光年是多少 揭秘光年的概念及计算方法是什么课?

  位于北京石景山区玉泉路的中国科学院高能物理研究所,与中国科学院大学共享一个院子。这里看上去十分安静,整洁,有一种象牙塔的感觉。  蝌蚪君在主楼见到中微子专家,亚太物理学会杨振宁奖得主曹俊研究员的时候,他刚刚送走了来中国做学术报告的一位美国客人。这个美国客人是美国物理学会的前任主席,引力波探测项目LIGO以前的负责人。  蝌蚪君对曹俊的独家专访就紧锣密鼓地开始了,采访问题主要集中在中微子物理的相关领域。  中微子,不是电磁波,它是一种不带电的,可以轻易穿过地球的小粒子,它在飞行过程中还会不断变身——犹如川剧的“变脸”,在物理学的术语里,这被称为中微子振荡。  这么高冷的概念,在大众文化圈属于冷门,于是我们的话题从最近流行的科幻小说《三体》谈起。  《三体》中的中微子通讯可以实现吗?  曹俊老师告诉蝌蚪君,他也看过《三体》这部科幻小说,书中提到用中微子或者引力波来进行通讯是未来世界的两大通讯技术。  “我刚才就问了那个美国物理学家,他以前在加州理工大学做引力波探测的(这位美国物理学家是电影《星际穿越》的学术编剧基普.索恩的同事,后者也是研究引力波探测的),我问他象《三体》中描述的引力波通讯的难度到底有多大?对方干脆利落地回答:不行。”曹俊说。  “是的,需要恒星级别的能量来发射引力波!”蝌蚪君说,“那么换个话题,假设马航的飞机掉进了太平洋,如果它能发射中微子的话,我们在全球各地的中微子探测器都能接受到马航失踪的飞机从海底发出来的中微子,那么我们是不是能够定位这架失踪的飞机?”  “科幻上来说,这是可以的,但在现实中也很困难,因为飞机上不可能有那么强的中微子源,现在的中微子源一般是由核反应堆,太阳这样的恒星,超新星或者高能宇宙射线产生的,在飞机上都不太可能实现这样大能量的中微子源。”曹俊说。  “我看过您写的科普文章,介绍说美国的费米实验室曾经做过短距离的中微子通讯实验。他们是如何调制信号的?”蝌蚪君追问道。  “他们是用高能的质子束打靶,这个过程能产生中微子。因为质子束流是带电的,容易被控制,可以开启与关闭,这样就可以控制中微子的发射与中止。”曹俊解释道。  “也相当于2进制的编码,开关信号?”蝌蚪君说。  “是的!”曹俊说。  因此,可以看出,要实现《三体》中的中微子通讯,最小规模的中微子源可能就是需要一台高能加速器。  中微子几乎与光跑的一样快,但它是有质量的  日本物理学家小柴昌俊因为在1987年探测到16万光年之外的“礼物”——超新星发射的中微子而获得2002年的诺贝尔物理奖。超新星中微子是一种类似“天外飞仙”的罕见事物,在人类短暂的历史上只能守株待兔地等待它的爆发,这有点靠天吃饭的感觉。所以,很多国家都在研究由核电站或者高能加速器所产生的中微子。对中微子的研究已经把物理学带进了一个新的领域,这个新领域与传统的光与电的世界已经很不相同——中微子物理具有强烈的相对论与量子力学的色彩。最近科学上的大新闻之一是曾有意大利科学家宣布中微子是超光速的(后来才发现是实验出错了)。那么,中微子到底是不是以光速运动呢?  曹俊介绍说,当年小柴昌俊他们的研究组在日本神冈的实验也没有测出中微子的速度与光速到底有多少差别。在16万光年的距离上,超新星发出的中微子与光子几乎是同时到达地球的,这说明中微子的速度很接近光速。这个超新星发出的中微子比光反而还早到3小时,不过这是因为超新星爆发时先发出中微子,然后才点燃整个星体,发出光信号。根据狭义相对论,一个无质量的粒子可以跑得与光一样快,所以,从与光速的比较上来看,中微子的质量如果不是零的话,也应该是非常非常接近于零的——至少在16万光年的距离上,我们是分辨不出它的速度到底与光速差多少。  “可是,小柴昌俊后来领导的超级神冈的中微子实验发现了太阳中微子是振荡的,这等价于说中微子是有质量的?”蝌蚪君问道。  “是的,根据量子力学,3种不同类型的中微子相互转化,这说明中微子有质量。但这个质量很小,所以中微子还是以非常接近光速的速度运动。”曹俊说。  中微子的质量与李政道杨振宁的关系  在半个多世纪以前,1956年,来自中国的年轻物理学家李政道与杨振宁检查了大量的实验结果后,提出了一个大胆的设想,这个设想表明在与放射性衰变相关的微观世界,左与右是不对称的。在同年,由女物理学家吴健雄组织的物理实验证实了李杨的猜想:在有中微子产生出来的场合,左右是不对称的。1957年,李政道与杨振宁得到了诺贝尔物理学奖。  “那既然中微子有质量,总可以找到一个比它的速度更快的参考系,在这个参考系里看,中微子是反向运动的,它的螺旋度也就反向了?因此存在右手的中微子?”蝌蚪君问。  “是的!”曹俊说。  “那这与李政道与杨振宁当年关于右手中微子是不存在的结论是矛盾的?”蝌蚪君好奇地问。  “李政道与杨振宁当年只是说左手中微子和右手中微子可以不一样多,但没有说右手中微子是不存在的。当然,后来他们又做了一个理论,说右手中微子不存在。”曹俊解释道。  大亚湾中微子实验已经取得重要成果  曹俊自2003底开始从事大亚湾反应堆中微子实验研究,先后负责物理与软件系统和中心探测器的概念设计与工程设计,2013年起担任大亚湾实验的负责人,按国际惯例,叫“发言人”。2012年3 月,时任大亚湾发言人的高能所所长王贻芳代表大亚湾国际合作组公布了中微子的θ13的数值,这是在中国本土首次测到的基本物理学参数。当天,诺贝尔奖得主李政道发来贺电,称“这是物理学一个有基础重要性的成就”。  中微子分为3种,分别是电子中微子,缪子中微子与陶子中微子。它们在飞行过程中会不断地相互转化,θ13就是刻画这种“变脸”的概率。这一数据很小,但在大亚湾中微子实验中被精确测定。  “与韩国等国的中微子实验相比,大亚湾实验,除了反应堆的功率比它们大,周围山体对宇宙射线的屏蔽比较好,还有什么有利因素促使大亚湾实验的成功?”蝌蚪君问。  “除了你方才提到的两个因素,还有就是我们实验设计上就比他们精密。另外跟国际声望也有关系,韩国一直没有争取到国际合作者,大亚湾拿到了美国能源部等的资金,我们的人才也更多一些,一共有200多人参与了这个项目,韩国团队总共才30多人。”曹俊说。  江门中微子实验也在广东省建设  江门中微子实验(JUNO)2015年1月10日在广东省江门市举行了建设启动仪式,已经完成前期的征地工作,准备挖掘隧道到地下700米深处。这一中微子探测地点离阳江核电站与台山核电站的距离都是53公里(这个距离是通过振荡几率可以算出来的,是反应堆中微子振荡最大的一个地点),所以构成了一个等腰三角形。整个项目投资约为20亿元。  江门中微子的物理目标之一是测量出3种中微子的质量顺序,通俗地说,就好像是有3个蚊子,体重谁轻谁重,想要用物理实验测出来。  “希格斯机制能赋予中微子质量吗?”蝌蚪君问。  “可以啊。”曹俊说。  “那这个机制不能预测3种中微子的质量大小?”蝌蚪君懵懂地问。  “不能。在粒子物理中所有粒子的质量在理论上都是自由参数。”曹俊说。  “探测中微子用的光电倍增管是这个项目的核心硬件技术吧?”蝌蚪君问。  “是的。我们用的中微子是从核反应堆里出来的,它打到液体闪烁体上,液体闪烁体会发光,我们就用光电倍增管探测这个光。目前我们也正在与一些企业合作设计开发这种大型的光电倍增管。我们提供了概念设计,自己拥有这个发明专利。”曹俊说。  “你们用的液体闪烁体是一种带有苯环的有机物?”蝌蚪君问。  “是的,有些实验用纯水,靠的是中微子打到水里产生的切伦科夫光,我们用这个有机物,靠的是有机物分子能级的激发,是荧光的发射。”曹俊解释道。  江门中微子实验的远景  江门中微子实验预期在2020年开始采集核电站反应堆的中微子数据进行物理分析。因为现在还没有采集到数据,所以未来会发现什么新的物理还没有定论。  “如果测出了这3种中微子的质量顺序,或者万一测到了第4种中微子,那是不是可以得诺贝尔奖?”蝌蚪君问得有点陷入了俗套。  “ 我们目前意料中的实验结果,应该都不太可能得诺贝尔奖。你也知道,所有诺贝尔奖都是出人意料的,都是不可预测的——所以才产生了新的物理。你看小柴昌俊的实验,本来是想要测质子衰变的,结果却测到了超新星爆发的中微子,这就是当时谁也没有预料到的,所以得了诺贝尔奖。”曹俊说。  采访接近尾声,曹俊告诉蝌蚪君,做中微子的物理实验目前主要是为了解释一些基础的物理问题;同时中微子也可以告诉我们地球内部的放射性元素衰变数量,从而判定地球内部的演化模型;也可以告诉我们恒星以及遥远的超新星内部的物理规律;而且因为中微子在宇宙中象光子一样多,如果知道了它的质量,就可以估计出宇宙中中微子的总质量,也可以评估它对宇宙演化的作用。蝌蚪君很关心中微子的现实应用,作为严谨的科学家的曹俊也开始畅想起来,他说:“也许以后海底的核潜艇可以发射出定向的中微子束流,来与地面指挥部进行通讯,不过要等加速器技术有革命性突破以后才有可能。”  让我们期待江门中微子实验在大亚湾中微子实验的基础上再次取得新的圆满成功,在科学上与现实中都带来一场新革命!}
“自动驾驶在中国的情况如何?“中国制造2025”有一个目标,ADAS系统在2025年达到50%的份额,如果说2025年我们整个汽车可以卖到3000万辆,50%的话就是1500万辆的ADAS系统车在路上跑。在2030年,自动驾驶的车要达到20%的市场份额,这是我们看到的短期的目标。”由《AutoR智驾》联合清华大学、上海汽车工程学会和中电器材共同策划举办的2017智能网联与新能源汽车产业峰会10月26日在上海举办。今天我们分享的是博世底盘控制系统中国区域副总裁颜士富先生的演讲。编辑丨AutoR智驾 智驾小郎君我是博世底盘控制系统中国区的颜士富。最近我们选出了新的国家领导层,领导层总结了过去取得的成绩,过去五年我们在科技领域突破不小,有可下潜至7000米海底的“蛟龙”,可以一眼望穿137亿光年的“天眼”,在智能驾驶方面也很快会出来新的政策来支持作为国家战略的项目具体落实和实施。在智能驾驶和互联方面,中国绝对不会像传统汽车那样和其他国家有那么大的差异,而目前,其实我个人的观点是,基本上在同一水平上。这是高盛集团给全球统计的,在人工智能方面的情况。大家可以看到现在投资最大的是美国,紧随其后的就是中国,中国投资虽然比美国差一点,但是在产出上大家可以看到是非常高的。中国用美国15%的投资,产出了接近美国60%-70%的专利。而人工智能对自动驾驶的影响是什么呢?我们说自动驾驶是人工智能的移动方案。为什么智能驾驶引起这么大的影响,那么多人投入?因为它不仅是一个移动方案解决,还涉及到智能交通、智能城市、智能能源,所有整个这个产业的生态系统的机会。所以这一块给我们国家带来了巨大的产业升级和产业前景。自动驾驶在中国的情况如何?“中国制造2025”有一个目标,ADAS系统在2025年达到50%的份额,如果说2025年我们整个汽车可以卖到3000万辆,50%的话就是1500万辆的ADAS系统车在路上跑。在2030年,自动驾驶的车要达到20%的市场份额,这是我们看到的短期的目标。在全球自动驾驶的份额是怎么样的呢?我们看到是28%,中国市场是全球自动驾驶市场的第一大市场,超过美国和欧洲。在消费者偏好和选择情况如何呢?中国的消费者尤其喜欢这一方案。这也是为什么中国可以成为像苹果这样公司的第一大消费市场,就是因为中国人喜欢这些新东西。我认为自动驾驶正在一步一步实现,可以用一个逻辑来说明,你相不相信它,就看在这个地方投入的资源和财富有多少?如果说包括国家、产业相关人都投入了巨额资金,我们就对这个产业有着非常明确的,可以实现的期待。我们看到了3月份英特尔收购Mobileye,2017年3月博世和英伟达宣布合作,4月4日博世与戴姆勒合作。我们看到的是什么?(自动驾驶领域)从2017年1月份开始,到现在每个月都有新的合作出现,这也印证了刘宗巍教授讲的,对于这个行业大家是什么样的态度?是一种开放和合作的态度,彼此学习和相互促进的概念。大家共同在促进这个产业的发展。下面跟大家介绍一下博世对自动驾驶的一些基本的理解。自动驾驶的分级从0-5。在L2之前,驾驶员还要一直盯着整车情况,手要握着方向,脚要随时准备去踩刹车,整个驾驶的责任都是在驾驶员手里。而L3之后,你的手可以放在自己的腿上,也可以放在头上,你的脚未来会没有刹车可踩,方向盘也没有了。整个驾驶安全的责任在哪里呢?已经从驾驶员转到整车控制系统,也就是说自动驾驶系统对整车安全驾驶来负责。自动驾驶核心技术有哪些?我们从三个层面来看,包括感知、决策和执行。博世底盘控制系统有四个业务板块,第一块是主动安全,以ESP为基础的相关产品,第二块是ADAS和自动驾驶,我们最近刚刚成立了一个业务板块叫自动驾驶事业部。第三块是制动系统。在感知这一块主要是雷达和摄像头,实时对整车的周边工况进行数据采集,采集之后进行数据融合,然后进行功能上的决策,对车辆控制进行执行,而车辆运动控制包括加速、转向和减速。看起来非常简单,但是经过这几个运动状态调整之后才可以实现自动驾驶。在整车状态调控过程当中,我们觉得安全停车是其中核心的关键。在遇到危险的时候,无论是人开车还是自动驾驶开车,如何回避危险这是最关键的。回避危险有很多方法。比如说人坐在那里,直接人接管,驾驶责任转移。第二,你在本车道紧急停车避免危险发生,但是这不是最佳的。第三,你转到最右边的紧急停车道,转到安全地带,而转到安全地带停车是我们最需要的目标。对于不同方式的安全策略的实现需要哪些系统呢?这对自动驾驶影响很大。比如说在本车道停车是比较初级,而转到安全地带舒适停车是我们的目标。它对应不同的自动驾驶级别和功能的要求。而这个功能的实现,它需要的是整个感知、定位、规划和执行系统的配合。而每一套系统因为涉及到公路安全,都需要一个冗余和备份。意思是说,你一个系统出了问题,另外一个系统可以让你的车好好停下来,不要有功能上的丢失。如果说在本车道停车,冗余和备份系统没有强烈的要求。但是在执行上必须要有备份方案。如果说要驾驶到安全地带,它的冗余和备份要求会大幅度提高,在感知上前方、后方、侧方,所有方位的感知系统都需要有备份方案。也就是说自动驾驶安全策略越高,备份系统要求越高。而在感知系统中我们要提供的是什么呢?主要是雷达和摄像头两套系统。雷达和摄像头大家一直有一个争论,摄像头在人工智能发展到一定阶段的时候,是可以不需要雷达的。我觉得这个观点也不错,只是说你的技术发展什么时候可以实现摄像头像你的眼睛和脑袋一样,做出及时判断。短期内可能还是很难实现的。对于整车安全来说,它的备份方案是如何实现的?我们是通过雷达和摄像头的交互验证实现的。摄像头既然是一个光学设备,具备了光学设备的优点也具备了光学设备的缺点。光学设备受光线影响非常大,比如说光线不足时,摄像头如何准确判断物体,在大雾、暴雪天气,摄像头如何判断前方障碍,路牌如果说受到大雪或者是灰尘覆盖,如何进行准确的判断上面的信息?所以摄像头提供一些很准确的信息判断,但是如果说没有雷达的交叉验证,我们就没有办法得到最安全的指令。雷达是通过波来识别物体,也有其优点和缺点。如果说你行车时前面有一些木桶,雷达波就会受到影响。隧道入口可能会对雷达造成回声效应,造成错误的判断。为了避免这些判断带来的错误决策影响整车安全,我们推荐的方案是什么?就是雷达进行物体的识别,摄像头也进行物体识别,最终决策通过两套系统进行相互感知的验证来得到最可靠的安全指令。大家都开车,指导自动驾驶对导航的定位要求非常高。现在导航系统可以告诉你往左转、右转,一两米的距离判断没有问题。但是自动驾驶是在一个不完全规则的路况下行驶的危险的设备。所以对于紧急出现的情况必须要在第一时间最快做出反应。对于这些紧急情况如何做出反应,仅仅是靠传统的导航设备是无法实现的。但是我也给大家介绍了,ADAS系统在2025年会有50%的装机率,大家可以假设一下,如果说50%的雷达和摄像头在路面进行数据采集,对各种状况进行分析,然后提供到博世的云系统,博世云系统和地图供应商、主机厂一起把路况做得更清楚,是不是可以把自动驾驶的安全性和反应速度大幅度提升?刚刚介绍了自动驾驶,我们说自动驾驶是自动行车,实际上它还涉及到自动泊车,主要涉及到遥控泊车、家庭区域泊车和全自动代客泊车。博世不仅和大公司合作,我们也在和新兴公司进行合作。在这个系统当中,博世希望可以加入这个行业,然后引导这个行业的发展。我们正在通往未来自动化的路上,我记得我们十年前讨论电子商务的时候,大家还不知道这是什么时候发生的事情,但是现在几乎购买所有的东西都可以通过网络来实现。而自动驾驶正在向我们扑面而来。博世希望在这条路上希望通过成立本土化的团队,建立本土化的工程能力,做适合本土化国内市场客户需求,符合国内道路状况的自动驾驶方案,给终端用户提供最安全的解决方案,谢谢大家。嘉宾介绍颜士富博世底盘控制系统中国区销售及项目副总裁颜士富先生自2013年12月1日起担任博世底盘控制系统中国区销售副总裁,负责中国区主机厂业务、销售控制及协调、项目管理。颜士富先生于1976年9月26日出生在江苏连云港市。2000年毕业于南京财经大学,随后在2005年取得上海财经大学MBA学位。颜士富先生于2006年加入博世,任技术销售及项目经理。}

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