正文

第十一章 馬斯特·馬克的夸克(3)

萬(wàn)物簡(jiǎn)史 作者:(美)比爾·布萊森


通過(guò)引入額外的維度,超弦理論使科學(xué)家能把量子定律和引力定律相對(duì)比較融洽地合在一起,但是,這也意味著,科學(xué)家關(guān)于這個(gè)理論的任何解釋,聽(tīng)上去都會(huì)令人惴惴不安,猶如公園凳子上的陌生人告訴你某個(gè)想法,你聽(tīng)了會(huì)慢慢走開(kāi)一樣。比如,物理學(xué)家米奇奧·卡庫(kù)是這樣從超弦理論的角度來(lái)解釋宇宙的結(jié)構(gòu)的:

雜化弦由一根閉合的弦組成,它有兩種振動(dòng)模式,順時(shí)針?lè)较虻暮湍鏁r(shí)針?lè)较虻模圆煌姆绞絹?lái)對(duì)待。順時(shí)針?lè)较虻恼駝?dòng)存在于一個(gè)10維空間。逆時(shí)針?lè)较虻恼駝?dòng)存在于一個(gè)26維的空間,其中有16維已經(jīng)被壓實(shí)了。(我們知道,在卡魯扎原先的5維空間里,第5維被卷成一個(gè)圈,已經(jīng)給壓實(shí)了。)

如此等等,洋洋灑灑350頁(yè)左右。

弦理論又進(jìn)一步產(chǎn)生了所謂的M理論。該理論把所謂"膜"的面,納入了物理學(xué)世界的靈魂。說(shuō)到這里,我們恐怕到了知識(shí)公路的站點(diǎn),大多數(shù)人該下車了。下面引了《紐約時(shí)報(bào)》上的一句話,它以盡可能簡(jiǎn)單的語(yǔ)言向普通讀者解釋了這種理論:

在那遙遠(yuǎn)遙遠(yuǎn)的過(guò)去,火成過(guò)程以一對(duì)又平又空的膜開(kāi)始;它們互相平行地處于一個(gè)卷曲的5維空間里......兩張膜構(gòu)成了第5維的壁,很可能在更遙遠(yuǎn)的過(guò)去作為一個(gè)量子漲落產(chǎn)生于無(wú),然后又飄散了。

無(wú)法與之爭(zhēng)辯,也無(wú)法理解。順便說(shuō)一句,"火成"源自希臘文,意為"燃燒"。

現(xiàn)在,物理學(xué)的問(wèn)題已經(jīng)達(dá)到這樣的一種高度,正如保羅·戴維斯在《自然》雜志里說(shuō)的,"非物理學(xué)家?guī)缀醪豢赡軈^(qū)分你是合乎常情的怪人,還是徹頭徹尾的瘋子"。有意思的是,2002年秋,這個(gè)問(wèn)題到了關(guān)鍵時(shí)刻。兩位法國(guó)物理學(xué)家--孿生兄弟伊戈?duì)枴げǜ竦ぶZ夫和格里??āげǜ竦ぶZ夫--提出了一種關(guān)于極高密度的理論,包括"想像的時(shí)間"和"庫(kù)珀-施溫格-馬丁條件"這樣的概念,旨在描述無(wú),即大爆炸以前的宇宙--這段時(shí)間一直被認(rèn)為是無(wú)法知道的(因?yàn)樗l(fā)生在物理現(xiàn)象及其特性誕生之前)。

波格丹諾夫理論幾乎立即在物理學(xué)家中間引起爭(zhēng)論:它到底是胡說(shuō)八道,一項(xiàng)天才的成就,還是一個(gè)騙局?"從科學(xué)的角度來(lái)看,顯而易見(jiàn),它多少是徹頭徹尾的胡說(shuō)八道。"哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家彼得·沃伊特對(duì)《紐約時(shí)報(bào)》記者說(shuō),"不過(guò),近來(lái),它跟許多別的文獻(xiàn)沒(méi)有多大區(qū)別。"

卡爾·波普爾被斯蒂芬·溫伯格稱之為"現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)家的泰斗"。有一次,他提出,物理學(xué)很可能沒(méi)有一種終極理論--每一種解釋都需要進(jìn)一步的解釋,形成"永無(wú)窮盡的一連串越來(lái)越基本的原理"。與之相對(duì)的可能性是,這種知識(shí)也許是我們完全無(wú)法理解的。"幸虧,迄今為止,"溫伯格在《終極理論之夢(mèng)》中寫道,"我們的理智資源似乎尚未耗盡。

"

幾乎可以肯定的是,這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更多的見(jiàn)解;幾乎同樣可以肯定的是,這些見(jiàn)解將是我們大多數(shù)人所無(wú)法理解的。

正當(dāng)20世紀(jì)中葉的物理學(xué)家在迷惑不解地觀測(cè)小世界的時(shí)候,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),同樣引人注目的是,對(duì)大宇宙的理解也是不完整的。

上次談到,埃德溫·哈勃已經(jīng)確認(rèn),我們視野里的幾乎所有星系都在離我們遠(yuǎn)去,這種退行的速度和距離是成正比的:星系離得越遠(yuǎn),運(yùn)動(dòng)的速度越快。哈勃發(fā)現(xiàn),這可以用個(gè)簡(jiǎn)單的等式來(lái)加以表示:Ho=v/d(Ho是常數(shù),v是星系飛離的速度,d是它離開(kāi)我們的距離)。

自那以后,Ho一直被稱之為哈勃常數(shù),整個(gè)等式被稱之為哈勃定律。哈勃利用自己的等式,計(jì)算出宇宙的年齡大約為20億年。這個(gè)數(shù)字有點(diǎn)兒別扭,因?yàn)榧词沟?0世紀(jì)20年代末,情況已經(jīng)越來(lái)越明顯,宇宙里的許多東西--很可能包括地球本身--的年齡都要比它大。完善這個(gè)數(shù)字是宇宙學(xué)界一直關(guān)心的事情。

關(guān)于哈勃常數(shù),惟一常年不變的是對(duì)它的評(píng)價(jià)意見(jiàn)不一。1956年,天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn),造父變星比他們認(rèn)為的還要變化多端;造父變星可以分為兩類,而不是一類。于是,他們重新進(jìn)行計(jì)算,得出宇宙新的年齡大約為70億年到200億年--不是特別精確,但至少相當(dāng)古老,終于可以把地球的形成涵蓋其中。

在此后的幾年里,爆發(fā)了一場(chǎng)曠日持久的爭(zhēng)論,一方是哈勃在威爾遜山天文臺(tái)的繼承人阿倫·桑德奇,另一方是法國(guó)出生的、得克薩斯大學(xué)的天文學(xué)家熱拉爾·德·沃庫(kù)勒。桑德奇經(jīng)過(guò)幾年的精心計(jì)算以后,得出哈勃常數(shù)的值為50,宇宙的年齡為200億年。沃庫(kù)勒同樣很有把握,哈勃常數(shù)為100。1這意味著,宇宙的大小和年齡只有桑德奇認(rèn)為的一半--100億年。1994年,情況突然變得更不確定,加利福利亞州卡內(nèi)基天文臺(tái)的一個(gè)小組根據(jù)哈勃天文望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量結(jié)果,提出宇宙的年齡只有80億年--連他們也承認(rèn),這個(gè)年齡比宇宙里某些恒星的年齡還要小。2003年2月,一個(gè)來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空和航天局及馬里蘭州高達(dá)德太空飛行中心的小組,利用一種名叫威爾金森微波各向異性探測(cè)器的新型衛(wèi)星,信心十足地宣布,宇宙的年齡為137億年,誤差1 000萬(wàn)年左右。事情被擱置下來(lái),至少在一段時(shí)間里。

若要作出最后的定論,難度確實(shí)很大,因?yàn)橥泻艽蟮慕忉層嗟?。想像一下,你夜間站在一片空地上,想要確定遠(yuǎn)處兩盞電燈之間的距離。如果使用比較簡(jiǎn)單的天文學(xué)工具,你很容易確定兩個(gè)燈泡的亮度一樣,以及一個(gè)燈泡要比另一個(gè)燈泡遠(yuǎn)50%的距離。但是,你無(wú)法確定的是,較近的那盞燈,比如是37米以外的那個(gè)58瓦的燈泡,還是米外的那個(gè)61瓦的燈泡。此外,你還必須考慮到由幾個(gè)原因造成的失真:地球大氣的變化,星際塵埃,背景恒星對(duì)光的污染,以及許多別的因素。因此,你的計(jì)算結(jié)果勢(shì)必是以一系列嵌套的假設(shè)為基礎(chǔ)的,其中任何一個(gè)都可能引起爭(zhēng)議。還有一個(gè)問(wèn)題:使用天文望遠(yuǎn)鏡總是代價(jià)很高,在歷史上,測(cè)量紅移要長(zhǎng)時(shí)間使用天文望遠(yuǎn)鏡,令人注目地花錢很多。很可能要花上整整一個(gè)夜晚才能獲得一張底片。結(jié)果,天文學(xué)家不得不(或者愿意)根據(jù)少得可憐的證據(jù)就下了結(jié)論。在宇宙學(xué)方面,正如記者杰弗里·卡爾指出的,我們"在鼴鼠丘似的證據(jù)上建立起大山似的理論"。或者像馬丁·里斯說(shuō)的:"我們目前的滿足(于我們的認(rèn)識(shí)狀態(tài))也許反映了數(shù)據(jù)的匱乏,而不是理論的高超。"


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