登陆注册
2944600000026

第26章 马斯特·马克的夸克(2)

标准模型不但很笨拙,而且不完整。一方面,它根本没有谈到引力。找遍整个标准模型,你找不出任何解释,为什么放在桌上的帽子不会飞上天花板。我们刚才已经提到,它也不能解释质量。为了赋予粒子质量,你不得不引入假设的希格斯玻色子,它是否真的存在,要靠21世纪的物理学来解决。正如费曼所由衷地认为的那样:“因此,我们对这个理论处于进退两难的境地,不知道它是对的还是错的,但我们确实知道它是有点儿错的,或者至少是不完整的。”

物理学家试图把什么都扯到一起,结果想出来一种所谓的超弦理论。这种理论假设,以前我们认为是粒子的夸克和轻子,实际上都是“弦”——振动的能弦,它们在11个维度中摆动,包括我们已知的3个维度,再加上时间,以及7个别的维度,它们,哎呀,我们现在还无法知道。这种弦非常微小——小得可以被看成是点粒子。

通过引入额外的维度,超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起,但是,这也意味着,科学家关于这个理论的任何解释,听上去都会令人惴惴不安,犹如公园凳子上的陌生人告诉你某个想法,你听了会慢慢走开一样。比如,物理学家米奇奥·卡库是这样从超弦理论的角度来解释宇宙的结构的:

杂化弦由一根闭合的弦组成,它有两种振动模式,顺时针方向的和逆时针方向的,要以不同的方式来对待。顺时针方向的振动存在于一个10维空间。逆时针方向的振动存在于一个26维的空间,其中有16维已经被压实了。(我们知道,在卡鲁扎原先的5维空间里,第5维被卷成一个圈,已经给压实了。)

如此等等,洋洋洒洒350页左右。

弦理论又进一步产生了所谓的M理论。该理论把所谓“膜”的面,纳入了物理学世界的灵魂。说到这里,我们恐怕到了知识公路的站点,大多数人该下车了。下面引了《纽约时报》上的一句话,它以尽可能简单的语言向普通读者解释了这种理论:

在那遥远遥远的过去,火成过程以一对又平又空的膜开始;它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里……两张膜构成了第5维的壁,很可能在更遥远的过去作为一个量子涨落产生于无,然后又飘散了。

无法与之争辩,也无法理解。顺便说一句,“火成”源自希腊文,意为“燃烧”。

现在,物理学的问题已经达到这样的一种高度,正如保罗·戴维斯在《自然》杂志里说的,“非物理学家几乎不可能区分你是合乎常情的怪人,还是彻头彻尾的疯子”。有意思的是,2002年秋,这个问题到了关键时刻。两位法国物理学家——孪生兄弟伊戈尔·波格丹诺夫和格里希卡·波格丹诺夫——提出了一种关于极高密度的理论,包括“想像的时间”和“库珀—施温格—马丁条件”这样的概念,旨在描述无,即大爆炸以前的宇宙——这段时间一直被认为是无法知道的(因为它发生在物理现象及其特性诞生之前)。

波格丹诺夫理论几乎立即在物理学家中间引起争论:它到底是胡说八道,一项天才的成就,还是一个骗局?“从科学的角度来看,显而易见,它多少是彻头彻尾的胡说八道。”哥伦比亚大学的物理学家彼得·沃伊特对《纽约时报》记者说,“不过,近来,它跟许多别的文献没有多大区别。”

卡尔·波普尔被斯蒂芬·温伯格称之为“现代科学哲学家的泰斗”。有一次,他提出,物理学很可能没有一种终极理论——每一种解释都需要进一步的解释,形成“永无穷尽的一连串越来越基本的原理”。与之相对的可能性是,这种知识也许是我们完全无法理解的。“幸亏,迄今为止,”温伯格在《终极理论之梦》中写道,“我们的理智资源似乎尚未耗尽。”

几乎可以肯定的是,这个领域将出现更多的见解;几乎同样可以肯定的是,这些见解将是我们大多数人所无法理解的。

正当20世纪中叶的物理学家在迷惑不解地观测小世界的时候,天文学家发现,同样引人注目的是,对大宇宙的理解也是不完整的。

上次谈到,埃德温·哈勃已经确认,我们视野里的几乎所有星系都在离我们远去,这种退行的速度和距离是成正比的:星系离得越远,运动的速度越快。哈勃发现,这可以用个简单的等式来加以表示:Ho=v/d(Ho是常数,v是星系飞离的速度,d是它离开我们的距离)。自那以后,Ho一直被称之为哈勃常数,整个等式被称之为哈勃定律。哈勃利用自己的等式,计算出宇宙的年龄大约为20亿年。这个数字有点儿别扭,因为即使到20世纪20年代末,情况已经越来越明显,宇宙里的许多东西——很可能包括地球本身——的年龄都要比它大。完善这个数字是宇宙学界一直关心的事情。

关于哈勃常数,惟一常年不变的是对它的评价意见不一。1956年,天文学家们发现,造父变星比他们认为的还要变化多端;造父变星可以分为两类,而不是一类。于是,他们重新进行计算,得出宇宙新的年龄大约为70亿年到200亿年——不是特别精确,但至少相当古老,终于可以把地球的形成涵盖其中。

在此后的几年里,爆发了一场旷日持久的争论,一方是哈勃在威尔逊山天文台的继承人阿伦·桑德奇,另一方是法国出生的、得克萨斯大学的天文学家热拉尔·德·沃库勒。桑德奇经过几年的精心计算以后,得出哈勃常数的值为50,宇宙的年龄为200亿年。沃库勒同样很有把握,哈勃常数为100。这意味着,宇宙的大小和年龄只有桑德奇认为的一半——100亿年。1994年,情况突然变得更不确定,加利福利亚州卡内基天文台的一个小组根据哈勃天文望远镜的测量结果,提出宇宙的年龄只有80亿年——连他们也承认,这个年龄比宇宙里某些恒星的年龄还要小。2003年2月,一个来自美国国家航空和航天局及马里兰州高达德太空飞行中心的小组,利用一种名叫威尔金森微波各向异性探测器的新型卫星,信心十足地宣布,宇宙的年龄为137亿年,误差1000万年左右。事情到此为止,至少眼下就是这样。

若要作出最后的定论,难度确实很大,因为往往有很大的解释余地。想像一下,你夜间站在一片空地上,想要确定远处两盏电灯之间的距离。如果使用比较简单的天文学工具,你很容易确定两个灯泡的亮度一样,以及一个灯泡要比另一个灯泡远50%的距离。但是,你无法确定的是,较近的那盏灯,比如是37米以外的那个58瓦的灯泡,还是36.5米外的那个61瓦的灯泡。此外,你还必须考虑到由几个原因造成的失真:地球大气的变化,星际尘埃,前景恒星对光的污染,以及许多别的因素。因此,你的计算结果势必是以一系列嵌套的假设为基础的,其中任何一个都可能引起争议。还有一个问题:使用天文望远镜总是代价很高,在历史上,测量红移要长时间使用天文望远镜,令人注目地花钱很多。很可能要花上整整一个夜晚才能获得一张底片。结果,天文学家不得不(或者愿意)根据少得可怜的证据就下了结论。在宇宙学方面,正如记者杰弗里·卡尔指出的,我们“在鼹鼠丘似的证据上建立起大山似的理论”。或者像马丁·里斯说的:“我们目前的满足(于我们的认识状态)也许反映了数据的匮乏,而不是理论的高超。”

顺便说一句,这种不确定状态适用于比较近的东西,也适用于遥远的宇宙边缘。当天文学家说M87星系在6000万光年以外的时候,正如唐纳德·戈德史密斯说的,他们其实是在说它大约在4000万—9000万光年之间——二者不完全是一码事。大宇宙里的事情自然是被夸大的。有鉴于此,我们目前有关宇宙最好的估计似乎是120亿—135亿年之间,但距离意见一致还差得很远。

近来有人提出了一种很有意思的理论,认为宇宙根本没有我们原来以为的那么大;我们凝望远方所看到的有些星系,也许只是映像,是反射的光产生的重像。

实际上,还有很多东西我们不知道,甚至在很基本的层面上——尤其不知道宇宙是怎么构成的。当科学家们计算使东西保持在一起所需的物质的量的时候,结果总是发现远远不够。宇宙的至少90%,也许多达99%,似乎是由弗里茨·兹维基认为的“暗物质”组成的——那种生性我们看不见的东西。我们生活在一个多半连看都看不见的宇宙里,而却毫无办法,想到这一点真让人觉得有点儿不是滋味。至少有两个主要嫌疑的名字受到注意:据说,它们不是“WIMP”(“弱互相作用大质量粒子”,即大爆炸留下的看不见的微小物质),就是“MACHO”(“晕状大质量致密天体”,实际上只是黑洞、棕色矮星和其他光线很暗的恒星的另一种说法)。

粒子物理学家往往赞成解释为粒子,即WIMP;天体物理学家赞成解释为星体,即MACHO。MACHO一度占了上风,但根本找不到足够的数量,所以风向又转向WIMP——问题是WIMP从来没有发现过。由于它们的相互作用很弱,因此很难识别它们(即使假设它们的存在)。宇宙射线会造成太多干扰。因此,科学家们必须钻到地下深处。在地下一公里的地方,宇宙射线的轰击强度只有地面的百万分之一。但是,即使把这一切都加上去,正如有一位评论家说的:“宇宙在决算表上还相差三分之二。”眼下,我不妨把它们称之为“DUNNOS”(某处未知非反射不可测物体)。

近来有迹象表明,宇宙的星系不仅在离我们远去,而且离去的速度越来越快。这与人们的期望是背道而驰的。看来宇宙不仅充满暗物质,而且充满暗能量。科学家们有时将这称之为真空能或第五元素。无论如何,宇宙似乎在不断膨胀,谁也说不清这是什么道理。该理论认为,空空荡荡的太空其实并不空空荡荡——物质和反物质的粒子在不停地产生和消失——是它们在把宇宙以越来越快的速度往外推移。令人不可思议的是,解决这一切的恰恰是爱因斯坦的宇宙常数——他为了驳斥关于宇宙在不断膨胀的假设而在广义相对论里顺便引入的,也是他自称是“我一生中最大的失误”的那个小小的算式。现在看来,他毕竟还是对的。

归根结底,我们生活在一个宇宙里,它的年龄我们算不大清楚;我们的四周都是恒星,它们到我们的距离以及它们彼此之间的距离我们并不完全知道;宇宙里充满着我们无法识别的物质;宇宙在按照物理学定律运行,这些定律的性质我们并不真的理解。

以这样的一种很不确定的基调,让我们再回到地球,考虑一下我们确实理解的东西——虽然到目前为止,要是你听到我们并没有完全理解它这类话,你也许不会再感到吃惊——以及我们长期以来不理解而现在理解了的东西。

同类推荐
  • 物理:在辉煌的历史里

    物理:在辉煌的历史里

    本书介绍了对共振与声波的认识、对共鸣与隔音的利用、奇妙的古代声学建筑、对光源的认识与利用、绝无仅有的成像实验、对光学仪器的研制、人工磁化法的发明、对力的认识与运用等内容。
  • 动物亲朋(野生灵三部曲)

    动物亲朋(野生灵三部曲)

    野生灵系列多是关于野生动物的记录和描述,这是作者戴江南在与自然万物的耳鬓厮磨间生出的大欢娱大忧伤,她带着人们徜徉在自然之中,在阿拉套山的悬崖旁观察金雕,在青格里河畔看蝴蝶,在天鹅湖畔驻足,在艾比湖畔与迁徙的鸟儿作别……她将一切自然生灵视若亲朋,以细腻亲和的笔触写下了一部当代自然传奇。同时,本系列作品对普及科学知识、宣扬自然美均有较高的意义和价值。
  • 精彩绚丽的宇宙时空

    精彩绚丽的宇宙时空

    现代社会的飞速发展很大程度上得益于科技的进步,“科技是第一生产力”已日益成为人们的共识。但是,由于现代科学的分工越来越细,众多的学科令人目不暇接。对于处于学习阶段的广大青少年而言,难免有“乱花渐欲迷人眼”的困扰。有鉴于此,我们组织了数十名在高等院校、教育科研机构的工作、有着丰富的青少年教育的专家学者,编选了这套《新编科技大博览》。
  • 宇宙演进

    宇宙演进

    本书揭示了宇宙形成与演化的过程,介绍星系、银河系、太阳系以及各类天体的起源、结构、特征和运动等相关知识,反映科学家在研究宇宙奥秘过程中的艰辛探索。
  • 原创技术发明方法:自主创新源泉

    原创技术发明方法:自主创新源泉

    本书运用支点成功学理论,系统阐述了自主创新的核心问题——原创创新,深刻揭示了原创技术发明方法。作者在深入研究西方科学技术发明历史的过程中,从建设创新型国家和突破西方专利壁垒的高度,提出了支点创新力理论和方法;它以苏格拉底“转动自己”和阿基米德支点“尤里卡”内涵为源,从科学技术发明史上众多经典案例中,总结了顿悟——发现科学规律——产出原创技术原理——原理转化原创技术原型——在不断创新过程中,形成自己的品牌、标准……原创成为一切创新的源泉。本书为广大读者掌握技术跨越发展之道,提升个人发展竞争能力,突破跨国公司专利壁垒,展开了独到的路径;这是一种全新的原创创新思维方法。
热门推荐
  • 梦魂天地

    梦魂天地

    一片古老的大陆,一段奇幻的经历,一个梦魂的天地。。。天穹银镰随我驰骋战场,不变的是那残月在寂静中歌唱。绝望的痛苦,歌声的嘹亮!悲怆的战歌伴随我左右,放逐的禁忌力量在月色中流淌。迷茫的深邃,战斗的渴望!沉睡的神明已渐渐苏醒,流星的地狱炙热而又不断向上。救赎的力量,执着的力量!神秘的身世渐渐浮现,伟大的梦魂即将降临于世,这是属于我的战斗,永不退缩,永不言败!
  • 根系文化情共筑中国梦

    根系文化情共筑中国梦

    本书介绍了宁夏话剧艺术发展有限公司前身为宁夏话剧团从上世纪60年代的鼎盛时期,到80年代的落寞,在90年代通过锐意改革走出困境的经历。
  • 霸爱浓情:靳总的国民女神

    霸爱浓情:靳总的国民女神

    主持人询问:“初晴听说你之前离家六年这是真的吗?”初晴回答:“唔……你消息真灵通,对阿我曾经离开六年。”主持人再问:“那方便问是什么原因吗?”初晴回答:“可以啊嘻嘻,我那时候因为跟哥哥吵架所以离家出走了。”初晴可爱地吐了吐舌头。主持人一听很是讶异:“什么?是因为吵架,靳总方便我们询问原因吗?”靳司言看了主持人一眼回答:“因为我吃醋,所以把初儿给气跑了。”众人无语……
  • 武夫独行

    武夫独行

    前世作为11老大,洛锋桀骜不驯,面对大势已去,宁愿选择炸死自己。穿越后,他的性情依旧不变,依旧霸道,依旧特立独行。可是这次面对的世界,却是一个猛人当道,崇尚武力的混乱国度。新的生命,新的道路,主动去面对精彩的人生,纷争的大陆。武夫独行,不寂寞。
  • 逼婚倒计时:诱拐呆萌妻

    逼婚倒计时:诱拐呆萌妻

    “辰哥哥,我要流氓兔”“买”“辰哥哥,我要汽车”“买”“辰哥哥,我要飞机”“买”某女人看着依然认真工作的男人,怒气的大吼:“辰哥哥,我要结婚”某男挑眉,露出一抹奸笑,然后直接将小女人压倒,“好,我们马上结婚,乖,叫声老公听听……”
  • 火澜

    火澜

    当一个现代杀手之王穿越到这个世界。是隐匿,还是崛起。一场血雨腥风的传奇被她改写。一条无上的强者之路被她踏破。修斗气,炼元丹,收兽宠,化神器,大闹皇宫,炸毁学院,打死院长,秒杀狗男女,震惊大陆。无止尽的契约能力,上古神兽,千年魔兽,纷纷前来抱大腿,惊傻世人。她说:在我眼里没有好坏之分,只有强弱之分,只要你能打败我,这世间所有都是你的,打不败我,就从这世间永远消失。她狂,她傲,她的目标只有一个,就是凌驾这世间一切之上。三国皇帝,魔界妖王,冥界之主,仙界至尊。到底谁才是陪着她走到最后的那个?他说:上天入地,我会陪着你,你活着,有我,你死,也一定有我。本文一对一,男强女强,强强联手,不喜勿入。
  • 因为遇见你之约定

    因为遇见你之约定

    “小凯,以后每年的9月19日都来勿忘我花海,好么?”“你说的我都听。”可是,他们还能再遇见么?
  • 天地封师

    天地封师

    一手天魔,一手轮回,武魂与文心共存,成就万世天师!
  • 妙法莲华经观世音菩萨普门品

    妙法莲华经观世音菩萨普门品

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 英雄联盟之神坑的一千场

    英雄联盟之神坑的一千场

    老青铜一百种挖洞方式,自信的二货,认真的二货,高端的二货,诠释青铜青年的不一样的精彩故事。