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《环宇孤心》 第二十章 寻梦时节

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1楼2012-03-30 16:21回复

    在第一原则的寻觅中或者说是宇宙如何运行的追寻中,与探寻暗物质的过程一样,也不乏大胆的猜测及勇敢的开创者,但也时常有所间断。
    1980年,史蒂芬·霍金被提升为剑桥大学的卢卡逊数学教授,牛顿、迪克兹就曾任此职位。这一职位是一名物理学家除诺贝尔奖外所能得到的最高礼遇了。就职演说中,霍金讲述了物理学现状,并强调提出,理论物理学的目标是否已近在眼前了呢?
    虽然知道已经有前人对此做过预言,他自己还是给了一个肯定的回答。他宣称,不难想像,在20世纪末到来之前,物理学家将掌握最终的自然理论,可以用来描述一切力、一切粒子,真真切切解释我们宇宙的理论。而且,将会有计算机来取代物理学家,为最后测试进行计算。“那么,”他最后说道,“即使理论物理学的最终梦想还未能实现,理论物理学家们的终点可能已近在眼前。”
    


    2楼2012-03-30 16:22
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      2025-06-11 13:35:11
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      霍金是那种典型的固执而又乐观的人,是富于争议的人物。掌握终极规律意味着什么,那些终极规律与上帝之间有没有不同?
      80年代一开始,粒子物理学家就着手从宇宙爆炸后,即时间开始后的十亿分之一秒起进行研究。而宇宙论者一直想找到宇宙弦和那些超对称粒子的蛛丝马迹,以确定它们对今天星系的作用。于是,他们就从最最接近时间开始的时刻设想。存在的外衣细微到极点,然而就在那一瞬,隐藏着引力及一切存在的秘密。就是那一瞬形成了泡沫似的混沌状态,然后星球以想所未想的和谐旋转起来。就是那一瞬,蕴涵着比玫瑰花苞还要复杂的完美对称。


      3楼2012-03-30 16:25
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        为什么有存在而不是完全虚无呢?这是桑德奇一直推崇的问题。如果能有答案,物理学家很希望,答案是从捉摸不定的量子引力假想中找到的。这个假想最终会将广义相对论与量子理论结合起来,或许可以避开理论上的奇点。如果真的存在问题的答案,将存在于从时间第一瞬——无可到达的埃尔多拉多黄金国——出身的那种完全结合、完全对称的力中。那么这种量子引力是否真的能让宇宙运行呢?
        80年代早期,这种理论还未提出。霍金等人希望超对称及其“表亲”——超引力能够帮他们到达埃尔多拉多黄金国,或者接近他所说的“上帝的念头”。但却没有成功(事实上,超引力很快就被否定了)。那个时代,物理学界的许多证据都因那个神奇的“暴胀”而被抹杀了。探寻宇宙起源的物理学家,对终极理论(如果真有这么一种理论的话)背后的原理毫无概念。他们就像结结巴巴说梦话一样,不知道答案,甚至不知道该怎样提出问题。这些物理学家的潜意识中常常会冒出一些怪念头,一些似是而非的疯狂想法,他们拼命抓住这些念头,以期能使它们浮到意识的层面上,做一些更现实的研究。只有几个疯狂的物理学者将名望声誉抛到身后,在没有理论的情况下,勇敢涉猎这个领域。如惠勒所说的,去探寻“能够引发观念的观念”。最开始的狂人就是惠勒,黑洞理论的开创者。在普林斯顿任教了38年后,1978年退休。从安静的办公室生活转向游学生涯,先是在山姆·休斯敦,后来又迁到了奥斯汀的得克萨斯大学,在那里他又可以带学生了。在奥斯汀山上有他的巨大办公室,一幢新房子,室内有游泳池。他每天在里面游上l/4英里。白天,他两条铁腿楼上楼下跑着去会见他的研究生或博士后。
        


        4楼2012-03-30 16:25
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          在别人看来已到晚年的惠勒却开始收集各种重要的物理学思想。他一直考虑着在各个年代的伟大思想家之间建立一种称为“超凡链”的联系。“巴门尼德、苏格拉底、柏拉图、亚里士多德,等等。
          排在后面的人都熟悉前面的人,而我想找的是一些文字记载、一块石头或一座石碑之类的,可以代表两人之间曾经有接触的‘纪念物’。我下定决心去找了,不过,必须游遍巴比伦、中东、阿拉伯国家、西班牙,一直到法国和英国。在链靠近‘现代’的末端,我会写上玻尔的名字。”或许在尽头的尽头,还会出现玻尔学生的名字。
          “对于物理学,我惟一感到的责任就是,一定要搞清楚万物是如何组织在一起的。现在,许多人被迫专长于一个行业,以至于年轻人,根本没能力了解物理学的全部。只有我这个老保守家伙,还可以笨手笨脚做一些傻事。”说着,他开怀大笑起来。


          5楼2012-03-30 16:28
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            他在普林斯顿期间,一次,他的一个富家学生委托学校找亨利·穆尔为他做一个雕塑。惠勒走访了穆尔,对其雕塑技术感触颇深。惠勒看到,穆尔的工作室就像个各种形状物品的小仓库,架子上摆满了骨头、石块以及其他各种各样的雕刻。穆尔雕塑作品时,会选半打这种小玩意儿摆在面前的纹板桌上,以随时让它们进入自己的潜意识,随时把其形状融进手头的雕塑中。惠勒就联想到自己,他就像个雕塑家一样,试着用几种最青睐的念头组成一个理论模型。为了让自己的潜意识保待活跃,他办公室里到处点缀着称之为“线索”的图画和一些有启发的句子等。
            我问他在做什么,他说,“中心问题是找到宇宙开始的步骤或阶段。”边说着边挥着拳头。他在黑板上画了一只手,手腕处的袖口很精致,那只手向空中抛6个球,每个球上刻着很古怪的方程式,每个方程式都代表着物理学的一个重要原理。他接着说:“这当于把6个球不断抛向空中,然后观察它们下落的不同方式。我必须保持这些念头不停循环往复。”说着,给那个袖口润了润色,然后皱了皱眉头,盯着黑板说:“看一下,有漏掉的线索吗?”


            6楼2012-03-30 16:29
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              惠勒认为最大的线索仍旧是他现在称之为“时间之门”的黑洞。他感兴趣的不再是黑洞表面的黑暗,而是黑洞内部。时空在黑洞中央消失的想法让他着迷。他经常宣讲广义相对论告诉我们的就是,“大爆炸”没有“从前”;“大挤压”也不会有“后来”。宇宙产生了时空,时空存在于宇宙中——而不是时空产生宇宙或宇宙位于时空中。


              7楼2012-03-30 16:30
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                那么以时空为基础的物理学规律是否也由宇宙产生的呢?或者有了这些规律才产生了宇宙?这些规律存在于哪里?是什么样子的?是独立于时空的吗?是独立于宇宙的吗?
                “时间之门告诉我们,物理学必须建立在一种非物理的基础上,”他以那种惯用的口号式话语说道。不过,怎么建立呢?
                惠勒年轻时,就颇为痴迷广义相对论。他同许多人一样,希望物理学最终能用几何学解释弯曲的空问。但是,过了大半生,见证了许许多多的难题,他才觉得要揭开自然规律及宇宙的神秘面纱,还得靠量子理论。那么测不准原理为何会存在呢?
                


                8楼2012-03-30 16:31
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                  2025-06-11 13:29:11
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                  读者可以回忆一下,那个听起来似是而非的法则,即物质或其他形式的存在的某些性质,如渡动性、粒子性、方位、速度等,如果没有人亲身测量的话,永远只能是处于一种悬而未决的,不明不白的“可能”状态中。那么由此而产生的一个结果就是,宇宙中任何形式都不能认为是真正的“空白”。在“空白”中,量子波动可以产生出粒子(我们前面看到过,星系就可能是由此而来的)。而且,在还未真正确定的量子引力的作用下,随机渡动可能会在原始的“虚无”中产生出时空本身。
                  惠勒把这种原始的可能状态称作“超空间”。在数学上可看作是所有可能宇宙,可能物理的**。超空间里,有密度极大并在五分钟内就坍缩的宇宙,有所有星球都是蓝色的宇宙,所有星球都是大铁块的宇宙,甚至有不存在星球的宇宙及存在单极磁场和独角兽的宇宙等等,各种可能性。大多数宇宙里是无生命的,但用惠勒的话说,生命“产生于它们当中”。
                  惠勒强调,在超空间里,量子力学和波动函数,各可以大显神通。电子的波动函数在整个空间分布,通过测量可以限制这种分布,同样,整个宇宙的渡动函数,分布在整个超空间里,通过测量,也可以将之“收缩”。但是没有人做这种时间之初的实验,而桑德奇也只是研究几十亿,几百亿年前的宇宙。所以超空间里的波动函数怎么样“收缩”呢?或是什么能使之“收缩”呢?上帝怎样选择了我们的宇宙呢?或者,让爱因斯坦不解的是,他有别的选择吗?


                  9楼2012-03-30 16:31
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                    要走出这种似是而非的问题,办法之一就是埃弗雷特、惠勒的多世界方法。霍金本人对此也十分支持:即上帝并没有做选择,有亿万个数不尽的平行宇宙,每一种可能性都是真实的。
                    另外一个引起人们争论纷纷的思想叫做人本原则。产生这种原则是由于大量的巧合事物的出现。这些巧合曾经让埃丁顿、狄拉克、迪克都很折服。迪克、卡特等赞同该原则的人认为,宇宙的本质,尤其是一些物理常量的数值,本来就必须是这个样子,否则的话就不会有我们人类及其他生命的存在。这完全是一种后知后觉的物理学方法。惠勒曾经一度追随这种方法,但后来又支持了一种更为激进的原则,他称为观测刨世说。根据惠勒的解释,观测刨世说是以测不准原理为基础的。在一定程度上,把观察者本身牵涉到了物理产生活动中。“从某种奇怪的意义上讲,量子原则表明我们研究宇宙,同时本身又参与了宇宙活动。”这种原理有多大的有效性?他大声问道。它是否可以成为从虚无中——就是使创造力与黑洞的破坏力相对立起来的一种控制力量——建立起物理学法则的规范?是否能同时创造宇宙与宇宙的规律?否则的话,自然界为什么还存在这种比测不准原理同样古怪的原则呢?
                    为了证明量子理论的神奇力量,他叙述了一个称为“思考”的双槽延迟的著名实验。实验者的现世选择对过去发生的事情有很明显的影响。他们在一长管尽头摆放一个屏,屏上有平行的两条狭缝,电子要飞过这段长管。而在屏一边很远的地方——当然你可以认为是几光年远的地方——潜伏着物理学家。他可选择即将进行的两个实验中的任一个。一种实验方法是测定电子的动量,并说出电子穿过了哪一个缝隙。另一种是测定电子的方位,记录下电子穿过两个狭缝(波就可穿过两个狭缝)的部分干涉条纹(电子多一些的话,就会出现完整的干涉条纹)。原则上,物理学家是可以在电子飞行的最后一瞬,决定要测什么,而在电子穿过屏很久之后,能确定电子是穿过了一个还是两个狭缝。
                    


                    10楼2012-03-30 16:32
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                      该实验结果让惠勒看到了“大爆炸”论的曙光。没有观测者就不会有物理学,但是也正因为观测者,原则上,我们的物理学可起到相反作用。观测创世说认为宇宙是一种“自激电路”。“那些亿万万个由观测者参与的基本活动,总起来就意味着是我们所说的‘创造’吗?”惠勒问道。随后自己回答道:“如果想从无计划中产生计划,无规律中产生规律,无物质中产生物质,再没有别的方案了。”
                      在一篇名为《科学81》的文章中,惠勒指出:“‘过去’就是理论。没有‘现在’的记录就没有‘过去’的存在。我们是微观的参与者,我们参与了‘过去’的创造,更参与了‘现在’与‘未来’的创造。”
                      一天,我去奥斯汀拜访惠勒,他突然问我,“我谈这些问题时,你觉得我很冷酷吗?一个朋友说我冷酷,就因为这个词含有对人类问题不太敏感的意味。我不喜欢‘冷酷’这个词。坦白说,我也不是那种同学生一块儿到处炫耀到处吹嘘的人。时间太短了,恐怕我从来没有花足够的时间去结交密友。因为交一个密友,一周至少要同他呆上三小时,以便保持亲密关系。真是太紧迫了。”
                      他的声音里透着一种孤独感。


                      11楼2012-03-30 16:32
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                        没有几个物理学家理解惠勒的观点,更别说有多少人同意了。然而,探索未知领域的人,颇为青睐量子原理。而且同意,量子原理在某种程度上,与宇宙的开始有关系。“暴胀”论的出现加深了他们对此理论的青睐。因为“暴胀”理论表明,可见宇宙完全有可能从“虚无”中——即一种无穷小的“假真空”中——产生出来。突然之间,宇宙好像并不是从一个大跨度中产生的,而是从一个小的、从无到有的量子中进发出来的。“虚无”理论的痴迷者、学者古思指出,如果宇宙的所有属性,如电荷、动量等,一旦失去平衡,没有物理法则能够阻挡某种宇宙——或说某种量子宇宙——的自发出现。“宇宙是从虚无中产生的,这个念头确实很诱人。”古思说,“这些念头虽然只是设想,但它们在一定程度上可能是正确的。”
                        有些物理学家认为,“虚无”或许就是“终极对称”,即无论何时,无论何方位都完全一样——犹如一种在十字街头四面而来的完美的交通堵塞。我们所知道的“虚无”并不是真正的“虚无”,不过,这种非“虚无”的形式不是任意而为的。但它却包含着所有存在的可能。也许这种美,这种“虚无”不是稳定恒久的。它骤然的一抽,就一劳永逸地产生了永恒的结果。
                        在我访问麻省理工学院期间,四月的一个星期四下午,古思建议我们一定要去参加在哈佛举行的一个报告会。他想听一下塔夫菠大学来的亚历克斯·维连金的关于宇宙起源的新理论,想知道宇宙是如何像“掘隧机”一样,从“虚无”中慢慢露头的。于是,我开车,他骑自行车,到了哈佛。此时已是傍晚,在哈佛广场上有一座红砖的物理系建筑,是莱曼大厅。我们就在那里会面。


                        12楼2012-03-30 16:33
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                          我们走进一间布满灰尘的报告厅,有几个好奇的物理学家。懒洋洋地靠在椅子上。四月的阳光透过绿叶,穿过窗户照射到厅内。维连金身着深色套服,高高的个头,瘦瘦的身材,一头黑色卷发。颧骨突起,十分红润,看起来比他实际年龄35岁要年轻得多。他是俄岁斯移民。眼神里带着一种流放者独有的冷峻,那种规规矩矩的节制风度,掩藏了他内心的冒险精神与桀骜不驯。
                          维连金一边在黑板上描画着弯曲的时空面,以及“虫洞”似的东西,一边讲解他的理论。婴儿宇宙像一种超自然的“掘隧机”。开始,“泡泡”状的宇宙,或说时空一路“掘通隧道”进入了惠勒所说的可能存在时空的超空间,然后又慢慢“掘隧”进入了“真正”的时空。“掘隧”是一个非常有名的量子过程。代表粒子或整个体系,或宇宙的波函数借助这一过程,可以渗入并透过那些坚不可摧的障碍,与垒球穿过墙壁的情形十分相似。
                          但是宇宙“掘隧”的起点在哪里?用维连金的话说,“在‘虚无’中。”
                          维连金讲,这个“泡泡”形成的宇宙是封闭性的,因为封闭宇宙需要的能量最少,最有可能形成。小“泡泡”一旦进入“真正”的时空就会“暴胀”。下面的过程就是标准的“大爆炸”理论中所说的“膨胀”与演变了。
                          大部分人都听得一头雾水。后来,维连金同古思、西德尼·科尔曼三人坐到一起谈论刘易斯·卡罗尔钟爱的题目——“虚无”。古思与科尔曼都是首次听说“掘隧机”宇宙起源论的。
                          科尔曼长着大胡子,脸色有些苍白。他一边思考着刚才维连金的理论,一边把手指捏在一起,盯着他俩问:“‘虚无’是什么?”
                          “‘虚无’就是,”维连金一板一眼地回答,“没有时间,没有空间的状态。”
                          科尔曼就像一个犹太法学博士般又沉思了片刻说,“就是说,存在着一个没有时间的时期,叫‘永恒’。那么我们用量子跳跃一小步,就从永恒进入时间了。”这时太阳已经西下,将他的影子越拉越长。
                          


                          13楼2012-03-30 16:34
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                            这一段有意思,虽然在有些筒子看来可能太神棍了


                            14楼2012-03-30 16:35
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                              2025-06-11 13:23:11
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                              随后,他们一块去了著名物理学家们通常喜欢去的中国餐馆。
                              此后,我去了塔夫茨大学,进一步了解了维连金本人及其理论。他的生活经历,同他的那些想法一样富于冒险精神。维连金出生于前苏联。后来在乌克兰的哈尔科夫大学获物理学学士,但是教授无法帮他读研究生,因为他是犹太人。
                              一连5年,他自学并发表了一些文章。后来应征入伍,当上了军队实验室的助手。退伍后,只谋得了一个动物园守夜班的小职。他领到了一把来复枪,其实他根本不会用。不过,干这种活,只要不是酒鬼就可以了。“动物园附近有个小货摊,货摊上有酒卖。”维连金回忆说。
                              1976年,他先移民到了意大利。在等待美国签证期间,看到了关于纽约州立大学的一则广告。他发去了一份申请,就去了那里。现在他觉得,当时的决定有些草率。一年之后,拿到了生物物理学博士学位。成为受雇于塔夫茨大学的固态物理学家。“我转行到宇宙论研究时,也没人在意。”


                              15楼2012-03-30 16:36
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