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全球移动互联网大会闭幕 “科学大讲堂”成最后一天重头戏
日期:2019-07-30     作者:广州日报

  《流浪地球》背后有什么科学知识?牛顿、三体和混沌的关系是怎样的?5G极化码是什么意思……28日,首次落户广州的全球移动互联网大会(GMIC)圆满闭幕,最后一天的“重头戏”是为市民、学生打造的科学大讲堂,天体物理学家、数学家、5G极化码之父等科学大咖,为大家上课,深入浅出地讲授科学知识,让年轻人爱上科学。

  天体物理学家张双南:

  地球“免不了一场流浪”

  为什么地球要流浪?为什么烧石头?能不能引爆火星、重核聚变发动机?在科学大讲堂上,天体物理学家、中国科学院高能物理研究所研究员张双南用通俗易懂的方式讲解了电影《流浪地球》的几个科学设定,其间金句频出,让大家笑出了声。

  地球17.5亿年后将成“死球”

  张双南介绍,地球距离太阳1.5亿千米,这个距离恰到好处,地球能够从太阳接收到合适的光和热,生命从而能繁衍进化。但是,太阳一直在慢慢变大,根据测算,在17.5亿年之后,地球从太阳接收的能量将超过生物生存的极限,那时候生机勃勃的地球将变成一个死气沉沉的星球。

  50亿年后,太阳将演变为红巨星,从而吞没地球。同时,太阳内部一直在发生氢原子核变成氦原子核的聚变。在这个过程中会达到某一个临界点,使得太阳中心氦原子核的密度和温度都超过了氦原子核燃烧的密度和温度,发生电影中说的“氦闪”。这时候氦原子核发生巨变,能在4分钟之内,释放出太阳过去200万年时间里释放能量的总和,会把太阳系所有有可能存在生命的地方都摧毁掉。之后,太阳将变成白矮星,不再产生能量,也就不能再为地球提供能量。

  “这时候,地球终究免不了一场‘流浪’。”张双南说,“这就是电影一个重要的科学设定。”

  脉冲星导航 “流浪”不迷路

  “地球自转不刹车其实更好玩。”张双南还为《流浪地球》导演“支招”,说地球自转,“跑起来”更稳定。

  如何为“流浪地球”导航呢?张双南说,可以利用高速转动中子星。中子星密度特别高,转起来特别稳定,又能产生辐射,是“非常稳定的灯塔”。

  人们可以利用探测器探测脉冲到达时间,以此确定相对于脉冲星(旋转的中子星)的位置。“地球‘流浪’的时候,前面的空间站可安装接收脉冲信号的探测器或望远镜,这样可以给地球导航。用脉冲星导航,可以浪遍宇宙不迷路。”

  张双南表示,用脉冲星导航的设想已经实现。他担任首席科学家的中国天宫二号空间实验室“天极”实验和“慧眼”卫星,先后完成了中国第一次和第二次空间脉冲星导航实验验证。

  数学家夏志宏:

  “三体”是一个混沌系统

  从牛顿被苹果砸中的故事开始,谈到三体、混沌系统,著名数学家、南方科技大学数学系主任夏志宏为观众打开了从简单到复杂的科学认知大门。“希望听完这个讲座,你们可以用通俗的语言告诉大家什么样的系统是混沌系统。”

  大家都以为牛顿是被苹果砸中而受到启发,发现了万有引力定律。夏志宏表示,事实并非如此,在前人积累了很多年的观测结果基础上,万有引力定律才得以被发现。其中很重要的是开普勒行星运动三大定律,开普勒定律则来自丹麦天文学家第谷对行星运动的观测结果。

  通过对天体运动的观察,夏志宏带出了“二体问题”和“三体问题”。如何根据万有引力定律等物理定律来找到行星运动的轨道,并精确地算准轨道呢?这就需要数学家来解决。其中,“二体问题”是太阳和一个行星之间的轨道计算,“二体问题”的轨道是稳定性的轨道。“三体问题”则是太阳跟两个行星的轨道问题。人们花了很长时间,想知道三体的精确轨道,最后发现“三体问题”不可解。

  “三体是一个混沌系统,最重要的特征是不可预测。”夏志宏说,小说《三体》正是利用了这样的特征:有三个太阳,它们的运转处于不可预测的状态。可能三个太阳同时出现,使星球上的所有生命消失;也有可能三个太阳在一段时间内都不出现,让星球很冷,把所有的东西冻死。“这是小说《三体》中的科学道理。”

  “5G极化码之父”埃尔达尔·阿里坎:

  5G是“万物互联”的基础

  “5G极化码之父”埃尔达尔·阿里坎则为大家科普了5G和极化码。他将5G视为万物互联的基础。他认为5G是连接联通的基础设施,“没有5G,就不会出现万物智能的场景”。他认为,5G不是4G基础上的量级跃进,而是基于服务的质变。正因为5G拥有着这些特点,阿里坎认为5G的发展需要各国政府的积极参与和倡导。

  在通信行业,埃尔达尔·阿里坎有着“极化码(Polar码)之父”的称号,他于2008年提出的极化码在华为公司的研究与推动下,被确立为5GeMBB场景的控制信道编码方案,而被写入5G全球通用标准中。

  据了解,极化码也是世界上第一种可以被理论证明的、逼近香农信道容量极限的编码方案,可以大大提高5G编码性能,降低设计复杂性,确保业务质量。

  在本次讲座里,埃尔达尔·阿里坎对信息论进行了简单的科普。他向观众介绍了信息论创始人香农所发现的香农定律,以及香农所发明的量化信息的度量标准——信道容量。

  埃尔达尔·阿里坎表示,想要让信号能够可靠有效地进行传输,传输的速率需要小于计算出的信道容量,因此,越接近信道容量极限的编码方案,其传输速率也就越快。目前,接近香农信道容量极限的3种编码方案分别是Turbo码、LDPC码以及极化码。

  埃尔达尔·阿里坎用通俗易懂的语言解释了他所发现的极化码。他表示,数据的传输有两个信道,其中一个是传输正常数据的信道,而另一个则是传输控制数据的信道,极化码则是用“一种正确而恰当的方法”确保控制数据的稳定性和正确率。阿里坎表示,“只有将控制数据控制好了,传输的数据才能实现高的正确率和稳定性”。

  观众反响

  中学生:对物理和化学更有兴趣了

  科学大讲堂吸引了不少中小学生参加。

  正上初二的王语萱是在老师的推荐下来参加讲座的。她告诉记者,她对张双南教授讲述的《流浪地球》背后的科学规律印象深刻。王语萱来自广州大学附属中学,是一位不折不扣的“科幻迷”。

  她告诉记者,自己最喜欢的科幻文学书籍是美国作家艾萨克·阿西莫夫创作的《银河帝国》系列。除此之外,她还阅读了不少刘慈欣的作品。王语萱觉得,这次讲座,让自己了解了“不少现实中的知识”,对物理和化学两门课程也更有兴趣了。

  夏志宏认为,举办科学大讲堂就是为了激发大家的兴趣,让更多市民特别是孩子对科学感兴趣,“我认为应该提高民族的数学素质,数学素质包括逻辑思维能力、抽象概括能力、 分析应用能力,这是现代社会必不可少的,跟人文素质一样重要。”

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