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苦心鉆研物理學(xué)知識(2)

像魔術(shù)師一樣思考 作者:(美)亞歷克斯·斯通


我工作的實驗室由一位年輕的實驗物理學(xué)家在管理,他的專長是宇宙學(xué),致力于研究宇宙的起源和結(jié)構(gòu)。我們小組用球載儀器去測量宇宙微波背景輻射。大約137 億年前,發(fā)生了宇宙大爆炸,之后最早出現(xiàn)的輻射就是宇宙微波背景輻射。簡單地講,它就是早期宇宙的回波,或者說是熱能信號。如果把宇宙大爆炸比作照相機(jī)閃光燈開啟的一瞬間,那么宇宙微波背景輻射就是在那之后,當(dāng)你閉上眼睛,留在你的眼睛視網(wǎng)膜上的殘留影像。

物理是一扇窗,它通向大自然的終極奧秘,于我而言更像是一種精神追求。宇宙如何開始,又將如何終結(jié)?構(gòu)成物質(zhì)的最小的不可約結(jié)構(gòu)是什么?空間和時間的幾何結(jié)構(gòu)是怎樣的?世上有很多難解之謎,值得一提的是,物理學(xué)家是最接近這些問題答案的人。

“世界上最難理解的事情,就是它可以被理解?!边@是愛因斯坦一直在沉思的問題。然而,即便是愛因斯坦可能也不曾想過,后世會出現(xiàn)像“弦理論”這樣雄心勃勃的理論,試圖用一個方程式去解釋大到黑洞、小到原子核的一切事物,還能做到天衣無縫。根據(jù)弦理論,所有的物質(zhì)都由“弦”組成,弦就是那些微小的、振動的能量閉合圈。這些燈絲似的弦可以發(fā)出不同的律音(但不像吉他弦那樣),這些律音可以和大自然中觀察到的基本粒子相對應(yīng)(電子、夸克、中微子等)。不僅如此,弦理論還能解釋平行世界(另一個你,另一個我)存在的可能性以及微型黑洞,也可以解釋尼采哲學(xué)中講到的周期永恒輪回,將宇宙大爆炸的循環(huán)鏈不斷延伸回到過去。

現(xiàn)在,你能感受到其中的魔力嗎?

弦理論成立的前提是多維空間的存在——傳統(tǒng)意義上的三維(長度、寬度和高度)加上時間,再加上一些不為我們所見的——物理學(xué)家正試圖從粒子加速器等領(lǐng)域中尋找證據(jù),比如,坐落在日內(nèi)瓦以西8 公里的大型強(qiáng)子對撞機(jī),這座雄偉的機(jī)器可以使質(zhì)子的運動速度達(dá)到光速(每小時298 051.197 公里)的99.999 999 1%,一旦質(zhì)子分裂,所形成的宇宙火球溫度將會是太陽核心溫度的625 倍。

1999 年,哥倫比亞大學(xué)教授布萊恩·格林的暢銷書《優(yōu)雅的宇宙》出版,這讓很多人逐漸認(rèn)識了弦理論,有時它也會成為酒吧里談?wù)摰脑掝}。很多人其實都無法真正理解這個話題,當(dāng)然,除了一些擅長紙上談兵的家伙。同時,物理正在引起公眾的注意,物理學(xué)家(其中一些也是我的同學(xué)和老師)會出現(xiàn)在夜間播出的電視節(jié)目中,和脫口秀主持人戴維·萊特曼、喬恩·斯圖爾特和斯蒂芬·科爾伯特一起談天說地。格林是當(dāng)今科學(xué)界最負(fù)盛名的學(xué)者之一。如今,物理學(xué)已經(jīng)逐步邁入流行文化的領(lǐng)域。自第二次世界大戰(zhàn)以來,物理學(xué)家看起來比任何時候都更耀眼。

我在學(xué)術(shù)界的朋友一直忙于挑戰(zhàn)前人的理論,當(dāng)他們知悉我渴望學(xué)習(xí)物理這件事時,總喜歡潑冷水,并且不加理會,認(rèn)為我的這種想法只不過是焦躁不安的幻象、錯誤的選擇或是畢業(yè)后的空虛。他們還向我保證,研究生院的學(xué)習(xí)生涯并不能減輕我關(guān)于存在的渴望。但是,我認(rèn)為至少它能滿足我的好奇心,所以我辭去了《發(fā)現(xiàn)》雜志的編輯工作,在秋季注冊入學(xué)。在工作了6 年多的時間之后,我又重新回到了校園。


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