作为一名现役硬件工程师，个人推荐的书：&br&一、理论知识&br&1、基础篇&br&电路（邱关源），模拟电子技术、数字电子技术（华成英或者康华光的），微机原理/计算机原理/数据结构（各种版本很多，内容大致相同），电子学（霍洛维茨），单片机教程（51、AVR的书都很多）&br&2、进阶篇：&br&高速数字设计（Howard Johnson），信号完整性分析（Eric Bogatin），嵌入式硬件系统（Jack Ganssle，内容比较可能旧，初学者还是不错的）&br&二、实用技能&br&精通开关电源设计（SanjayaManiktala），晶体管电路设计（铃木雅臣），Verilog数字系统设计教程（夏宇闻），高速数字设计实践（王剑宇），Cadence、Pads、Altium Designer等工具的教程书（京东上一搜一大把，网上也有视频教程），JEDEC、PCI-SIG、USB-ORG、IEEE等网站上给出的各类接口器件的标准，各大半导体厂商的datasheet（TI、Freescal、ST等官网上资料非常多），ARM官方网站给出的CPU架构手册。&br&作为一个硬件工程师，最主要的还是自己动手动脑实践，题主不如先给自己设定一个题目，比如做一个简单的电子产品（收音机、MP3），然后自己找元器件，画原理图，画PCB，学习焊接，调试，做一圈下来，比看书学到的要多得多。
作为一名现役硬件工程师，个人推荐的书： 一、理论知识 1、基础篇 电路（邱关源），模拟电子技术、数字电子技术（华成英或者康华光的），微机原理/计算机原理/数据结构（各种版本很多，内容大致相同），电子学（霍洛维茨），单片机教程（51、AVR的书都很多…
谢邀。分享一篇比较好的回答&br&&p&对于很多硬件工程师而言，每天都在忙活着手头上的工作，但是有时候并不知道自己的水平去到哪里，也不知道怎样提高，这在这个瞬息万变的社会里面，其实有点危险！毕竟我们这些凭手艺吃饭的人不像某些尸位素餐的某猿，是跟不上潮流就会被淘汰的。所以就算我们不能成为最TOP的那个，也力争成为排在前面的那一批人。&/p&&p&&strong&但我们工程师怎样成为最TOP呢？该怎么学习呢？&/strong&&/p&&p&根据我们从小受到的教育中我们知道，这首先要求我们对于知识要理解透彻，越深入越好，对于任何一个知识点，通过基本公式，用数学工具推导到最后来验证高级定律和公式。我想对于这一点，高考物理是达到了极点，高中物理知识其实不难，但是我们为了选拔的目的，把物理各种定律糅合在一起，结合一些脑筋急转弯，复杂的运算，造成高考物理是最难的科目了。&/p&&p&但如果我们拿着解高考物理难题的精神来解决硬件问题，当然精神可嘉，工作之余还是值得鼓励这种学习和探索精神的；可是这样对于项目开发却是没有多少好处，毕竟硬件工程师的工作是工程开发，在规定的时间和预算之内完成硬件项目，而不是你在这个时间呢自己推导出来了什么公式和计算结果，那是科学家的工作，那是Research的工作。&/p&&p&工程开发一个重要特点就是“踩在前人的足迹”，就是通过过去几十上百年的工程实践，对于各种情况有了很多经验数据和经验方法，比如对于PCB layout来说，基本上每个公司都有自己的design guidelines/check list，这就是公司在过去很多项目中总结出来的，每一条可以说都付出了“血”的代价，这是对于板级设计来说了；对于核心芯片和器件，就更是如此了，芯片或器件公司几十数百人历时数年搞出来的一款芯片和器件，又岂是你通过几百页datasheet可以彻底理解的。&/p&&p&大多数情况下，知道主要接口，参数，功能和性能就足够了，尤其是芯片/器件公司提供的design guidelines或者application notes，里面一般都是芯片/器件工程师的肺腑之言，经验之谈，一般来说没有个十年二十年工作经验的工程师是写不了这些东西的。&/p&&p&看起来虽然很简单，看起来像是废话，但是细细分析，结合电路定理和电磁定律，略微分析，就会发现简直字字珠玑。刚毕业的好学生（一般来说学习好，喜欢啃难题，学习能力强，求知欲强）初干硬件设计，就会发现涉及的知识点和技术要点太多了，如果这个知识点想要理解透彻，那个知识点也要理解透彻，会发现一天24小时根本不够用，但是对不起，公司请你过来不是让你学习的，是要干硬件设计的，过一个月就要见原理图了，你还在这捧着OrCAD手册一个命令一个命令学习OrCAD使用技巧，研究为啥要有串行电阻呢，研究这个电容是取0.1uF还是0.01uF.。&/p&&p&有求知欲是好事，但是那是在工作之余，项目之余，虚心向前辈学习，尽量利用各种design guidelines，尽快完成设计工作，记录自己的知识缺点，在业余时间努力学习，理解透彻，通过设计验证/测试，加深对于知识点的了解，这才是正确的工作方法。&/p&&p&我在刚毕业的时候欣喜的发现传输线理论太重要了，遂花了一个月把传输线理论努力了一把，并推导了大量公式进行验证，其实总结起来就是几句话，阻抗匹配，如果接收端阻抗大于发送端，信号会怎么样；如果小于，信号会怎么样；如果开路，会怎么样；如果短路，会怎么样，这几条基本每本信号完整性的书上都会介绍，也不会有很复杂的数学公式推导，知道就行了，然后就是如何平衡发射端的阻抗，串行电阻，PCB阻抗，匹配阻抗等等，都是简单的数学公式。&/p&&p&所以说，对于求知欲特别强的人（比如我），有时候一定要学会“浅尝辄止”，充分利用前辈经验，避免陷入技术的误区，比如放着公式不用，非得自己用二重积分推导一遍。硬件开发最主要的特点就是“广博”，什么东西都要知道，一个好的硬件工程师就要什么都要懂一点，当然对于某些方面能够深入一些到原理层次就更好了。&/p&&p&关于硬件设计的各种技术/标准/芯片/器件都要知道，需要的时候，能够信手拈来，功能性能，参数特性，优点缺点。&/p&&p&那一个好的硬件工程师应该具备哪些基本知识和能力呢？&/p&1. 快速学习的能力：&p&作为一个通信汪，我就以通信设备方面来说吧！&/p&&p&一方面，通信技术，标准，芯片更新的太快了，快到你根本来不及系统的了解它，只能通过特定的项目，需求进行了解；另一方面对于公司来说，需要做的硬件产品也是变化很快，客户需要T1， E1， PDH， SDH，Ethernet， VoIP， Switch， Router， 没有人是什么都懂的，都需要能够结合客户的需求，选择的芯片方案进行详细了解，尤其对于接口协议和电气特性。&/p&&p&假设你是做电源的，同理，你也需要对电源相关的知识和客户的需求进行深入的理解和学习吧？&/p&2. 对协议和标准的理解：&p&继续用通信设备做代表。&/p&&p&通信设备，顾名思义，就是用来实现多种通信协议（比如T1， E1， V.35，PDH， SDH/SONET， ATM， USB， VoIP， WiFi， Ethernet， TCP/IP，RS232等等常用协议）实现通信的设备，各种电路，PCB板，电源都是为了通信协议服务的。&/p&&p&通信协议一般都是由芯片实现，要么是成熟的 ASIC，要么是自己开发的FPGA/CPLD，芯片工程师或者FPGA工程师比硬件工程师跟靠近通信协议，他们需要对于通信协议理解很透彻，实现各种逻辑上的状态机以及满足协议规定的电气参数标准。按照OSI的七层模型，硬件工程师尤其需要专注于一层物理层和二层数据链路层的协议标准，以 Ethernet距离，物理层是由PHY/transceiver芯片完成，数据链路层是由MAC/switch 芯片完成，对于从事Ethernet相关开发的硬件工程师来说，需要对于PHY和Switch芯片理解透彻，从编码方式，电气参数，眼图标准，模板，信号频率到帧格式，转发处理逻辑，VLAN等等。&/p&&p&对于传统PDH/SDH/SONET设备就更是如此，PDH/SDH/SONET是更硬件的设备，就是说主要协议都是通过ASIC实现的，软件的功能主要是管理，配置，监视，告警，性能，对于硬件工程师来说，必须要熟悉使用的相关协议和接口标准，尤其对于电气规范，眼图模板，这样在设计验证的时候才能胸有成竹。&/p&&p&如果你做智能家居的，你对蓝牙、WIFI、Zigbee的新标准应该要深入了解吧，各自的优劣势也应该了如指掌吧，最新的标准有啥提升和缺点也可以信手拈来，说不定这样你就能做出符合消费者需求的全新产品呢！也指不定在跳槽的时候，因为你掌握了一个别人还没有了解的技术，而获得成功呢！&/p&3. 写文档的能力：&p&诚如软件设计一样，好的软件设计需要好的设计文档，明确需求，实现什么功能，达到什么验收标准，随着芯片集成度的增加，接口速率的提高，单板复杂度的提高，硬件设计也越来越复杂以及对应热稳定性，可靠性，电磁兼容，环境保护的要求，已经不是通过小米加步木。仓的游击战可以解决了，每一个硬件项目都是一场战争，都需要好好的规划，好好的分析，这就需要好好做文档。&/p&&p&对于硬件工程师来说，最重要的文档有两个：一个是硬件设计规范（HDS ： hardware design specification）和硬件测试报告（一般叫EVT：Engineering Validation& Test report或者DVT： Design Validation & Test report），对于HDS的要求是内容详实，明确，主芯片的选择/硬件初始化，CPU的选择和初始化，接口芯片的选择/初始化/管理，各芯片之间连接关系框图（Block Diagram），DRAM类型/大小/速度，FLASH类型/大小/速度，片选，中断，GPIO的定义，复位逻辑和拓扑图，时钟/晶振选择/拓扑，RTC的使用，内存映射（Memory map）关系， I2C器件选择/拓扑，接口器件/线序定义，LED的大小/颜色/驱动，散热片，风扇，JTAG，电源拓扑/时序/电路等等。&/p&&p&对于DVT来说，要求很简单也很复杂：板卡上有什么接口，芯片，主要器件，电路，就要测试什么，尤其在板卡正常工作的情况下的电源/电压/纹波/时序，业务接口的眼图/模板，内部数据总线的信号完整性和时序（如MII， RGMII， XAUI， PCIe，PCM bus， Telecom Bus， SERDES， UART等等），CPU子系统（如时钟，复位，SDRAM/DDR，FLASH接口）。&/p&&p&好的硬件工程师无论是做的文档还是报道都是令人一目了然，这个硬件系统需要用什么方案和电路，最后验证测试的结果如何。内容详实，不遗漏各种接口/电路；简单名了，不说废话；图文并茂，需要的时候一个时序图，一个示波器抓图就很能说明问题了。&/p&4. 仪表/软件的使用能力：&p&仪表包括电烙铁，万用表，示波器，逻辑分析仪，误码仪，传输分析仪，以太网测试仪Smartbits/IXIA，热量计，衰减器，光功率计，射频信号强度计等等；软件包括Office（Outlook，Word， Excel， PowerPoint， Project， Visio），PDF，常用原理图软件Pads或者OrCAD，常用PCB软件Pads或者Allegro，Allegro Viewer，电路仿真软件PSPICE，信号仿真软件HyperLynx等等。&/p&&p&无论仪表还是软件，在政治经济学里说都是生产工具，都是促进生产力提高的，作为硬件工程师来说，这些仪表和软件就是手中的木。仓炮，硬件工程师很大一部分能力的体现都在与仪表和软件的使用上，尤其对于原理图软件和示波器的使用，更是十分重要，原理图软件的使用是硬件设计的具体实现，通过一个个器件的摆放，一个个NET的连接，构成了是十分复杂的硬件逻辑软件，是整个硬件设计的核心工作，任何一个原理图上的失误和错误造成的损失都是巨大的，真是“如履薄冰，战战兢兢”。&/p&&p&另外，原理图软件的使用还体现在原理图的美观上，好的设计，简单明了，注释明确，无论是谁，顺着思路就能很快搞清楚设计意图，需要特别注意之处，不好的设计，东一个器件，西一个器件，没有逻辑，命名怪异，难以理解，日后维护起来相当麻烦；示波器在所有测试仪表之中，对于硬件工程师是最重要的，无论原理图还是PCB都是设计工作，但是任何设计都需要仔细的验证测试，尤其在信号方面，都需要大量的示波器工作，不会正确的使用示波器根本谈不上正确的验证，接地有没有接好，测试点的选择，触发的选择，延时的选择，幅度、时间的选择，都决定着测试的结果。如果错误的使用示波器必然带来错误的测试结果，这种情况下，有可能本来是错误的设计被误认为是正确的，带来巨大的隐患；本来是正确的设计被误认为是错误的，带来大量的时间精力浪费。&/p&5. 电路设计的能力：&p&随着芯片集成度的提高，硬件设计似乎变简单了。首先是逻辑连接，其次考虑信号完整性需要的串行电阻选择和并行电容选择，电源滤波，退耦。不过对于好的硬件工程师来说，简单的逻辑连接（这个芯片的同样总线的输出接另一个芯片的输入，等等），只是硬件设计的最基本技能，电路是芯片功能，通信协议和各种软件的载体，没有对电路的深入理解，根本谈不上对硬件设计的深入理解，尤其对于芯片后面列的电气性能参数或者离散器件各种参数的理解，胡乱乱接，可能在3.3V的总线上可以工作，但是现在工作电压已经降到1V了，什么概念，信号线上的噪声都已经大到可以使采样出现误判了，随着信号速率的提高和工作电压的降低，数字信号已经越来越模拟化了，这就需要对于PCB的阻抗，容抗，感抗，离散器件（电阻，电容，电感，二极管，三极管，MOSFET，变压器等），ASIC的接口电气参数深入了解，这都需要对电路原理，模拟电路甚至电磁场理论深入学习，电路可以说是电磁场理论的子集，没有电磁场理论的理解，根本谈不上对于电容，电感，串扰，电磁辐射的理解。&/p&&p&尤其对于电源电路设计上，现在芯片电压多样化，电压越来越低，电流越来越大，运营商对于通信设备功耗的严格要求，散热要求，对于电源设计的挑战越来越大。可以说，对于一个硬件设计来说，40%的工作都是在于电源电路的原理图/PCB设计和后期测试验证，电源电路设计是硬件工程师电路能力的集中体现，各种被动器件、半导体器件、保护器件、DC/DC转换典型拓扑，都有很多参数，公式需要考虑到，计算到。&/p&6. 沟通和全局控制的能力：&p&硬件工程师在一个硬件项目中，一般处于Team leader的作用，要对这个硬件项目全权负责，需要协调好PCB工程师，结构工程师，信号完整性工程师，电磁兼容工程师等各种资源，并与产品经理，项目经理，软件工程师，生产工程师，采购工程师紧密配合，确保各个环节按部就班，需要对整个项目计划了然于胸，各个子任务的发布时间，对于可能出现的技术难题和风险的估计，控制。&/p&&p&对于外部来说，硬件工程师还要与芯片的分销商，FAE处理好关系，争取获得更大的技术支持和帮助；与EMC实验室，外部实验室打好交道，获得更灵活的测试时间和更多的整改意见。&/p&
谢邀。分享一篇比较好的回答 对于很多硬件工程师而言，每天都在忙活着手头上的工作，但是有时候并不知道自己的水平去到哪里，也不知道怎样提高，这在这个瞬息万变的社会里面，其实有点危险！毕竟我们这些凭手艺吃饭的人不像某些尸位素餐的某猿，是跟不上潮…
&img src=&/50/v2-210cbc3dc805cffb6fd52b_b.jpeg& data-rawwidth=&645& data-rawheight=&244& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&645& data-original=&/50/v2-210cbc3dc805cffb6fd52b_r.jpeg&&&p&最近几天我也不知道要推荐写什么App，可能在很多时候，我们是那个被孤立的人，可能就是我们的不一样，也让我们自己有了更多思考的时间空间。所以今天推荐点不一样的，可能你都没听说过，但一定是新奇的。&br&&/p&&br&&p&每日故宫&/p&&p&每日故宫是故宫博物院推出了一款故宫珍品展示App，它每日展示一款馆藏珍品，如果想要知道明天展示什么，只能默默地期待了。除了高清文物细节图片欣赏，还有文物的背景故事解读。精美日历信息页面展示，你可以记录下自己的心情笔记，还可以将笔记保存到印象笔记。&/p&&img src=&/50/v2-b0eb6d18c76ede92d1e9_b.jpeg& data-rawwidth=&712& data-rawheight=&424& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&712& data-original=&/50/v2-b0eb6d18c76ede92d1e9_r.jpeg&&&br&&br&&p&烧杯&/p&&p&烧杯是一个可以使用手机做化学实验的App。它可以将你的手机变成烧杯，它有150 多种药剂、300 多种神奇的化学反应任你尝试。你还可以摇晃手机、滑动手指来模仿点燃加热等，看到更加炫酷的反应结果，就像你真的在做实验一样，如果小时候有的试验结果没有亲眼看到，可以来体验一下吧。&/p&&img src=&/50/v2-4f167b48ff5adfedeebf91_b.jpeg& data-rawwidth=&1214& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1214& data-original=&/50/v2-4f167b48ff5adfedeebf91_r.jpeg&&&br&&br&&p&星图(Star Chart)&/p&&p&星图是一款可以观看宇宙的App，你只需将你的手机对着天空，星图就会呈现你所面对天空的样子，星图有超过12 万颗星星，包括流星雨，彗星，卫星，你还可以使用它探索的 3D 太阳系，还可以查看你的星座是什么样子的。小时候我们常常仰望星空，却不知道那颗星星到底什么样子，是不是像B612 那样一样神秘，或许星图就会把你小时候的憧憬解开了。PS：它同时也有VR 版。&/p&&img src=&/50/v2-a59fefa19f7256d3ecfb_b.jpeg& data-rawwidth=&1214& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1214& data-original=&/50/v2-a59fefa19f7256d3ecfb_r.jpeg&&&br&&br&&p&榫卯(sǔn mǎo)&/p&&p&榫卯是传统木工中接合两个或多个构件的方式，你会惊讶，一个工具，全都是木头，它们是怎么连接成形，而榫卯这款App 将这一传统工艺用科技的方式展现在世人面前， 它使用3D 模型来让你充分了解榫卯结构，你还可以查看每款的结构，还可以拆开，旋转，来观看它的结构。&/p&&img src=&/50/v2-406c748a3d6bba6_b.jpeg& data-rawwidth=&1214& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1214& data-original=&/50/v2-406c748a3d6bba6_r.jpeg&&&br&&br&&p&纪念碑谷&/p&&p&纪念碑谷是一款3D 立体迷宫款游戏，它的每个闯关都是一个3D 建筑，你可以通过旋转并拖拽改变形状来帮助公主艾达走出迷宫。它的每个界面都像一个艺术品，背景音乐都是值得你扣着耳机去听的，它极简的 3D设计，建筑启发自世界各地的宫殿庙宇。它同是也 2014 年的苹果设计奖得主。&/p&&img src=&/50/v2-18f3d983fc3ca498f16d5ac33a41c3b7_b.jpeg& data-rawwidth=&1214& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1214& data-original=&/50/v2-18f3d983fc3ca498f16d5ac33a41c3b7_r.jpeg&&&br&&br&&p&开眼&/p&&p&开眼是一个汇聚全球优质短视频的平台，每日精挑细选 5 条极优质的高清短视频，给你视觉上的惊艳和了解世界的新方式。 包含创意、运动、旅行等11个分类，满足你的挑剔口味，不管你喜欢新奇的跑酷运动还是时尚大片，在开眼你都能看到，它们可能是创意惊人的大牌广告，可能是鲜为人知的美丽风景，也可能是专业的美食攻略或有品位的穿衣指导，世界那么大，我们一起来看看吧。&/p&&img src=&/50/5a460d5a26d74bd9580c81_b.jpg& alt=&& class=&content_image&&&br&&p&Nasa&/p&&p&Nasa 是美国宇航局的简称，它同时也有官方的网站和App，你可以在App 上可以看到最新的的宇航探测信息，包含图片，视频，任务信息，新闻，专题报道等等。而且还可以查看哪些图片，视频最受欢迎，更棒的是，你可以将图片保存起来，用来当壁纸。&/p&&img src=&/50/v2-fdc4d21b4ef9ea0a1308_b.jpeg& data-rawwidth=&1214& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1214& data-original=&/50/v2-fdc4d21b4ef9ea0a1308_r.jpeg&&&br&&br&&p&Google Earth(谷歌地球)&/p&&p&谷歌地球是谷歌推出一款浏览全世界的App，你可以用它来浏览世界任何一个角落（理论上）。它以 3D 的效果呈现出来，不管你是穿梭于亚马逊森林，还是在纽约上空，这些都是可以实现的，它就像一个地球仪，你可以随意拨动，点击就进入一个城市，开启一段新的旅程吧。PS：需要科学上网。&/p&&img src=&/50/v2-fb33ee4cbeeaf5db7fb953b8ce5b1102_b.jpeg& data-rawwidth=&1214& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1214& data-original=&/50/v2-fb33ee4cbeeaf5db7fb953b8ce5b1102_r.jpeg&&&br&&br&&p&AirPano&/p&&p&AirPano 是一款可以观看世界奇特景观的VR 应用。AirPano 现在已经拍摄了超过超过300 个有趣的地方，包含3000 个左右的VR 视频，同时它也是以非赢利运营的。它拍摄了很多奇特的景观，像尼亚加拉大瀑布，拉斯维加斯的夜生活，冰岛奇观，就想你自己真实经历过一样。&/p&&img src=&/50/v2-210cbc3dc805cffb6fd52b_b.jpeg& data-rawwidth=&645& data-rawheight=&244& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&645& data-original=&/50/v2-210cbc3dc805cffb6fd52b_r.jpeg&&&br&&p&发现更多&b&高效率工具&/b&和&b&好玩有趣的App&/b&，请关注我的公众号：高效率工具搜罗（gongju006）。&br&&/p&&img src=&/50/affbdc7495_b.jpg& data-rawwidth=&258& data-rawheight=&258& class=&content_image& width=&258&&
最近几天我也不知道要推荐写什么App，可能在很多时候，我们是那个被孤立的人，可能就是我们的不一样，也让我们自己有了更多思考的时间空间。所以今天推荐点不一样的，可能你都没听说过，但一定是新奇的。 每日故宫每日故宫是故宫博物院推出了一款故宫珍品展…
是的，作为一个工程人员，这要从头说起了。&br&当年钱老回国只搞火箭不搞飞机就是因为我国的工业基础太差。&br&如今半个世纪过去了，钱老已经不在了，我们的工业基础还是寸步难行。&br&大炼钢铁和big revolution使得我国的工业基础严重受挫，元气大伤。&br&工业要发展，炼钢要为先！&br&因为我们的工业起步晚，基础弱，又加上近现代中的一些现象使得我们的工业底子消耗殆尽，积重难返。改革开放30年来我们专注于搞经济而忽视了基础产业，导致现在的基础产业漏洞百出，重负连连。单从有机化工业和炼钢工业就可以看出来巨大的差距。&br&作为工程人员，我们从心里有这样的体会：工业革命那100多年国外不是白走的，他们的每一道工艺，每一项配料，每一个细节都是需要一点一点从心里挖出来、从失败中走出来的。这些是十几年的高等教育教育不来的，是多少钱砸不出来的。必须经过那么多次失败才会有今天的成功，要想真正有自己的技术，没有捷径，要接受对无数次的失败，而且要心甘情愿的接受。&br&我们要想真正造出一个100%的汽车发动机，是需要几代人共同努力的。我们正在努力追赶了。&br&我们不缺设计师，我们缺的是底层的工人师傅。缺的是国外那100多年不浮躁的经验和教训。（）&br&&br&--------------------------------------一年后（）更新----------------------------------------&br&这一年来时不时的还会看到该问题的更新，看来还是很多人关心国产发动机的发展，我也没想到这个答案还能保持在前列，先谢谢大家，看来是时候好好补充下了。&br&&br&首先要区别两个概念：science和engineering。科学是共享的、透明公开的，但是工程学却是保密的、私有的。发动机的原理可以说是及其简单，而且这个原理在内燃机存在的200多年里从来没变过：燃料燃烧致气体膨胀推动活塞做功。但是science说起来容易，如何用这些人类都知道的白开水一般的理论做出按人类意志行为的engineering却完全是另一回事：如何把功率提上来，重量减下去，寿命延长，效率提高可以说是无穷无尽的漫漫长征。科学结论我们都可以记得住，我相信我们高等科学在记忆上的教育非常成功，但是传统工业的工程学教育可以说是一塌糊涂，生产技术和理论严重脱节。&br&&br&再一个，在人类进入电气时代之前，西方国家有一段特殊的时期，这段时期是机械工业飞速发展的一段时期，被誉为“大蒸汽时代”。有兴趣的可以搜一搜这一时期内的作品，几乎所有能动的东西都是齿轮机械，其繁荣程度前无古人，后无来者。由于我国没有接受这一时期的洗礼，少部分民族资产后来也被帝国主义压迫致残，再后来又被社会主义充了公，所以基本上没有任何技术积累。而工程积累的核心就是两个字：秘方。无论是做饭、酿酒、制药还是冶钢、加工，其技术本质不外乎这两个字。而秘方则是完全私有的，一般由家族或公司的形式来传承。而传承需要时间沉淀，也需要民族氛围。一个崇尚速度，敢于挑战人类极限，敢于质疑权威的民族，才会有足够的动力去研发这种铁与火的机器。这一点我觉得我们做的很不好，我们的教育似乎不太鼓励培养这种冒险精神。&br&&br&对于发动机具体的一些瓶颈，下面我逐条列举，及时更新：&br&&br&1. 金属铸造&br&发动机气缸主体和其他简单结构件一般使用金属浇铸成形，具体过程又分高压铸造和低压铸造。金属融化成液体倒入模具，此过程难点在于降温凝固过程中残余应力、排气、脱模剂喷淋等导致缺陷的发生，缺陷降低了成品率，而且严重影响寿命，因为金属疲劳最怕缺陷。其次，金属材料自身的品质要求亦极高，一般是铸铁或铸铝，高品质的浇铸原材料我们不行，需从国外进口，但最近国家加强了对高品质铸铝原材料的研发，以满足航天航空的需求，将来可能会给汽车产业带来福利。再次，压铸模具和压铸机，世界最好的是日德，之后是意大利，再后是其他。模具要精密，耐用，适应自动生产，不能说铸造了几个模具就断了、漏了，再或者只能人工看着掌握火候那可不行。金属铸造问题是个天大的问题，毫不客气的说是中国从古至今的问题，从宝剑对抗圆月弯刀，到现在的发动机制造，都是这个问题。这套技术是典型的蒸汽时代的产物，是所有现代工业的底子，现在他们已经配合上了电气产业和计算机信息产业，更是如虎添翼。&br&&br&2. 机械加工&br&要有上好的车床，车刀，车工。车床和车刀起码还能高价从德国买到，但是车工就是个问题了。同样一个零件，选择不同的方向和走线切出来，寿命却明显不同。这些技艺，怎么办。发动机的活塞要在缸孔中千万次的来回运动，其误差要求极高，其壁表面加工要求一种工艺，叫做珩磨，保证缸孔表面耐磨而且还能附着一层油膜保证密封性能。这时珩磨的材料，工艺，方向又来了。此过程走不好，缸孔哪怕弯那么一点点，活塞千万次的运动便会加速发动机的老化。曲轴孔是多档的间断长孔，尺寸精度、圆度、同轴度、表面粗糙度每一项要求都非常严格。&br&&br&3. 装配工艺&br&看了《速度与激情》就觉得汽车是几个人在garage里面拧拧螺丝、吊台发动机就可以造车的。那些是修车，发动机里面的装配可不是单用手就可以，而是专业的装配工具。这些需要经验，需要技术，更需要时间。有些零件需要特定的机器进行安装，甚至螺丝的安装顺序，拧紧的力道都需要经验和仪器。活塞隙如果混入了细小的硬物颗粒，千万次的研磨又会造成多大的损坏。所以装配环境、工艺、设备、技术要求非常高。更要命的是，如果前两步走不好，我们连装配的机会都没得练。&br&&br&4. 橡胶&br&在第3步里面，装配过程中需要用到有机材料。有人说发动机就是钢铁和橡胶的共鸣，不错。说橡胶是内燃机的核心材料毫不为过，无论是气缸的密闭性还是油箱、水箱的密闭性，橡胶都是决定性作用。Youtube上面有很多国外汽车大厂的发动机组装视频，有兴趣的可以看看（搜索关键词是：Car Engine Assembly），看完你就会发现，连拧螺丝的都是帅哥，他们的学历绝不比我们低。对于汽车发动机橡胶，我不了解，但是我知道电力工业中的有机材料现状。高品质橡胶我们国产的不行，但是能力正在不断提高。&br&&br&5. 主要机械零部件&br&凸轮，曲柄连杆，齿轮组，轴承，链条，液压件，能做出来是一回事，能长时间稳定的使用算是另一个概念。归根到底还是两个问题：金属材料，机械加工。大家发现了么？制造机器的机器才是最底层、最NB的家伙。俗话说，欲先攻其事，必先利其器。所以打铁还需自身硬，底层有了，什么都有了。日德美俄意法英的锤子可是磨了很久了。&br&&br&6. 技术封锁&br&前面说的是技术问题，这个是个政治问题，但是却无法回避。当今社会已是一个高度发达的工业化社会，社会化大分工已经使得各行各业的距离越来越远。所以，任何一个复杂的系统性产品都不可能自己生产所有的零件。Google不可能为提高计算速度自己生产所有的处理器，GE不会为航空发动机研制更纯净的燃油，米其林轮胎不可能自己种橡胶树。因为社会要分工，只有分工才能更专注。那么要想组织这么分散的资源生产出自己的产品，组织本身就成了一种能力，所以现代统治阶级之所以能够统治，不是因为垄断了生产资料，而是垄断了组织生产的能力。企业也一样，任何一个优秀的企业都是自己具有某一部分的核心技术，然后将其他非核心组件外包，形成共赢的盈利形势。全球已经形成了一个复杂的供货链条，全球化大范围的分工与合作已经是常态，但是唯独对中国，这些关系链条像着了魔似的纷纷瓦解。为什么，想必都知道。比如上面提到的铸造模具，日德压铸模具只卖本国企业，其他国家想买都买不到。但是我们不能那这个问题当挡箭牌，唯有自己拥有核心科技，别人才会看得起我们，才存在合作的价值；否则别人看的上我们的永远只是人力而已。&br&&br&7. “市场换技术”的战略错误&br&“市场换技术”是指80年代后期到2001年中国入世之间，中国政府允许外资入华修建汽车合资工厂的战略决策，前商务部长的吕福源这样解释：&br&&blockquote&“中国必须有自己的骨干企业，合资必须建立在双赢的基础上，按中国的长远利益搞。我们让出巨大的市场，我们就有资格要技术、要利润。”&/blockquote&也就是说，我们开放市场，为的是换取技术。个人认为，这是一个非常幼稚的、停留在宏观上的理论性假设。首先，中国开放市场，是大趋势，顺之则昌，逆之则亡。不论什么目的，市场都会开放。960万平方公里、幅员辽阔的疆域里总共只有20万辆汽车，平均48平方公里一辆，这是怎样的场景？全国人民都骑自行车总不是办法。其二，大大低估了科技的价值，换技术是一厢情愿。那些重要技术的价值之大恐怕会吓到所有人，远不是卖几百万辆汽车的钱能买到的。德国五个支柱产业，四个和汽车相关。汽车产业已然成了大国的立国之本，何谈“换”？核心技术的进步永远不要期望别人会给我们；还是我上面说的那句话，没有捷径。把技术进步寄托在别人身上真的太幼稚了。正是这种“市场换技术”的借口，扼杀了自主研发的动力。所以我觉得，“换技术”这事别再想了，死了心吧，“偷”都偷不来，“抢”都抢不了。&br&&br&毕竟民族工业成长需要一个过程，庆幸的是，现在工业的发展已经基本步入正轨了，中国自主的汽车品牌也慢慢形成：比亚迪、奇瑞、长城、吉利。期待有一天，Top Gear榜上也能看到来自中国的速度。&br&&br&附图：&br&1. 沙模批量生产&br&&img src=&/cac26baf46a08d2dfc0cb398_b.jpg& data-rawwidth=&757& data-rawheight=&560& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&757& data-original=&/cac26baf46a08d2dfc0cb398_r.jpg&&2. 沙模检验&br&&img src=&/517cd9d5bf04d318669eabe3875da1fb_b.jpg& data-rawwidth=&983& data-rawheight=&768& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&983& data-original=&/517cd9d5bf04d318669eabe3875da1fb_r.jpg&&3. 机器复核&br&&img src=&/ca21cf62aa1bd7ad4b5f82338bb5eeec_b.jpg& data-rawwidth=&702& data-rawheight=&423& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&702& data-original=&/ca21cf62aa1bd7ad4b5f82338bb5eeec_r.jpg&&&br&4. 融化钢水&br&&img src=&/e2efc4c214_b.jpg& data-rawwidth=&726& data-rawheight=&461& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&726& data-original=&/e2efc4c214_r.jpg&&5. 开始浇铸&br&&img src=&/f1c0eaded70ac_b.jpg& data-rawwidth=&689& data-rawheight=&438& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&689& data-original=&/f1c0eaded70ac_r.jpg&&6. 金属冷却&br&&img src=&/ae3c07c6bfd7b3d4e8ece7_b.jpg& data-rawwidth=&747& data-rawheight=&440& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&747& data-original=&/ae3c07c6bfd7b3d4e8ece7_r.jpg&&7. 机器运输&br&&img src=&/dcfd4b320f1c301d2cd16_b.jpg& data-rawwidth=&713& data-rawheight=&457& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&713& data-original=&/dcfd4b320f1c301d2cd16_r.jpg&&8. 敲去模土&br&&img src=&/64fbdcac5647cef5fbac_b.jpg& data-rawwidth=&766& data-rawheight=&457& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&766& data-original=&/64fbdcac5647cef5fbac_r.jpg&&9. 浇铸完成&br&&img src=&/9acfe36ed42_b.jpg& data-rawwidth=&934& data-rawheight=&701& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&934& data-original=&/9acfe36ed42_r.jpg&&10. 粗加工&br&&img src=&/cbcc6b80bdbcbd_b.jpg& data-rawwidth=&628& data-rawheight=&443& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&628& data-original=&/cbcc6b80bdbcbd_r.jpg&&11. 精加工&br&&img src=&/b1be6f05f8cdaee6065a47_b.jpg& data-rawwidth=&849& data-rawheight=&565& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&849& data-original=&/b1be6f05f8cdaee6065a47_r.jpg&&12. 使用定制械具开始吊装&br&&img src=&/63b68b0ad60d68f1243fbe_b.jpg& data-rawwidth=&812& data-rawheight=&388& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&812& data-original=&/63b68b0ad60d68f1243fbe_r.jpg&&13. 安装精密零件&br&&img src=&/766bb357ff665cf61abcc0_b.jpg& data-rawwidth=&675& data-rawheight=&443& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&675& data-original=&/766bb357ff665cf61abcc0_r.jpg&&14. 组装连杆、曲轴等运动件&br&&img src=&/dadebcfe3ba_b.jpg& data-rawwidth=&727& data-rawheight=&449& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&727& data-original=&/dadebcfe3ba_r.jpg&&15. 机器上胶&br&&img src=&/bb4dcbcfdcd6f5e870d9f_b.jpg& data-rawwidth=&716& data-rawheight=&449& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&716& data-original=&/bb4dcbcfdcd6f5e870d9f_r.jpg&&16. 多路同部旋拧&br&&img src=&/4b6e86bf64ce57c9b200bf6_b.jpg& data-rawwidth=&725& data-rawheight=&436& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&725& data-original=&/4b6e86bf64ce57c9b200bf6_r.jpg&&17. 装配凸轮&br&&img src=&/ba19a1af86e9cde36c1f30_b.jpg& data-rawwidth=&710& data-rawheight=&447& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&710& data-original=&/ba19a1af86e9cde36c1f30_r.jpg&&18. 基本完成&br&&img src=&/56183bff26e9fa195e4a2a4e18cec6f6_b.jpg& data-rawwidth=&668& data-rawheight=&426& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&668& data-original=&/56183bff26e9fa195e4a2a4e18cec6f6_r.jpg&&&br&19. 外部总装&br&&img src=&/a4f0ecc6e5e34b71791ae_b.jpg& data-rawwidth=&693& data-rawheight=&434& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&693& data-original=&/a4f0ecc6e5e34b71791ae_r.jpg&&&br&20. 检验&br&&img src=&/f793677ddec00a12202a45_b.jpg& data-rawwidth=&1620& data-rawheight=&1080& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1620& data-original=&/f793677ddec00a12202a45_r.jpg&&
是的，作为一个工程人员，这要从头说起了。 当年钱老回国只搞火箭不搞飞机就是因为我国的工业基础太差。 如今半个世纪过去了，钱老已经不在了，我们的工业基础还是寸步难行。 大炼钢铁和big revolution使得我国的工业基础严重受挫，元气大伤。 工业要发展，…
&p&其实瞬间传输的景象我们并不陌生，它们经常在影视作品里面出现，其原理也是五花八门。&/p&&p&包括《星际迷航》系列中的通过&b&&u&传送机&/u&&/b&(Teleport Machine)进行瞬间传输，类似这样：&/p&&br&&img src=&/0aff2f59aefbc_b.png& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&493& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/0aff2f59aefbc_r.png&&&p&&i&《星际迷航》里的瞬间传输&/i&&/p&&br&&p&Spock 等人总是通过这样的装置实现瞬间传输。&/p&&br&&p&另一种方式就是通过&b&&u&虫洞&/u&&/b&进行瞬间传输了。例如《星际穿越》电影中主人公从地球乘坐宇宙飞船到达黑洞附近寻找宜居星球。&/p&&br&&img src=&/a84d5c5a05eab72df9ccd_b.png& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&387& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/a84d5c5a05eab72df9ccd_r.png&&&p&&i&《星际穿越》中逼真的虫洞&/i&&/p&&br&&p&&b&以上两种方式是目前物理理论上可能允许的瞬间传输&/b&。文艺作品中出现的其他的瞬间传输方式还包括&b&《哆啦A梦》的任意门，《龙珠》里面孙悟空通过气的瞬间传输等，这些都是目前的物理理论所不允许的&/b&，在本文就不予讨论了。&/p&&br&&p&&i&&img src=&/06fda45aaebd6c2d1bc7e83_b.png& data-rawwidth=&400& data-rawheight=&250& class=&content_image& width=&400&&不被允许的任意门（万千少年的梦想）&/i&&/p&&br&&p&首先讲讲第一种瞬间传输方式：&b&传送机&/b&。&/p&&br&&p&在《星际迷航》的电影里刚出现传输机的时候，很多人认为这仅仅是科幻，在现实生活中不可能实现。大部分物理学家那个时候也都是这样认为的。&/p&&br&&p&但是在1993年，有物理学家发现量子力学告诉我们，类似这样的瞬间传输是可以实现的，只要满足几个条件即可。&br&&/p&&br&&p&我们先从最简单的情况谈起，即&b&如何瞬间传输单量子态粒子&/b&。实现单量子态的传输，我们只需要提前分配一对&b&纠缠态&/b&，然后再传输两比特的经典信息就可以传输一个量子态了。&/p&&br&&p&从整个物理过程中不难发现，我们最快也只能实现&b&光速传输&/b&，不可能实现瞬间传输，因为为了传输一个量子态，我们最后还要传输经典的信息，这就使得它的速度没法超过光速。但是即使是光速传输，也已经远远大于目前人类最快的飞行器的速度了，所以叫它瞬间传输也毫不为过。&/p&&br&&p&既然我们已经知道了现实世界瞬间传输的原理，那么我们还要多久才能实现《星际迷航》中人的传输呢？物理学家早已经实现了&b&单量子态的传输&/b&。实现单量子态的传输的实验图如下所示：&/p&&p&&i&&br&&img src=&/b22b3dcf1da0a8cb96a62af_b.png& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&346& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/b22b3dcf1da0a8cb96a62af_r.png&&量子瞬间传输的实验装置图&/i&&/p&&br&&p&我们不难发现，实现单个量子态的传输尚且需要如此复杂的实验设备，更别说一个人了。一个人包含大概10^29 个粒子，这些粒子包含夸克，电子，质子，中子，原子，分子等，每一个粒子又包含能态，自旋，角动量等不同的量子态。要同时传输这些量子态，实验难度远远超出想象。&/p&&br&&p&要实现这样的瞬间传输需要满足的最重要的条件就是要有&b&纠缠态&/b&，因为制备和分布纠缠态也是需要时间的，所以瞬间传输的实际存在就又打了折扣。&/p&&br&&p&就算我们已经分布好了纠缠态，瞬间传输一个人所需要传递的经典信息量也是天文数字。假设我们需要在10秒内传输一个人，而且假设人体内的每个粒子仅仅包含一个量子态，那么也需要在10秒内传输2x10^29比特粒子，这大概是10^11EB 后者10^8ZB（只估计数量级）。&/p&&br&&p&大家可能对这个数字的大小没有概念，举个例子说明一下，目前整个互联网一年的信息交互量大概是1ZB左右，整个物联网存储的信息也不过是800EB(2009年)左右，因此要实现人的瞬间传输，我们需要在10秒钟的时间内传输完人类目前需要1亿年的时间才能达到的信息传输量，这样的任务量目前几乎是不可能实现的。&/p&&br&&p&目前互联网最快的信息传输方式是&b&谷歌的Google Fiber&/b&，能实现10GB/s 的传输速度，按照这个速度，要实现一个人的瞬间传输我们需要等待10^19秒，大概是3000亿年，相当于现有宇宙年龄的20倍。这当然已经不能是瞬间传输了，应该算是全宇宙最慢的传输了。&/p&&br&&p&另外需要注意的是，&b&目前的物理理论只允许量子态的瞬间传输，并不能实现实物粒子的瞬间传输，也就是说，要真正实现人的瞬间传输，我们还得在传输的目的地放一个和要传输的人完全一样的没有生命的副本，然后把需要传输的人的每个粒子的量子态传送过去。&/b&&/p&&br&&p&&b&这样没有生命副本如何制作，如何提前保存目前也是具有极大的困&/b&&b&难&/b&&b&的。&/b&&/p&&br&&p&另外，物理学家对于理论上是否能实现人的瞬间传输也是有争议的。有些物理学家认为虽然实验上有困难，但是理论上是可以实现人的瞬间传输的；还有一些物理学家认为人等活物无法实现传输，因为人包含意识，意识是无法实现传输的。&/p&&br&&p&所以&b&就算我们克服了其他的技术难题，能不能传送人这样的具有意识的生命，答案还是未知的&/b&&b&。&/b&&/p&&br&&p&&i&&img src=&/6240ef8bac7c0b315a7b2b63626dcb0b_b.png& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&480& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/6240ef8bac7c0b315a7b2b63626dcb0b_r.png&&人的意识也是可以传输的吗？&/i&&/p&&br&&p&除了用这种纠缠的方式进行瞬间传输，还有一种很诱人的方式就是&b&通过虫洞进行瞬间传输&/b&。&/p&&br&&p&虫洞的学名叫做&b&爱因斯坦罗森桥&/b&，是&b&连接宇宙不同区域的时空通道&/b&，目前只是广义相对论的一个解，真实宇宙中是否存在虫洞还没有被天文学家验证。&/p&&br&&p&如果虫洞的存在被证实，那我们也许可以实现真正的瞬间传输，进行星际旅行将不再是好几代人的耗时耗力的巨大任务，通过虫洞就可以在很短的时间内到宇宙中任何我们想去的地方。&/p&&br&&p&&i&&img src=&/fc9e974ae3d3b27b29907_b.png& data-rawwidth=&640& data-rawheight=&480& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&640& data-original=&/fc9e974ae3d3b27b29907_r.png&&艺术家描绘的二维虫洞&/i&&/p&&br&&p&但是要实现这种传输，我们首先得制造一个虫洞，但是用什么制造，如何制造，理论上还几乎是一片空白。况且最大的困难不仅在于&b&如何人为的制造虫洞并且稳定的维持一个虫洞&/b&，更在于&b&我们目前根本无法预测虫洞的另一个端口在哪里&/b&。&/p&&br&&p&也就是说就算目前我们可以在地球附近制造一个虫洞（这已经是天方夜谭了），我们也不会知道这个虫洞会通向哪里。所以&b&目前无论是理论上还是现实上，通过虫洞进行瞬间传输都不可能实现。&/b&&/p&&br&&p&但这并没不代表不能用虫洞进行瞬间传输，随着科学的发展，终有一天我们会有明确的答案。&/p&&br&&p&总之，在上文提到的两种瞬间传输方式中，第一种最有可能实现，因为我们已经实现了单量子态和双量子态的传输，随着时间的推移我们能传送的东西也会越来越复杂，也许最终有一天我们能克服以上提出的种种技术和理论上的困难，实现人的瞬间传输。&/p&&br&&p&作者：Santiago（中国科学院物理研究所）&/p&&br&&p&本文由前沿、权威、有趣、有料的中科院官方科普微信号科学大院（id：kexuedayuan）提供。未经授权，严禁转载&/p&
其实瞬间传输的景象我们并不陌生，它们经常在影视作品里面出现，其原理也是五花八门。包括《星际迷航》系列中的通过传送机(Teleport Machine)进行瞬间传输，类似这样： 《星际迷航》里的瞬间传输 Spock 等人总是通过这样的装置实现瞬间传输。 另一种方式就…
&p&大家好，我是中科院紫金山天文台副台长，研究员，中国暗物质粒子探测卫星首席科学家&b&常进&/b&。很高兴有机会在这里，把暗物质的情况给大家分享一下。接下来我就给大家简单科普一下什么叫暗物质，暗物质是怎么发现的，相关的构成，以及如何探测暗物质，国际目前最新的探测暗物质的情况是什么样的……&/p&&br&&ul&&li&l &b&暗物质的发现&/b&&br&&/li&&br&&/ul&&p&我们是天文观测者，唯一的特长是用&b&&u&望远镜&/u&&/b&去观测。所有的问题，我们都希望能通过望远镜看清楚，希望通过物理的探测，研究它物理的本质。&/p&&br&&p&打个比方，我们的工作就像人口普查，只不过为了弄清地球上人口的分布情况，我们可能是通过造一个望远镜到天上去，晚上来观测地球表面的发光情况，根据光亮的大小，把人口估算出来。&/p&&br&&p&可是没有亮光，是不是就没有人呢？通过发光的方法研究人口，其实不一定准确。&/p&&br&&p&回过头来，我们讲暗物质的发现。&/p&&br&&p&测量物质的分布，其实跟刚才一样，也可以通过&b&&u&发光&/u&&/b&的方法。&u&消除了距离的不确定因素、发光的多少、强度的大小，就可以把整个天体的质量大概的估算出来&/u&。&/p&&br&&p&我们把这个问题引入到更宏观，测量天体的质量。&/p&&br&&p&其中一种方法是&b&测量天体的发光度&/b&，&u&根据发光的强度算出来发光物质的质量&/u&。&/p&&br&&p&还有一种方法，&b&根据万有引力定律，测量物质的质量或者天体的质量&/b&，即是去&b&测量速度和距离的关系&/b&，&u&把速度和距离测出来了，天体的质量就可以测出来&/u&。&/p&&br&&p&人造卫星绕地球转的时候，把人造卫星到地球的距离测出来，人造卫星在该距离上的速度测出来，地球的质量就测出来了。卫星离地球远的时候，速度会慢下来，离地球近，速度会很快。当我们观测到如果人造卫星离地球很远的时候，它还保持那么高的速度的话，人造卫星肯定要跑出地球，进入太阳系。如果速度再大，它就可能飞出太阳系。&/p&&br&&ul&&li&l &b&暗物质概念的提出&/b&&br&&/li&&/ul&&br&&p&上世纪三十年代，瑞士天文学家Fritz Zwick在研究Coma星系团的时候发现&b&星系团中的星系弥散速度非常大&/b&，根据维里定理计算出的星系团的总质量要远大于根据发光度计算出来的星系团质量。也就是说星系的运动速度太快了，仅靠星系团中的发光物质是束缚不住速度如此大的天体的。他推测星系团中存在着大量不发光的物质，并称之为暗物质。&/p&&br&&p&小朋友弄一个球，绕着绳子转，转的速度越来越快，球肯定要飞出去，道理是一样的。&/p&&br&&p&当时测量星系的速度，光谱仪的测量精度还不是很高，尽管他当时提出了暗物质的想法，但是并没有得到大家的认可，大家认为有可能是系统误差，测不准。&/p&&br&&p&过了三四十年，到上世纪70年代，美国有一个女天文学家Vera Rubin（她除了诺贝尔奖外，已经得到了物理学上所有的奖）。她当时观测速度采用的是世界上最先进的&b&光谱议&/b&，测量的误差很小，也就是说测量技术没问题。&/p&&br&&p&她观测的不是星系团，而是&b&星系里面恒星和其他星际物质的旋转速度&/b&，根据万有引力定律，随着距离的增加，速度往下降。但是她发现实际观测中，距离增加时，速度并没有往下降，跟万有引力相差比较大。&/p&&br&&p&星系里面这些物质的旋转速度太快了，光靠发光物质的引力无法将恒星束缚在星系里面。如果质量的分布就是发光物质的分布的话，这些物质早就跑到星系外。现在没有这样，这说明&b&星系里面必然存在大量的看不见的物质&/b&，&b&也就是暗物质&/b&，其产生的引力才能将这些物质束缚在星系里。&/p&&p&这个就是暗物质的概念。从上世纪70年代开始，渐渐得到了人们的认可。&/p&&br&&p&这位女天文学家早期研究的是星系成群还是&b&随机分布&/b&。现在我们知道，存在大量的看不见的暗物质，首先形成网，像引力井一样，可见物质掉到引力井里面，渐渐形成了恒星、星系、星系团，星系团肯定是成团分布的，宇宙网的基点上是星系团。&/p&&br&&p&这些认识现在得到了大家的认可，但是在上世纪50年代，她博士论文中的这个结论，却15年没有得到认可，因为按照当时的理论分析，星系应该是随机分布的，均匀分布的星系是不会成团分布的。&/p&&p&银河系里面的恒星有&b&四大旋臂&/b&，这些恒星都在臂上，并不是在星系里面均匀分布，也是成群、成团的分布。现在这些问题很容易解释，在那个时代，还没有人发现。研究星系旋转曲线，得到了暗物质概念，基本上她算成功了。&/p&&br&&p&其实，她发现暗物质之前，一个丹麦天文学家早就发现了银河系里面的恒星旋转，其速度并没有随着距离的增加而降低，而是保持不变。但他认为可能是测量的问题，可能是系统误差，他尽管发表了，但是没去解释暗物质，从其他方面去解释的。&/p&&br&&p&这告诉我们，在研究过程中，一些看似不起眼的蛛丝马迹，很可能会导致重要的发现。对一些特殊的现象，要深入的研究，而不是简单的把它放过去。&/p&&br&&p&我们再看太阳系。按照发光物质的分布，太阳与银河系的中心大概是8KPC（KPC：千秒差距，天文学上量度距离的单位，1KPC等于一千个秒差距或者3260光年）的距离，推断出来的速度是每秒160公里，而最新的测量数据是每秒240公里。也就是说，理论上发光物质的分布得到的速度要高50%，太阳系必须存在大量的看不见的暗物质，否则太阳就飞出银河系。&/p&&br&&p&刚才是旋转曲线，人们认为牛顿的万有引力定律，可能在宇宙学的尺度上存在问题，要得到距离和速度的关系，我们可以通过修改万有引力定理得到曲线。&/p&&br&&p&星系发光物质的分布，当然可以通过&b&钱德拉望远镜&/b&把它观测出来。&/p&&br&&p&研究两个星系的质量分布，我们还可以通过另外一种方法，&b&引力透镜&/b&。&/p&&br&&p&今年年初引力波很轰动，根据爱因斯坦的广义相对论，&b&光线在引力场中不是沿直线传播的，而是会有一定弯曲。根据光线的弯曲的大小，可以把质量分布测出来&/b&。&/p&&br&&p&两个星系团碰撞时，暗物质不发生相互作用，有没有物质，产生的速度一样。但是普通物质和普通物质之间存在着相互作用，所以它走的慢一点。这样就形成了一个只包含暗物质的区域，这样的观测结果是无法用修改引力的方法很好的解释的。&/p&&br&&p&世界上没有一个容器能把暗物质装起来，&b&暗物质与普通物质不发生任何相互作用&/b&，任何东西都挡不住暗物质。想把它抓住，不可能，它会从你的身上溜走。这种观察技术出来以后呢，基本上暗物质越来越受到大家的认可。&/p&&br&&p&宇宙中&b&95%的是看不见的物质——暗物质和暗能量&/b&，其中&u&暗物质占宇宙的总能量密度的27%，人类只弄清了宇宙的5%（即可见物质）&/u&。&/p&&br&&p&根据当前的观测技术，基本上可以把暗物质的物理性质统计出来，不发光，密度大。&b&可见物质是5%，暗物质是可见物质的5倍，27%&/b&。暗物质寿命长，它&b&来自于宇宙大爆炸&/b&，现在已经&b&138亿年&/b&，如果暗物质的寿命很短的话，它早就衰变了，不存在了。&/p&&br&&p&由于标准模型中的所有基本粒子，人类已经发现了，所有的基本粒子我们都找到了，没有一个基本粒子与暗物质粒子相匹配，标准模型中所有的粒子都不满足这些性质。也就是说，&u&如果我们找到了暗物质粒子，它肯定不在标准模型里面&/u&，这也就意味着现有的标准的物理学模型会得到突破。这也是为什么暗物质这么热。&/p&&br&&p&&b&宇宙中最不可理解的事，是宇宙居然是可以理解的&/b&，这是爱因斯坦讲的，他完成了广义相对论，说出了这一段话，通过广义相对论，他认为能把整个宇宙了解了。但是他把这个话说早了，现代宇宙还没有完全理解，因为暗能量和暗物质还没弄清楚，宇宙到现在为止，还是不可以理解的。&/p&&br&&ul&&li&l &b&暗物质的探测&/b&&br&&/li&&/ul&&br&&p&现在是一个探测暗物质的时代，把暗物质弄清楚，肯定会导致物理学革命。&/p&&p&怎么探测呢？有三种方法。&/p&&br&&p&第一种是&b&在加速器上模拟宇宙大爆炸&/b&。&/p&&br&&p&加速器探测就是通过高能粒子碰撞，模拟宇宙大爆炸，将暗物质粒子打出来，然后去探测，这比较容易理解。&/p&&br&&p&人们弄清楚了高能粒子都是可见的，通过可见的高能粒子碰撞，产生看不见的暗物质粒子。&/p&&p&世界上最大的加速器在瑞士，有两个大的实验装置，一个是&b&ATLAS&/b&，一个是&b&CMS&/b&，这两个设备都耗资10亿元以上，用来探测最高能的基本粒子。在暗物质问题上，已经工作了五六年了，还没有取得任何革命性的进步。对暗物质不同的模型，提出了一些限制，但是没有根本性的找到暗物质粒子。&/p&&br&&p&第二种方法，&b&在地下直接探测，&/b&即&u&在地下直接探测暗物质粒子与普通原子核碰撞产生的信号&/u&。&/p&&p&暗物质粒子和普通原子也许会存在碰撞，就像两个小球碰撞一样。暗物质不可见，但是暗物质和普通的原子核碰撞以后，普通的原子核会动起来，如果原本静止的原子核动了一下，就可能是暗物质碰撞引起的。这种方法就是通过探测暗物质粒子与普通原子核碰撞产生微弱信号来探测暗物质粒子。&/p&&br&&p&为什么要到地底下去呢？&/p&&p&我必须把&b&本底&/b&加上。&/p&&br&&p&其一是我们的地面上，使用的一般材料里面都有很微量的&b&放射性元素&/b&，&u&这些放射性元素衰变的时候，发出的能量范围和暗物质粒子碰撞范围一样&/u&。&/p&&br&&p&其二是&b&宇宙线&/b&，天上随时随地有大量的高能粒子飞到大气里面，高能粒子和大气作用，产生大量次级粒子，这些次级粒子也是暗物质粒子探测的本底。&/p&&br&&p&&u&把宇宙射线本底屏蔽掉，必须放在地底下&/u&。放的越深，宇宙射线产生的本底会越低。这种实验很热，韩国、中国台湾都有这样的实验去探测暗物质。&/p&&br&&p&我们国家将在锦屏山地下建世界上最深的地下实验室来探测暗物质。我们国家的实验室深2500米。它不是往地底下去，而是在高山打隧道，在隧道里面建实验室。在四川的锦屏山雅砻江，为了建这个实验室，打了一个隧道，穿过锦屏山。&/p&&br&&p&如果我们要探测暗物质跟原子核的碰撞，现在有三种物质可用于实验，一种是&b&半导体硅&/b&，让&u&硅原子和暗物质碰撞&/u&。另一种是&b&氙气&/b&，氙是&u&惰性气体&/u&，&u&大气里面会存在微量的氙&/u&。还有&b&氩&/b&。&/p&&br&&p&假设暗物质的质量是120个氢原子核，一个人是50公斤，每秒钟是5亿个暗物质粒子穿过你。如果是一个GeV呢，提高10倍，每秒钟有50亿个暗物质粒子穿过你。不要害怕，如果穿过你，和你发生影响了，我们早就探测到暗物质粒子了，现在探测不到就是因为它和你没有发生任何相互作用，我们找不到。&/p&&br&&p&探测方法有两种，一种是&b&时间调制法&/b&，一种是&b&事例搜寻&/b&。&/p&&br&&p&地球绕太阳转是圆圈，太阳绕银河系也在转。从银河系里面假定一个暗物质风，不停的吹出来。春天，暗物质风和地球运动的方向是一致的。秋天是相反的，绕了一圈，有时跟暗物质同向，有时跟暗物质反向。&/p&&br&&p&这就好比如果你和人群是同方向运动时，你每秒钟碰到的人数基本上不变；如果和人行的方向相反，不停的碰到不同的人。因为你碰到的暗物质粒子一年四季不一样，会看到一个调制现象，春天多，秋天少。根据时间变化，我们可以找到暗物质。&u&根据一年四季碰到的暗物质粒子的数目不一样，探测变化的曲线&/u&，这是&b&时间调制法&/b&。&/p&&br&&p&我们中国科学院高能物理所和罗马的几个大学合作，在意大利探测到了调制曲线。春天、夏天、冬天温度是变化的，湿度是变化的。由于温度湿度的变化，大气的变化，都会产生这些调制现象。调制究竟来自于暗物质，还是来自于一年四季气侯的变化，现在还没有弄清楚。&/p&&br&&p&现在的实验做调制，是一个放在南半球，一个放在北半球。如果看到的调制是一样的，基本排除了细微的变化。&/p&&br&&p&但是时间调制法需要很长时间，这个实验做了八年，到现在还没有得到认可，也许过一段时间，能得到肯定的结论。&/p&&br&&p&我们刚才讲了，所有的本底来自宇宙射线和材料，通过材料、集团到地底下，把本体降为零，如果来一个信号，肯定来自暗物质粒子。无法区分的本底，通过探测器的技术把它区分开。原子核动一下是一个能量，把能量转变成光信号、电信号、热信号，通过探测光、电、热来探测暗物质粒子。也就是说，&u&把暗物质粒子碰撞的原子核能量转变成光信号、电信号、热信号，通过光的变化、电的变化和温度的变化探测暗物质粒子&/u&。这是台湾在使用的技术，不是新的技术。要是把三种技术组合在一起，我们可以把暗物质粒子产生的反射原子核的信号和宇宙线本底区分开来，探测暗物质粒子。&/p&&br&&p&把暗物质粒子碰撞原子核产生的信号转变成光、电和热信号来探测暗物质粒子。这样的我们有两个实验室，一个是清华大学的，把暗物质产生的信号转变成电信号探测暗物质粒子。另一个是上海交大的，是让暗物质粒子和大气里面的惰性气体原子核碰撞，原子核动一下会发光。把探测器加上强电场，通过探测光和电两个信号来探测暗物质粒子。&/p&&br&&p&世界上那么多实验室探测暗物质粒子，目前为止，没看到具体的信号，只给出了一个下限。一般的探测器100公里内探测到，说一下100公里有多少原子，我可以把暗物质碰撞的概率算出来。这是一个截面，碰撞的概率，现在到10的负45次方，还没有找到它。人们认为再过四五年时间，把实验室做得更大一点，或许就能探测到概率更低的信号。&/p&&br&&p&第三种是到&b&空间间接探测&/b&。&u&到空间去间接探测暗物质粒子在与暗物质粒子碰撞以后，会产生看得见的粒子，通过探测这些看得见的粒子去探测看不见的暗物质粒子&/u&。我国去年发射的暗物质粒子卫星“悟空”就属于这一种，待会儿详细介绍。&/p&&br&&p&天上的本底很多，天上的高温粒子太复杂了，什么样的高温低密度的都有，通过探测什么样的粒子能探测暗物质粒子？&/p&&br&&p&首先想到探测&b&反物质粒子&/b&，因为&u&反物质粒子来自于原初粒子碰撞产生的次级粒子，也就是原初粒子，与星际界体、与物质作用才会产生反粒子&/u&。在天上的质子是最多的高能粒子，但是反质子很少，只有质子的&u&万分之一&/u&。&/p&&br&&p&&b&暗物质粒子湮灭时会产生质子和反质子&/b&，如果通过产生粒子探测暗物质粒子，本底大概高6万倍，如果反粒子，本底很低，容易探测到。&/p&&br&&p&但是怎么探测反粒子？&/p&&p&通过&b&磁场&/b&。&/p&&br&&p&&u&带电粒子在磁场中偏转，根据带电粒子在磁场中偏转的方向，可以定住带电粒子的电的极性&/u&。&/p&&br&&p&在天上放一个强大磁场是很难的事，人类花了十几年时间，希望在天上放一个超导体，到现在为止，都没成功。这次上天的并不是一个超导磁铁，而是一个普通的永久磁铁。总的重量是7吨，要把一个7吨重的东西送到天上去是很难的事，耗资也很大，大概耗资20亿美元。&/p&&br&&p&永磁铁磁场强度不够强，由于磁场强度的限制，高能粒子增加的时候，偏转角度越来越小，以至于测不出来，到300个GeV的时候，偏转角就测不出来了，把偏转的方向测反了的大概是10%。10%不是一个很大的数目，但是我刚才讲了质子和反质子相差1万倍，10%也就是让你的本底一下提高了1000倍，显然测量方法会受到能量限制，随着能量的增加，这种方式不现实，不能用磁谱仪，我们必须寻找另外的方法。&/p&&br&&p&另外的方法怎么探测暗物质？&/p&&br&&p&寻找一些&b&特征信号&/b&，比如说&b&伽玛射线谱线&/b&，如果落在GeV以上，探测到伽玛射线谱线，这就是暗物质粒子最强的证据，因为没有其他的天体物理过程能在GeV以上产生伽玛射线线谱。&/p&&br&&p&第二个是&b&高能带电粒子的电子频段&/b&。其实它也是一个谱线。由于高能粒子在银河系里面传播的时候，银河系里面有磁场，在磁场中传播它会转弯，会产生能量。银河系里面有大量的背景光，尤其电子跟背景光发生相互作用。&u&高能电子在银河系传播，你看到的不是一个线谱，而是一个连续谱，它的能谱有一个，这个截断就是暗物质粒子的质量，暗物质湮灭产生的高能电子的能量不能超过这个质量&/u&，这是&b&暗物质粒子的特征&/b&。&/p&&br&&p&我们知道银河系里面的物质分布是&b&盘状&/b&的，如果我探测到伽玛射线谱线，分布是球状的，也可以是云状的，这也是暗物质产生的强烈证据。&u&普通的物质是盘状的，不可能产生云状的伽玛射线分布，只有暗物质和暗物质相互作用的时候才会产生&/u&。银河系里面的暗物质分布和普通物质不一样，它是球状分布或者云状分布。&/p&&br&&p&最近的观测有了一些进展，地下有进展，没看到信号，天上看到了信号，但是没办法判断这些信号来自于暗物质，还是来自于特殊的天体物理构成。AMS看到天上的正电子随着能量的增加，并没有下降，而是在上升。多出来的正电子来自哪儿？可能是暗物质，也可能是我们没弄清楚的特殊的天体物理过程。&/p&&br&&p&十几年以前，我们在南极放了气球，观测到宇宙的电子谱和宇宙线模型相比，也有一个超出，超出的部分来自哪儿，也不清楚。&/p&&br&&p&我们看到了一些信号，反电子、正电子、电子与宇宙线模型相比，有一些超出。看到了暗物质六个特征里面的五个，最关键的没看到。现有的探测器由于仪器的灵敏度的限制，或者是分辨的限制、能力的限制，没办法把六个特征全部探全。&/p&&br&&p&一般的磁谱仪到了300个GeV的时候，粒子不多了，我们希望用一个新的探测器，测量能段要比AMS-02高10倍以上，把天上的本底区分开来。这就是提出暗物质卫星的依据。&/p&&br&&p&为什么提出这个项目？现有的所有的天上的仪器无法给出一个确切的结论：究竟有没有暗物质？它在哪儿？物理性质是什么？由于它们能力的限制，没办法有明确的进展，我们必须造一个新的探测器上天。&/p&&br&&ul&&li&l &b&我国暗物质粒子探测卫星&/b&&br&&/li&&/ul&&br&&img src=&/27efcbaf148d06a9bdeaa_b.jpg& data-rawwidth=&394& data-rawheight=&240& class=&content_image& width=&394&&&br&我国的暗物质粒子探测卫星：悟空，英文名字是DAMPE，是寻宝游戏里面的关键人物，要找到宝贝，必须要找到DAMPE，只有它灵敏，才能把宝贝找出来。我们给它取名DAMPE，希望悟空像DAMPE领着我们找到暗物质粒子。&br&&br&&p&科学院每五年在天上放几个卫星研究空间科学的前沿科学问题（即中科院空间先导专项），我们是第一批项目者。&/p&&br&&p&卫星轨道是500公里高，离地球表面500公里，太阳同步轨道降交点地方时为6点30，什么意思呢？早上6点30进入上空，晚上6点30是回来的时间，每一个地方是固定的。重量是1850公斤，功耗600瓦，每天大概搜集到16GB的数据。是去年发射的。&/p&&br&&p&这个探测器并不是我们紫金山天文台一家单位完成的，由五家单位联合研制，紫金山天文台、高能物理所、近代物理所、国家空间科学中心和中国科技大学。还包括了国际合作，我们邀请了瑞士的大学和意大利的大学，参加我们暗物质卫星的研究。&/p&&br&&p&探测器由四个部分组成。&/p&&p&&b&塑闪阵列探测器&/b&是一米平方的大的塑闪阵列。&/p&&p&&b&硅径迹探测器&/b&是高能物理所和瑞士大学、意大利大学联合研制的。&/p&&p&&b&BGO量能器&/b&是由中国科学技术大学和紫金山天文台研究的。&/p&&p&还有一个&b&中子探测器&/b&，是由紫金山天文台研制的。&/p&&br&&p&这四个探测器组织在一起，它是&b&高空间分辨和高能量分辨的高能粒子、伽玛射线无线望远镜&/b&。我们一般用的望远镜是筒子一样的，但跟它的波段不一样，如果光子扩散的波很长，像无线电波段，望远镜就不是一个波了，你家的电视天线就是一部望远镜。到了高能粒子的望远镜，望远镜不是一个望远镜，是高能粒子探测器，人得到高能粒子的能量方向，作用和望远镜一样，不是我们通常所说的望远镜。&/p&&br&&p&整个探测器有&b&75916&/b&路子探测器，什么概念呢？我们国内最大的加速器是北京谱仪，北京谱仪上所有的子探测器加在一起才4万多，我们这个探测器有7万多路子探测器。我们这么复杂的探测器必须把它装在1米见方的小空间，重量是1吨，有很大的难度。&/p&&br&&p&“悟空”的探测对象是&b&高能电子、伽玛射线和宇宙射线质子和重核成分等&/b&。望远镜的测量是有能量范围的，除了暗物质以外，我们还可以研究宇宙射线起源。人类发现宇宙射线也有100年了，但是它究竟来自于哪种天体，还不清楚。宇宙射线的起源到现在为止，还是一个未解之秘，也是一个前沿科学问题。&/p&&br&&p&我们通过测量高于GeV的高能电子，可以知道它的来源，为什么？&/p&&br&&p&当地探测到的高能电子一般来自于附近的天体，不可能太遥远，太遥远的地方的高能粒子传播不过来，在地球上看到的是来自于附近，但是GvE以上的高能电子来自于很近的源，发散于附近，很微弱的，这地方有百分之几的变化。如果你能看到这样的变化，也就是相当于看到了无尽的宇宙射线源，这也是一个很重要的前沿问题，“悟空”也可以研究伽玛射线天文，它本身就是伽玛射线的望远镜。&/p&&br&&p&&b&暗物质粒子探测卫星，可以探测电子、伽玛射线、质子事例&/b&，每个事例都有四个物理量，&b&能量、方向、电荷&/b&和&b&时间&/b&，把它组成12个信号，可以解决所有的科学问题。&/p&&br&&p&探测器的研制是一件比较复杂的事情，上空间的东西经过三个阶段。&/p&&br&&p&第一个是&b&方案阶段&/b&，第二个是&b&初样阶段&/b&，第三个是&b&正样阶段&/b&。方案阶段必须要证明你的方法可行。在初样阶段，证明你研制的探测器能在天上工作，在地球经过严酷的环境实验，证明这个探测器在天上能工作。正样阶段是把探测器重做一遍。&/p&&br&&p&我们的“悟空”暗物质粒子探测卫星是2011年12月立项，电性件是小型的暗物质粒子探测器，在地面证明能正常工作，然后拿到欧洲去标定一下，证明你的方法可行，才能进入初样阶段。&/p&&br&&p&初样阶段，就是要研究和它一样大的探测器。但是通过这样的探测器证明你的探测器能在天上严酷的环境能生存下来，要做各种各样的实验，温度实验、力学实验等等。实验全部通过了，才可以做一个样机。&/p&&br&&p&我们的探测器要满足暗物质探测，提出了很高的指标，动态范围。什么叫&b&动态范围&/b&？&u&探测器从最弱的信号到最强的信号&/u&要覆盖得宽，我们的覆盖宽度是18万倍，最低的能量到最高的能量之间差距是18万倍，是世界上动态范围最大的探测器。&/p&&br&&p&探测器是1.06吨，整个卫星重量1.9吨，暗物质粒子探测器是1.45吨。里面有616支光电倍增管，616路高压电缆，1848路信号电缆，4.5万个高压焊点，16块电子学板，92只接插件，136路热电，就是测温度的温度计，48路也是测温度的，这个精度高一点。要把这么多东西装在一个很小的空间里，是一件很困难的事，用了很多的时间。&/p&&br&&p&分压板有两个硬币这么大，这么小的板子没有什么高技术，但是我们要把它做好。18万倍的动态范围，最主要的就是由分压板来保的。&/p&&br&&p&我们有两个教室，定了30个版本，花了一年半时间才把它做好。但是要把它配合到一起，满足18万倍，是很困难的事。&/p&&br&&p&我们做了大量的实验，做了30版，每次追8000个问题，再提高，再改。我们还要委托日本的公司一起做，花了一年多的时间，发现我们的动态范围比日本人更大一点。&/p&&br&&p&看上去很简单的一件事，把它送上天要做很严格的实验，保证你的性能达到指标，才能把它送上天，否则你前面的工作全是白费。&/p&&br&&p&接着是&b&电性件研制&/b&。需要做一个小的探测器，大部分是中国科技大学的学生完成的，但是老师先把它设计好，学生把它制出来。制出来一个小型的样机，相当于暗物质粒子探测器的八分之一的大小。2012年7月，我们在南京进行测试。&/p&&br&&p&除了进行工程样机的制作，还要做一个工作，是什么呢？如果探测器太重了，1吨多重，中国没有一个卫星有1吨重，需要我们证明1吨重的东西能够上天。我们做了&b&结构&/b&，用&b&铁棒&/b&模拟它，把所有的外形和上天的面做好。把它放在卫星上，跟卫星一起，保证卫星发射的时候，能够满足口径和震动的条件。&/p&&br&&p&鉴定件是&b&工程样机&/b&，和天上一样，但是要满足天上严酷的环境。&/p&&br&&p&每一个板子做好以后，不能立即装上去，经过18.5次的高低温循环，保证板子的性能不变，才能装在探测器上。一块小的电路板要经过16个工序才能做好。几十个工人干了一个月。做好了以后，拿回到中国科学技术大学进行安装测试。测试完了以后，还要跟晶体进行配对测试，把它匹配好。&/p&&br&&p&&b&宇宙线阵列测试&/b&也是在中科大。每一个线路板都要经过18.5次的热循环，从零下25度到零上45度，证明它能碰撞。由于有8000多根电缆，全部在1米见方里面安排好，否则就乱套了。把它编成一个辫子，怎么编，都要测试。测试通过了，发现能工作，我们再真正开始干。&/p&&br&&p&日，我们开始做样，前面的预备工作都准备好了。工人们把它梳理好，编成辫子，把插头装上去。测试完了，再把电路板绕上去。&/p&&br&&p&2014年腊月二十八，还有两天过年，我们才把初样制好，工人回去过年。从正月初三开始，我们再回来进行测试。总装以后，所有的机构再测试一遍。噪声水平达到要求，每层的均匀性达到要求，还有天上的宇宙线的测试。&/p&&br&&p&全部完成了，我们从2月份开始把它运到上海去进行磁测试，因为卫星上有磁的传感器，如果你的探测器有很强的磁场，会影响其他的卫星没办法正常工作。就跟手机一样，你的手机不能影响别人的手机，但是别人的手机打开的时候也不能影响你。&u&我们的探测器发出的无线电信号不能影响别人，别人的无线电信号不能影响我们&/u&，这叫&b&电磁兼容&/b&。&/p&&br&&p&&u&太阳光照到的时候，卫星的温度高，太阳照不到的时候，卫星的温度低，卫星的温度每天都在变化。&/u&为了模拟这个变化，我们的探测器必须拉到一个箱子里，这是一个房间，从上喷液，把温度降下来，底下通过电炉把温度升上来，要做13.5次循环，证明你的东西能碰撞，从零下60度到零上60度。&/p&&br&&p&我们还要把探测器拉到真空里面，这个真空桶大概有三层楼高，模拟在真空的情况下，温度再变化，你的探测器能不能正常工作，我们总共花了1个月的时候，从3月1日到4月3日把实验做完。&/p&&p&2014年4月份，我们把指标再测试一遍，证明给专家看，我们的东西能够通过天上严酷的环境正常工作，然后把它交付卫星。&/p&&br&&p&在交付卫星之前，还要做一个实验，把它组合成一个望远镜，要进行测试，你不能影响别人，别人也不能影响你，你要和别人配合工作。&/p&&br&&p&4月20日，我们把它运到上海，装在卫星上，把实验再做一遍，到8月份，又花4个月的时间，把实验重做一遍。把它装到卫星上，要重做刚才所有的实验，又花4个月的时间。一直到2014年8月底，我们开始进行正样阶段的研制。&/p&&br&&p&前段时间同学们看新闻，日本人的卫星失败了，最根本的原因是&b&软件判断写的不是很好&/b&。我们的软件总共有3万5千行，一行写错了，就可能导致卫星失败。日本人没考虑太全面，导致了卫星越转越快，最后把卫星转散了。&b&软件&/b&也是在天上很重要的一块。我们做了测试，证明软件的功能。&/p&&br&&p&因为“悟空”是到天上测量光的粒子，所以能不能测量到，测量的准不准，要做标定。我们国内还没有高能量发射源或者加速器来满足我们卫星的条件，我们的卫星必须拉到瑞士去，做束流标准。什么叫束流标准？加速器把高能粒子引出来，打到探测器上，看探测器能不能正常工作。&/p&&br&&p&我们的“悟空”号卫星经过能量测量，是世界上最高的水平。方向测量和世界上最高的水平相当。电荷测量的水平也是和国际上最高水平相当。在上天之前，我们的指标基本上达到世界领先，或者和世界上最高指标相当。&/p&&br&&p&天上的高能粒子每秒钟是固定的，你要把暗物质的信号测到，需要更多的时间等。&/p&&br&&p&两年之内，我们要做全天覆盖，每个角落都要看到，根据全天的测量结果，我们观测感兴趣的，暗物质多的地方，进行一年的定向扫描，我们计划在年底把第一批科学结果向全世界公布。&/p&&br&&img src=&/ba22c58bffbe_b.jpg& data-rawwidth=&524& data-rawheight=&329& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&524& data-original=&/ba22c58bffbe_r.jpg&&&p&&i&中科院紫金山天文台副台长，研究员，中国暗物质粒子探测卫星首席科学家（资料图）&/i&&/p&&br&&p&本文由前沿、权威、有趣、有料的中科院官方科普微信号科学大院（id：kexuedayuan）提供。未经授权，严禁转载&/p&
大家好，我是中科院紫金山天文台副台长，研究员，中国暗物质粒子探测卫星首席科学家常进。很高兴有机会在这里，把暗物质的情况给大家分享一下。接下来我就给大家简单科普一下什么叫暗物质，暗物质是怎么发现的，相关的构成，以及如何探测暗物质，国际目前最…
很多人问，在此说明一下，我上的是二本院校，对精英云集的知乎来说，这确实不算什么，但对当时的我来说已经改变了我很多，继续努力学习下去才是更好的事情。谢谢。&br&&br&&br&传统穆斯林家庭，回族，十八线小县城，经济落后，信息闭塞。现已不再信教。&br&&br&
2011年， 高考前一个星期，学校里的杨树郁郁葱葱，蝉鸣起伏，不知人间忧欢。中午放学打开手机，收到妈妈的短信:&br&&br&&b&你姐姐又逃走了，不知道这次是什么结果。&/b&&br&&br&
姐姐是表姐，她很漂亮，大我十岁，待我如亲妹妹。&br&&br&我在小学的时候，她和一个汉族男生相恋，他会亲手刻木雕送她，期间我还收到过他寄来的书籍，扉页是他亲手写给我的祝语，字迹好看，笔触有力，觉得是干净温和，很好很好的人。&br&&br&
因民族原因，父母强制干预拆散，姐姐分手，被带回老家，和从未相处过的回族青年结婚，婚后逃走了3次，名声尽毁。&br&&br&
妈妈发给我短信的那一次，是最后一次。&br&&br&&b&她再也没有回过老家。&/b&&br&&br& 高考结束，我如愿考上了大学。&br&&br&&br& 2014年，大三暑假。&br&&br&我在美国科罗拉多州一个美丽的小镇工作，窗外天空高远湛蓝，群山绵延出流畅的轮廓，山顶有积雪覆盖，远处稀薄拉长的云层反渗出青灰色幽光，我一个人在深夜坐公交回家，车子在盘山公路上行驶，整个小镇的灯火尽收眼底，打开手机，收到发小微信:&br&&br&&b&XX和家里人争执，家里人都在打她，她差点被哥哥从窗口推下，12楼.&/b&&br&&br&下车，又是满天繁星，恍若隔世。&br&&br&XX是和我一同长大的女孩子，沉默不多话，在家乡工作，因和汉族男生在一起，铁了心要结婚，遭受父母，两个哥哥的打骂，差点造成生命悲剧。&br&&br&&br& 2015年。&br&从实习到转正，顺利通过面试，在一家外企工作，待遇丰厚，经济独立自主，不再依靠父母。&br&&br&&b&无比明白，可以变换的是信仰，永远不变的是人性，是生存于世，利益驱动的本心。&/b&&br&&br&所以用攒下来的钱在家乡给父母买了一套房子，供给他们日常开销，经济独立自主，逐渐掌握话语权和主动权，时常给予他们暗示，即使他们心里很不情愿，但我的婚姻选择可以不被牢牢控制，他们不敢肆意苛责，甚至打骂侮辱我。&br&&br&因为，光是看到身边的人的不自由，我都已经受够了。&br&&br&&br&&b&努力学习，考入大学&/b&&br&&b&努力学英语，看到更大的世界&/b&&br&&b&努力学专业知识，顺利通过面试&/b&&br&&b&努力看书，分析隐藏的实质问题。&/b&&br&&b&为的是不被捆绑，不被束缚，不理会随波逐流者的话，向上走，向前看。&/b&&br&&br&&br&&只是向上走，不必听自暴自弃者流的话。能做事的做事，能发声的发声。有一分热，发一分光，就令萤火一般，也可以在黑暗里发一点光，不必等候炬火。&br&&br&此后如竟没有炬火：我便是唯一的光。&&br&&br&
今天早上醒来，看到一副很好看的插画，发出来，这张是用来给所有善良的人说早上好的。&br&&img data-rawwidth=&725& data-rawheight=&900& src=&/36e101fa_b.jpg& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&725& data-original=&/36e101fa_r.jpg&&&br&&br&&br&
前路漫漫，山峦重叠，我愿不惧风雪，自顾自地往前走，往前走。&br&&br&&b&
不匿名，不敷衍，不撕逼。祝好。&/b&&br&&br&&br&&br&&br&&b&注:1，可能言语造成了误解，经济条件有限，个人能力也有限，没有留学，只是在国外呆了一段时间，让部分知友误会，实在不好意思哈&/b&&br&&br&&br&&b&2，插画出处:Steven Stahlberg的CG作品集&/b&
很多人问，在此说明一下，我上的是二本院校，对精英云集的知乎来说，这确实不算什么，但对当时的我来说已经改变了我很多，继续努力学习下去才是更好的事情。谢谢。 传统穆斯林家庭，回族，十八线小县城，经济落后，信息闭塞。现已不再信教。 2011年， 高考…
科普主要是告诉你一些基本的观念，这些具体的细节还是读专业书吧。&br&&br&关键在于，引力的存在等效于时空的弯曲。&br&时空弯曲用时空度规的一种复杂组合-爱因斯坦张量来描述；&br&牛顿力学中引力由物体的质量来产生，我们用物质的能动量张量来描述。&br&引力等于时空弯曲，具体的描述就是物质的能动量张量与时空的爱因斯坦张量成正比，这就是著名的爱因斯坦方程&br&&img src=&/ddb28a619dc8e2ca7e0939c8cbbb1d0b_b.jpg& data-rawwidth=&176& data-rawheight=&41& class=&content_image& width=&176&&&br&具体细节请看课本吧，推荐温伯格的引力论与宇宙学&br&&a href=&///?target=http%3A//ishare..cn/f/9816155.html%3Ffrom%3Dlike& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&引力论和宇宙论(温伯格).pdf_免费高速下载&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&&br&如果实在不想看教科书，那么可以看看《宇宙的琴弦》&br&&a href=&///?target=http%3A//ishare..cn/f/.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&宇宙的琴弦.pdf_免费高速下载&i class=&icon-external&&&/i&&/a&&br&书中第三章主要就是在讲广义相对论的，给出了一些很经典的例子，特别是转动圆盘/环。&br&对于高速转动的圆，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心。&br&地面上的人看到的是，越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢。&br&圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢。&br&总之，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。&br&&br&地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论，靠近边缘部位长度较短。&br&圆盘上的人认为：引力势较低的位置，长度越短。&br&总之，引力场的存在使得空间不同位置的长度出现了差别。&br&&br&总结：引力使得时空都发生了变化。
科普主要是告诉你一些基本的观念，这些具体的细节还是读专业书吧。 关键在于，引力的存在等效于时空的弯曲。 时空弯曲用时空度规的一种复杂组合-爱因斯坦张量来描述； 牛顿力学中引力由物体的质量来产生，我们用物质的能动量张量来描述。 引力等于时空弯曲…
二月十七日，2016记：&br&各位不好意思，拖了几天我还没更新，看评论区也有不少问题等我回答。主要这几天在忙一个东西，必须这几天就搞出来。本次探测到的引力波是黑洞并合释放额引力波，比较强大所以我们探测到了。除此之外还有一种很难探测的引力波——旋转中子星释放的引力波。这种引力波比较微弱，对数据分析有灰常高的要求，我现在就在做的工作就是要把这种引力波在茫茫噪声里找出来，很有挑战性的。我这个弄完就来更新和回答问题。我看周末有空的话我周末再写点。谢谢大家支持。&br&&br&&br&&br&=================&br&二月十三日，2016记：&br&收到大家这么多的鼓励、感谢以及祝贺，我非常感动！&br&我非常非常高兴地看到有这么多朋友对引力波这么地感兴趣，你们的兴趣，是我更新本文的最大动力！&br&&br&&br&&br&更新了第三章的补充内容，有关于引力波怎么与物体发生作用。&br&更新了第四章部分有关ligo建立的内容&br&&br&另外：有关本次发现的科学性解释请看：&a href=&/question//answer/#& class=&internal&&如何评价 LIGO 科学团队宣布探测到引力波及其影响？ - Jing Ming 的回答&/a&&br&&br&&br&=================&br&现在是德国时间日晚上8点。我刚刚结束我们所（AEI）的记者招待会回到家。正如我在评论区所说，当LIGO的主任David在华盛顿会场上来就宣布：“Yes! We did it!”的时候，AEI会场不少同事留下了眼泪，其中包括我们所长：&br&&img src=&/ef7dacdb5908_b.jpg& data-rawwidth=&960& data-rawheight=&1280& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&960& data-original=&/ef7dacdb5908_r.jpg&&答主堂堂男子汉很少哭，当时心中忽然暖流涌动，但还是强忍住没哭。那是一种强烈的感动，感动到想哭的感觉。整个新闻发布会上，我一直强忍着。&br&&br&发布会结束我们喝香槟，相互祝贺，我还很贱兮兮的问了几个同事哭了没有，然后很自豪地说自己没流泪。&br&&br&刚刚回到家门口，拿钥匙开门的时候，那种感觉又来了，特别强烈，我哆嗦地打开门，冲进卧室，我再也没忍住，嚎啕大哭了几分钟。&br&&br&好几年都没哭过的我完全没想到：原来在这件事上，我会变了个人似得那么的感性和情绪化。&br&&br&花了一点时间平复了下，我把另个个问题里面更新了，里面比较详细地解释了本次事件科学方面的有关问题。&a href=&/question//answer/#& class=&internal&&如何评价 LIGO 科学团队宣布探测到引力波及其影响？ - Jing Ming 的回答&/a&&br&&br&本答案我会接着写的，还有很多东西很可以写。现在有些期刊媒体找我约稿，我必须快点给他们交过去。我忙完这些马上来更！&br&=================&br&二月十日，2016记：&br&在大新闻的前夜，继续更新。第四节：引力波科学发展历史。&br&&br&================&br&二月六日，2016记：&br&大家好，在这流言四起，风口浪尖的时刻，我终于来更新了。现在还是写第三节，为什么探测引力波这么困难。&br&&br&================&br&7月16日，2015记：&br&有不少同学问我为什么还不更新，主要有两个原因：&br&一个是我前段时期比较忙，实在没时间更新。&br&第二个是，我想把引力波科学发展史的相关资料书籍文献再多看一点，掌握更多内容后再写，这样无论是文章内容的丰富程度和正确性都会有一定提高。&br&希望大家不要着急，我会抽时间更新的。引力波科学研究是我的职业，同样引力波科学的科普也是我长期想做的。所以绝对不会太监滴。。。&br&对方这方面特别感兴趣的同学，推荐大家看一本书：KIP写的黑洞与时空弯曲（有中文译本），写的非常非常好，通俗易懂。&br&&br&为了弥补自己长时间不更新的“错误”，爆一张我和Kip Thorne三个月前的一张合影吧 ^^&br&&img src=&/36c3f9a3e8f7e034c1bff4a71483d39a_b.jpg& data-rawwidth=&490& data-rawheight=&720& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&490& data-original=&/36c3f9a3e8f7e034c1bff4a71483d39a_r.jpg&&&br&&br&================&br&谢谢大家支持，现在继续更新（2月1日，16：38）：第二章引力波的意义。&br&这里说下本文预想的框架：&br&第一节：什么是引力波&br&第二节：引力波的意义&br&第三节：为什么探测