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梦想飞上太空的万有引力科学家

Lavinia Heisenberg
知名物理学家Lavinia Heisenberg,已经准备好踏上成为一名宇航员的新征程。 ETH

Lavinia Heisenberg在引力方面的研究或将修改爱因斯坦的相对论,这为她赢得了瑞士国家科学基金会颁发的拉齐斯奖(Latsis-Preis)。但这名来自苏黎世联邦理工学院的物理学家打算再攀高峰:2021年3月底,她加入到了申请成为欧洲宇航员的竞争行列中。

欧洲航天局(ESA)招募新宇航员的消息已经传开,申请人自3月31日起即可提交申请。上一次宇航员选拔计划还是在十一年前。申请成功的候选人将进入残酷的6阶段竞赛,竞赛过程将持续至2022年10月。

这是Lavinia Heisenberg翘首以盼的机遇:这名德国物理学家兼宇宙学家,一直以来都憧憬着飞向太空。但在过去的37年里,她所做的绝不只是做梦。

恰恰相反:今天,她不仅是苏黎世联邦理工学院的教授,能拿出一份令人印象深刻的论文发表清单,她还获颁拉齐斯高校奖,该奖项专门颁发给最有前途的年轻研究员。

虽然她选择的专业是万有引力研究及引力对量子的影响,但Lavinia Heisenberg并不确定,她是否与量子力学之父,1932年诺贝尔物理学奖获得者Werner Heisenberg有亲戚关系。而且说实话,她其实并不在乎。但在采访中她告诉我们,有一件事她很确定。

瑞士资讯swissinfo.ch:您确定您将成为欧洲宇航员候选人?

Lavinia Heisenberg:我确定!我清楚竞争激烈僧多粥少,我的胜算并不高。请您祝我好运吧!

但说真的,虽然我是一名科学家,但我也符合一些其他条件。我跑步,做力量训练,还会进行一些冒险类运动,比如室内攀岩和登山,这些体育运动能让我保持良好的身体素质。我也训练我的认知能力与记忆力,我还射箭,这能锻炼我的注意力。

您愿意参与火星任务吗?

当然!

有危险也不例外?

任何事都有风险,包括我们的日常生活。如果我们参考数据就会发现,现在去国际空间站的风险比开车低。

在太空旅行期间,宇航员将受到宇宙辐射,这点无法避免,但我们正在寻找解决方法,也一定能找到。

除了您的宇航员梦想外,还有什么其他因素促使您攻读物理?

好奇心。我们看不见让磁铁相斥的力量,那两块磁铁为什么会互相排斥?就是这样那样小孩子感兴趣的话题促使我选择了物理,也许科幻片也起到了一点作用。

比如我很喜欢《星球大战》。现在也有一些“相对比较现实”的科幻电影,例如《火星救援》与《星际穿越》。这些电影很不错,能鼓舞年轻人。

您大部分时间在纸上、黑板上或屏幕上工作,您还有时间观察星空吗?

这主要得看生活在什么地方。城市里因为有光污染所以什么都看不到,除非搬离这里。所以我夏天的时候会晚上在湖边散步,这样我至少能看到月亮和几颗星星。

但这都无法与观测条件理想的情况下,能看到的星空相提并论。我大学读书的时候有一段时间住在智利,那时我有机会去阿塔卡马沙漠,那里有全世界最大的天文望远镜。那里真的是非同凡响!不过我从未在这样的地点工作过,毕竟我不是在天文观测站工作的天文学家。

您从事的是哪种天文学?

在我在苏黎世联邦理工学院的团队,我们试图理解万有引力的基本特征-这种力量在很大程度上支配着物体间的相互作用。

我们通过结合理论与例如引力波这样的具体观察,尝试从不同角度解读引力。我们也对量子力学对引力的作用感兴趣。

问题是,爱因斯坦的理论只在一定范围内奏效,一旦物体被无限缩小,他的理论就不再适用。量子力学中的概念无法描述广义相对论中的时空概念。

Lavinia Heisenberg mit ihren Studierenden
Lavinia Heisenberg十分喜欢与她的学生进行交流,用她的话说,她在苏黎世联邦理工学院的主要研究领域,是“用数学来呈现,描述万有引力并对爱因斯坦的广义相对论作出修改的新理论”。 ETH

您从事的是基础理论研究,从外行角度看,很难理解这类研究能有什么实际应用……

爱因斯坦也有这样的苦恼。在他生活的年代,没人理解他的方程式在实际中有什么用。有谁能在20世纪初设想人造卫星绕地飞行?但如今,他的方程式让我们能支配万有引力法则,能计算出人造卫星轨道。今天,谁还能离得开GPS定位系统和卫星通信?

欧洲核子研究中心也是同样的道理。几世纪后终于在那里被发现的希格斯玻色子,虽然在我们日常生活中很少能派得上用场,但正是与全世界的物理团体分享自身数据的需求,让欧洲核子研究中心的研究人员发明了万维网。而今天,有谁离得开互联网?

欧洲航天局(ESA)启动了史上第四次宇航员招募活动。活动将从申请者中挑选4至6人加入欧洲宇航员队伍。申请登记从2021年3月31日持续至5月28日。

在上次于2008年举办的招募活动中,欧洲航天局收到了8000多份申请。这一次,航天局同样预计他们将收到数千份来自其22个成员国的申请,其中就包括瑞士。

参选的申请人年龄须在50岁以下,有科学专业的硕士学历,并拥有至少三年的工作经验。理想的宇航员候选人须在身体上及精神上都处于最佳状态,并能表现出非凡的抗压能力。

此外,候选人还须精通英语。空间站的第二语言俄语虽不是此选拔阶段的硬性要求,但候选人须在培训阶段学习俄语。

尽管美国与苏联的先驱宇航员均为军队飞行员,但宇航员的选拔条件自那之后明显被拓宽。虽然没有配额限制,但欧洲航天局鼓励女性申请,并向残疾候选人(下肢残疾患者与侏儒症患者)开放选拔流程。

新一代宇航员将首先前往国际空间站。欧洲航天局须在此声明,欧航局通过设备交付与美国航天局协商换得的为数不多的月球任务地点,将被首先指派给已经执行过太空飞行任务的宇航员。

因此我相信,我们今天从事的物理学,一定能在未来派上实际的用场。只是我们现在还说不准,这些研究成果能在哪个领域发挥作用:在新能源领域,还是为移动技术带来新的发展-这是我们现在还无法设想的事情。

在您小时候,您的家庭经常搬家。您在世界不同地区学习与工作,您能流利使用6门语言。是什么因素让您搬到瑞士?

经常搬家是学术生活的一部分,无法避免,因为这就是职业发展的下一步。机缘巧合下,我作为一名博士后来到苏黎世联邦理工学院,我有幸获得了欧洲研究委员会的启动资金,能够成立我自己的研究小组。

我在这里遇到了许多出色的人,这让我难以选择离开。我真的觉得这里就像家一样。

外部内容

我们观察物质的维度,决定了物质的行为;这是20世纪的两大物理学定律,广义相对论与量子力学告诉我们的道理。

这两种理论模型虽然有效,也通过实验得到广泛证实,但至今仍互不兼容。如果我们将观察维度下调至原子,我们就会发现,让我们能牢牢站在地面上,并将星系聚拢在一起的万有引力似乎不再起作用。

因此有观点认为,相对论与量子力学,只是物理学家们追寻100多年来,仍有待发现的某种一般性理论的近似版本。这正是Lavinia Heisenberg的团队力求研究出的成果。

(译自德文:王伯笛) 

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