理论与实验科学的割裂和我们整体衔接的问题

上篇文章我讲到我们游戏中的脉冲星观测数据图的原理。这些观测图是中国天眼原始观测到的数据经过处理后得到的。其本质就是深度挖掘有可能发现的射电脉冲信号。

但我上篇文章也提到过，作为理论物理学家，我们想的是究竟什么样的天体会产生这样的脉冲信号；而作为实验物理学家，我们想的是如何设计精密的仪器捕捉到这些信号，以及如何处理观测的数据和挖掘相关的信号。这两者的目的都不同，思维方式和研究方式都不同，其实两个圈子之间都非常割裂。在我们学术界，脉冲星已经被公认是中子星或白矮星（两种不同的星体），但很多实验观测学家，还是不屑这种理论模型，只专注观测本身。

这种割裂也反应到我们游戏中。脉冲星观测图是实验物理学家的研究产物，而我们想通过科学史，来逐步介绍脉冲星的科学原理，这又属于理论物理的范畴，所以产生了割裂。一个是专注于数据图本身，而另一个是想星体内有电子、原子核、X射线这些互相作用产生出这种脉冲信号。我现在想大概解释一下脉冲星的原理以及我们科学史与观测图的关系，大家如果有兴趣，可以在下面给我们一点建议，该如何缓解这种割裂，同时也可以当此文是脉冲星科学的一点科普。

当理论物理学家看到一列脉冲时，如果确定是来自外太空，那么他们就会想是什么样的星体或者迹象能产生这列脉冲。脉冲星的脉冲的周期（两个邻近脉冲之间的间隔时间）一般在1.4毫秒（千分之一秒）到8.5秒之间，而单个脉冲的宽度，一般是5%至10%的周期，即单个脉冲一般持续0.1毫秒至0.5秒。这相对我们一般生活而言，都是非常短的时间，也就是说脉冲的振荡或者说脉冲变化的周期非常快。如果这种脉冲是一种自转的星体辐射出的，那么相当于每秒甚至每毫秒自转一周。这是在太空里，非常恐怖。大家想想如果地球每秒自转一周我们会怎么样。

1968年，科学家发现了蟹状星云处辐射处脉冲信号，蟹状星云是人类第一次发现的超新星爆炸的遗迹。第一次发现的超新星爆炸是我们中国人在公元1054年宋朝的时候发现的。也就是说这种脉冲信号是一千多年前的超新星爆炸后留下的遗迹。从这个脉冲信号分析出，脉冲的周期只有33毫秒，而根据一切速度不可以超过光速计算出，发出这个脉冲的星体的直径应远小于3千公里。而这种脉冲信号的宽度也只有大约3毫秒，从这里也可以得出星体的直径不可以超过3千公里。我们的地球半径都有6400公里，而当时发现的最小的可自己发光的星体为白矮星，其半径也有7000公里左右。所以这是一种比我们认知的任何星体都要小的多的新型的星体。

要理解这是什么星体，就必须理解恒星的演化历史，而要理解恒星，就必须理解原子的组成原子核和电子。这就是我们游戏中要展示的科学史。科学家先理解了原子的结构，是原子核和电子组成，然后知道原子核可以发生核聚变（多个原子核聚合产生巨大能量，氢弹的原理）。这时便得知太阳和其他恒星辐射出的能量都是由这种原子核的聚变反应产生的。当恒星内部所有原子核都经历聚变后，就会产生超新星爆炸，最后遗留下一种星体，叫中子星。这种中子星高速自转就会产生脉冲信号。这个历史我们游戏里都会逐步呈现。

中子星有多么奇特呢？它的直径大概只有10公里左右，远远小于上文说的3000公里的上限。估计还没有北京海淀区大。但是由于它大质量恒星遗留下来的，所以质量比太阳还要大，相当于百万个地球质量。大家想想，一百万个地球，压缩到北京海淀区这么小的范围，还以不到1秒的速度自转，这是个什么星体！

我们上篇文章应该提到过，因为脉冲星稳定的自转，使得它的信号稳定度和人类实验室造出的最稳定的铯原子钟有一拼，所以它是宇宙里的时钟，是宇宙里的GPS。发现更多的脉冲星就会形成脉冲星阵，为今后宇宙航行提供宇宙里的GPS网络。现在我们游戏里导入的是银河系外的脉冲星数据，所以如果能发现，将会指引人类跨星系旅行。当然目前看来是个科幻，不过也挺有意思。

以上就是我简短的对脉冲星科学的发展的一个介绍，游戏里会逐步呈现。这个与大家做的脉冲星观测，其实非常割裂，是不同的思维方式和问题处理方式。如何将二者非常好的过渡，让用户感知到我们的实验是想呈现脉冲星信号背后的科学知识和历程，这个是我们要不断优化的。大家也可以提出建议。对我刚才说的科学内容有疑问的，也可以在下面提出来。