“第一年的時(shí)候，我們講了廣義相對(duì)論，而去年是量子力學(xué)的一天，今天我們要看看生存的太陽系。”
12月31日晚10點(diǎn)，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官、物理學(xué)博士張朝陽如期開啟他的第三場(chǎng)跨年演講。這場(chǎng)以“我們所居住的太陽系”為主題的思想盛宴，通過搜狐視頻關(guān)注流全程直播，在探索太陽系奧秘的思辨中，與現(xiàn)場(chǎng)觀眾與網(wǎng)友一起一同迎接2026年的第一縷晨光。
太陽系按照什么樣的秩序在運(yùn)轉(zhuǎn)？月球?yàn)楹问冀K以同一面朝向地球？人類如何抵達(dá)火星？......演講現(xiàn)場(chǎng)，張朝陽用數(shù)理公式一步步演算著這些宇宙謎題。他認(rèn)為，當(dāng)下AI和航天技術(shù)的發(fā)展，正推動(dòng)人類逐步邁向multi-planetary civilization（多行星文明），“了解太陽系的運(yùn)行規(guī)律，正是理解人類文明來處與未來方向的關(guān)鍵。”?
行星的運(yùn)動(dòng)自有秩序 牛頓定律勾勒太陽系大格局
陽光帶來生機(jī)，金星分割昏晨，詩人歌頌月的圓缺，人類展望奔向火星的未來。然而對(duì)于更遙遠(yuǎn)的木星土星，還有天王星與海王星，我們似乎知之甚少，但它們一直在外圍守護(hù)著人類的家園。甫一開場(chǎng)，張朝陽指出本次主題的意義所在，“太陽系不是遙遠(yuǎn)的不可知，而是又近又遠(yuǎn)的家園，我們需要了解與我們息息相關(guān)的太陽系?！?/p>
這場(chǎng)演講又被張朝陽戲稱為對(duì)太陽系的大“考古”，而牛頓的運(yùn)動(dòng)定律和引力定律無疑是發(fā)掘這段歷史的“洛陽鏟”。他介紹，正是人類對(duì)太陽系各大天體的探索帶來了物理學(xué)：第谷一生積累的觀測(cè)數(shù)據(jù)啟發(fā)了開普勒寫下三大定律，而站在兩位巨人肩膀上的牛頓，最終揭示了更具普遍性的真理。
張朝陽進(jìn)一步解釋，站在今人的角度，我們不再需要受困于海量的經(jīng)驗(yàn)歸納，而是能以牛頓定律為第一性原理，完成對(duì)開普勒定律的邏輯重構(gòu)。演講現(xiàn)場(chǎng)，他通過求解微分方程，用更普適的圓錐曲線方程，精確表述了開普勒第一定律中的橢圓軌道；更是借助簡(jiǎn)單的微積分運(yùn)算，證明第二、第三定律實(shí)為角動(dòng)量守恒的必然結(jié)果。
黑板上，張朝陽在開普勒第三定律的表達(dá)式下方重重畫了一條線。“軌道半長(zhǎng)軸的立方正比于公轉(zhuǎn)周期的平方?！边@一總結(jié)簡(jiǎn)潔卻深刻，勾勒出整個(gè)太陽系嚴(yán)整的大格局，道出八大行星的運(yùn)動(dòng)秩序所在。?
他當(dāng)即邀請(qǐng)?jiān)趫?chǎng)觀眾拿出計(jì)算器，一同驗(yàn)證這一定律的有效性。木星、火星、水星……幻燈片上閃過一個(gè)個(gè)熟悉的天體名稱，大家輸入各自的軌道參數(shù)，計(jì)算器屏幕上跳出對(duì)應(yīng)的公轉(zhuǎn)周期——結(jié)果完全吻合！“現(xiàn)在我們終于搞懂太陽系是怎么回事了”，張朝陽笑著說，“原本覺得行星那么神秘，其實(shí)轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去都逃不出簡(jiǎn)單規(guī)律的約束?！?
看不見的宇宙之手 潮汐力主宰著衛(wèi)星的歸宿
數(shù)億年前，一天的日升月落僅需約20小時(shí)；如今難得一見的“超級(jí)月亮”曾是常見現(xiàn)象。為什么現(xiàn)在仰望月亮只能看到它的正面？為何理應(yīng)冷卻的木衛(wèi)一竟然是“暖寶寶”？這種種現(xiàn)象的背后，都源于一種神奇的力量——潮汐力。
潮汐力是怎么產(chǎn)生的呢？張朝陽通過對(duì)引力勢(shì)的球諧展開，闡明了衛(wèi)星在公轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)受到一種特殊力量的拉扯，這就是潮汐力的起源。張朝陽還提到，在極端情況下，潮汐力甚至能毀滅星球。當(dāng)小質(zhì)量星球過分靠近大質(zhì)量星體時(shí)，巨大的拉扯力足以將其撕成碎片，這也是土星環(huán)的一個(gè)可能成因。
更有趣的是，在地月系統(tǒng)中，由于地球自轉(zhuǎn)偏快導(dǎo)致潮汐形變稍有延遲，地球隆起的方向并不完全對(duì)準(zhǔn)月球，這就導(dǎo)致月球持續(xù)受到一個(gè)力矩作用，其軌道半徑以每年3.8厘米的速度擴(kuò)張。反之，月球受地球潮汐作用產(chǎn)生的形變滯后，也會(huì)通過力矩作用減緩自身自轉(zhuǎn)速度，最終形成與公轉(zhuǎn)同步的潮汐鎖定狀態(tài)，這也是人類始終只能觀測(cè)到月球一面的原因。
順著潮汐鎖定的論述，張朝陽將視線轉(zhuǎn)向了木衛(wèi)一。令人驚奇的是，這顆理應(yīng)冷卻的星球表面竟火山頻發(fā)，背后的推手正是潮汐力。張朝陽利用老式血壓計(jì)的充氣氣囊來進(jìn)行類比：當(dāng)反復(fù)按壓氣囊時(shí)，部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量使其升溫。木衛(wèi)一正像這個(gè)氣囊，由于它沿橢圓軌道公轉(zhuǎn)，其潮汐形變隨距離遠(yuǎn)近呈周期性強(qiáng)弱變化。這種持續(xù)的擠壓釋放出巨大熱能，使其成為在寒冷深空中自發(fā)熱的“暖寶寶”。
飛出地球搖籃 在引力場(chǎng)中開辟宇宙航線
我們的太陽系有太多奧秘等待探索，人類不可能永遠(yuǎn)停留在地球搖籃里。在演講下半場(chǎng)，張朝陽帶觀眾們領(lǐng)略了飛出地球的三個(gè)站點(diǎn)。
第一站是拉格朗日點(diǎn)。所謂拉格朗日點(diǎn)，就是是由質(zhì)量懸殊的兩個(gè)天體組成的公轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的5個(gè)受力平衡點(diǎn)。這些地方具有獨(dú)特的力學(xué)穩(wěn)定性，因而科學(xué)家們?cè)谶@些地方部署了大量探測(cè)器，例如韋布望遠(yuǎn)鏡就部署在了日地系統(tǒng)L2點(diǎn)。太陽與木星系統(tǒng)中的L4和L5點(diǎn)也具有重要作用，它們可以作為“引力陷阱”捕獲試圖闖入太陽系內(nèi)部的小行星，從而保護(hù)位于內(nèi)層的地球。?
飛出地球的第二站，是地球的“孿生兄弟”——火星。火星有許多與地球相像的地方，它的一天只比地球多了40分鐘，公轉(zhuǎn)軌道也離地球很近。為了將復(fù)雜的多體引力問題簡(jiǎn)化成單體引力問題，張朝陽將整個(gè)航線分成了三步：地球引力主導(dǎo)的逃逸階段、太陽引力主導(dǎo)的霍曼轉(zhuǎn)軌階段、火星引力主導(dǎo)的捕獲階段。其中航線的大部分時(shí)間花費(fèi)在第二步的霍曼轉(zhuǎn)軌，耗時(shí)8個(gè)半月，雖然漫長(zhǎng)，但是最省燃料的航行方案。
（圖注：張朝陽講解從地球去往火星的航線，上方黑板演算了霍曼轉(zhuǎn)軌，下方黑板演算了逃離地球的軌道。）
在計(jì)算完第二步驟后，他回過頭來講解起了第一步該如何啟航。逃離地球的軌道是一條雙曲線，通過將軌道高度設(shè)為無窮遠(yuǎn)處，張朝陽求解出逃逸軌道的漸近線與坐標(biāo)極軸的夾角θ=30°。這一演算生動(dòng)地展示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的強(qiáng)大，僅僅幾個(gè)公式，就在黑板上規(guī)劃出上億公里的航線，為人類指明前往新家園的方向。
飛出地球的第三站，是太陽系外的浩瀚星空。1977年，美國發(fā)射了旅行者1號(hào)和旅行者2號(hào)，向著太陽系外的深空邁出了人類探索的第一步。它們?cè)诎l(fā)射過程中都利用到了引力彈弓效應(yīng)實(shí)現(xiàn)增速?！耙椆鋵?shí)就是變換參照系”，張朝陽進(jìn)一步講解道，“想象一個(gè)乒乓球朝向乒乓球拍飛去，在拍子的參照系看來，入射速度和出射速度是大小相等的，但對(duì)于地面系來說，乒乓球獲得了來自球拍的一部分速度。把拍子的速度疊加到球上，就是引力彈弓。”
借助引力彈弓效應(yīng)，旅行者一號(hào)和旅行者二號(hào)先后離開了日球?qū)樱w向了兩個(gè)截然不同的方向。1990年，旅行者1號(hào)在距離地球60億公里處回頭拍下了一張照片。照片中呈現(xiàn)了我們居住的太陽系，其中地球僅占了不到一個(gè)像素，看起來只是一顆漂浮在浩瀚太空中的藍(lán)色塵埃，但這就是我們目前唯一的家園。
科幻猜想要建立在扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上 火星移民仍是遙遠(yuǎn)未來?
隨著新年鐘聲的敲響，張朝陽向現(xiàn)場(chǎng)觀眾和直播間的網(wǎng)友送去新年寄語，“希望大家在新的一年有錢賺、吃好、運(yùn)動(dòng)好、健康快樂，學(xué)習(xí)很多新的知識(shí)，做些有價(jià)值有成就感的事情?！辈榇蠹胰绾胃玫貥淞⑿履阥lag給出建議——要給定義自己的人生和價(jià)值觀，要堅(jiān)定地做一個(gè)通達(dá)理智而不縱容自己情緒的人。
盡管整場(chǎng)演講進(jìn)入了尾聲，但現(xiàn)場(chǎng)觀眾的互動(dòng)熱情依然不減。一位來自同濟(jì)大學(xué)的學(xué)生，回憶自己在前年也參與了張朝陽的物理跨年演講，而這一次，他就科幻電影《星際穿越》中用蟲洞飛出太陽系的情節(jié)與張朝陽展開了討論。對(duì)此，張朝陽直言，不要把科幻當(dāng)科學(xué)，還是要先對(duì)嚴(yán)肅的科學(xué)演算有一定了解，只有在抓住物理思想后，才可以大膽地做數(shù)值估算，譬如費(fèi)米當(dāng)年用小紙片估算原子彈爆炸當(dāng)量?！盁o論是猜算還是科幻，都得建立在足夠扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上?！?
相當(dāng)多的觀眾也就人類未來的太空探索事業(yè)展開了提問。有人擔(dān)憂地球能否支撐住人類文明的資源消耗速度，提出是否要加速對(duì)外太空的開發(fā)？張朝陽回答道，火星移民還是一個(gè)很遙遠(yuǎn)的未來，在缺少磁場(chǎng)缺少大氣的環(huán)境下，目前只能寄希望于機(jī)器人去火星上采集資源。此外，現(xiàn)場(chǎng)還討論了用彗星做引力彈弓加速、用太陽光壓持續(xù)推進(jìn)航天器等航行方案。
科普應(yīng)基于精確的數(shù)學(xué)計(jì)算 在自媒體時(shí)代講物理有儀式感
在跨年演講后的媒體采訪中，張朝陽坦言，“我們所居住的太陽系”這一主題是最近兩周才確定的。一方面，“星際訪客”3I/ATLAS彗星造訪太陽系的熱點(diǎn)事件引發(fā)學(xué)界和公眾的熱議，在前不久的日常物理課直播上，他就此講解了雙曲線軌道；另一方面，天文是一個(gè)非常好的科普方向，大眾會(huì)比較感興趣。?
張朝陽認(rèn)為，學(xué)習(xí)物理有著多重價(jià)值，既能幫助理解全球變暖、極光等宏觀現(xiàn)象，又能解釋為何吃火鍋粉絲特別辣、使勁兒關(guān)門卻會(huì)被彈開等生活細(xì)節(jié)，更重要的是能滿足人類的好奇心。他主張科普應(yīng)基于精確的數(shù)學(xué)計(jì)算，而非追求“語出驚人”的噱頭，因而四年來，物理課始終堅(jiān)持“嚴(yán)肅推導(dǎo)”的核心特色，此前偶爾的角色扮演（如扮演奧本海默、愛因斯坦）僅是小花絮。
他還特別指出，作為公司管理者，物理課直播是為了搜狐視頻關(guān)注流的興盛發(fā)展，也帶動(dòng)了很多知識(shí)播主入駐。“做關(guān)注流，我必須身先士卒做一個(gè)播主，才能體會(huì)這個(gè)產(chǎn)品，才能知道怎么做，未來朝哪個(gè)方向發(fā)展?！?/p>
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四年間，《張朝陽的物理課》已開展了270場(chǎng)直播課，累計(jì)在線時(shí)長(zhǎng)突破26,000分鐘。這種將傳統(tǒng)講課與新媒體結(jié)合的形式也正在發(fā)揮效應(yīng)，張朝陽在采訪中介紹，當(dāng)前豆包、千問上搜索出來的很多物理內(nèi)容都是出自物理課，所產(chǎn)生的視頻和文字內(nèi)容收錄到人類知識(shí)庫里，對(duì)世界是很有意義的。他感慨道，在視頻自媒體時(shí)代講物理有一種儀式感，在跨年之際與大家一起增加知識(shí)，也是一種儀式感。
正如張朝陽在演講開場(chǎng)時(shí)所言，“當(dāng)明天早晨，第一縷陽光到達(dá)地球的時(shí)候，我們經(jīng)過今天晚上思維的挑戰(zhàn)，是不是會(huì)感到更加的有意義、更加的有儀式感？因?yàn)槲覀儾恢恢懒颂栂得刻彀l(fā)生的事情，我們還知其所以然?！?/p>
