贈書福利|加來道雄：物理讓我一生陶醉于與不可能事物的戀情

熱點追蹤 / 深度探討 / 實地探訪 / 商務(wù)合作

撰文 | 加來道雄（日裔美國籍理論物理學(xué)家、未來學(xué)家）

 

是否會有那么一天，我們能穿墻而過、建造飛行速度超過光速的飛船、解讀他人的思想、隱身、以意念之力移動物體、瞬間將我們的軀體傳送到太空？

 

自幼我就對這些問題著迷。與許多物理學(xué)家一樣，在成長的過程中，我被時間旅行、激光槍、力場、平行宇宙等獲得實現(xiàn)的可能性深深吸引。魔術(shù)、幻想和科幻小說都是我任憑想象力馳騁的廣闊游樂場。

 

它們開始了我與不可能的事物的一生的戀情。

 

加來道雄，圖來源于rafu.com

我還記得觀看電視上重播《飛俠哥頓》的情形。每個星期六，我都與電視機如膠似漆，對飛俠、扎爾科夫博士與戴爾·阿登的冒險經(jīng)歷和那些令人目眩神迷的未來科技裝備（火箭飛船、隱形盾、激光槍、空中城市）驚嘆不已。我從未錯過任何一個星期的播出，它為我開啟了一個全新的世界。

 

我一想到有一天能坐火箭登上一個陌生星球并探索其獨特的地貌就激動萬分。我被拽入了這些驚人發(fā)明的磁場中，明白自己的命運以某種形式與這部劇中展現(xiàn)的科學(xué)奇跡緊密相連。

 

如同事實所證明的那樣，我的經(jīng)歷并非個例。許多極為杰出的科學(xué)家最初都是通過接觸科幻作品對科學(xué)產(chǎn)生興趣的。

偉大的天文學(xué)家埃德溫·哈勃沉迷于儒勒·凡爾納的作品。在閱讀了凡爾納的作品后，哈勃放棄了一份前途光明的法律工作，并且違背他父親的意愿，開始從事科學(xué)方面的職業(yè)，最終成為20世紀(jì)最偉大的天文學(xué)家。

著名天文學(xué)家和暢銷書作者卡爾·薩根發(fā)現(xiàn)埃德加·賴斯·巴勒斯的《火星上的約翰·卡特》系列小說點燃了自己的想象力，夢想有一天能像約翰·卡特那樣探究火星上的沙粒。

 

阿爾伯特·愛因斯坦去世時我還是個孩子，但是我記得人們曾經(jīng)低聲談?wù)撍纳脚c死亡。次日，我從報紙上看到了一張他書桌的照片，上面擺著他最偉大的、未完成的研究成果的手稿。我問自己，什么事情如此重要，以至當(dāng)代最偉大的科學(xué)家都無法完成？

報紙上的那篇文章宣稱愛因斯坦有一個不可能實現(xiàn)的夢想，一個異常困難、人類無法解答的難題。我花費了數(shù)年才弄明白那份手稿的內(nèi)容：一個宏大的、統(tǒng)一的“萬有理論”。他的夢想——花費了他人生最后30年的夢想——幫助我將精力集中到自己的想象上。我希望我能夠為愛因斯坦的未竟事業(yè)盡一份綿薄之力，將一切物理定律統(tǒng)一到一個理論中。

 

當(dāng)我更大一些的時候，我意識到，雖然飛俠哥頓是個英雄，并且永遠能獲得女孩的青睞，但事實上使這部劇獲得成功的是科學(xué)家。沒有扎爾科夫博士，就沒有火箭飛船，就沒有赴蒙格星球的旅行，地球就不可能被拯救。英雄氣概得靠邊站，沒有科學(xué)就不會有科幻。

 

我開始明白，從這些故事所涉及的科學(xué)原理來看，它們是完全不可能實現(xiàn)的，它們僅僅是想象力馳騁的產(chǎn)物。長大成人意味著將這樣的幻想擱置起來。

 

我被告知，在真正的生活中，一個人必須放棄不可能的事物，轉(zhuǎn)而擁抱現(xiàn)實。

 

如果我要繼續(xù)迷戀不可能的事物，解決之道就進入了物理學(xué)領(lǐng)域。如果缺少前沿物理學(xué)方面的堅實基礎(chǔ)，我將永遠對著未來科技苦思冥想，而不明白它們究竟是否可行。我意識到自己必須專注于高等數(shù)學(xué)，并且學(xué)習(xí)理論物理學(xué)。因此我這么做了。

 

上高中的時候，我在我母親的汽車庫里組裝了一臺核粒子加速器作為科學(xué)展覽參展作業(yè)。我去西屋電氣公司收集了400磅變壓器廢鋼。圣誕節(jié)期間，我在高中的足球場上繞了22英里長的銅絲。最終，我制造出了一臺功率為230萬電子伏特的電子感應(yīng)加速器，它需要消耗6千瓦電力（相當(dāng)于我家房子輸出的總功率），能產(chǎn)生相當(dāng)于地球磁場20000倍的磁場，目標(biāo)是制造出威力足以產(chǎn)生反物質(zhì)的γ 射線（伽馬射線）。

 

我的科學(xué)展覽項目使我進入了國家科學(xué)展，最后還使我實現(xiàn)了夢想，獲得了哈佛大學(xué)的獎學(xué)金。在那里，我最終得以追求我成為一名理論物理學(xué)家的目標(biāo)，并且追隨我的偶像——愛因斯坦的腳步。

 

如今，我還會收到來自科幻小說作家和劇本作家的電子郵件，讓我?guī)椭麄兲剿魑锢矶傻臉O限，使他們的故事更具說服力。

“不可能”是相對的

作為一名物理學(xué)家，我認(rèn)識到“不可能”往往是一個相對的概念。在我年少的時候，有一天我的老師走近墻上的世界地圖，指著南美洲和非洲的海岸線?！斑@難道不是一個奇怪的巧合嗎？”她說，“兩者的海岸線形狀相互吻合，不就像一塊拼圖嗎？有些科學(xué)家推測它們可能曾經(jīng)是同一塊遼闊大陸的兩個部分。但那是愚蠢的。不可能存在能推開兩塊巨大的陸地的力量。這樣的想法是無可救藥的?！?/span>

 

在這之后的一年我們學(xué)到了恐龍。我們的老師告訴我們，恐龍統(tǒng)治地球數(shù)百萬年，然后有一天它們?nèi)肯Я耍y道這不是怪事嗎？沒有人知道它們?yōu)槭裁礈缃^。一些古生物學(xué)者認(rèn)為可能是一顆來自太空的流星殺死了它們，但那是不可能的，那更像科幻小說里發(fā)生的事情。

 

今天，我們知道，在板塊構(gòu)造中大陸確實會移動，并且6500萬年之前一顆直徑達6英里的巨大流星最有可能是毀滅恐龍與地球上許多生命的元兇。在我自己的短暫人生歷程中，我已經(jīng)一次又一次目睹看起來不可能的事物成為確定無疑的科學(xué)事實。所以，或許有一天我們能將自己從一處傳送到另一處，或者能建造出一艘能在某一天帶我們到達幾光年之外的星球的宇宙飛船，這些難道是不可能的嗎？

 

一般來說這樣的偉業(yè)在如今的物理學(xué)家看來是不可能實現(xiàn)的。它們是否會在幾個世紀(jì)內(nèi)，或者科技更加發(fā)達的幾千年后，又或者100萬年后成為可能呢？如果我們通過某種途徑遇見一種領(lǐng)先我們100萬年的文明，那么他們的常用科技對我們來說會不會看起來像“魔法”呢？某些事物僅僅因為在今天是“不可能的”，在未來的幾個世紀(jì)或數(shù)百萬年中就仍舊是不可能的嗎？

 

科學(xué)在20世紀(jì)取得了長足的發(fā)展，特別是誕生了量子理論與廣義相對論，現(xiàn)在我們已經(jīng)可以大致估計這些夢幻般的科技將在何時（如果的確會有那么一天）可能被實現(xiàn)。現(xiàn)在，隨著更為先進的理論（比如弦理論）的產(chǎn)生，連一些屬于科幻范疇的概念（如時間旅行和平行宇宙）也正在被物理學(xué)家們重新評估。回想150年以前那些被當(dāng)時的科學(xué)家們宣布為“不可能”的科技成果，如今已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧?/span>

儒勒·凡爾納在1863年寫完了一部小說—— 《20世紀(jì)的巴黎》。這部小說被塵封起來，并且被遺忘了一個多世紀(jì)，直到凡爾納的重孫發(fā)現(xiàn)它，并且在1994年將其首次出版。在書中，凡爾納預(yù)言了巴黎在1960年可能會呈現(xiàn)的面貌。他的小說中充滿了在19世紀(jì)看來顯然不可能的科技，包括傳真機、一個世界性的通信網(wǎng)絡(luò)、玻璃建造的摩天大樓、燃氣動力汽車和高速高架火車。

 

不出意料，凡爾納之所以能做出這樣了不起的精確預(yù)測，是因為他沉浸于科學(xué)的世界中，從他周圍的科學(xué)家那里汲取智慧。對于科學(xué)基礎(chǔ)原理的深刻理解使他做出了這樣驚人的預(yù)言。

 

令人遺憾的是，19世紀(jì)一些最偉大的科學(xué)家持相反的立場，并且宣布許多科技是不可實現(xiàn)的，毫無指望。開爾文勛爵或許是維多利亞女王時代最杰出的物理學(xué)家（他葬于威斯敏斯特教堂，在艾薩克·牛頓的身邊），他宣稱像飛機那樣“比空氣更重的”裝置是不可能實現(xiàn)的。他認(rèn)為X光是無聊的把戲，無線電沒有未來。發(fā)現(xiàn)了原子核的科學(xué)家盧瑟福爵士對制造原子彈的可能性不屑一顧，認(rèn)為那是妄想。

19世紀(jì)的化學(xué)家宣布尋找“賢者之石”——神話故事中的一種可以化鉛成金的物質(zhì)，一個科學(xué)的死胡同。19世紀(jì)的化學(xué)建立在元素像鉛那樣永恒不變的理論基礎(chǔ)上。然而，如今我們原則上可以用現(xiàn)在的核粒子加速器把鉛變成金子。想想吧，現(xiàn)今的電視機、計算機和互聯(lián)網(wǎng)在20世紀(jì)初看起來是多么不切實際。

 

黑洞曾被認(rèn)為是科學(xué)幻想。愛因斯坦本人在1939年寫過一篇論文，“證明”黑洞永遠不可能形成。然而，今天哈勃太空望遠鏡和錢德拉X 射線天文望遠鏡已經(jīng)觀察到了太空中數(shù)千個黑洞。

 

這些科技之所以被視為“不可能”，是因為在19世紀(jì)以及20世紀(jì)前期，物理與科學(xué)的基本定律尚未被知曉。考慮到當(dāng)時對科學(xué)理解的巨大空白，特別是在原子層面上的空白，這些發(fā)展被認(rèn)為不可能也不足為奇。

研究“不可能”

對不可能的事物的認(rèn)真研究常常會開拓出完全出人意料的科學(xué)疆域。舉例來說，幾個世紀(jì)以來，物理學(xué)家對于“永動機”的探索徒勞無功，令人沮喪，這使物理學(xué)家們得出結(jié)論——這樣的機器是不可能存在的，迫使他們提出了能量守恒和熱力學(xué)三大定律的假設(shè)。如此一來，對制造永動機的徒勞探索開啟了熱力學(xué)的全新領(lǐng)域，在某種程度上為蒸汽機、機械時代和現(xiàn)代工業(yè)社會奠定了基礎(chǔ)。

 

19世紀(jì)末，科學(xué)家們認(rèn)定地球“不可能”有數(shù)十億年的歷史。開爾文勛爵斷然宣布熔融的地球可以在未來的2000萬年到4000萬年間冷卻，駁斥了宣稱地球可能有幾十億年歷史的地質(zhì)學(xué)家和達爾文主義生物學(xué)家。由于居里夫人和其他科學(xué)家發(fā)現(xiàn)核力，證明了地心在放射性衰變的加熱下，可以將熔融狀態(tài)保持幾十億年，“不可能”被證明為完全可能。

 

我們對不可能的事物的忽略會給自己帶來危險。

 

20世紀(jì)20年代和30年代，現(xiàn)代火箭學(xué)的奠基人羅伯特·戈達德曾遭到認(rèn)為火箭永遠無法在太空運行的人的嚴(yán)重非難。他們挖苦他，并將他的追求稱作“戈達德的蠢事”。1921年，《紐約時報》這樣挑剔戈達德博士的作品：“戈達德教授不知道作用力與反作用力之間的聯(lián)系，也不知道必須有一些比真空更合適的事物用來進行反作用。他似乎缺乏高中物理的基本知識?！被鸺遣豢赡艹晒Φ模庉嬤駠u道，因為在太空沒有可以用以推進的空氣。

令人悲哀的是，有一位國家元首切實理解了戈達德的“不可能的”火箭意味著什么，他就是阿道夫·希特勒。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國先進得不可思議的V-2火箭如雨點般在倫敦落下，造成了眾多的死亡與巨大的毀壞，幾乎使倫敦屈服。

 

對不可能的事物的研究可能也改變了世界的歷史進程。

 

20世紀(jì)30年代，人們廣泛認(rèn)為，甚至愛因斯坦也認(rèn)為，原子彈是“不可能的”。根據(jù)愛因斯坦的方程E=mc2，物理學(xué)家們了解到，原子核的深處蘊含著巨大的能量，但是由單個原子核釋放的能量實在微不足道。不過，原子物理學(xué)家利奧·齊拉特記得自己讀過H.G. 威爾斯出版于1914年的小說《世界解放》（The World Set Free），在小說中威爾斯預(yù)測了原子彈的發(fā)展。

書中說，原子彈的奧秘將在1933年由一位物理學(xué)家解開。齊拉特是在1932年偶然看到這本書的，在這本小說的激勵下，他在1933年（威爾斯于20 年前所預(yù)測的年份）碰巧產(chǎn)生了通過一個鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放大單個原子能量的構(gòu)想，這樣一來，分裂一個鈾核產(chǎn)生的能量可以被放大幾萬億倍。齊拉特隨即開始進行一系列關(guān)鍵性試驗和與愛因斯坦以及富蘭克林·羅斯?？偨y(tǒng)的秘密談判，談判促成了制造原子彈的曼哈頓計劃。

 

一次又一次，我們看到，對不可能的事物的研究打開了全新的視野，拓展了物理學(xué)和化學(xué)的疆界，并且迫使科學(xué)家們重新對自己所說的“不可能”下定義。正如威廉·奧斯勒爵士所言：“一個時代的信仰在下一個時代成為謬誤，過去的荒唐愚蠢卻成為明日的睿智。”

 

許多物理學(xué)家贊同《永恒之王》（The Once and Future King）作者T.H. 懷特的名言：“凡未被禁止之物皆是必然！”在物理學(xué)中，我們一直都能找到相應(yīng)的證據(jù)。除非有物理定律明明白白地不允許一種新現(xiàn)象產(chǎn)生，否則我們最后總能發(fā)現(xiàn)它存在。（在尋找新的亞原子粒子的過程中，這種情況就發(fā)生了好幾次。在探索禁忌事物的極限時，物理學(xué)家們常常會意外地發(fā)現(xiàn)新的物理定律。）T.H. 懷特的名言或許可以有這樣一個推論：“凡并非不可能之物皆是必然！”

 

舉例來說，宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金試圖找到一條禁止時間旅行的新物理定律，以證明時間旅行是不可能的，他把這一定律稱作“時序保護猜想”。不幸的是，在辛勤工作多年后，他未能證明這一原理。事實上，與之相反的是，物理學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)證明，禁止時間旅行的定律超出了當(dāng)今數(shù)學(xué)的范疇。如今，由于沒有物理定律可以否定時間機器的存在，因此物理學(xué)家們不得不慎之又慎地對待時間機器存在的可能性。

 

已經(jīng)有一種不可能的技術(shù)現(xiàn)在被證明為可能，那就是隱形傳送（至少在原子層面上可行）。甚至在幾年前物理學(xué)家們還認(rèn)為將一個物體從一個點傳送或發(fā)送到另一個點違背量子物理的定律。最初創(chuàng)作電視劇《星際迷航》（Star Trek）劇本的編劇們被物理學(xué)家們批評、挖苦，以至他們加入了“海森堡補償器”來解釋他們的傳送器，以彌補這一漏洞。今天，由于近期的重大科學(xué)突破，物理學(xué)家們可以將原子從房間的一邊傳送到另一邊，或者在多瑙河下傳送光子。

預(yù)測未來

做出預(yù)測總是要冒很大風(fēng)險，特別是對于未來數(shù)百到數(shù)千年內(nèi)的預(yù)測。物理學(xué)家尼爾斯·玻爾說：“做預(yù)測困難重重，尤其是事關(guān)未來?！钡?，儒勒·凡爾納所處的時代與當(dāng)今有一個根本的區(qū)別。今天，物理的基本定律已經(jīng)幾乎都被知曉了。當(dāng)今的物理學(xué)家了解驚人的43個數(shù)量級，內(nèi)到質(zhì)子，外到膨脹中的宇宙。結(jié)果，物理學(xué)家們可以懷著適當(dāng)?shù)淖孕抨愂鑫磥砜萍嫉拇蟾琶婷?，并且更好地區(qū)分那些未必可能的科技和真正不可能的科技。

 

卡爾·薩根曾經(jīng)寫道：“對于一種文明來說，有上百萬年的歷史意味著什么？我們已經(jīng)擁有射電望遠鏡和宇宙飛船好幾十年，我們有幾百年的科技文明歷史……先進文明領(lǐng)先我們上百萬年，正如我們領(lǐng)先灌叢嬰猴和獼猴那么久?！?/span>

 

在我自己的研究工作中，我專門集中精力在完成愛因斯坦“萬有理論”的夢想上。從個人角度而言，我發(fā)現(xiàn)，致力于發(fā)現(xiàn)一種最終可能回答當(dāng)今科學(xué)中一些最困難的不可能的問題的“終極理論”，是令人振奮的。這些問題有時間旅行是否可行、黑洞的中央有什么和宇宙大爆炸前的情形等。

 

我仍然陶醉于我與不可能的事物的終身戀愛，并且想知道這些不可能的事物中是否能有一些進入日常生活的范疇。

注：本文整合自《不可思議的物理》前言，加來道雄著

好啦！接下來又是我們的贈書福利時間！你從加來道雄的文章中讀懂了什么呢？趕緊留言告訴小探吧！截止至本周五（2021年7月9日23:59，以小編截圖為準(zhǔn)）點贊數(shù)量前三名的留言將獲得《不可思議的物理》一本！快來評論吧！（點贊數(shù)相同按留言時間先后順序，郵寄地目前只能是中國大陸地區(qū)，身在海外或港澳臺地區(qū)的獲獎小伙伴還請?zhí)峁﹥?nèi)地地址哦～）

---

推薦閱讀

誰為喬布斯寫下「致敬瘋子」的廣告詞

Windows 11：面子仿蘋果，里子反蘋果

Google 開放 Workspace，它會是下個「被砍」的產(chǎn)品嗎？

特斯拉砍掉擋桿，自動駕駛已經(jīng)開始改變?nèi)祟悾?/a>

戴著鐐銬起舞的算法市場