钱德拉离…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】248|【黑洞之问】 白矮星——恒星的尸体,还是中转站?
要理解钱德拉塞卡极限为什么让人不安,得先理解白矮星是什么。1926年福勒用量子力学解释了白矮星——电子简并压撑住了坍缩的恒星,任何质量都稳定。但钱德拉发现,考虑相对论效应后,电子速度接近光速时简并压增长变慢,最终追不上引力。两条逻辑链,起点相同,终点相反。白矮星不是所有恒星的终点——有些"尸体"冻不住。本期你会听到:白…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】247|【黑洞之问】 19岁,一艘船,一个极限
1930年,19岁的印度学生钱德拉塞卡在一艘开往英国的轮船上,将相对论效应加入白矮星的计算,得出一个让整个天体物理学界不安的结论:白矮星存在质量上限,超过1.4倍太阳质量的恒星不会停在白矮星阶段,而会继续坍缩。他叔父拉曼同年获诺贝尔物理学奖,他读的是爱丁顿的书,要去的是爱丁顿的剑桥——而他的结论将在五年后被爱丁顿亲手撕…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】245|【黑洞之问 番外】恒星坍缩链——从钱德拉塞卡到奥本海默
从19岁钱德拉塞卡在轮船上算出白矮星极限,到爱丁顿在皇家天文学会说"美学上无法接受",到奥本海默用广义相对论画出黑洞的完整形成路径——论文发表当天二战爆发,被遗忘24年。三种"不信"(直觉、哲学、审美)都错了,但方程不在乎你信不信,也不在乎你记不记得。本期你会听到:1930年,19岁钱德拉塞卡在孟买到威尼斯的18天航程…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】244|【黑洞之问】战壕里的信——史瓦西的最后日子
史瓦西16岁写出双星轨道论文,次年发表,42岁死在前线。他在天疱疮的剧痛中完成两篇论文,趴在冰面上用手指刮出方程,趴在地上脸朝下写完最后推导。爱因斯坦在悼文中说他"轻捷地理解问题实质"。他的儿子马丁·史瓦西也成了天体物理学家——父子两代人都把一生献给了恒星。本期你会听到:史瓦西16岁写出双星轨道论文,次年发表,曾花三天…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】243|【黑洞之问】方程在喊“救命”
史瓦西解里有两个无穷大——一个是坐标奇点,换坐标系就消失;一个是真奇点,换什么都消不掉。真奇点意味着物理定律到头了。但史瓦西说"不会自然出现",爱因斯坦说"只是数学特例"——创造者拒绝自己的创造物,在科学史上反复发生。本期你会听到:坐标奇点vs真奇点:y=1/x的中学类比——除零不被允许,但换坐标系可以消除真奇点意味着…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】242|【黑洞之问】光再也绕不出来的边界
史瓦西半径R=2GM/c²——太阳3公里,地球9毫米,一个人比原子核还小。这条线叫事件视界:空间本身以光速下坠,光不是被拦住了,是无路可走。更惊人的是,米歇尔和拉普拉斯用牛顿力学算出的暗星半径,和史瓦西用广义相对论算出的完全一样——语法不同,结论相同。本期你会听到:史瓦西半径的数值:太阳3公里,地球9毫米,一个人比原子…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】241|【黑洞之问】物质告诉时空如何弯曲
惠勒一句话概括了广义相对论——"物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。"本期拆解这句话的齿轮:橡胶膜类比、测地线、场方程为什么难解,以及史瓦西如何用最聪明的简化,把十个耦合方程缩减成可手算的形式。本期你会听到:牛顿的"拉扯力"vs爱因斯坦的"时空弯曲"——引力不是力,是几何橡胶膜类比:保龄球压凹膜面,弹珠沿凹陷走…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】240|【黑洞之问】一个月,一个解,一个怪物
1915年11月,爱因斯坦发表广义相对论场方程。不到一个月,德国天文学家卡尔·史瓦西在俄国前线的战壕里手算出了第一个精确解。但解中藏着一个"无穷大"——连解方程的人都不愿面对。创造方程的和解出方程的,都选择了不信。本期你会听到:爱因斯坦为场方程花了八年,史瓦西不到一个月解出精确解史瓦西从战壕寄给爱因斯坦的信——信封上覆…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季 主播会员 限时免费】239|【黑洞之问】直觉与基础:正确从哪里来?
1783年,英国牧师米歇尔用牛顿引力加光微粒说推出了暗星——一个正确的直觉,搭在错误的基础上。这件事不是孤例。德谟克利特用哲学思辨猜到了原子,开普勒用天体音乐推导出正确的行星定律,普朗克用数学技巧提出了量子化——四个时代,跨越两千四百年,同一个结构性处境:直觉跑在基础前面,基础撑不住直觉,直觉被搁置——但不是消失。19…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】238|【黑洞之问 番外】杀死暗星的那个人
1801年,托马斯·杨用一束光穿过两条窄缝,杀死了微粒说,也杀死了暗星的物理基础。但这个杨是谁?2岁读书,14岁掌握十几种语言,先学医发现了眼睛对焦原理和散光原因,提出三色理论(今天你手机屏幕上的每个像素都在用),然后做了双缝实验杀死微粒说,后来还破译了罗塞塔石碑上的古埃及文字。他被称为"最后一个什么都知道的人"。17…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】237|【黑洞之问】从牛顿到爱因斯坦——同一条路,不同的语法
1916年,卡尔·史瓦西在第一次世界大战的战壕里,解出了爱因斯坦场方程的第一个精确解。这个解给出了一个半径:R=2GM/c²——和一百二十年前拉普拉斯用牛顿力学算出的暗星半径,在形式上完全相同。但这次没有错误,没有抵消,没有巧合。牛顿暗星和爱因斯坦黑洞有三个根本区别:光被减速还是空间被弯折、理论上可逃还是绝对不可逃、天…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】236|【黑洞之问】拉普拉斯的犹豫
拉普拉斯相信宇宙是一台巨大的机器——如果你知道宇宙中每个粒子的状态,就能预测一切。这就是"拉普拉斯妖"。但他自己也算出了暗星:一个光永远逃不出来的天体,内部信息对任何外部观测者永远封闭——这是拉普拉斯妖的一个永恒盲区。然后他在下一版书里把暗星删掉了。没有人知道为什么。直接原因是托马斯·杨的双缝实验推翻了光微粒说,暗星的…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】235|【黑洞之问】暗星的诞生与死亡
暗星的零件是两块:牛顿的万有引力定律,和光微粒说。两块拼到一起,暗星就出现了——不需要任何额外假设。但1801年托马斯·杨的双缝实验一句话杀死了微粒说,暗星的物理基础随之塌陷。拉普拉斯在下一版书里把暗星那段悄悄删掉了。然而最让人不安的细节是:拉普拉斯推导暗星半径时犯了两个错误——用了牛顿引力(应为广义相对论)和½mc²…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】234|【黑洞之问】逃逸速度,什么决定了东西能不能跑掉
你站在地球上扔一块石头,力气不够大,石头落回来。力气大到某个临界值,石头再也不回来了——这个临界速度叫逃逸速度。地球的逃逸速度是每秒11.2公里。但逃逸速度只取决于天体的质量和半径,跟石头本身无关。天体越大越密,逃逸速度越高。高到超过光速呢?光逃不出来。这就是暗星。把太阳压缩到半径3公里,把地球塞进一个乒乓球——光就再…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】233|【黑洞之问】光,能被抓住吗?
1783年,英国牧师约翰·米歇尔给朋友卡文迪许写了一封信,信里提到一颗"光都逃不出去"的星。十三年后,法国数学家拉普拉斯独立走到了同一个结论。两个人,隔着英吉利海峡,用牛顿的引力定律和光速的测量值,拼出了同一幅图景——暗星。这是《黑洞之问》的第一期,也是全季发刊词。上一季《光速之问》追了三百五十年的光,追到终点发现光速…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】232|【光速之问 季终】追了三百五十年的光,教会我们什么
内容摘要《光速之问》终章——追了三百五十年的光,教会我们什么?三季"科学之问"系列在这里收束。《起源之问》问宇宙从哪来,《终结之问》问宇宙到哪去,《光速之问》问宇宙按什么规则运转——三个方向,最终都撞上了同一个东西:边界。第一幕:三个系列,同一个边界。…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】231|【光速之问 番外】追光的人,一直在和光的牢笼擦肩而过
参考文献:Michell, J. (1784). "On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, etc. of the Fixed Stars." Philosophical Transactions of the Royal Society, 74…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】230|【光速之问 】语法的意义
参考文献:1. Rømer, O. (1676). “Demonstration touchant le mouvement de la lumière.” Journal des Sçavans.2. Einstein, A. (1905). “Zur Elektrodynamik bewegter…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】229|【光速之问 】每次导航,都是一次验证
参考文献:1. National Research Council. (1983). “The International System of Units (SI).” NIST Special Publication 330.2. Ashby, N. (2003). “Relativity in the…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】228|【光速之问 】如果光速可以改变
参考文献:1. Einstein, A. (1905). “Zur Elektrodynamik bewegter Körper.” Annalen der Physik, 17, 891-921.2. Maudlin, T. (2002). “Non-local correlations in quantum…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】227|【光速之问 】为什么光速不能被超越
参考文献:1. Einstein, A. (1905). “Zur Elektrodynamik bewegter Körper.” Annalen der Physik, 17, 891-921.2. Einstein, A. (1905). “Ist die Trägheit eines Körpers von…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】226|【光速之问 】300年之后
参考文献:1. Rømer, O. (1676). “Demonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Rømer.” Journal des Sçavans.2. Adam, T. et al. (2011). “Measurement…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】231|【光速之问 番外】宇宙里藏着一面镜子
参考文献1. Dirac, P. A. M. (1928). The Quantum Theory of the Electron. Proceedings of the Royal Society A, 117(778), 610–624.2. Anderson, C. D. (1933). The…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】230|【光速之问】属于谁的发现?
参考文献1. Russell, B., & Einstein, A. (1955). The Russell-Einstein Manifesto. Pugwash Conferences on Science and World Affairs.2. Bird, K., & Sherwin, M. J…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】229|【光速之问】那封信
参考文献1. Einstein, A., & Szilard, L. (1939). Letter to President Franklin D. Roosevelt, August 2, 1939. Franklin D. Roosevelt Presidential Library.2. Rhodes, R…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】228|【光速之问】从方程到裂变
参考文献1. Chadwick, J. (1932). Possible Existence of a Neutron. Nature, 129, 312.2. Hahn, O., & Strassmann, F. (1939). Über den Nachweis und das Verhalten der bei…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】227|【光速之问】质量,和能量是同一件事
参考文献1. Einstein, A. (1905). Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? Annalen der Physik, 18, 639–641.2. French, A. P. (1968). Special…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】226|【光速之问】那个问句标题
参考文献1. Einstein, A. (1905). Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? Annalen der Physik, 18, 639–641.2. Einstein, A. (1905). Zur…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】224|【光速之问 番外】弯折的路径
参考文献:1. Pogge, R. W. (2017). Real-World Relativity: The GPS Navigation System. Ohio State University.2. Ashby, N. (2002). Relativity and the Global Positioning…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】223|【光速之问】时间是物理量
参考文献:1. Rovelli, C. (2017). The Order of Time. Riverhead Books.(中译本:《时间的秩序》,湖南科技出版社)2. Boltzmann, L. (1877). Über die Beziehung zwischen dem zweiten Hauptsatze…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】222|【光速之问】宇宙自己的实验
参考文献:1. Hulse, R. A., & Taylor, J. H. (1975). Discovery of a pulsar in a binary system. The Astrophysical Journal, 195, L51–L53.2. Taylor, J. H., & Weisberg,…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】221|【光速之问】原子钟上了飞机
参考文献:1. Hafele, J. C., & Keating, R. E. (1972). Around-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativistic Time Gains. Science, 177(4044), 166–168.2. Hafele, J…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】220|【光速之问】那个悖论的意图
参考文献:1. Langevin, P. (1911). L’évolution de l’espace et du temps. Scientia, 10, 31–54.2. Dingle, H. (1922). Relativity for All. Methuen.3. Dingle, H. (1940)…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】219|【光速之问】一对双胞胎
参考文献:1. Langevin, P. (1911). L’évolution de l’espace et du temps. Scientia, 10, 31–54.2. Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】217|【光速之问 番外】那个蓝点,是他两次放弃自己的结果
参考文献:Einstein, A. (1907). Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen.Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, 4,…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】216|【光速之问】直觉的边界
参考文献:1. Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, 17, 891–921.2. Einstein, A. (1916). Relativity: The Special and the…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】215|【光速之问】那台光子钟
参考文献:1. Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, 17, 891–921.2. Rossi, B., & Hall, D. B. (1941). Variation of the rate of…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】214|【光速之问】同时性,不存在
参考文献:1. Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, 17, 891–921.2. Einstein, A. (1916). Relativity: The Special and the…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】213|【光速之问】速度,可以叠加吗?
参考文献:1. Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, 17, 891–921.2. Isaacson, W. (2007). Einstein: His Life and Universe. Simon…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】212|【光速之问】那个16岁的问题
参考文献:1. Isaacson, W. (2007). Einstein: His Life and Universe. Simon & Schuster.2. Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik,…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】210|【光速之问 番外】一个答案,需要三百年
参考文献:Galilei, G. (1632).Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo. Firenze: Gio. Batista Landini. [English translation:Dialogue Concerning the Two Chief…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】209|【光速之问】土壤
参考文献:Einstein, A. (1949).Autobiographical Notes. In P. A. Schilpp (Ed.),AlbertEinstein:Philosopher-Scientist. Evanston: Library of Living Philosophers.Kuhn, T…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】208|【光速之问】拆墙
参考文献:Einstein, A. (1905). Zur Elektrodynamik bewegter Körper.Annalen der Physik, 17(10), 891–921. [English translation: On the Electrodynamics of Moving…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】207|【光速之问】门槛
参考文献:Poincaré, H. (1904). L’état actuel et l’avenir de la physique mathématique.Bulletin des sciences mathématiques, 28, 302–324. [English translation: The…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】206|【光速之问】补丁
参考文献:Lorentz, H. A. (1904). Electromagnetic Phenomena in a System Moving with Any Velocity Smaller than That of Light.Proceedings of the Royal Netherlands…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】205|【光速之问】裂缝
参考文献:Michelson, A. A., & Morley, E. W. (1887). On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether.American Journal of Science, 34(203),…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】203|【光速之问 番外】一台仪器的一百三十年
参考文献:1. Michelson, A. A., & Morley, E. W. (1887). On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. American Journal of Science, 34, 333–345.2…
天文随心听|讲述宇宙与人的故事【第二季】202|【光速之问】爱因斯坦读到了什么
参考文献:Einstein, A. (1905). “Zur Elektrodynamik bewegter Körper.”Annalen der Physik, 17, 891–921.Michelson, A.A. & Morley, E.W. (1887). “On the Relative Motion…