原標(biāo)題：人類，最終，還是想看透天上宮闕

中秋節(jié)了，又到了一年中一定要抬頭看看夜空的日子。平日我們奔忙于塵世俗務(wù)，這天我們用節(jié)日和月色提醒自己，應(yīng)該去關(guān)注一下遙遠(yuǎn)的宇宙。

在賞月時(shí)，我們能看到什么？對于中國人來說，其中有佳節(jié)的溫暖，有飄散在遠(yuǎn)方的鄉(xiāng)愁，此外，還有一絲味道——是好奇！蘇軾提醒我們“不知天上宮闕,今夕是何年”，但我們還是想知道月亮上,宇宙里，到底隱藏著什么。

或許可以這樣說，這份關(guān)于宇宙和天文的野心，是人之所以為人的重要見證。面對浩瀚星海，日升月落，人類最開始如獸如鳥，都是蒙昧與畏懼的。但是人類的區(qū)別在于，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，發(fā)明技術(shù)，然后再用這些技術(shù)去追尋頭頂?shù)恼嫦唷?/p>

從這個(gè)角度看，技術(shù)是人類的眼睛，宇宙是人類的始終想要仔細(xì)欣賞的畫卷。

值此佳節(jié)，或許我們可以回顧這樣一段歷史：人類是如何一步步磨練技術(shù)，創(chuàng)造“眼睛”，然后渺小卻強(qiáng)壯地仰望宇宙。

然后我們更不妨理順著歷史，來猜測一下：未來呢？接下來我們要用什么，去一窺宇宙之緣，群星之外，天上的宮闕？

磚與石：人類窺視宇宙源起

天文，是人類不知自何時(shí)而起的念頭。

《尚書·胤征》記載了夏朝羲、和兩位天官記錄天時(shí)與天象的故事，到西漢，馬王堆漢墓已經(jīng)出土了完整的彗星圖。

古希臘已經(jīng)產(chǎn)生了能夠繪測日食的愛奧尼亞學(xué)派、發(fā)現(xiàn)黃道和赤道的畢達(dá)哥拉斯學(xué)派。

在人類窺視宇宙之初，其實(shí)已經(jīng)用到了當(dāng)時(shí)最巔峰的技術(shù)——雖然這個(gè)技術(shù)今天聽來不算什么——站得更高，需要磚和石頭。

我們都知道古埃及金字塔的宗教和政治意義，知道它是法老的陵墓。同時(shí)大家應(yīng)該也聽說過，今天天文學(xué)已經(jīng)證實(shí)，吉薩金字塔群的北面主隧道，正對著天龍座α星。這顆星在5400年前，正是先民能觀察到的極星。這個(gè)巧合有很多種解釋，但毫無疑問古埃及人民是在努力凝視著極星和宇宙的。因此，金字塔極大概率同時(shí)也是一座天文臺(tái)。用石頭，這門當(dāng)時(shí)最高科技建立的天文臺(tái)。

用磚石來仰望和定位宇宙，不是埃及人的專利。凱爾特人的巨石陣，瑪雅人和印加人的太陽廟都與金字塔如出一轍。石頭是人類的第一門技術(shù)，已經(jīng)被用于天文。

鏡與船：給太陽“量身高”的17世紀(jì)

讓我們把時(shí)針快速撥動(dòng)，直接來到所有天文學(xué)愛好者都為之激動(dòng)的17世紀(jì)。當(dāng)時(shí)日心說已經(jīng)確立，大航海時(shí)代洶涌而至。這是一個(gè)天文學(xué)家叱咤風(fēng)云的時(shí)代。伽利略、開普勒、哈雷，那些耳熟能詳?shù)拿侄颊Q生于這樣的時(shí)代舞臺(tái)上。

但或許很少有人注意，這樣一個(gè)時(shí)代的到來，其實(shí)也得益于技術(shù)爆炸的紅利。當(dāng)時(shí)所有天文學(xué)家的發(fā)現(xiàn)和研究，都無法離開兩件技術(shù)利器：船和凸透鏡。

大航海之船，帶著天文學(xué)家們到達(dá)了南北半球那些荒蕪人跡的“天文觀測點(diǎn)”，比如1676年，20歲的哈雷已經(jīng)航行到圣赫勒納島，開啟了天文觀測生涯；凸透鏡變成了天文望遠(yuǎn)鏡。從1609年伽利略制作了4.2厘米口徑天文望遠(yuǎn)鏡開始，一個(gè)新的天文時(shí)代宣告到來。

這個(gè)時(shí)代具有里程碑意義的事件，是人類用一百多年的努力，基本搞清楚了地球到太陽的距離。當(dāng)時(shí)普遍的測量方法，是以一顆行星作為參照，在北半球和南半球分別記錄這顆行星對于恒星的視位移，從而得出星體間的距離。經(jīng)過百年間無數(shù)努力，到1761年哈雷已經(jīng)通過對金星和日冕的觀測，得到了相對精準(zhǔn)的太陽視差。法國天文學(xué)家潘格雷在1775年給出了相對精準(zhǔn)的太陽測距。

(行星測距法的原理)

隨后，地球質(zhì)量的得出、發(fā)現(xiàn)天王星、天體力學(xué)體系確立，一系列人類窺探宇宙的“大事件”先后到來。而其起源，是人類對航海技術(shù)與凸透鏡技術(shù)的應(yīng)用。

追光者：人類終于看清了宇宙結(jié)構(gòu)

事實(shí)上在19世紀(jì)后半期，人類還是不知道星系、恒星、行星之間到底處在怎樣的位置關(guān)系。理解宇宙，更多依靠的是哲學(xué)玄想，而非真實(shí)的觀測和數(shù)據(jù)。

直到19世紀(jì)末，一場聲勢浩大的天文學(xué)革新打碎了人類對宇宙的胡思亂想，在天文學(xué)中，這場運(yùn)動(dòng)被稱為“天體物理學(xué)”，或者“新天文學(xué)”。

此后，人類真正開始了對恒星的觀測和研究，發(fā)現(xiàn)了月球表面的真實(shí)情況、首次觀測到星云的存在。

而如果沒有現(xiàn)代光學(xué)體系的技術(shù)進(jìn)步，這場跨越式發(fā)展就無從談起。事實(shí)上，無論是大型天文望遠(yuǎn)鏡，還是恒星光度計(jì)，都是建立在這一時(shí)期光學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上。具體來說，德國光學(xué)家朗德費(fèi)創(chuàng)建的分光學(xué)、布蓋開創(chuàng)的光度學(xué)，以及改變?nèi)祟愡M(jìn)程的照相技術(shù)，這三者直接導(dǎo)致了天體物理學(xué)的建立。

（利用光譜原理，首次拍到織女星、雙子座α星進(jìn)行照相的哈佛天文臺(tái)大型天文望遠(yuǎn)鏡）

對于光的理解和對光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，讓天文學(xué)家可以捕捉宇宙之光。而人類對宇宙空間的迷蒙與猜測，也終于迎來了一盞光亮。

無線電里的宇宙噪聲：射電天文學(xué)的驚艷時(shí)刻

光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，推動(dòng)人類天文學(xué)來到了天文臺(tái)和大型天文望遠(yuǎn)鏡的時(shí)代。但奇妙的是，當(dāng)人類以為光就是宇宙唯一答案時(shí)，近50年的天文學(xué)卻被另一項(xiàng)技術(shù)所改寫——那就是今天所有人都無法離開的無線電。

1931年，美國無線電工程師揚(yáng)斯基在研究收音機(jī)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)當(dāng)天線指向特定天體時(shí)，能夠收到特別響亮的噪聲。尤其當(dāng)天線指向人馬座——銀河系中心時(shí)，這種噪聲能達(dá)到尖銳的程度。

“宇宙噪聲”的發(fā)現(xiàn)，證明了恒星輻射理論，直接改變了我們今天的生活。同時(shí)借助無線電技術(shù)，美國工程師瑞伯率先發(fā)明了射電天文望遠(yuǎn)鏡，為射電天文學(xué)時(shí)代奠定了基礎(chǔ)。

借助觀測宇宙中不同恒星發(fā)出的無線電干擾，人類成功觀測到了太陽黑子的存在、實(shí)現(xiàn)了預(yù)測流星群、發(fā)現(xiàn)了銀河系外星云以及星際間的氫氣團(tuán)。這些發(fā)現(xiàn)奠定了我們此刻的宇宙觀，比如宇宙大爆炸、黑洞、類地行星和宇宙輻射。

而究其根源，驚艷人類歷史的射電天文學(xué)時(shí)代，是來自人類對應(yīng)用技術(shù)的努力探索——甚至可以說，如果沒有收音機(jī)，人類就無從驗(yàn)證宇宙起源。

其實(shí)在20世紀(jì)初，英法兩國天文學(xué)家已經(jīng)嘗試探尋太陽射電波，但當(dāng)時(shí)的無線電接收器靈敏度太差，關(guān)于宇宙的眾多猜想都無法進(jìn)行驗(yàn)證。

無線電與探索宇宙的聯(lián)系，再一次證明了這樣一個(gè)真理：技術(shù)迭代，是人類透視宇宙的力量之源。

計(jì)算，計(jì)算：引力波與黑洞的大時(shí)代

今天，人類不斷利用技術(shù)進(jìn)步，透視宇宙深處的腳步依舊沒有停止。

或許在地理學(xué)、光譜學(xué)和無線電理論的數(shù)百年滋養(yǎng)下，人類觀測宇宙的方案已經(jīng)齊備（也許吧？），但是人類觀測和記錄來的海量數(shù)據(jù)到底如何分析和計(jì)算，這在今天變成了考驗(yàn)天文學(xué)的最大問題。

可能大家還記得，2017年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，授予了美國麻省理工學(xué)院教授雷納·韋斯、加州理工學(xué)院教授基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他們構(gòu)思和設(shè)計(jì)了引力波天文臺(tái)LIGO，并對直接探測引力波做出的杰出貢獻(xiàn)。

近兩年，連續(xù)捕捉到引力波可能是天文學(xué)界最大的成果之一，它驗(yàn)證了廣義相對論，將人類對時(shí)空深層法則的認(rèn)識(shí)推向了新的高度。但可能很多人不知道，這背后隱藏著一場典型的“天文算力極限試探”。

探測引力波的LIGO，全稱是“激光干涉引力波天文臺(tái)”，這種設(shè)備是由兩條4公里長的手臂組成的L型儀器，可以測量萬分之一個(gè)質(zhì)子直徑尺度上的變化，堪稱人類精度最高的儀器之一。其捕捉到引力波經(jīng)過地球時(shí)，會(huì)通知全球的天文機(jī)構(gòu)一起觀測。在2014年4月的觀測中，LIGO極短速度通知了1000多家天文機(jī)構(gòu)，調(diào)動(dòng)70多臺(tái)大型天文望遠(yuǎn)鏡對1.2萬光年外進(jìn)行了觀測，堪稱天文界的全球狂歡。

但是這樣的“一夜狂歡”后，首先留下的是難以想象的，需要用大型計(jì)算機(jī)驗(yàn)證數(shù)年的數(shù)據(jù)量。某種程度上來說，我們今天正在等待天文學(xué)界對引力波的解析，就是在耐心等候人類算力的瓶頸。

更著名的案例，大概是不久前刷屏的“黑洞照片”。為了拍攝這張照片，相關(guān)團(tuán)隊(duì)從2017年4月5日起，用8座射電望遠(yuǎn)鏡連續(xù)進(jìn)行了數(shù)天的聯(lián)合觀測。這直接產(chǎn)生了4PB的數(shù)據(jù)，用了兩年時(shí)間才解析完成。

在解析天文數(shù)據(jù)進(jìn)程中，處在瓶頸中的不僅是算力，還有智能解析能力。幾年前，美國宇航局NASA提出了前沿發(fā)展實(shí)驗(yàn)室FDL系列計(jì)劃。其中重要組成部分，是用深度學(xué)習(xí)技術(shù)來解析回傳的月球圖像。如今NASA有大量衛(wèi)星、探月車、空間站向地球回傳月球數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量多到了人類已經(jīng)無法完成處理，所以轉(zhuǎn)而希望借助AI來完成對月球的認(rèn)知探索。

神話里是嫦娥奔月，現(xiàn)實(shí)里是AI探月。

從HC，到未來

不難看出，今天人類認(rèn)識(shí)宇宙進(jìn)程中，卻迫切需要的新技術(shù)、新工具就是算力與智能。

縱觀整個(gè)人類天文史，或許可以得出這樣的結(jié)論：每一次人類透視宇宙的偉大進(jìn)化，都得益于這一時(shí)代人類最擅長、最自豪的技術(shù)創(chuàng)造。天文學(xué)的進(jìn)化，始終是不斷向其他學(xué)科借用理論工具與技術(shù)工具的過程。

而20世紀(jì)末到21世紀(jì)，人類最偉大的發(fā)明是信息技術(shù)與電子計(jì)算。這個(gè)工具的“天文化”，當(dāng)然是今天人類用來看透天上宮闕的最新一雙“技術(shù)之眼”。

用于窺探浩渺宇宙的算力與智能之眼，需要我們等待很久嗎？這里或許可以做個(gè)劇透。探測宇宙“新的工具”并不在遙遠(yuǎn)的未來，而就在5天之后，Philip Diamond，國際組織SKA（平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡）總干事將來到2019華為全聯(lián)接大會(huì)現(xiàn)場，與我們一起揭曉宇宙探索的最新“技術(shù)之眼”；它也不像過去數(shù)百年一樣誕生于歐美，而是就來自中國這片勇于仰望星空的土地上——2019年華為全聯(lián)接大會(huì)，正在醞釀某個(gè)跟探索宇宙相關(guān)的東西。

是什么呢？讓我們保持好奇，先期待一下——數(shù)千年歷史證明，好奇心，是能讓人類在宇宙面前，顯得不那么渺小的東西。

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