本期嘉宾:中国科学院物理研究所研究员曹则贤
Q:“江畔何人初照月,江月何年初照人。”古人看到的月亮和我们看到的是一个吗?
A:“江畔何人初见月,江月何年初照人” 这句诗是出自唐朝著名诗人张若虚的《春江花月夜》, 这首诗的创作时间距今差不多有 1300 年了。
月球的年龄据说和地球年龄差不多,大约都在45亿年。关于这个时间是怎么确定的呢,不要问我,我不知道。1300百年和45亿年相比,前者占后者的千万分之三,也就是一个非常小的改变量。如果我们用函数𝑓 (1) 表示当前月球的状态,变量等于1。那么相应的1300年前的月球的状态,你可以把它写成函数𝑓 (1 − 0.0000003) 。这样变量的微小变化带来函数的变化,根据关于泰勒展开的知识,我们可以有信心地说,𝑓 ( 1 )和𝑓 ( 1 − 0.0000003 )是相等的,也就是说我们现在看到的月亮状态和1300年前看到的是一样的。
但是,这个问题如果这样理解的话也不对。为什么这么说呢?我们刚才提到的“泰勒展开”只对一些非常“乖”的函数是成立的。如果一个系统发生突变的话,那么我们就不太好用这个“泰勒展开”了。
关于月亮,我们知道月亮是地球的卫星。对于地球上的人类来说,太阳、月亮、和地球三者的体系构成了我们的家园。在过去相当长的一段时间里,应该说地球表面发生的事情对月亮是没有影响的。但是,大自然很神奇,地球上演化出一种叫作“人类”的生物。
人类发展到西元 1957 年的时候,有一个重大事件发生。在1957年,地球表面上的人类学会向空间抛射物体,也就是我们说的发射飞行体。到了1959 年 9 月 4 日,人类成功向月球表面发射了无人探测器。当然我们知道后来我们国家也加入了这样一个行列,目前我们已经向月球表面发射了嫦娥一号到嫦娥五号,五个无人探月器,并且还发射了一辆月球车,在上面压出了一道长长的车辙印,车辙印的符号就是我们“中华人民共和国”的“中”字。还有一件值得提的事是,无人探测器在月球表面还实现了月壤钻探,从月球表面带回了1731克的月壤。
也就是说,当前状态的月亮同1300年前相比,一方面上面有了很多人类探月过程留下的东西,此外还被人类从表面刮了一层皮。如果从这个意义上理解,我们可以说,从1957年以后我们再看到的月亮,和1300年前张若虚所看到的月亮那就不一样了。