如何用大数据检验引力与时空理论的正确性

怎样用大数据查验引力与时空理论的正确性宇宙，它让所有天文学家为之喜悦。因为这里有一颗蓝色的星球，它被银河包裹着。可是我们还没能认识完整的宇宙，也没能掌握宇宙运行的所有规律，这对我们来说是很遗憾的。就像从前费曼所说的，我们没办法参与其中，但能够尽可能地凝望它，找到一些规律。现在，我们所能做的就是尽可能使用强大的射电望远镜凝望宇宙，尽可能地提出问题，尽可能地找到答案。我们提出的这些问题，现在仍旧在不断探索中间，好多时候都是对于重力等外力问题。大家知道重力，我们每次摔倒的时候都有重力的原因。重力围绕在地球的周围，但实际上这个万有引力存在于所有天体中，比方黑洞，正是这样，爱因斯坦提出了广义相对论。直到今天，相对论仍旧是对万有引力最好的描述，虽然不一定是对的。几周前，我们人类有能力拍摄了一张真实的黑洞照片，但是大家能够看到，这张照片并不能像仿真同样获得一个答案。但是，它对于我们对这个引力的预测是基真相像的：包含了6个太阳的质量，所以黑洞的发现与广义相对论是基真相像的。生活中也能产生引力波引力贯串在我们所有物理观点中，包括广义相对论。实际上它稍微有些不一样，因为引力在相对论中，它是由时空形成的理论。移动质量，加快它们，在空间与时间中间形成一其中心，进而形成了一个波，这就是所谓的引力波，速度越快引力波越强。在太阳系中我们有地球、月球，月球绕着地球公转，而在太阳和月球之间是没有直接的公转。100多年前，爱因斯坦发表了他的理论，但是现在的我们怎样去考证它呢？最后获得的一个结果就是：如果我们提高一对相互运行的质量，这种情况以系统的方式发生，当能量从系统中带走，轨道缩小，这两个质量会最终碰撞和归并。实际上，很难像上述这样去考证相对论，因为重力是相对弱的，特别是和电力对照。这就是为什么你摔倒的时候头上会受伤——地面分子中的力比重力要强得多。大家能够想象一下，如果一个站在体育场上的运动员，他经过自己质量旋转来制造引力波。若是说这个运动员100公斤，他以每次2倍的质量旋转，也会产生引力波，可是这个引力波的能量特别小，所以在体育场观看运动员比赛是完全没有危险的。显然，在我们平时生活中不太可能产生强能量的引力波，而只有巨大的物体，像恒星、星星才能做到。爱因斯坦给出了一个正确的答案，他说科学家在理解世界的过程中会获得回报，而不单限于发现其应用场所的可能性。大家知道，量子力学是由爱因斯坦的同事发现的，在刚才发现的时候它还只是一个模糊的理论，并没有可应用的地方，现在天我们能够做到这么多，还在这里召开这样一个会议，所有一切都是因为量子力学，现在社会中间碰到的一些东西都是鉴于量子力学这个理论。能够说量子力学是今天数字世界的重点。地点惹起的时间差我们都知道，钟表在重力场中会走得慢一些。当年有两个科学家，他们做了一个实验，他们拿两个如出一辙的原子钟表，一个放在地球上，一个放在飞机上，他们发现地球上的钟表走得会比飞机上的钟表要慢一些。究其原因，是放在飞机上的钟表所处地点比较高，受到的重力场的影响相对较小。另一个实验是：把两个如出一辙的钟表放在埃菲尔铁塔上，一个放在塔顶，一个放在塔底。结果两个钟表走的时间都不同样。为什么？因为这一年中地球距离太阳的地点持续發展变化，冬天的时候距离太阳近一点，然后所有的钟表就会走得慢一点;而在夏天的时候，会距离太阳更远一点，我们的钟表走得快一点。这样一个差幅在1.7毫秒左右，地球上的人是感觉不到的，只有当你在地外有一个钟表你才能感觉获得。其实，我们好多人每日都在做这样的调整。比如你们使用的GPS导航，GPS导航是鉴于卫星的，而卫星绕地旋转，卫星上的钟表会比地球上的钟表走得稍微快一点。GPS定位是利用不同卫星根据时间点做精确定位。如果不知道卫星上的表比地球上的表走得快一点而不做调整的话，这个差别每日可能达到46秒，意味着地面上的定位差别会高达12公里，所以说广义相对论跟我们平时生活息息有关。会爆炸的脉冲星霍金认为黑洞是会产生辐射的，由于辐射会丧失能量，特别小的黑洞会因丧失能量而蒸发。还有一个科学家曾预言，在特殊情况下会观察到比较短的无限脉冲。实际上，脉冲星是会爆炸的，比方超新星。1000多年前有一场爆炸，有两个恒星，左上角是恒星，右下是脉冲星。脉冲星它就像脉冲同样不停闪，并不是真的在闪，而是在飞速地旋转，所以叫脉冲星。同时也会散发辐射，各种各种的光束沿着轴发射光束。大部分的脉冲星都只能经过射电望远镜看到，而且旋转速度特别决。1974年我们找到了第一个跟恒星旋转相连的脉冲星，这样一个双星系统每日以毫秒速度缩小。我们刚才谈到引力波和双星系统，当轨道缩小的时候，就使整个系统失能。这些脉冲星它们是特别精确的钟表，它们的密度特别高。在这里给大家举一个例子，把脉冲星跟贵阳做一个对照，差不多同样大的。但是质量大体能够达到2个太阳系那么大，往常质量比太阳超出40%，状态特别特别稳定。大数据的挑战再说说FAST射电望远镜。一个接收器，能够同时看19个地点相邻的脉冲星。这也就是你们收集的数据是我们的19倍，数据量特别大，基本每日会产生144TB的数据，若是储藏起来需要特别大的储藏容量。能够做好多的事情，比如说在南非我们有各种各种的望远镜、排阵望远镜，我的研究所为这个64道阵列提供接收器。此外在利用这样的阵列，我们能够使用1000个光束扫描天空，这个是黑洞的照片，其实是由这一组望远镜做的。每一周大体能够产生20PB级的数据。你加越多的望远镜，最终数据质量越好，我们希望未来增加更多的望远镜。所以SKA每日见面对巨大的数据挑战，需要全部的数据算计才能办理。在这里，这个脉冲星转的速度特别快，产生的数据量特别多，我们能够去做动向分析，现在我们在线计算，而不像过去同样做离线计算。过去我们好多博士生帮我做计算、做办理。现在不能了，因为数据量太大，10年从前我们开始研发算法和机器学习，现在有了一些成就。但是这些算法必须特别可靠，所以我们需要持续提升我们的人工智能水平。基础研究，它其实是一种技术的驱动因素。对于天文学来说更是如此。就算我们不能很快把这些基础研究成就应用起来，但是到未来肯定是有用的。现如今，不论是数据的生成、数据的传输仍是数据的体量，对我们来说都是一个挑战。同时，民众参与进来也很重要。民