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苦心钻研物理学知识(2)

像魔术师一样思考 作者:(美)亚历克斯·斯通


我工作的实验室由一位年轻的实验物理学家在管理,他的专长是宇宙学,致力于研究宇宙的起源和结构。我们小组用球载仪器去测量宇宙微波背景辐射。大约137 亿年前,发生了宇宙大爆炸,之后最早出现的辐射就是宇宙微波背景辐射。简单地讲,它就是早期宇宙的回波,或者说是热能信号。如果把宇宙大爆炸比作照相机闪光灯开启的一瞬间,那么宇宙微波背景辐射就是在那之后,当你闭上眼睛,留在你的眼睛视网膜上的残留影像。

物理是一扇窗,它通向大自然的终极奥秘,于我而言更像是一种精神追求。宇宙如何开始,又将如何终结?构成物质的最小的不可约结构是什么?空间和时间的几何结构是怎样的?世上有很多难解之谜,值得一提的是,物理学家是最接近这些问题答案的人。

“世界上最难理解的事情,就是它可以被理解。”这是爱因斯坦一直在沉思的问题。然而,即便是爱因斯坦可能也不曾想过,后世会出现像“弦理论”这样雄心勃勃的理论,试图用一个方程式去解释大到黑洞、小到原子核的一切事物,还能做到天衣无缝。根据弦理论,所有的物质都由“弦”组成,弦就是那些微小的、振动的能量闭合圈。这些灯丝似的弦可以发出不同的律音(但不像吉他弦那样),这些律音可以和大自然中观察到的基本粒子相对应(电子、夸克、中微子等)。不仅如此,弦理论还能解释平行世界(另一个你,另一个我)存在的可能性以及微型黑洞,也可以解释尼采哲学中讲到的周期永恒轮回,将宇宙大爆炸的循环链不断延伸回到过去。

现在,你能感受到其中的魔力吗?

弦理论成立的前提是多维空间的存在——传统意义上的三维(长度、宽度和高度)加上时间,再加上一些不为我们所见的——物理学家正试图从粒子加速器等领域中寻找证据,比如,坐落在日内瓦以西8 公里的大型强子对撞机,这座雄伟的机器可以使质子的运动速度达到光速(每小时298 051.197 公里)的99.999 999 1%,一旦质子分裂,所形成的宇宙火球温度将会是太阳核心温度的625 倍。

1999 年,哥伦比亚大学教授布莱恩·格林的畅销书《优雅的宇宙》出版,这让很多人逐渐认识了弦理论,有时它也会成为酒吧里谈论的话题。很多人其实都无法真正理解这个话题,当然,除了一些擅长纸上谈兵的家伙。同时,物理正在引起公众的注意,物理学家(其中一些也是我的同学和老师)会出现在夜间播出的电视节目中,和脱口秀主持人戴维·莱特曼、乔恩·斯图尔特和斯蒂芬·科尔伯特一起谈天说地。格林是当今科学界最负盛名的学者之一。如今,物理学已经逐步迈入流行文化的领域。自第二次世界大战以来,物理学家看起来比任何时候都更耀眼。

我在学术界的朋友一直忙于挑战前人的理论,当他们知悉我渴望学习物理这件事时,总喜欢泼冷水,并且不加理会,认为我的这种想法只不过是焦躁不安的幻象、错误的选择或是毕业后的空虚。他们还向我保证,研究生院的学习生涯并不能减轻我关于存在的渴望。但是,我认为至少它能满足我的好奇心,所以我辞去了《发现》杂志的编辑工作,在秋季注册入学。在工作了6 年多的时间之后,我又重新回到了校园。


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