【官方双语】陶哲轩访谈（二）：史上最聪明的宇宙学测量

没想到封面这个穿绿T恤的眼镜男也懂数学，而且好像比up还懂得的多一点[doge_金箍]

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最近陶的经费被特朗普砍了，不得不感慨，有的时候政治对科学研究的冲击[捂脸]

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谈到折磨研究生的时候是发自内心的快乐[喜极而泣]

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哈哈哈哈为什么最后讲到可怜的研究生时笑这么开心！（研究生晕倒

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不是所有数学家都叫Terence

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两集没有用到任何极其高深的数学、物理规律定律，但解决了人们仰望星空时提出的各种原始问题。看看咱们现在基础教育都在卷什么东西。少有学生知道天文学上这些关于时间、距离、速度的测量是如此的美妙。

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陶真是难得的智商顶尖同时表达能力还很强的大师[跪了]除了发际线完全看不出已经50了

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如果你会用“看三维图”的方法看这两张图片，你就能感受到恒星的距离（这两张图是“新视野号”的图像与地球上望远镜在同一日期拍摄的相同恒星照片）

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这里简单介绍一下引力波作为“标准汽笛”的天文观测方法。双中子星或黑洞并合等事件产生的引力波携带了系统的物理参数信息（如质量、自旋）。通过引力波形分析，可以推算出波的固有振幅，从而直接计算波源到地球的光度距离（无需依赖传统宇宙距离阶梯）。不同于光学中的“标准烛光”（如超新星），引力波的振幅与波源的固有性质直接相关，被称为“标准汽笛”（Standard Siren） 该观念有些抽象，我们可以用一个不是很恰当但足够形象的比喻来理解。想象宇宙中有一群隐形的鼓手（比如双黑洞或双中子星），它们每对鼓手都在互相绕转，越转越快，最后“咚！”地猛敲一下鼓（合并事件），产生一阵声波（引力波），向四面八方传播。 鼓的“音量”告诉我们距离，就像现实中的鼓声，离得越远，听到的声音越小。引力波的振幅（“音量”）会随着传播距离衰减。如果我们知道鼓手原本应该有多响（通过波形计算出固有振幅），再对比实际听到的音量，就能算出鼓手离我们多远。测量的关键在于鼓的“设计规格”（双星质量、自旋等）决定了它本该多响，这些信息就藏在引力波的波形里。 鼓的“节奏”告诉我们方向，其原理如下：多个“耳朵”（如LIGO、Virgo探测器）通过听到鼓声的时间差（类似立体声耳机的延迟），可以定位鼓手在天空中的方位，找到它所在的星系。 如果鼓手还“放烟花”，那么电磁对应体可以理解为，有些鼓手合并时不仅敲鼓，还会“放烟花”（比如发出伽马射线或可见光）。通过烟花的光谱，我们能知道它所在的星系离我们有多红（红移 z），即宇宙膨胀导致的“颜色变化”。而标准卡尺，有了距离（引力波）和红移（电磁信号），就能算出宇宙膨胀的速度（哈勃常数h0）就像通过已知车速和行驶时间推算公式。 对比传统方法的话，过去测宇宙距离像“猜灯泡的瓦数”——需要假设远处灯泡和近处灯泡一样亮（如超新星），但可能有误差。而引力波方法中鼓的“音量”是物理定律决定的，不需要假设，直接测量距离，就像用分贝仪代替肉眼猜音量。

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那个用金星凌日持续时间来测量高度角的方案实在是太天才了。直接把一个以当时的科技水平根本实现不了的测量转化成了一个哪怕一般人都能以相当高的精度完成的测量。

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Tao很擅长深入简出的将数学 感兴趣的可以看看Tao的主页 很有意思 科学确实是一步步天才的不断积累 才有今天的样子 每个人只能使用当年时代有限的理论工具 就像火炬接力一样 记得牛顿的自然哲学之科学原理 全书只用了中学辅助线几何的技巧。。。 还有人类一代代探索科学的精神 天文学家为了验证相对论也是赶在有限的窗口期完成了测量

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从小就喜欢这些。读研之后也有自己的一些科研体会。要是有钱该多好，那样就可以无忧无虑地做研究了。或许赚够一套房子之后再去读个博、做研究员之类的。弟弟也喜欢这些，不过我当年喜欢的是物理，他现在喜欢的是生物。下次回家给他带份化石玩玩。

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这视频让我想到西方伪史论真的搞笑 科学发展也不是一蹴而就的，都是几代人传承的

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刚知道3B1B的老婆最近生了个小孩，在休产假[笑哭]我都不知道他啥时候结婚的[笑哭][笑哭]

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宇宙学测量 1地球直径，首先通过日食月食投影确定地球是圆的球形，通过太阳直射角在两地偏差，进行角度+距离的三角计算。 2地月距离，月相周期和月食时长的比值，计算地月距离；昼夜绕地周期和满月上升时间的比值，计算月亮直径；半月到月相周期1/4时差（新月满月的中间时间）来计算地日距离和太阳直径。 3太阳系相对距离，统计太阳系行星的视差周期、统计日地和地外的两个夹角、截取视差周期和夹角交点来确定行星轨道并且是椭圆的； 4太阳系数值距离、利用金星凌日在地球两地的时差计算地金距离、利用木卫一轨道和地球轨道的差异，得出木卫一公转周期变化差值是两个天文单位——地日距离，反应了光速。 5银河系距离，视差法获取较近恒星距离和相对亮度并用光强公式获得绝对亮度，绝对亮度和恒星颜色获得赫罗图，光谱吸收峰来确定恒星类型在赫罗图中的位置。 恒星颜色→光谱吸收峰→恒星类型→赫罗图位置→绝对亮度→相对亮度→光强公式→相对距离。 6宇宙距离，造父变星很亮并有周期性，通过相对周期和亮度确定相对距离，称为标准烛光。通过氢吸收光谱的红移蓝移值和距离差获得哈勃定律。 具体工具：轨道三角测量（距离+轨道差产生的视差+时差+周期差）、图谱光学测量（光强公式/造父变星-亮度和距离、恒星图谱/赫罗图-吸收峰/类型&亮度/波长、光谱衰变-氢吸收光谱多普勒效应和距离关系）。

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实分析还在书架吃灰[doge]

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陶哲轩也成了网红数学家了吗[笑哭]

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怎么这个封面看着陶神快秃了[笑哭]

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推荐一套天文学科普书——今日天文系列，Tao介绍的测量方法在书中基本都有（除了引力波，因为中译基于2014年出版的第8版，引力波2016年才宣布被成功观测），还有几个视频中没介绍的方法（图4）。书籍全彩印刷，任何天文学内容都有全面、专业的介绍，距离测量只是贯穿三本书的一条线索，非常适合对天文学感兴趣的朋友阅读。

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近邻星系的尺度上有一些直接测量的方法可以校准距离阶梯，不过需要运气。例如大麦哲伦星系的超新星sn1987a，其高能光子在爆发一段时间后“点亮”了周围的星云，于是知道了超新星和星云的距离（时间×光速），结合两者之间的角度，就可以计算它与我们的距离。

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