科普时报记者 陈杰
4月10日,正值广义相对论诞生110周年之际,搜狐创始人、物理学博士张朝阳现身北京天文馆,以“广义相对论下的光线偏折”为主题,为公众带来了一场别开生面的物理课线下专场。这场科普盛宴在北京天文馆新馆的4D剧场举办,其独特的双曲面玻璃幕墙与钢架结构,以建筑语言诠释了时空弯曲的概念,与老馆的穹顶形成了“牛顿经典力学与广义相对论”的视觉对话,为整场讲座增添了几分神秘与深邃。
讲座一开始,张朝阳便抛出了几个引人入胜的问题:星光的观测是天文学的基础,但真空中的光真的会沿着直线传播吗?光子没有质量,为何还会被引力拉扯?这些问题瞬间激发了现场观众的好奇心。随后,张朝阳以他深厚的物理学功底,逐一给出了答案。
他解释说,引力的本质并不是传统意义上的力,而是时空的弯曲。在四维的弯曲时空中,光总是沿着“直线”传播的,但在我们所处的三维空间里,这种传播路径看起来却是“弯曲”的。这一结论正是爱因斯坦广义相对论的重要成果,也是广义相对论能够屹立于物理学王座的关键一步。
为了更直观地展示这一理论,张朝阳在满布公式的黑板墙前,详细推导了大质量天体如何扭曲时空,以及弯曲的时空又如何引导物质运动的过程。他从时空度规出发,通过克氏符、矢量的求导和平移等概念,一步步推导出了球对称天体外的类光测地线方程。这个方程描述了光子在弯曲时空中的运动轨迹,是理解光线偏折现象的基础。
张朝阳还提到,1919年爱丁顿和他的团队在日食期间成功观测到了星光的偏转角,这一结果与爱因斯坦的预言完美吻合,从而将广义相对论从哲学狂想转变为了物理现实。他现场重现了这场跨越时空的思维接力,从基本的微分几何原理出发,一步步推导出了与爱丁顿观测结果相一致的结论。
在互动环节,张朝阳与高校学子们就光的波动性和粒子性、引力场对光传播的影响等问题展开了深入讨论。他还满足了观众的好奇心,从课程的计算继续推导出光线在距离黑洞1.5倍史瓦西半径的地方会形成环绕黑洞的光子球,这一现象也被拍摄到了黑洞照片中。
此外,张朝阳还与学生们就小行星撞击地球的概率、基础物理与应用物理的差异和联系、数学和物理的联系以及物理在工程和现实中的应用等话题展开了丰富的讨论。他的讲解深入浅出,让复杂的物理概念变得通俗易懂,点燃了现场观众探索宇宙奥秘的热情。
据了解,这场《张朝阳的物理课》专场不仅是一场高质量的物理科普活动,也为即将召开的2025春季搜狐视频播主大会拉开了序幕。张朝阳透露,他将参加本次活动,并在“科学演讲局”环节继续分享广义相对论的相关知识,与更多领域的大咖播主交流互动,共同打造一场科学与社交的盛宴。(主办方供图)