请问有科技小报的资料吗?急需!!!
来源:新能源网
时间:2024-08-17 13:56:29
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请问有科技小报的资料吗?急需!!!【专家解说】:胜利油田钻井院承担的国家863课题“旋转导向钻井系统关键技术研究”,经过近3年的攻关,9月底在胜利油田进行了现场测试并取得成功,标志
【专家解说】:胜利油田钻井院承担的国家863课题“旋转导向钻井系统关键技术研究”,经过近3年的攻关,9月底在胜利油田进行了现场测试并取得成功,标志着该项研究取得突破性进展。
旋转导向钻井技术是上世纪末发展起来的一项自动化钻井新技术,是降低油气开发成本、提高油气采收率的有效技术,被称为代表了目前钻井技术最高水平。国际上从上世纪90年代初开始进行旋转导向钻井技术的研究开发,先后有20多家公司涉足该技术的研究开发,至今只有3家世界上最大的技术服务公司形成了现场应用能力。
为了适应油气开发形势需要、提高国内钻井技术水平和参与世界范围内钻井市场竞争,胜利钻井院1998年开始进行旋转导向钻井技术的前期研究,2002年进入旋转导向钻井系统关键技术研究和样机开发阶段。钻井院旋转导向项目组与西安石油大学建立了联合开发项目组,实现了技术上的优势互补。钻井院与西安石油大学联手先后进行了上百次的设计更改、几十次的关键单元室内模拟试验,研究开发了3套旋转导向钻井井下工具系统样机、开展了4轮20多次的地面测试,于2006年8月22日~23日在营12-斜225井上进行了包括旋转导向钻井井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验,目的是试验其在斜井眼中保持原方位实现造斜的功能,试验实现造斜时的“测、控、储”以及测试机械结构综合性能。
据了解,胜利油田钻井院下一步将完善技术,为旋转导向钻井系统的商业化应用奠定基础。
2005年12月24日,由中国科学院电工研究所承担的“863”计划电动汽车重大专项--“电动汽车网络、总线、通讯协议研究”课题在北京顺利通过了科技部863计划能源技术领域办公室组织的验收。
“电动汽车网络、总线、通讯协议研究”课题的主要目标是进行电动汽车网络总线的共性技术研究,为电动汽车专项内部各单位提供总线及相关技术支撑,促进电动汽车通讯协议的规范化和标准化,为国内电动汽车的产业化打下基础。
经过该所研究人员的不懈努力,圆满完成课题任务。建立了比较完整的电动汽车通讯协议数据库体系,制定了电动汽车CAN总线通讯协议的专项内部推荐稿,能够适用于专项内部的纯电动、混合动力和燃料电池等各种类型电动汽车,向电动汽车通讯协议的标准化迈出了重要一步。对电动汽车总线测试规范进行了修订,使其更适用于电动车辆总线系统实际应用。建立了动力系统高速总线、车身网络低速CAN总线与LIN总线的公共平台,能够开展电动汽车用各种总线及通讯协议的开发工作。开展电磁兼容性研究,初步建立了电动汽车总线系统EMC测试平台。同时,汽车电子组还对TTCAN和LIN等其它先进车用总线技术进行了深入研究,对FLEXRAY总线进行了理论探讨,为总线技术的后续发展进行了充分的技术储备。
验收会上,专家组高度评价了电工所的工作,一致同意该课题通过验收,并建议进一步加强与整车单位合作,完善协议内容,使其成为国家标准;完善电动汽车通讯网络的公共测试平台,深入研究关键技术,促进我国车用总线技术的发展。
日前,由哈尔滨量具刃具集团有限责任公司承担的“十五”863计划“面向复杂曲面、叶片加工并联加工中心关键技术研究及应用”课题通过了机器人技术主题组织的验收。
“面向复杂曲面、叶片加工并联加工中心关键技术研究及应用”课题对并联机床结构、数字伺服系统开发、CAD/CAM应用、复杂曲面加工、并联结构加工误差与精度分析、机构结构参数标定及机床刚度的提高等技术进行了深入的研究,攻克了机床总体布局并联结构设计、七轴联动并联机床数控系统、并联加工中心精度保障等关键技术,并在并联机床的结构参数检测和机床标定方面有所创新,获得实用新型专利授权4项,发表学术论文9篇。
课题组按合同要求研制出了适合于复杂曲面叶片加工用并联加工中心商品化样机1台,不仅主要技术指标达到了课题任务书规定的要求,而且已有4台产品投入哈尔滨汽轮机厂的实际生产中,用于加工中、小型的动叶片和导叶片,加工精度与加工效率已与进口机床相当,较好地满足了用户的生产及工艺要求。
美国机器人元老英格伯格,1925年7月出生于美国的布鲁克林。毕业于哥伦比亚大学。第二次世界大战后,在一家公司工作。1956年以后,他开始与德沃尔密切合作,共同设计了一台工业机器人。他们筹集了足够的资金,1959年开始制造,终于造出了世界上第一台工业机器人,名叫“尤尼梅特”,意思是“万能自动”。
英格伯格和德沃尔筹办了“尤尼梅特”公司,这是世界上第一家专门生产机器人的工厂。
为了推广机器人,英格伯格于1967年到日本宣传介绍机器人。日本600多人听了他的演讲。从此,英格伯格被人们誉为“美国机器人的元老”。
宇宙是如何诞生并且演化到今天的?其未来又将走向何方?这个科学命题——或者说哲学命题,数千年来一直困扰着人类。
大约14年前,人们一度以为有了完美的答案:通过对于宇宙背景微波辐射的观测,天文学家最终验证了1929年爱德文哈勃(EdwinHubble)的猜想,即宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸(BigBang)。之后,随着宇宙的演化,银河系、太阳系、地球,乃至我们人类自身,都陆续登场。
2006年10月,正是凭借这一重要成就,美国科学家乔治斯穆特(GeorgeFSmoot)、约翰马瑟(JohnCMather)分享了该年度的诺贝尔物理学奖。
但我们对宇宙的了解,显然也还刚刚开始。就在此一个月后,美国航空航天局(NASA)公布的最新研究结果表明:至少在90亿年前,一种被称为“暗能量”(darkenergy)的神秘力量已经存在。
也就是说,在整个宇宙诞生后不到50亿年时,就开始受到暗能量影响。而此前,科学家普遍认为,在宇宙的早期,或许这种力量并不存在,因为那个时候主宰一切的还是我们熟悉的引力。
尽管这一结果仍不能确定地告诉我们宇宙的未来是怎样的,但显然,它为我们彻底理解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关的论文也将发表在2007年2月美国《天体物理学报》(TheAstrophysicalJournal)上。
这一研究小组的负责人、美国约翰霍普金斯大学(JohnHopkins)教授阿德姆瑞斯(AdamRiess)在接受《财经》记者采访时表示:“我们距离真正了解暗能量仍然很远。但很显然,这是非常重要的一步,因为它给出了更多的‘线索’(clue)。”
宇宙为什么加速膨胀?
暗能量的发现过程极富戏剧性。
按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。
但1998年,美国加州大学伯克利分校(UCBerkeley)物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(SaulPerlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(BrianSchmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。
换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢?
科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量”到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:
我们所熟悉的世界,即由普通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
下面的22%,则为暗物质。这种物质由仍然未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼看到。但其和普通物质一样,参与引力作用,因此仍可能探测到。
作为塔基的74%,则由最为神秘的暗能量构成。它无处不在,无时不在,由于我们对其性质知之甚少,所以科学家还不清楚如何在实验室中验证其存在。惟一的手段,仍然是通过天文观测这种间接手段来了解其奥秘。
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,则是目前最主要观测手段。这种超新星是由双星系统中的白矮星(whitedwarf)爆炸形成的,亮度几乎恒定。这样,通过测量其亮度,就可以知道其和地球之间的距离,进而了解其速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助,我们至少可以观测到90亿光年之外,即了解宇宙在90亿年前的信息。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯给我们展示的最新“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后,由于暗物质以及物质之间的距离非常接近,在引力作用下,宇宙的膨胀速度开始减速。
然而,至少在90亿年前,宇宙中另外一种力量——表现为排斥力量的暗能量已经出现,并且开始逐步抵消引力作用。
随着宇宙的膨胀,不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后,宇宙从减速膨胀,转变为加速膨胀状态,并且一直持续至今。
爱因斯坦的遗产
中国科学技术大学物理学教授李淼曾经半开玩笑地表示:“有多少暗能量专家,就有多少暗能量模型。”也许这种说法不无夸张之处,但暗能量在理论方面的混沌状况,从中也可见一斑。
其中,最具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmologicalconstant)。1917年,被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein),为了建立一个稳态宇宙模型,最早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。最终,它会达到一个临界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
中国科学院高能物理所研究员张新民在接受《财经》记者采访时指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯最新的结果在内,与爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
但是,宇宙常数距离成为一种确定性的暗能量理论还差得很远。一些科学家半开玩笑地说,按照这种模型,宇宙将一成不变地加速膨胀下去,未免太“枯燥”(boring)了一些。
当然,最为致命的是,按照量子场论计算出来的宇宙常数,比天文观测获得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一个最为诡异但不乏科学依据的解释,是“多宇宙论”。观测和理论或许都没有错,事实上,在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他的宇宙。科学家们可以想像到的宇宙数量不是以万或者亿来计算的,很可能多到10的1000次方个。
每个宇宙都有不同的宇宙常数,而我们恰恰生存在一个宇宙常数很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一个“上帝之手”,把一个适合智慧生命生存的宇宙呈现在我们面前。
但对于这种寄希望多宇宙存在的“人择原理”(anthropicprinciple),在天文学家和物理学家中间都存在很大的争议。中国科学院高能物理所研究员张新民对《财经》记者说,很多人认为这仅仅是一种猜想而已,还远远谈不上“原理”。
更为尖锐的批评,则认为这种解释与其说是一种科学理论,倒不如说更像一种宗教信仰。
为避免这种冲突,科学家们提出个各种暗能量理论,来代替宇宙常数模型。其中比较有代表性的包括精质(quintessence)模型、幽灵(phantom)模型等,张新民和中国科学技术大学物理学教授李淼也分别提出了精灵(quintom)和全息(holographic)模型。
宇宙的未来
如果这些替代的暗能量理论能够成立,它们所指向的将是截然不同的宇宙未来:
根据精质等动力学标量场(scalarfield)模型,宇宙的未来将复杂得多;也许将继续加速膨胀下去,也许会减缓膨胀的速度,甚至走向收缩,导致宇宙最终以与大爆炸相反的“大坍缩”(bigcrunch)收场。
而根据幽灵模型,暗能量将不断增大,导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终,宇宙将走向“大撕裂”(bigrip)。
精灵模型则给出了一个“振荡的未来”。张新民对《财经》表示,根据他提出的这一理论,整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎,“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。
最大的困难,在于迄今为止,我们能够研究暗能量的手段仍然十分有限。目前,最主流的仍然是借助超新星的观测。但有些人担心,特别是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恒定的,它也有自己的演化过程。
即使这种担心可以排除,鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远,观测它们的难度,在瑞斯看来就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度,也存在难以消除的系统误差。
通过对大尺度宇宙结构(比如星系团等)的研究,或许能为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在的话,星系团的形成过程可能要更慢一些,因为引力需要先克服这种斥力。
目前,一个空间探测计划斯隆数字巡天(SDSS)已经完成了第一阶段为期五年的运行,一旦全部完成之后,这一足以覆盖四分之一的天空的精细光学成像设备,无疑将披露更多的细节。
据悉,目前中国科学家也正在试图利用北京附近新上马的LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)来观测超新星,从而探索在中国首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马暴(超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射),也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。
北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》记者采访时指出,目前对于伽马暴天文学的探索还处在初级阶段,有点类似于1998年暗能量刚被发现时的超新星天文学,但其某些性质,从长期来看仍然有可能用来研究暗能量。
那么,是否有可能利用实验室来直接研究暗能量呢?一些人已经宣称,可以利用纳米技术来实现这一目标。瑞斯在接受《财经》采访时表示,一些科学家也希望利用短距离(short-range)的引力实验,发现暗能量的线索。
美国加州理工学院(CIT)的物理学家西恩卡罗尔(SeanCarroll)也对《财经》记者强调,要找到一个更具确定性的模型,不仅需要天文学上的数据,可能更需要来自粒子物理学的证据。尤其是2007年即将在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC),或许“我们可以期待”。
不过,由于对暗能量的性质、包括与其他物质的反应机理还不清楚,很多科学家认为,短期之内还无法对实验室内的工作寄予太大希望;更为现实的渠道,或许仍来自天文观测。
如果不出意外,普朗克(PLANCK)探测器将于2007年一季度正式升空,它将对天空进行更加精密的探测。在接受《财经》记者采访时,皮尔姆特也表示,由它所在的实验室负责设计的超新星加速探测器(SNAP),按照计划将于2013年或者2014年升空。
“在未来五到十年中,我们对于暗能量的性质或许将有更加清晰的了解。”英国诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康瑟利斯(ChristopherConselice)对《财经》记者说。
几乎没有人否认,暗能量对于整个宇宙学乃至物理学而言,都不啻是一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温伯格(StevenWeinberg)曾明确表示,“如果不解决暗能量这个‘路障’,我们就无法全面理解基础物理学。”著名华裔物理学家、1957年诺贝尔物理
旋转导向钻井技术是上世纪末发展起来的一项自动化钻井新技术,是降低油气开发成本、提高油气采收率的有效技术,被称为代表了目前钻井技术最高水平。国际上从上世纪90年代初开始进行旋转导向钻井技术的研究开发,先后有20多家公司涉足该技术的研究开发,至今只有3家世界上最大的技术服务公司形成了现场应用能力。
为了适应油气开发形势需要、提高国内钻井技术水平和参与世界范围内钻井市场竞争,胜利钻井院1998年开始进行旋转导向钻井技术的前期研究,2002年进入旋转导向钻井系统关键技术研究和样机开发阶段。钻井院旋转导向项目组与西安石油大学建立了联合开发项目组,实现了技术上的优势互补。钻井院与西安石油大学联手先后进行了上百次的设计更改、几十次的关键单元室内模拟试验,研究开发了3套旋转导向钻井井下工具系统样机、开展了4轮20多次的地面测试,于2006年8月22日~23日在营12-斜225井上进行了包括旋转导向钻井井下工具系统、MWD随钻测量系统、信息上传系统和地面监控系统在内的整个旋转导向钻井系统的联合现场试验,目的是试验其在斜井眼中保持原方位实现造斜的功能,试验实现造斜时的“测、控、储”以及测试机械结构综合性能。
据了解,胜利油田钻井院下一步将完善技术,为旋转导向钻井系统的商业化应用奠定基础。
2005年12月24日,由中国科学院电工研究所承担的“863”计划电动汽车重大专项--“电动汽车网络、总线、通讯协议研究”课题在北京顺利通过了科技部863计划能源技术领域办公室组织的验收。
“电动汽车网络、总线、通讯协议研究”课题的主要目标是进行电动汽车网络总线的共性技术研究,为电动汽车专项内部各单位提供总线及相关技术支撑,促进电动汽车通讯协议的规范化和标准化,为国内电动汽车的产业化打下基础。
经过该所研究人员的不懈努力,圆满完成课题任务。建立了比较完整的电动汽车通讯协议数据库体系,制定了电动汽车CAN总线通讯协议的专项内部推荐稿,能够适用于专项内部的纯电动、混合动力和燃料电池等各种类型电动汽车,向电动汽车通讯协议的标准化迈出了重要一步。对电动汽车总线测试规范进行了修订,使其更适用于电动车辆总线系统实际应用。建立了动力系统高速总线、车身网络低速CAN总线与LIN总线的公共平台,能够开展电动汽车用各种总线及通讯协议的开发工作。开展电磁兼容性研究,初步建立了电动汽车总线系统EMC测试平台。同时,汽车电子组还对TTCAN和LIN等其它先进车用总线技术进行了深入研究,对FLEXRAY总线进行了理论探讨,为总线技术的后续发展进行了充分的技术储备。
验收会上,专家组高度评价了电工所的工作,一致同意该课题通过验收,并建议进一步加强与整车单位合作,完善协议内容,使其成为国家标准;完善电动汽车通讯网络的公共测试平台,深入研究关键技术,促进我国车用总线技术的发展。
日前,由哈尔滨量具刃具集团有限责任公司承担的“十五”863计划“面向复杂曲面、叶片加工并联加工中心关键技术研究及应用”课题通过了机器人技术主题组织的验收。
“面向复杂曲面、叶片加工并联加工中心关键技术研究及应用”课题对并联机床结构、数字伺服系统开发、CAD/CAM应用、复杂曲面加工、并联结构加工误差与精度分析、机构结构参数标定及机床刚度的提高等技术进行了深入的研究,攻克了机床总体布局并联结构设计、七轴联动并联机床数控系统、并联加工中心精度保障等关键技术,并在并联机床的结构参数检测和机床标定方面有所创新,获得实用新型专利授权4项,发表学术论文9篇。
课题组按合同要求研制出了适合于复杂曲面叶片加工用并联加工中心商品化样机1台,不仅主要技术指标达到了课题任务书规定的要求,而且已有4台产品投入哈尔滨汽轮机厂的实际生产中,用于加工中、小型的动叶片和导叶片,加工精度与加工效率已与进口机床相当,较好地满足了用户的生产及工艺要求。
美国机器人元老英格伯格,1925年7月出生于美国的布鲁克林。毕业于哥伦比亚大学。第二次世界大战后,在一家公司工作。1956年以后,他开始与德沃尔密切合作,共同设计了一台工业机器人。他们筹集了足够的资金,1959年开始制造,终于造出了世界上第一台工业机器人,名叫“尤尼梅特”,意思是“万能自动”。
英格伯格和德沃尔筹办了“尤尼梅特”公司,这是世界上第一家专门生产机器人的工厂。
为了推广机器人,英格伯格于1967年到日本宣传介绍机器人。日本600多人听了他的演讲。从此,英格伯格被人们誉为“美国机器人的元老”。
宇宙是如何诞生并且演化到今天的?其未来又将走向何方?这个科学命题——或者说哲学命题,数千年来一直困扰着人类。
大约14年前,人们一度以为有了完美的答案:通过对于宇宙背景微波辐射的观测,天文学家最终验证了1929年爱德文哈勃(EdwinHubble)的猜想,即宇宙诞生于大约137亿年前的大爆炸(BigBang)。之后,随着宇宙的演化,银河系、太阳系、地球,乃至我们人类自身,都陆续登场。
2006年10月,正是凭借这一重要成就,美国科学家乔治斯穆特(GeorgeFSmoot)、约翰马瑟(JohnCMather)分享了该年度的诺贝尔物理学奖。
但我们对宇宙的了解,显然也还刚刚开始。就在此一个月后,美国航空航天局(NASA)公布的最新研究结果表明:至少在90亿年前,一种被称为“暗能量”(darkenergy)的神秘力量已经存在。
也就是说,在整个宇宙诞生后不到50亿年时,就开始受到暗能量影响。而此前,科学家普遍认为,在宇宙的早期,或许这种力量并不存在,因为那个时候主宰一切的还是我们熟悉的引力。
尽管这一结果仍不能确定地告诉我们宇宙的未来是怎样的,但显然,它为我们彻底理解宇宙的运行规律带来了新的曙光。相关的论文也将发表在2007年2月美国《天体物理学报》(TheAstrophysicalJournal)上。
这一研究小组的负责人、美国约翰霍普金斯大学(JohnHopkins)教授阿德姆瑞斯(AdamRiess)在接受《财经》记者采访时表示:“我们距离真正了解暗能量仍然很远。但很显然,这是非常重要的一步,因为它给出了更多的‘线索’(clue)。”
宇宙为什么加速膨胀?
暗能量的发现过程极富戏剧性。
按照宇宙大爆炸理论,在大爆炸发生之后,随着时间的推移,宇宙的膨胀速度将因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,就像缓慢踩了刹车的汽车一样。也就是说,距离地球相对遥远的星系,其膨胀速度应该比那些近的星系慢一些。
但1998年,美国加州大学伯克利分校(UCBerkeley)物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)高级科学家索尔皮尔姆特(SaulPerlmutter),以及澳大利亚国立大学布赖恩施密特(BrianSchmidt)分别领导的两个小组,通过观测发现,那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们。
换句话说,宇宙是在加速膨胀,仿佛一辆不断踩油门的汽车,而不是像此前科学家所预测的那样处于减速膨胀状态。
这样一个完全出乎意料的观测结果,从根本上动摇了对宇宙的传统理解。那么到底是什么样的力量,在促使所有的星系或者其他物质加速远离呢?
科学家们将这种与引力相反的斥力来源,称为“暗能量”。但“暗能量”到底意味着什么?至今我们能够给出的,只是一个十分粗略的宇宙结构“金字塔图景”:
我们所熟悉的世界,即由普通的原子构成的一草一木、山河星月,仅占整个宇宙的4%,相当于金字塔顶的那一块。
下面的22%,则为暗物质。这种物质由仍然未知的粒子构成,它们不参与电磁作用,无法用肉眼看到。但其和普通物质一样,参与引力作用,因此仍可能探测到。
作为塔基的74%,则由最为神秘的暗能量构成。它无处不在,无时不在,由于我们对其性质知之甚少,所以科学家还不清楚如何在实验室中验证其存在。惟一的手段,仍然是通过天文观测这种间接手段来了解其奥秘。
对Ia类型超新星(supernova)的爆发进行观测,则是目前最主要观测手段。这种超新星是由双星系统中的白矮星(whitedwarf)爆炸形成的,亮度几乎恒定。这样,通过测量其亮度,就可以知道其和地球之间的距离,进而了解其速度。
借助哈勃这样灵敏的天文仪器的帮助,我们至少可以观测到90亿光年之外,即了解宇宙在90亿年前的信息。
霍普金斯大学教授阿德姆瑞斯给我们展示的最新“暗能量”场景如下:
在大爆炸后的初期,宇宙经历了一个急速膨胀阶段。此后,由于暗物质以及物质之间的距离非常接近,在引力作用下,宇宙的膨胀速度开始减速。
然而,至少在90亿年前,宇宙中另外一种力量——表现为排斥力量的暗能量已经出现,并且开始逐步抵消引力作用。
随着宇宙的膨胀,不断增长的暗能量终于在大约50亿至60亿年前超越引力。此后,宇宙从减速膨胀,转变为加速膨胀状态,并且一直持续至今。
爱因斯坦的遗产
中国科学技术大学物理学教授李淼曾经半开玩笑地表示:“有多少暗能量专家,就有多少暗能量模型。”也许这种说法不无夸张之处,但暗能量在理论方面的混沌状况,从中也可见一斑。
其中,最具戏剧性的理论,则是复活爱因斯坦当年提出的“宇宙常数”(cosmologicalconstant)。1917年,被认为是整个20世纪最伟大的科学家阿尔伯特爱因斯坦(AlbertEinstein),为了建立一个稳态宇宙模型,最早提出了这个概念。不过,后来就连他本人也承认,“宇宙常数”只是一个错误的概念。
但暗能量的存在,则为宇宙常数提供了新的可能性。如果暗能量就是这个宇宙常数的话,那么它的力量强弱将只和宇宙的大小有关。随着宇宙的膨胀,其体积逐渐增大,因而暗能量也将逐渐增大。最终,它会达到一个临界点,使得宇宙从减速状态变成加速状态,并且一直加速下去。
中国科学院高能物理所研究员张新民在接受《财经》记者采访时指出,迄今为止的观测结果,包括瑞斯最新的结果在内,与爱因斯坦的宇宙常数理论“都很符合”。
但是,宇宙常数距离成为一种确定性的暗能量理论还差得很远。一些科学家半开玩笑地说,按照这种模型,宇宙将一成不变地加速膨胀下去,未免太“枯燥”(boring)了一些。
当然,最为致命的是,按照量子场论计算出来的宇宙常数,比天文观测获得的上限至少也要高出10的120次方倍。
一个最为诡异但不乏科学依据的解释,是“多宇宙论”。观测和理论或许都没有错,事实上,在我们生存的宇宙之外,还存在多到无法计数的其他的宇宙。科学家们可以想像到的宇宙数量不是以万或者亿来计算的,很可能多到10的1000次方个。
每个宇宙都有不同的宇宙常数,而我们恰恰生存在一个宇宙常数很小的宇宙中。仿佛冥冥之中有一个“上帝之手”,把一个适合智慧生命生存的宇宙呈现在我们面前。
但对于这种寄希望多宇宙存在的“人择原理”(anthropicprinciple),在天文学家和物理学家中间都存在很大的争议。中国科学院高能物理所研究员张新民对《财经》记者说,很多人认为这仅仅是一种猜想而已,还远远谈不上“原理”。
更为尖锐的批评,则认为这种解释与其说是一种科学理论,倒不如说更像一种宗教信仰。
为避免这种冲突,科学家们提出个各种暗能量理论,来代替宇宙常数模型。其中比较有代表性的包括精质(quintessence)模型、幽灵(phantom)模型等,张新民和中国科学技术大学物理学教授李淼也分别提出了精灵(quintom)和全息(holographic)模型。
宇宙的未来
如果这些替代的暗能量理论能够成立,它们所指向的将是截然不同的宇宙未来:
根据精质等动力学标量场(scalarfield)模型,宇宙的未来将复杂得多;也许将继续加速膨胀下去,也许会减缓膨胀的速度,甚至走向收缩,导致宇宙最终以与大爆炸相反的“大坍缩”(bigcrunch)收场。
而根据幽灵模型,暗能量将不断增大,导致宇宙以越来越快的加速度膨胀。最终,宇宙将走向“大撕裂”(bigrip)。
精灵模型则给出了一个“振荡的未来”。张新民对《财经》表示,根据他提出的这一理论,整个宇宙将在加速膨胀和减速膨胀之间反复演绎,“大坍缩”和“大撕裂”这两种极端的情况都不会出现。
最大的困难,在于迄今为止,我们能够研究暗能量的手段仍然十分有限。目前,最主流的仍然是借助超新星的观测。但有些人担心,特别是在宇宙早期,可能超新星的亮度也不是恒定的,它也有自己的演化过程。
即使这种担心可以排除,鉴于这些超新星距离地球非常非常遥远,观测它们的难度,在瑞斯看来就像在两个月球的距离之外观测一个60瓦的灯泡。即使哈勃望远镜具有非常高的敏感度,也存在难以消除的系统误差。
通过对大尺度宇宙结构(比如星系团等)的研究,或许能为暗能量提供新的线索。一旦暗能量存在的话,星系团的形成过程可能要更慢一些,因为引力需要先克服这种斥力。
目前,一个空间探测计划斯隆数字巡天(SDSS)已经完成了第一阶段为期五年的运行,一旦全部完成之后,这一足以覆盖四分之一的天空的精细光学成像设备,无疑将披露更多的细节。
据悉,目前中国科学家也正在试图利用北京附近新上马的LAMOST(大天区面积多目标光纤光谱望远镜)来观测超新星,从而探索在中国首次进行暗能量实验研究的可能性。而利用伽马暴(超大质量星体爆发而形成的宇宙高能辐射),也许将为进一步研究更早期的暗能量提供间接手段。
北京师范大学物理学教授朱宗宏在接受《财经》记者采访时指出,目前对于伽马暴天文学的探索还处在初级阶段,有点类似于1998年暗能量刚被发现时的超新星天文学,但其某些性质,从长期来看仍然有可能用来研究暗能量。
那么,是否有可能利用实验室来直接研究暗能量呢?一些人已经宣称,可以利用纳米技术来实现这一目标。瑞斯在接受《财经》采访时表示,一些科学家也希望利用短距离(short-range)的引力实验,发现暗能量的线索。
美国加州理工学院(CIT)的物理学家西恩卡罗尔(SeanCarroll)也对《财经》记者强调,要找到一个更具确定性的模型,不仅需要天文学上的数据,可能更需要来自粒子物理学的证据。尤其是2007年即将在欧洲投入运行的大型强子对撞机(LHC),或许“我们可以期待”。
不过,由于对暗能量的性质、包括与其他物质的反应机理还不清楚,很多科学家认为,短期之内还无法对实验室内的工作寄予太大希望;更为现实的渠道,或许仍来自天文观测。
如果不出意外,普朗克(PLANCK)探测器将于2007年一季度正式升空,它将对天空进行更加精密的探测。在接受《财经》记者采访时,皮尔姆特也表示,由它所在的实验室负责设计的超新星加速探测器(SNAP),按照计划将于2013年或者2014年升空。
“在未来五到十年中,我们对于暗能量的性质或许将有更加清晰的了解。”英国诺丁汉大学物理与天文学院教授克里斯托弗康瑟利斯(ChristopherConselice)对《财经》记者说。
几乎没有人否认,暗能量对于整个宇宙学乃至物理学而言,都不啻是一场革命。1979年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温伯格(StevenWeinberg)曾明确表示,“如果不解决暗能量这个‘路障’,我们就无法全面理解基础物理学。”著名华裔物理学家、1957年诺贝尔物理
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