应天文系邀请，11月6日，世界知名宇宙学家和天体物理学家，英国皇家学会院士，杜伦大学Ogden教授，计算宇宙学研究所所长和创始人，VIRGO联盟主要创始人和领导人之一的Carlos S. Frenk教授在李政道图书馆报告厅做客第141期大师讲坛，为交大师生带来题为“从无到万物：宇宙是如何构成的”的精彩报告。

      报告以关于宇宙学的的四个问题而展开：1.宇宙是如何开始的；2.宇宙由什么构成；3.宇宙是如何演化到今天的状态；4.宇宙未来将是怎么。现代宇宙学是建立在很多物理定律基础上，这些物理定律已被在地球上的实验所证实。将物理定律应用宇宙，会得到什么？在回答这些问题之前，Carlos教授简要介绍了我们宇宙中的星系，这也是我们地球所存在的地方，并用一段由真实数据制作成的视频向我们讲解了从太阳系到银河系外这一宏大的空间尺度。首先，Carlos教授为大家讲解我们的宇宙是由5%重子物质、25%暗物质和70%的暗能量组成，并简要分析了这些物质的性质。

      接着，Carlos教授介绍宇宙存在的一种效应引力透镜效应，通过一段模拟视频向我们展示了该效应是如何产生的：透镜天体是如何通过引力效应对源天体发出的光进行偏折的。通过这些偏折现象我们可以给透镜天体“称重”， 得到他们的质量。由此教授引出了我们特别感兴趣的、亦即所谓的“暗物质”。 Carlos教授随后向我们展示了暗物质的迷人之处， 提到了我国的PandaX暗物质探测实验并对其充满期待。 之后Carlos教授通过一段动画告诉我们物理学中的“什么都没有”并不是真正的“什么都没有”， 真空中仍然存在着量子涨落，而正是这些涨落演化成了了我们如今的层次分明的宇宙，这也恰恰是今天演讲的题目“From Nothing to Everything”的意义所在。之后，教授向我们展示了宇宙从大爆炸开始的演化历史，引领我们遨游在浩瀚无垠的宇宙当中。

      其中，宇宙微波背景辐射是宇宙学中的重要概念，是揭示宇宙起源的重要线索，是大爆炸理论的直接证据。Carlos先生讲解了宇宙微波背景的产生原理、发现和观测，并且以今年的诺贝尔奖获得者Peebles先生的工作为背景向观众展示宇宙学的无穷奥秘。随后Carlos先生讲解了宇宙起源的下一个时期——星系形成，并为观众们演示了计算机数值模拟生成的星系生成动画，在观众惊叹宇宙中的物质因为扰动从尘埃聚集成星系过程之余，我们也感叹到人类科技的发展竟可以将这一过程如此生动的重现。

      在讲座的最后，Carlos先生向我们介绍了天文学的发展前景，并鼓励在座的各位同学勇攀科学高峰。

      在互动环节中，Carlos教授回答了有关暗物质如何在数值模拟中实现、宇宙真空中粒子碰撞产生伽马射线、暗物质与其他物质相互作用等问题。他十分认真地听提问并作了严谨仔细的回答，令在场观众感到由衷的钦佩。

      讲座最后，大师讲坛组委会向Carlos S. Frenk教授赠送了精心制作的泥塑人像作为纪念品，以表达交大学子对他到访由衷的感谢和诚挚的祝福。他也应邀留下大师手印和题字，并与大师讲坛组委会成员合影留念。

【嘉宾简介】

Carlos S. Frenk，1981年毕业于剑桥大学并获博士学位，2001年加入Durham大学计算宇宙学研究所，并担任研究所所长，同年成为Ogden基础物理学教授。Carlos同时还是Virgo联盟首席研究员。迄今为止，Carlos累计发表学术论文450篇，文章总的被引用次数超过80000次，其中高引用文章有120余篇，受邀参加过200余次国际会议并作报告。在2015年，Carlos被评为“世界最有影响力科学家”之一。Carlos致力于宇宙学研究，他和其他科学家一起，借助超级计算机构建宇宙学模型，尝试理解宇宙的诞生与演化，用物理描绘出宇宙从一个简单的“微扰”演变成今天看到的亿万繁星和星系组成的复杂结构。

【背景介绍】

宇宙学致力于解决最基本的科学问题：我们的宇宙是何时形成的？宇宙是由什么构成？宇宙中的结构和星系是如何形成？为了回答这些问题，宇宙学在过去数十年里已经取得了巨大的进步，我们已经进入了精确宇宙学时代。最近的观测已经证明，我们宇宙包含有多种成分：重子物质、暗物质以及暗能量。大规模星系巡天展示了宇宙的结构，同时高精度的超级计算机数值模拟能够重现宇宙的形成与演化过程，可以将早期宇宙与当前的观测结果联系起来。这使我们能够重现从大爆炸后的一秒钟到今天的宇宙演化图景。然而，许多最基本的问题，比如暗物质和暗能量的本质，仍然没有解决。

Carlos S. Frenk 是世界著名的宇宙学和计算天体物理学家，他领导了国际宇宙学数值模拟联盟Virgo。通过的N体数值模拟，他提出了描述暗物质晕密度轮廓的普适公式，建立了在冷暗物质模型下暗物质晕的形成框架。目前，他带领杜伦大学计算宇宙学研究所开展了高精度的流体动力学数值模拟Eagle，来探究星系形成和演化与暗物质的关联。并且希望通过引力透镜和射电观测等手段，来探测小质量的暗物质晕，进一步区分冷暗物质和温暗物质模型，从而限制宇宙学。