今天
走在乡间小道上抬头看到浅浅的白白的月亮
突然就好像游离在了地球之外看到了整个宇宙
万物就那么静静的存在
人类如蝼蚁奔走几十年再消失

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依然是非常有感触的一句话大意是:如今晦涩难懂无趣的理论或知识并不必然当时当下就要完全吸收,而是日后有一天你碰到一件事情,大脑深处与该事件相关的理论或记忆突然苏醒,你忽的就明白了那些“东西”的意义和奇妙之处。
我今天突然觉得物理真有趣。

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血缘关系衍生的种种中有令人痛苦的部分,但更多的是幸福与美好,所以,接受real life ,爱具体的人吧。

第八五三天,传统理论认为:恒星是在氢气的万有引力相互吸引下凝聚成的。中国科学院、上海天文台科研团队与云南大学、美国哈佛-史密森天体物理中心、德国马克斯普朗克研究所这些科学家的文章中也说:“这些恒星形成原材料——稠密的氢分子气体一旦在自引力作用下坍缩,将开始形成恒星。”

绝大多数科学家都认为传统的恒星形成理论即“万有”引力理论是正确的。只有很少的人持怀疑态度。爱因斯坦是其中之一。

拙作《旋涡里的宇宙》关于恒星(太阳)旋涡论的要点是:“恒星在旋涡里诞生和成长。旋涡是恒星、行星的摇篮。没有旋涡,就没有旋聚,也就没有引力。没有旋涡,就没有恒星的诞生和演化。”

例如太阳系。在银河系猎户座旋臂上出现了一个旋涡,叫太阳系旋涡。太阳系旋涡中的绝大部分气体物质被旋聚到中心,越旋越紧。旋涡中心高速气体的相互摩擦产生高温,引起氢核聚变。核聚变产生的高速粒子从两极喷发,落向赤道。太阳就这样发光、诞生了。

太阳继续在旋涡里旋聚,演绎出波澜壮阔的画卷,也留给人们一个个难以破解的谜题。例如:太阳温度异常、太阳磁场起源、太阳引力、太阳黑子、太阳核聚变之谜等等。

旋涡都有旋臂。那么,旋臂是什么,是物质还是波?旋臂是怎样形成的?科学界的答案截然不同。

公认最好的答案是20世纪60年代华人力学和数学家林家翘的密度波理论:恒星绕星系中心旋转,运动慢则恒星密集,反之则稀疏,因而空间密度也呈现波动变化。恒星进入旋臂后因为恒星密集和引力场加强而减慢速度;反过来,速度减慢使恒星“拥挤”在一起,密度增大,引力场加强,因而使这种状况得以自行维持。就像堵车的十字路口,虽然车来车往,但密度最大。

恒星的公转轨道是椭圆形并且进动,确实能够形成旋臂结构。但大部分恒星并没有离开所在的旋臂,窜到另一条旋臂上,而是绕所在的旋臂旋转,跟着旋臂一起运动。太阳系永远离不开猎户座旋臂。

银河系里的恒星公转速度几乎都是相同的,不符合万有引力定律。银河系旋臂优雅地舒展着,中心黑洞的万有引力再厉害,也没有把四大旋臂缠紧。万有引力理论解释不了旋臂结构。

美国劳伦斯-伯克利国家实验室唐洛冰指出“迄今为止,这种旋臂特征是如何形成的仍是一个较大的谜团。科学家很难解释这种特征。”

只有源于流体力学的我的旋涡理论能够解释旋臂结构:流体力学告诉人们,湍流有许多旋涡,流体的高速直线运动,可以形成垂直于运动方向的旋涡;流体的剪切运动可以形成平行于剪切面的旋涡。台风和冷涡就是这两种运动形成的大气旋涡。台风可以旋聚出特大暴雨,冷涡可以旋聚出特大冰雹。而冷热空气相遇、相撞虽然也会产生暴雨和暴雪,但暴的程度远低于台风和冷涡。

在流体力学里,布拉德肖1971年提出的旋涡“家谱图”告诉人们,旋涡可以一生二,二生四,四生八,形成一个旋涡家族。我更加明确地地说:旋涡第〇层是一个棒,第一层是双旋臂,第二层是四旋臂,第三层是八旋臂。流体力学还告诉人们,旋涡可以分层,提丢斯波德法则就是实例。

分层和旋臂的结合就形成星球分布的基本规律。核外电子的分布以及核子的分布也遵循这种规律。

旋涡的中心是刚体性质,旋涡星系中心“像刚体那样以常角速度旋转”,银河系的中心棒就是刚体,太阳系的太阳也是刚体。旋涡的外围是流体性质,旋涡星系外围的“全部恒星几乎都以相同的线速度公转”,银河系外围的恒星及其旋臂和太阳系外围的行星就是流体。

旋涡的这些规律决定了旋涡里的物体的运动方式。不管是圆形还是椭圆形的跑道,在运动速度相同的情况下,外侧的运动员总是滞后于内侧的运动员,这就是旋臂产生的原因。这个旋臂既是运动员个体,又是运动波。旋臂的产生不需要减速、拥挤、堵车这些画蛇添足的东西。

旋臂是物质在旋涡里旋聚时递次滞后的反映,不是外界物体的飞掠带来的扰动,也不是堵车,更不是这些物体的万有引力相互作用的结果。

旋臂的存在支持了恒星系的旋涡形成理论。更多的恒星旋涡系统的发现也证实了我的恒星旋涡论。

发现恒星系出现壳层和旋臂,科学家们应该认真研究恒星怎样诞生于旋涡。可惜的是,当代许多科学家们却武断地认为,旋臂结构不可能由旋涡激发产生。普林斯顿大学的朱兆环说:“猜测隐藏行星可以制造旋臂结构。”因此他们开始研究恒星旋涡里的行星怎样创造了恒星旋涡的旋臂。

德国马普射电天文研究所的天文学家劳拉·佩雷斯(Laura Pérez)说:“这是我们第一次在新生恒星(ELIAS2-27)周围的气体尘埃云中,行星还没有形成时,观测到了旋臂结构。”这是目前的标准行星形成理论解释不了的天文现象。希望借此探索行星的形成机理,并可能修改当前的行星形成理论。真是本末倒置。

其实,行星也是诞生于旋涡。只是这个旋涡是恒星旋涡里的次一级旋涡。

2020年5月,天文学家通过欧洲南方天文台甚大望远镜,在恒星“御夫座AB”旋涡中,有史以来第一次看到了一个旋涡状的“结点”,还有两条“触手”,朝着尘埃盘内外两个方向伸展着。

【探访天津“地震大装置”】根据规划,地震大装置将一边通过地震工程模拟试验系统进行物理实验,一边通过高性能计算与智能仿真系统还原最真实的地震数据,进行智能仿真和数据分析,帮助人类实现从灾后救助向灾前预防转变。

踏入天津大学北洋园校区,教师刘铭劼像往常一样,朝着不远处的建筑工地举起手机,手指轻点后,画面定格。照片中,一幢约10层楼高、红灰相间的巨型钢结构建筑十分显眼,与不远处科技感十足的仿真中心遥相呼应。

这座巨型钢结构建筑是国家大型地震工程模拟研究设施(以下简称“地震大装置”),是我国地震工程领域首个国家重大科技基础设施。

“我亲眼看着地震大装置从无到有,一点点成长起来,内心非常激动。”刘铭劼是该项目建设管理办公室科学工艺部成员,他告诉记者,随着人防、规划、节能、竣工等验收工作陆续完成,地震大装置即将完成土建工程联合验收。

地下“利器”

走进建设现场,只见起重机正将一些大型设备稳稳吊起,运至相应位置供工人们安装。

地上的繁忙是为了“地下工作”。

“地震大装置的秘密就隐藏在这里。”刘铭劼踩了踩脚下,笑着说,“在整个设施中,最核心的部分就是位于地下的大型地震模拟振动台和水下振动台台阵。”

大型地震模拟振动台基础埋深达18米,20米长、16米宽的台面相当于一个标准游泳池1/3的大小,载重能力最大可达1350吨。

“我们在台面下方放置了作动器。试验中,作动器可以模拟横向、纵向的地震动,影响放在台面上的被测建筑,再通过台面上的传感器和周边摄像头,获取精准的振动数据。科研人员利用这些实测数据,可以研究出更具针对性的抗震性能提升方法。”刘铭劼说。

大型地震模拟振动台台面上方的巨大空间可满足大尺寸模型试验。“我们可以在台面上1∶1等比例还原一栋七层楼高的建筑物,比如住宅楼、医院和学校等,以实物形式对其内部进行抗震性能测试。国内外现有的上千条有记载的地震活动都能在此复现。”刘铭劼说罢,指了指实验中心的另一侧,“那边的水下振动台台阵是这个装置的另一‘利器’。”

水下振动台台阵不仅可以模拟不同位置的地震动,还可以模拟河流、海流、海浪等涉水环境,能为跨海大桥、海底隧道、水工大坝和海上风电等海洋中的“超级工程”提供实验环境,助力工程建设。

精雕细琢

“地基不稳,实验不准”。施工过程中出现的一点小纰漏,都会极大地影响未来实验的精准度。为实现“造地震”的设想,“打地基”工作成为重中之重。

“两个大型设备要在地下10多米的深基坑内安全、有效运转,光工艺设备埋件就多达7000余个,最大预埋件的单件重量超过10吨。更重要的是,要保证预埋件设计精度达到±1毫米,获得的地震模拟试验数据才精确有效。”刘铭劼说,这好比让重量堪比“400头大象”的实验器物“震起来”,但运动的精度却要求是毫米级的,难度可想而知。

据介绍,为实现地下施工的精之又精,2万立方米的混凝土进行了一次性浇筑,混凝土浇筑设备连续运转了60多个小时,近300人明确分工,项目成员轮岗值守,实时监测混凝土性能指标,严格控制温度影响。不仅如此,每寸施工材料都被“精雕细琢”,通过数值模拟分析、试验承重和牢固等方式,确保地震大装置在高频抗震试验过程实现功能。

项目建设管理办公室综合事务部成员杨政龙告诉本刊记者,该团队已连续攻克重大技术难题40余项,设施的技术指标和综合性能已进入国际同类装置领先行列。

“国外常见水下振动台台阵是圆形,防水效果更佳,但为了达到更好的地震模拟试验效果,我们将台阵设计为方形,这就对如何提升防水性能提出了挑战。”刘铭劼说。

从2017年着手研究,到2021年设计定型,项目团队与材料、力学、机械、流体等领域的校内外专家和设备生产厂家团队进行了多轮论证,尝试了几十种材料和分析方法,一遍遍将设计方案推倒重来,反复试验,终于取得成功。

值得一提的是,该项目科研团队的平均年龄仅36岁。

29岁的何金明从研究生期间就开始参与到项目中。他对本刊记者说:“我以工地为家,到现在已住了近3年,工地的每个角落都能如数家珍。每天一推开窗,就能看到项目的进展,像是在见证一个孩子的成长。”

一张简易床、一个办公桌,是他屋内仅有的大件家具。“一到冬天,活动板房里的室温和屋外一样冷,电暖气是唯一的取暖依靠,偶尔遇上停电,只有蜷缩成一团再盖上好几层棉被才能睡着。到了夏天,屋里又像桑拿房,酷热难耐,大伙儿经常‘抢’唯一的淋浴喷头。”何金明说。

“但我们都十分幸运,能够参与‘国之重器’的建设,内心无比自豪、干劲十足。”何金明说,“地震大装置是一本土木工程的‘百科全书’。世界范围内可遵循的建设经验不多,很多难题是第一次面对。每天的工作就是解决一个个新问题,面对一个个新挑战。”

“为了将停留在纸面的科学设想落在实处,每个工作人员都必须有钉钉子的精神,将建设中的各个细节反复演练,预判可能出现的隐患风险并做出有效化解。”何金明说。

十年磨一剑

为什么要“人造地震”?

刘铭劼的思绪回到2008年。2008年5月12日,四川汶川发生特大地震。正是从那时起,天津大学的学者下定决心,要建立一个“人造地震”的重大科技基础设施。

“我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇部位,地震活动频度高、强度大、分布广,而工程结构的失效和倒塌是造成地震中人员伤亡、财产损失和发展受阻的最重要原因。我们想从科学的角度搞清楚,楼房在地震中的薄弱环节到底在哪里?怎样才能抵御地震的破坏?”项目建设管理办公室科学工艺部成员燕翔对本刊记者说。

随着经济社会的发展需求,我国大型基础工程建设日益增多,高层超高层建筑、跨海超长桥隧、大型水利工程、大型能源工程等重大项目都对抗震能力提出更高要求。

据刘铭劼介绍,最初抗震研究主要通过震后观测开展——研究人员将观测仪器设置在震区的房屋结构上,等地震到来时观测记录房屋结构在强地震作用下的反应。但实际发生的强地震相对较少,靠真实的地震来获取研究数据,不仅机会非常少而且周期长。

后来,国内外开始建设地震模拟振动台,但大多规模较小且实验功能单一,不能同时模拟地震与波浪、水流共同作用下的真实境况,无法满足我国重大工程对抗震安全的迫切需求。

因此,建设地震大装置的想法应运而生。团队的设想是:通过建设大型地震模拟振动台和水下振动台台阵,真实再现多种形式的地震,直观了解工程结构在地震中被破坏的机理和特征,为建筑工程结构的抗震减灾技术发展提供数据支撑,进而找到提高工程结构抵御地震的方法。

从行不行到怎么行,从理论到实践,项目团队十年酝酿,经历了上百次论证,终于在2018年8月,世界最大的地震工程模拟研究设施由国家发改委批复立项。2019年10月,项目由天津大学牵头启动建设。

“为了让项目建设精准完成,我们专人专岗,各司其职,团队制定了详细的工作计划,甚至把日程安排具体到每一天。每个阶段的规划都与上一个阶段的规划环环相扣,我们力图完善每一处细节,按时完成每一项节点任务。”杨政龙说,各个部门都建立了清单和工作台账,将节点、任务、负责人、监督人、协调人等事项逐一精细化,“大大小小的清单、台账摞起来有半个人高”。

2022年8月,地震大装置即将迎来土建工程联合验收。

用好是关键

2022年以来,四川雅安“6·1”芦山地震和四川阿坝州“6·10”马尔康地震牵动着项目团队的心。

“从了解到的情况看,当地不少房屋建筑和桥梁隧道在地震中抗震性能良好,这显示出我国工程领域近年来抗震水平不断提升。”刘铭劼认为,如果建筑物不会在地震中被损毁,地震就不再那么可怕。

“我们要做出前人做不出的成果。地震大装置建成后,用得好才是关键。”他说,项目团队最大的愿望是在建成第一天就能立刻投入地震模拟实验。

根据规划,地震大装置将一边通过地震工程模拟试验系统进行物理实验,一边通过高性能计算与智能仿真系统还原最真实的地震数据,进行智能仿真和数据分析,帮助人类实现从灾后救助向灾前预防转变。

不仅如此,年轻的团队还希望其能发挥更大的作用——为全世界地震领域的科学家提供开放共享的实验平台,为全社会普及防震减灾的科学知识。

“我们设计了对外开放端口,希望通过设施、数据、成果共享,吸引世界上更多的科学家和工程技术专家共同研究,为人类科学技术发展作出贡献。”杨政龙说。

据介绍,现在已有上百家工程设计院、施工单位和建筑公司关注着地震大装置的建设进展,前来调研并提出合作设想。项目组为此专门成立了用户库,希望通过前期调研和沟通交流,了解现实需求,为后续更好地服务国家重大工程建设做准备。

“我们‘制造’的‘地动山摇’,是为了让世界更加平安美好。”刘铭劼说。
https://t.cn/A6SwCsyo


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