鲍海飞
未来物理学的星辰大海 精选
2021-12-29 12:35
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未来物理学的星辰大海

鲍海飞 2021-12-28

    忽然想到了这个问题,题目太大了,但觉得蛮有趣的,尽管自己不是搞纯物理的,又不是搞什么尖端物理,但一直从事与物理相关的研究。在这充满梦幻的时代,写下一些杂感。

    物理学发展的方向在哪里呢?

 

    坐标系在哪里?哪里是空间中心,哪里是时间开端?绝对的时空,还是相对的时空?决定性的世界还是随机性的世界?我们来自哪里、又将驶向何处?量子客体的轨迹是确定的,还是不确定的?

    伽利略、傅科、哥白尼、布鲁诺、第谷、开普勒、欧拉、拉格朗日、薛定谔、牛顿、爱因斯坦,谁来回答?

    一片吵杂之后,一片静寂。

 

    仰望星空的刹那,世间最遥远的距离,近在咫尺,却又遥不可及。

    2021年,最让我感触的一段话是,是航天员翟志刚在201912月接受中央广播电视总台采访时说的一段话。2008927日,翟志刚执行中国首次空间出舱活动。后来在接受采访时谈及他飞上太空的感觉:一看这是地球……我顺着脚底下往下一看,我的天啊,这咋整。太深了,老远了,深不见底啊!我可得抓住啊!我一看这个飞船也是悬空,地球也在天上悬着,四不靠,无依无靠啊,看着地球都不安全,我都怕地球从空中飘跑了……”

之所以感触,是因为我也一直在仰望着那灿烂美妙的星空,我也在大地上飞奔,在寻觅,在探索---那辽阔的星辰大海!

虽然这几句话没有阿姆斯特朗登月时所言的我的一小步,人类的一大步。那样精炼、豪迈和意味深长,但这些平常朴实的话语,却包含了更多的有关宇宙、物理和人类的认知。他在向我们传递着一个客观事实,一个物理真相,我们都悬浮在无尽的太空之中!

问题是,我们究竟在哪里?是什么神秘的力量在把控着宇宙和万物?

    

    我们对太阳,对太阳系又知之多少?

就单单一个我们居住的地球,我们的太阳系,我们都知之甚少。一个光子从太阳表面到达地球,需要8.3分钟的时间,而一个光子从产生后到来到太阳表面,却可能经历了数十万年。太阳系的形成至今还是个谜。太阳内一直在发生着核聚变,氢在燃烧变成氦,而氦会继续燃烧融合形成锂,一直到形成碳为止。核聚变的过程复杂,条件苛刻,氢是最原始基本的元素,两两融合构成质量更大的元素,条件允许的话,一直会融合成最终的铁。在火星与木星之间,有一个小行星带,比如,直径为数公里的大石头也一直在围绕着太阳旋转。研究表明,这是太阳系初期演化所遗留下的证据。有些不安分的大石头会飞临地球,或会与我们擦肩而过。在海王星之外,有一个柯伊伯带,这里有非常多的矮行星以及冰冻的小天体。在科伊伯带之外,还有一个奥尔特星云,呈现出椭圆的形状,包裹着太阳系。如果以此来定义太阳系的大小,太阳系的半径就有15000亿公里,而地球到太阳的距离不过1.5亿公里。

     空间、距离、时光,谁人能跨越?谁人能穿梭?是伽利略的变换,还是洛伦兹的变换?小尺度、大尺度,猎户座、仙女座、黑洞、银河系、河外星系,我们的人类才刚刚踏上月球不久,连火星还没有驻足。我们何时才能飞出太阳系,踏上星际之旅?

 

    我们所看到的世界,万类霜天,千变万化,但千变万化的背后,却是由种类确定的元素构成。物质是由微小粒子构成的,不同的微小粒子又构成了各种各样的物质。基本粒子到底有多少?

    所谓的中子、质子对撞机,其规模看起来宏大,但并不神秘。本质上只是对那些微小的颗粒加速、加速、再加速,然后让它们高速运动,相互对撞,粉身碎骨,我们再从中去拾取和解构那一层一层的残片,如拨洋葱般,越到最后,越辣眼!电子还有一点点质量,中微子的质量更是微乎其微,光子已经没有了静止质量,光子竟然是纯能量的化身!爱因斯坦的质能方程说明了这一点。

  

     大爆炸与生命有什么关系?谁知道生命奇迹的旅途?原子、分子、有机物、无机物,细菌、病毒,线粒体,DNA在无数的原子分解与合成,离散与演化,你中有我,我中有你,宇宙诞生大爆炸的那一刻,便注定了万物之间的千丝万缕和互联,便注定了冰与火的洗礼。

 你可曾想过,什么才是真正的诗与远方?什么才是真正的浪漫?

 劳伦斯·克劳斯如是说:你身体里的每一个原子都来自一颗爆炸了的恒星。形成你左手的原子可能和形成你右手的来自不同的恒星。这是我所知的关于物理的最有诗意的事情:你们都是星尘。(《一颗原子的时空之旅——从大爆炸到生命诞生的故事》AtomAn Odyssey from the Big Bang to Life on Earth… and Beyond, Lawrence M. Krauss Little, Brown, New York,2001)。

 我们原来都是星辰,我们都是星辰中的一个颗粒!你可曾想过:你来自哪里?我又来自哪里?但奇迹的是,大爆炸之后,经过了奇异之旅,我们都来到了这里,汇聚、凝聚、相聚在同一个星球上。

 

 宏大源于微小,微小构成了宏大。宏作用体系,微作用体系,有序与无序,物质组成与结构,是有规律的,还是自发随机的?

 科学最终所要探讨的问题,就是宇宙的起源和存在的问题,包括物质的起源和生命的起源。我们如何去寻找这个未知方程和它的解?这是人类的困惑,这是一个思考者和思想者的困惑。

 

    人类难以逃脱自己视野的局限,更难以逃脱自己思想的羁绊。我们的速度非常有限,我们的时间短得可怜,我们的工具还能延伸多少,我们的智慧还能够造出多少神奇的方程和机器!

无疑,所有的困惑和谜团都等待着智慧的大脑来破解---思想的前沿。我们今天更需要新思想、新理论、新技术和新试验,使理论和认知得到突破。

给我一个支点,我就能撬动地球。(Give me a place to stand on, and I will move the earth. Give me a lever long enough, a fulcrum strong enough and I’ll move the world–Archimedes)。阿基米德如是说。这又给了我们无尽的探索宇宙的勇气和力量。

哈勃望远镜,让我们延伸了视野,看到了更加无垠的神奇天宇。它还在瞭望,我们和它一起瞭望者和企盼着。更让人兴奋的是,20211225日,举世瞩目的詹姆斯韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope)升空,它将驶向更加遥远的宇宙深处去探索。

 

只要你抬起头来,仰望那布满繁星的天宇,你终究会思考到这些问题。物理学的未来在哪里?答案就是在显微镜下,在望远镜里,在微时光的星空穿梭中,那些属于量子的、凝聚态的和天体的。

 

2016年阿尔法狗精灵一现在围棋上打败人类的时候,让人们不得不重新审视人、机的构架与关系,人的大脑与逻辑,计算机的运算与判断,这组合的背后是如何布局谋篇出奇制胜的?这是最优最有潜力的组合吗?

    我们面对的宇宙,是一个没有疆域的棋盘,一盘永远下不完的棋。但人类在微弱的灯火和星光下,痴迷的与之对阵,一个看得见又看不见的对手。

蜜蜂在飞翔着,构造着它的田园。

 

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