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对话现实版“谢耳朵”:多重宇宙和引力、超弦理论、暗能量

对话现实版“谢耳朵”:多重宇宙和引力、超弦理论、暗能量
2019年11月09日 23:36 新浪网 作者 AI科技大本营

  整理 | 德状

  编辑 | 若名

  出品 | AI科技大本营(ID:rgznai100)

  宇宙是一片广袤无垠、未知的区域,要想密切了解宇宙、探究宇宙的神奇与奥妙,需要从其中的基本理论和暗物质谈起。

  近日,在2019腾讯科学WE大会上,世界顶尖的理论物理学家、哥伦比亚大学教授 Brian Greene 讲述了超弦理论与宇宙中暗物质探索的进程。

  他生动的描绘了宇宙中的三种概念:第一,引力——指导宇宙运行的一个通行规律;第二,弦理论——将量子力学和引力匹配起来的全新认识维度;第三,暗能量——将以上两种概念结合诞生的产物。

  Brian  Greene教授声称,对于浩瀚的宇宙还有许多问题亟待发现与解决,同时现有的科学逐步证明多重宇宙的存在,如果假设成立、那将是物理学史乃至人类历史的创举。

  以下为Brian  Greene演讲内容实录,AI科技大本营(ID:rgznai100)整理:

  长期以来所谓“宇宙”这个词意味着——我们现在存在的所有事情都在里面。可是在过去的10年当中,科学家觉得好像无所不有的宇宙,其实只是一个更大、更宏伟、更宽广的宇宙全景当中的一小部分,这就是所谓的多重宇宙。

  对话现实版“谢耳朵”:多重宇宙和引力、超弦理论、暗能量

  下面我给大家介绍三个小故事,每个小故事都能够让我们去关注一种可能性,也就是我们也许生存在多重宇宙当中,并且是它的一部分。我们并不能够去证明多重宇宙真正存在,但这能够激励我们认真的对待这个概念,就像世界上有很多科学家所为之努力的那样。

  故事一:引力

  所有故事都有一个共同的特点,都依赖于我们要了解什么叫“引力”。所谓的“引力”就是首先由牛顿在1600年左右的时候,用物理学的语言进行了表述,该理论甚至能够预测星辰如何运转,行星如何围绕恒星运转。

  对话现实版“谢耳朵”:多重宇宙和引力、超弦理论、暗能量

  现在我们全世界的学生都学过这么一个方程,即牛顿万有引力定律,就这么一个小方程,甚至小到能够印在衬衫上。我们竟然用这么一个数学方程就可以预测物体应该在什么地方。当我们仰望星空的时候,数学说星辰在哪儿,它们就在哪儿。

  这可以说是我们认识的一个跃升,引力是指导宇宙运行的一个通行规律。但是牛顿还是漏了一些东西,没有告诉我们引力这个“力”到底是怎么运行的?它怎么会从一个地方到另外一个地方?到底太阳为什么在那儿?地球为什么在这儿?到底引力是如何发挥作用的呢?

  后来爱因斯坦出来了,解决了这个问题。他给了我们一种全新的引力思考方式。他说:“大家想引力的话可以打个比方,就像是有这么一个塑料薄膜,很有韧性;假设你扔出一个棒球的话,它就会直直的飞出去。如果说扔出去的这个物体够大够重的话,这个塑料薄膜就会弯下去,就不会是直线运行。即——如果是个小球它就会直线运行,但如果是大球的话,它就会走曲线,因为它把这个塑料薄膜的表面压弯了。”

  引力就是这样的,我们可以不用想它是一个薄膜,而是一个三维空间。可能全面的认识有点难,我们把它简化为二维,就像这个塑料薄膜一样,如果是太阳这么大的一个物体放上去的话,整个纹理就会发生卷曲,旁边就是地球,围着太阳系运转,它也会压弯这个环境;地球的旁边还有月球,月球也会压弯这个表面,这就是引力的运转机制。根据爱因斯坦的学说,星球的运转就是这样进行的。

  对话现实版“谢耳朵”:多重宇宙和引力、超弦理论、暗能量

  时空加上时间的维度当中就是这么运转的,1919年通过天文观测,验证了这样的一个学说。当时在日食的时候,光线轨迹变化验证了这一点,这使得爱因斯坦成为了世界上最受人尊敬的科学家,大家开始继承他的想法,再不断地发展这些想法。

  有这么一个人,他非常的杰出,叫做勒梅特。他是一个教士,但不止是一个神职人员,还有麻省理工的博士学位。他继承了爱因斯坦的方程,然后不止用于像太阳或者地球这样的物体,而是用于整个宇宙。

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  他的发现让人吃惊,爱因斯坦的数学并不会让宇宙保持静态、一成不变、永远持续,因为这样一个一成不变的宇宙和数学不符。如果是按照数学计算的话,假以时日宇宙将要么会变小,要么会变大。

  爱因斯坦认为宇宙应该是无穷无尽的,永远不变的。但是这个视角也发生了变化,就是因这个人的观测:哈勃。他一开始学法律当律师,后来成为了天文学家;他改变了职业路径,他用非常强大的天文台望远镜去观测整个银河系,也正是他发现宇宙在扩张,就像爱因斯坦的数学所计算出来的那样。

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  然后就产生了大爆炸。一开始宇宙非常紧致、高密度,然后就会变得越来越大,温度会降低,越来越凉,但是体积也越来越大,这个就是宇宙的起源。

  对话现实版“谢耳朵”:多重宇宙和引力、超弦理论、暗能量

  这里有一个不错的故事,它始于简单的数学,从牛顿简单的数学到爱因斯坦就复杂了一些,然后给了我们一个图景,告诉我们宇宙是如何从它的历史早期能够发展为现在,延绵到未来。

  所以,这是一个巨大的成就,想一想人类在这个星球上没活多少年,但是有这么一个数学的思想能够告诉我们宇宙起源。但这个理论还有一个问题解决不了,他没有告诉我们,是什么推动着最初的膨胀。

  可以说几十年来都没有解决这个问题,大家都认为引力是宇宙当中最强的力。我们一般想到引力的时候都想到什么样的力量会拉着我们往里,把什么东西都聚在一起,吸在一起,如果你想往外走,你就需要有一个力,从另一个方向来发挥作用。

  所以,到70年代末的时候,科学家开始研究爱因斯坦的数学,发现引力有两种形态:第一,引力,就像我们司空见惯的那样,就像我们在地球上有引力,我们不离开地面一样;第二,整个外太空当中有均匀分布的能量,它使得有另外一种引力,也就是所谓的反斥引力,它会把我们推出去。这样的一种能量就像宇宙的燃料一样,它会推动着我们这个宇宙不断地扩张。

  这个思想也是预测出来的,就是宇宙微波背景。这里面的颜色不同,这些东西代表着温度的差异,也就是十万分之一。

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  如果宇宙是快速爆炸的话,数学会告诉我们;如果是反斥重力发生作用的话,量子力学会告诉我们,通过产生宇宙的温度差来表示。这个就是它的预测——温度差在不同的点当中应当如何分布,大家可以看一下,统计分析刚才的那个图像,这就是观测值,曲线是数学算出来的,黄点是实际观测出来的,看一下它如何分布。

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  在我看来,这可以说这相当于人类能够创造出来的最美艺术品。宇宙与数学理论、观测和数学推算是完全一样的,光子的运转告诉我们,数学理论告诉我们宇宙到底如何起源的。

  我把这个提出来的原因在于它能够符合多重宇宙的大局观。如果说这样的大局观是正确的,如果说大爆炸来自于这样的宇宙燃料推动着我们四散开去,这个图也可以告诉我们基本上不可能完全用光这样的燃料,有一些燃料在推动着大爆炸。但是还会剩下一些的话,剩下的那些会怎么办?再导致下一个大爆炸,再剩下来再爆炸一次、爆炸再爆炸,就使得一个宇宙就成为另一个宇宙。

  这是我们的大爆炸,剩下的燃料引发一次又一次的大爆炸,每一次都会产生它的星辰、星系,会变成真正的宇宙,存在于我们整个宇宙的大局观当中。

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  我们来理解这个问题,你就会发现,如果说你想推进到微观的世界当中就会出现问题。就是说让量子力学和引力能够匹配起来,我们需要有一个新的认识维度,这个新的认识就会产生新的思想,就是叫弦,这就是第二个故事了。

  故事二:弦理论 

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  在微观世界当中,我们就会看到,物质最根本的组织形态,比如夸克、电子,这些都是比较熟悉的微粒,好像由它们来组成世界。但还有这些非常微小、振动的能量弦,也许它们才是物质的本身、物质的核心。

  我们来进行一个美丽设想,看来世界上万世万物所有的东西,都来自于这些星系的能量弦的振动方式。在宏观尺度上,爱因斯坦讲了引力,也告诉我们有大爆炸的机理,然后产生了宇宙的可能。

  但到了微观,我们去看物质最后归结于这些振动的能量弦,这个故事的复杂之处就在于,数学从弦的角度来讲,要想成立有一个条件,也就是周边的世界超过三维,也就是大家都熟悉的长宽高。

  根据弦理论,要有更多的维度,这是我们熟悉的物体,上下前后左右,这几个我们都熟悉。再往下看,聚焦看,这里还有更多弯曲的弦,这个维度组成了不同的形状。

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  这些弦的振动方式,在微观世界当中是由额外维度的几何形状所决定的,这个理论的美妙之处就在于——如果我们知道这些额外维度在微观程度上准确的形状,我们就可以回答100年来回答不了的问题。

  为什么电子有自己的某一个质量,为什么夸克就是那么大的质量呢?最后所有的理论,都会决定这些额外维度的形状。

  80年代,我还是一个学生,那时我们只有5个已知额外维度的形状。经过继续努力,一直研究到了90年代的时候,发现可能的额外维度的形状,到后来就成千上万了。不过还好,反正物理学家总要有些事要干吧。再过多少年,这个数字成千上万,最后上百万,到现在有10的500次方这么大数量的可能有的不同空间形状。这么大数量怎么办?这么个理论如何往下发展?

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  有些人认为这个理论无法拿来预测,因为只有知道这个形状,知道它的振动,才能够进行预测,可是怎么选择其中的一个呢?有另外一种方式,它能够联系到多重宇宙的思想,也许形状不只一个,也许所有的形状都是正确的形状,它的正确之处在于也许不只有一个宇宙,而是有多重宇宙。

  我们再把这个跟第一个故事联系起来,想象一下如果有多重的大爆炸,每一次大爆炸产生一个不同的宇宙,每一个宇宙的额外维度形状不一样,额外维度在每一个宇宙当中如何去呈现?大家可以看到宇宙的情况,每一个宇宙额外维度的形状是怎么样的,我们的宇宙是这样的形状,但是还有别的宇宙,它们的形状对于额外维度来说是不一样的,因此物质性状也不一样。

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  故事三:暗能量

  下面讲第三个故事,它会把第一个和第二个故事联系起来,它是来自于我们这个时代的观测结果。90年代末,有两个天文学家团队共同宣布了一个科研成果,震惊整个物理学界。我们从哈勃可以知道宇宙在不断扩张,但是每一个人觉得空间体积越来越大,扩张速度应该越来越慢才对,因为引力会拉回来。也就是说,让每一个星系会越来越近。

  比如把苹果扔出去,它就会越飞越慢,大家认为空间的扩张也会慢下来,越往后越慢,但这两个天文学家团队得了诺贝尔奖,因为他们发现正好相反,空间的扩张并没有越来越慢,而是越来越快,四散奔逃,而且逃的越来越快。

  那么我们如何解释?为什么扩张越来越快?显然需要有个什么东西把它们推出去,第一个故事中讲到在爱因斯坦的引力理论当中,引力可以有反斥性的,这就是大爆炸的缘起。

  当时的想法是还有这么一个能量场,就是所谓的暗能量,弥漫于整个宇宙当中。房间和外面哪儿都有,也就是它们不断往外推,把我们推到这个宏大的宇宙当中,让本来就遥远的星系越来越远。

  这个解释有个问题。我们讲到多重宇宙,把这几个故事都能联系起来的一个方式在于我们要知道到底需要多少暗能量,才能够解释空间的扩张越来越快,这个数字很诡异,小数点之后120个零,最后是138,看到这么一个数字,可以说所有人的心都不禁一沉,因为我们想要去解释一下为什么测出来是这么一个数字。

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  在方程当中,数字一般都是1、2的平方等等乱七八糟的形式展现。我们想像普通的数字是那样,可我们得出这么一个数字。最后一页的数字是这样的,那我们怎么办?你可以放弃,说这个数字可能不知道从哪儿掉下来的,就是没法解释,这样的理论让我们大失所望。

  还有更极端的方式,就是提出多重宇宙这样的想法。用它来解释,因为如果每一个宇宙额外维度,根据弦理论形状不一样,这样的形状会使得物理不一样。比如说暗能量的值就不一样,所以我们的想法就是,这一个具体的数字就是存在,因为我们有10的500次方个宇宙,所以很容易得出这么一个数字,最后那个值就会非常小。

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  另外还有一个证据,现在这个宇宙,也许并不是唯一的宇宙。我们能验证这个想法吗?有可能,比如说可以看一下这是大爆炸的余下的余热,咱们看一下这个是背景辐射。

  如果说有多重宇宙存在,这些宇宙会不会相互碰撞,如果说它们有相互碰撞的撞击力,比如说像这个宇宙撞下去以后会有涟漪、波动。在温度的分布当中,在夜空当中的温度的分布里面会有差异,会显示过去出现过的宇宙。这就是别人的宇宙跟咱们的宇宙相互碰撞,咱们现在还找不到这样的数据。但如果有的话,就可以告诉我们,可能会有一些疯狂的想法,可能还存在一些别的宇宙。原则上是可以验证的,如果这个想法正确的话,宇宙就是这个样子。

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  我们离开地球,穿过太阳系的各个行星,脱离银河系,脱离了我们的宇宙。我们就是游荡于多重宇宙当中的一分子。最后再讲一下这个大背景是什么。

  我一开始讲的这三个故事,多重大爆炸,来自于宇宙学;额外维度有那么多形状,来自于弦理论,另外就是加速膨胀。

  这些东西都不能够证明多重宇宙存在,只是能够激励我们要认真对待这个思想,此外它能够符合我们在历史上看到的500年来的所见所闻。500年前当时的想法是地球是宇宙的中心,之后发现不是这样。

  然后,我们意识到地球围着太阳转,自然就认为太阳是宇宙中心,然后又发现不是这样,后来我们发现太阳只是几千亿颗恒星当中的一个。

  那银河系总应该是宇宙中心了吧?然后发现银河系又是几十亿个可观测宇宙当中的星系之一。也许这样的一个状况会不断出现,我们以后也许会认为我们的宇宙其实并不是整个宇宙空间的中心,而只是无数宇宙当中的一个。

  可以说,这是一个耸人听闻的想法,如果足够幸运的话,也许我们在有生之年能够找到一些证据。

  对话Brian  Greene教授

  问:在未来几年当中有没有希望通过实验或者宇宙观测去证明弦理论?其次,在高端物理界有一个沙漠理论认为,在这方面的重大发现还要再过几十年,因为现有的加速器和我们需要的加速器之间的能量差别非常大,这个能量的缺口达到12个数量级之多,您如何看这一说法?

  Brian Greene:第一,弦理论的提出可以说是一项雄心勃勃的科学创举,要把过去这百年来的物理学最重大的理论归为一统,一方面在宏观尺度上是爱因斯坦的广义相对论和引力学说,另一方面在微观尺度上的量子力学,要把这两大物理学的理论合在一起。

  可以说,让这两个尺度合为一起所需要的能量级非常之大。首先问到有没有可能在未来的几年当中通过实验或者观测证明弦理论,我非常的希望是答案是肯定的,但是如果从务实和理性的角度来讲,如果能够在未来的几年证伪这个理论,同样是让我觉得惊奇的事情。

  第二,如果在现在基础上提升12个数量级,现有的设备做不到,我们能想像到的设备、预见到的设备现在也还是做不到的,但是下一个阶段的重大发现必须要求从实验中获得启发。那也许需要一个国家或者几个国家有这样的远见和资源能够去领导世界,开发出下一代的科学仪器,不一定说一下子就要一步到位做到12个数量级的提升,也许会从先提升一个数量级、两个数量级开始。

  可能这样的国家就在此地——中国。我想总会需要一些国家能把我们带到下一个阶段,目前来讲的话,这个方面的进展还是难以预测的。

  问:粗浅的理解弦理论就是万物皆源于振动,前段时间,在中国无锡因为一个大货车使一个桥倒塌了,有一种说法是超载,另一种说法是这个大货车通过的时候,振动的频率和这个桥振动的频率一样,所有造成了桥的坍塌。这个有没有科学的理论基础?

  Brian Greene:这个新闻我不了解具体的情况,所以没有办法说是不是因为共振导致了这个桥的倒塌。

  但是,我了解在美国有一个更极端的例子,当时有一个大桥,桥上什么都没有,就是狂风吹过,风的频率和桥的振动频率产生了共振,当时从影像记录上也能够看到不可能的事情发生了,虽然这个大桥结构非常坚固,但是它摆动的情况就像小孩荡秋千一样,一开始小,但是越荡越大,最后导致了倒塌。

  也就是说,环境的频率和某一个结构物的频率之间可能会产生共振,这个共振大到导致灾害事故的发生,是有这么一个可能性的。但这个解释是不是可以用来解释您说的这个事故,我还不知道。

  问:复杂性科学一直在研究关于秩序这个问题,他们在研究秩序是如何形成的,但是一直困惑的是秩序为什么可以累积而不会倒塌,请问弦理论可以回答这个问题吗?其次,弦理论已经提出50年了,您也提到它需要时间去验证,这个理论是已经完善了、只待验证,还是说仍有自己的新进展?如果这个理论还没有被验证,是在静止等待被验证,还是说它已经基于计算、理论在现实中有所应用了?您个人在这方面的工作重心是什么?

  Brian Greene:第一个问题关于您说的复杂性科学,它其实研究的是一些很深刻的问题,比如说熵的累计,秩序的造成以及复杂的结构如何来长期地保持。

  一个例子,我们的生命就是一个很复杂的结构,而且可以长时间的去累计,不会太快地衰变。在这个方面,虽然说它是很重大的科学领域,但是弦理论本身对它没有什么太多直接的贡献。

  有关弦理论,看您怎么计算,它提出的时间不只50年,但是目前从理论建构来说,它还仍然处于理论发展的早期。在过去50多年当中,我们看到这个理论已经取得了很多进展,比如说我做学生的时候,觉得我们不可能参透的事情,现在已经变成已知的科学了。

  但是,这个理论还没有完全地理解一些基本原理,我们现在做的事更多像搭积木,这儿一块、那儿一块,而没有看到这个理论的全貌。在我们能够看到这个理论的全貌之前,我们都说这个理论还处于发展的初级阶段。

  我个人来讲,我研究的重点是一个非常奇怪的东西,就是如何预测我们这个世界不只是三维的,而是有更多的维度,额外的维度是什么样子,在数学上有什么样的性质?这是我长期以来孜孜以求的方向。

  而且我这个研究是高度地得益于一位中国著名科学家——丘成桐,他是我在哈佛念博士后时的导师。从数学、物理上来讲,目前这个理论还在发展的过程当中。

  问:您所研究的理论,未来可能帮人们战胜时间吗?能不能让人们跳跃一个时间维度回溯到过去?另外,您过去一直向公众科普这些晦涩难懂的理论知识,有人评价您是现实版的“谢耳朵”,会不会介意这样的称呼?

  Brian Greene:第一个问题,自1905年以来,大家就知道怎么能够战胜时间、迈向未来,可以说这个事100年前我们就知道了,但是还没有进入大众的视野。不过这个理论是清楚的,爱因斯坦就告诉我们怎么样通过宇宙的运行,然后跨进到未来。比如你到黑洞的边缘,就有可能走向未来。

  从科学上来说,这是一个假设,但是科学家们在这方面倒没有什么分歧。所以,从物理上来说,能够战胜时间,穿越到未来,这个大家比较认同。

  但您问的问题更复杂,就是我们怎么能够回到过去,比如说通过宇宙弦、虫洞等等不同的架构去实现。我自己的直觉是,这些做法应该是不能奏效的,因为就我对物理学的了解来说,这种物理理论还不足以让我们能够回到过去。

  就今天而言,回到过去的这扇门是关上的,但是我想回到过去的机会之窗还是小小地打开的。但虽然有这么一个机会之窗,目前还是做不到。

  第二个问题,《生活大爆炸》当中我客串了一个小角色,以往倒没有听说有人把我叫做“谢耳朵”,但是就算这么叫了我也完全不介意。我们希望让科学的概念融入到大众文化中。

  在过去几十年来有这么一个问题,科学存在于大学、学术期刊这些象牙塔当中,它是一个孤岛,并没有能够融入到大众当中。

  因此,我觉得如果能够让科学的语汇、科学的概念进入到大众文化中,任何的事业我都是支持的。

  问:2015年、2017年还有2019年的诺贝尔奖都颁给了天体物理领域,这是非常难得的,您能不能预言接下来在该领域会有哪些重大突破?要取得这样的突破,科学家们要努力的方向是什么?

  Brian Greene:我觉得我如果能回答您这个问题就太好不过了,很希望能答出来,因为如果知道下一个突破来自于何处的话,自己马上就着手去做了。我也不知道科学下一个突破到底会出现在什么地方。但如果猜一下的话,我觉得黑洞的可能性会比较大,因为去年春天,我们第一次取得了黑洞的所谓照片,也就是通过天文望远镜给它做了一个图片出来。

  在黑洞这个方面,我们说它是个最强大的物理实验室,能够把很多的思想推向极致来去加以研究;在黑洞研究这个方面,观测手段上有了突破;同时从理论探索上,大家又有强烈的意愿,因此它就具备很好的条件,能够在相对较短的时间当中取得重大的突破,能够让我们更深入地了解宇宙。

  问:您是否建议中国建设对撞机?如果我们建了一个的话,您期望从中看到什么?其次,弦理论是最前沿的理论,同时量子计算机是最复杂的计算设备,您觉得哪个更难?是不是弦理论可以帮助我们开发量子计算机?量子计算机是不是能够帮助我们检验弦理论?

  Brian Greene:回答第一个问题,如果说中国能够建设下一代的大型对撞机,将是中国对世界做出了一个极为重大的贡献。

  另外您问能从里面找到什么。也许能够找到超对称粒子,或者是宇宙的额外维度,这些是弦理论提出的概念。但是我们不需要在这里坐而论道去猜想,也许我们找到的东西是我们根本没有想到的,也可能是我们没有听说过的东西,是能够去挑战人类想像极限的东西。

  所以,我们要探索未知领域,去探索的时候,并不是说我们到未知领域找到一个已知或者已经设想到的事情,而是到未知领域找到我们没有想到的、让我们感到特别惊奇的事情,这才叫探索未知,这才是我们期望这个设备能够发现的东西。

  量子力学这样一个科学理论的提出是1920年代,当时提出这个理论之后,大家觉得这个学说特别的荒诞,可是就这么一个荒诞的奇说,现在演进到能拿它指导量子计算机的开发,而量子计算机能够解决传统计算机上万年也难以解决的问题。

  所以,从实验的角度来讲,它也能够给我们一些贡献,实验观测的仪器或者手段提高会不会反过来带动理论的精进呢?我想这个会发生,也就是说理论、想法提出来之后,拿它去开发建设一些实际的东西,这个实际的东西会再反哺理论,丰富对于理论的知识。这个就是科学最佳的境界,理论和实践携手共进,共同推动科技的进步。

  问:中国是不是现在科学研究最好的选择?

  Brian Greene:我看到在中国这边,大家有这个兴趣和意愿去领导这个世界,去不断地推进科学研究的前沿。而且别的国家这个方面已经做了一些初步尝试,中国如果再做的话,就是站在别的国家努力的基础上,在别的国家巨人的肩膀上去做自己的工作。

  中国这边可能会在粒子物理学这方面完全颠覆科学已有的成果,可能会远远领先于美国等其它国家,因为中国有这方面的人才、资源,而且中国在做这个事情的时候,可以不是单打独斗,可以成为世界各国的“磁铁”,由中国牵头启动这项工作,汇集全天下的英才,共同从事这样的全人类事业。这个全人类事业可以在中国启动来做,但它是一个全人类的事情。

  问:引力波的发现会用来验证存在或者不存在平行宇宙吗?中国有一个著名的科幻作家叫刘慈欣,他在《三体》里面提到未来的宇宙战争是高维生物通过降低维度消灭低维生物,在您的理解中未来有可能出现这种情况吗?

  Brian Greene:引力波或者额外维度并不是我们新观测手段第一次使用的案例,可以说整个宇宙学的发展史就是观测手段不断地丰富、我们的发现不断累积的结果。我们知道最开始的时候,古人研究天文就是用肉眼去看,然后记录下来,这是我们祖先观测的方式,他能够观测到的就是人眼看到的。后来发明了望远镜,可以拓宽我们的视野,能够看到更多的可见光谱范围之内的事情,让我们能够观察日月星辰的运行、宇宙的活动等等。再往后有射电望远镜、红外望远镜等等利用电磁手段去观测、记录电磁信号的方式。

  每一次的观测手段革新都会给我们带来惊喜的发现,我们用不同的角度、不同的手段观测宇宙时,就会看到一个不同的宇宙。

  现在我们有了引力波去作为又一重不同观测的角度,这是一个全新的观测方式。如果我们不能获得惊人的发现,那这件事才是惊人的,所以这个就是我们感到兴奋的所在。

  关于降维打击方面我真的一无所知。

  问:刚才您说到您对多维度有比较深入的研究,您认为将来人类除了漫威英雄以外,有没有可能通过时间旅行,或者以其它方式到达其它维度?您之前有一个演讲提到现在多元宇宙在加速扩张,在您看来多元宇宙的加速和扩张有没有一个边界?在这些多元宇宙之中,是不是只有我们所处的小宇宙才适合人类和生命的生存?

  Brian Greene:您说能不能在多元宇宙中跨宇宙旅行,这个取决于您到底谈论哪一个版本的理论,或者哪一种科学理论。比如说我几年前写了一本书解释多元宇宙,每一个章节对应的是基于不同的理论解释宇宙,比如有基于量子力学、宇宙大爆炸、扩张宇宙的,还有基于弦理论的,它提出来说有多次的大爆炸,不只是一次,每一次都会形成不同的形态,包括弦的样态等等。

  另外还讲到“膜”,它形成了多元宇宙,也就是说每一重宇宙都生存在整个空间的不同切片上,我们要讲到能不能在宇宙之间穿行。你要了解到底讲的是哪一种不同的宇宙,至于在不同的宇宙之间是不是存在一个可以穿越的路径,确实有信号有可能从一个宇宙发到另外一个宇宙当中,但是遗憾的是没有一种信号是人体的组成部分。

  也就是说,虽然有这么多种不同的版本、宇宙,但是不太可能在不同的宇宙之间搞一个公交系统,让大家往来无阻。

  我们所熟悉的这些结构,不管是日月星辰也好,还是人体等等,这个结构都是存在于宏观三维的空间当中,如果还有这么一个宏观四维的空间、里面粒子可以自由的游走,即使有这种结构它也会崩塌。

  也许还有其它的可能吧,其它不同存在的形式,但是肯定不是以您或者我这种形态存在的,因为我们这样的一个生命样态是在宏观三维的世界当中,通过不断的进化,然后才形成目前可以存活的状态。

  问:您现在担不担心有“萨根效应”?您写了很多科普读物,在写作当中有什么样的体会?

  Brian Greene:曾经有一段时间如果一个科学家离开了实验室,把科学带给大众,这样的人会在科学界被人看不起。您所讲的萨根,应该叫卡尔·萨根,他是美国一个非常出色的天文学家,研究的是行星等科学理论,同时也参加过外太空探索计划,包括把探测器发射到星系当中。

  他当时做了很多科普工作,也启发了我作为一个爱科学少年的求知之心。不管在美国还是其它国家,现在科学家们已经得到了显而易见的结论:如果大众对科学没有热情,科研经费就无从谈起;如果大众不关心科学,就没有意愿建设大型的科学仪器;如果大众不爱科学,也不会产生学习理工科以及探索科学前沿的下一代的后来者。

  所以,科学界有一个共识就是我们要通过科普争取民心。在现在这个时代,在美国这个国家,当领导人觉得科学没有价值、真理没有价值、事实没有价值的时候,科学界需要用科学之光点亮这个世界,引导我们去探索这个世界的真知。

  问:您在电影、电视剧里也扮演一些角色,您也去很多国家做科普讲座,您如何分配您的时间,给出足够的时间做研究,以及您上述的这些像明星一样的行为是否会耽误您做更深一步的研究?关于弦理论,除了用于宇宙研究之外,中国有个名词叫“心弦”,它可能是世界上最细的一个弦,我不知道这个弦和您的弦理论是否可以交叉应用,比如说能够运用于爱情、情感交流等事情上?

  Brian Greene:对我个人来讲,要想平衡时间的分配确实是重大的一个挑战,但是我想除了研究之外,我还有热情干很多别的事情,比如科普、公开活动上发言等等。假设一天下来,我盘点觉得今天做的这个事情有价值,可能会产生一些影响,有满足感的话,这一天我就算过得值了。人生苦短,我们也很难预测到底最重大的影响产生于什么地方,可能我做的科学突破会有重大的影响;可能我的科普启发了一个热爱科学的孩子,他以后会有一个重大的突破;可能通过我的这种努力促成国际合作,建设下一代的对撞机,都有可能。

  所以,最终就是这一天我跟着感觉走,感觉怎样过是有价值的,这一天就怎么度过。

  关于抽象的科学原理、科学突破和具象的人文关怀之间有什么联系,我觉得是有联系的。我们讲人际之间有联系,而且人要立身处世,要考虑各个方面,而且我们要在政、商、学、企等各个方面游刃有余,存活于这个世界上,这样的话也都需要我们有各方面的联系。

  具体讲到弦理论本身对人生有什么样帮助的话,弦理论作用的空间尺度和芸芸众生每天生活的尺度差别太大了,尤其中间的联系更多是诗意的联系,或者是比喻层面的联系。我想如果有朝一日,微观世界和宏观世界之间能够通过理论把它联系在一起,这样的话整个世界不同的尺度就可以万法归一了,当然这个事也许1000年以后才会出现。

  问:首先,科学家往往思路清晰,不同于大众,您怎么能够在在做科普的时候心中不忘大众,能够带着我们想像这个十一维的世界?其次,我看过你的一个TED演讲,里面讲到验证的方面,不知道验证到什么阶段,3-5年当中会有什么重大的突破?

  Brian Greene:我倒不觉得科学家的思路和大众有太大的差别,其实差不了多少,有些人可能善于这件事,有些人可能善于那件事,大家各有长短之处。但是爱因斯坦可能高高在上,我们这些人可能在下面。

  虽然思路没有什么不同,但是科学家日常使用的理论工具、思维工具可能是不同于寻常人的。我觉得不能只靠技术工具、数学工具,我在这个基础之上还发展了一种形象化的思维,这样在做科普的时候,往往是把这些形象传达给公众,用我的语言描述我头脑当中的形象。但是形象思维的基础依托是技术、数学当中所取得的知识,所以这个可能是相同或者不同的一些地方。

  你问到的TED演讲,这个时间比较早,2005年的时候讲的,当时我们想说是不是可以通过日内瓦那个大型对撞机的对撞,找到一些额外维度的证据,但是最后没有找到,其实有点失望,但是也并不意外,因为它的思想是通过对撞,质子相撞击之后有碎片,能够把它放射到其它的维度当中,然后加以证明。也许那个机器很强大,但是还不够强大,不足以让我们把碎片发射到别的维度当中。

  我们还可以建设更大的对撞机、加速器,比如在中国就可以搞,比原来那个可能要强大10倍、50倍,超过瑞士、日内瓦的对撞机,但是不能说这样就一定能够找到额外维度,这个我不能确定。

  之前问到我这个方面的问题,可以说这就是一个未知的领域,还没有足够技术能力的领域,我们的探索还是不够的。一方面即使你建设了更大的设备,还是不够让我们找到额外的空间,另一方面是我们可能找到了比额外维度更惊人的科学发现,这都是有可能的,这个就是基础研究的魅力、本质所在。

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