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散文作品:广泛涉猎
作者:雷蕊绮        发布时间:2019-04-16        点击率:455        分享到:
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这两日,几乎所有媒体都在狂热播报“第一张黑洞照片”。对于我们大多数并不涉猎天文领域的人来说,这无异于对牛弹琴,甚至第一眼看到这个题目还会皱起眉头,最多在心里感叹一句科技发展真迅速。

不夸张地说,最初我就只是这样想想。但是诸多的学者的报道让我渐渐对第一张黑洞照片有了兴趣。在查阅部分的报道后,我想尽力推荐大众,对于天文丝毫不熟悉的大众去了解这世界上第一张黑洞照片。不是为科技进步的这一瞬间而欢喜鼓舞,而是为了更广泛地获取知识,为了将来哪一天的需要埋下良好的习惯。

黑洞,按常理而言是不可能被肉眼和仪器能捕捉到的,因而黑洞照片才让人们这么疯狂。许多天文学家为了斯蒂芬·霍金物理学家提出的霍金射线痴狂,就像薛定谔的猫一般,不到开箱子的时候不知是生是死,或许前功尽弃或许一片光明。而这张黑洞照片提供了黑洞存在的直接“视觉”证据,使得在强引力场下验证爱因斯坦广义相对论,细致研究黑洞附近的物质吸积与相对论性喷流成为可能。这对于我们普通老百姓来说,就跟看天书一样,完全不知其所以然。

1826年,法国科学家 Joseph Nicéphore Niépce在他的家中拍摄出了世界上第一张照片,名为《在Le Gras的窗外景色》。2019410日晚9点我们捕获世界上第一张黑洞照片。这中间的时间跨度之长显而易见。期间我们的科技发展也可窥一斑。人们生活水平的提高需要经济发展,经济发展又不可或缺地极其需要科技的进步。不论哪方面的科技进步对于人类发展都会起到不可言说的作用。

说起来头头是道,看着好像也有几分道理。但是大道理,人人都会说。至于做,是另一回事。就像我初读鲁迅先生所说的“爱看书的青年,大可以看看本分以外的书,即课外书……譬如学理科的,偏看看文学书,学文学的,偏看看科学书,看看别人在那里研究的,究竟是怎么一回事。这样子,对于别人,别事,可以更深的了解。”那时我也觉得好有道理,我应该这么做。后来做没做呢,我想也都心知肚明。阅读自己有兴趣的书籍是享受,阅读自己无爱的书籍是折磨,就像被老师逼迫苦学一样的痛苦、厌烦和叛逆。我不主张无兴趣地、被胁迫地读书,读书的效率太低,也没什么成效。在这里推荐大家了解天文,并不想像个私塾先生一样刻板地逼迫学习。只是希望大家能主动地去了解、涉猎一些自己不熟知的领域。至于为什么推荐大家去涉猎,还是一个有趣的故事点醒的我。

日常必不可少的物品,以前是钱、卡,现在是手机、Wifi。不少人笑言过可以不吃不喝,但不能没有手机和WifiWifi对于现代人的重要性不言而喻。但Wifi之父的故事大家或许就不那么熟知了。

说来也十分有趣,约翰·奥苏利文(John O’Sullivan)博士解锁的Wifi关键技术最初并不是为Wifi。恰恰好是为了黑洞的研究而解锁的。

20世纪70年代初,英国物理学家斯蒂芬·霍金提出的霍金辐射,让无数天文学家为之痴迷。奥苏利文作为霍金辐射的追随者之一,义无反顾地加入了探寻射电暴的大军。但是,宇宙中的迷你黑洞距离遥远,信号微弱,并且这些微弱的信号跨过重重障碍而来时,变化太大,何况夹在铺天盖地的射电噪声中很难分辨。如何才能从嘈杂的背景音中提取到真实但微弱的黑洞信号成为奥苏利文等一众天文观测者心中的难题。

经过一段时间的摸索,奥苏利文和他的团队尝试利用快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform, FFT),更有效地分离这些混乱一团的观测数据。FFT即离散傅立叶变换的快速算法,这一算法可以将信号由时域空间变换到频域空间,从而提取信号的特征频谱。这一通操作下来,原本淹没在嘈杂背景音中的微弱信号,在变换到频域空间后,变得非常鲜明、易提取。据此,奥苏利文团队进一步掌握了进行高效图像传输的方法,即将输出信号拆分成不同的频段,由接受器接受之后再逐一提取、重新组合。这套技术可以极大地规避传输过程中的各项干扰,提高传输效率,增强射电天文图像的清晰度。同年,奥苏利文及其团队成员总结了此番数据处理的技术心得,并且发表在《美国光学学会》杂志上。

时值九十年代初期,随着个人电脑的普及,通讯业巨头竞相在无线领域展开厮杀,试图寻找一种可靠、高效、价格低廉的无线通信技术,应用于个人电子设备。无线通讯虽然原理简单,但实现起来困难重重。像在室内环境下,如何规避无线信号因遇障碍物不断反射而出现的嘈杂混音,从而提高传输效率,就是其中一个久久难以攻克的壁垒。恰巧这时,奥苏利文参与研究无线通信。他发现这个困扰整个通讯业的室内信号反射问题,与自己当初绞尽脑汁研究的霍金辐射有着异曲同工之妙——问题核心都是如何抽丝拨茧,在嘈杂的环境中,高效提取出高保真信号。而解决这一问题的答案,自己在十几年前就总结发表了!他迅速带领团队,将当初处理黑洞辐射的数据分析技术改进后应用到计算机的网络传输上,利用无线电波实现了大数据的快速转换,并巧妙地解决了多路径无线电信号的相互干扰问题。这份新技术后来成了无线局域网Wifi的雏形。

这个故事证实了广泛涉猎的好处,也列举了不广泛涉猎的弊端。明明十几年前就已经发表的论文,却没人想到不同领域的知识会和自己的领域有相关性,白白错失机会,荒废了时间。倘若早些关注其他领域知识,有朝一日机会来临,结局可能就大不相同了。这给我们日常学习上了一堂非常有指导意义的课。书籍不能只看一方面的,知识的深度从来不靠某一方面的刻苦钻研,而是多方面学习汲取灵感再加以钻研而就。广泛涉猎才能让以后我们在深入学习和研究时尽可能地少走弯路、减少无效作业。