多多读书

手机浏览器扫描二维码访问

第20部分（第1页）

格斯玻色子也许存在，也许不存在；这完全是为了赋予粒子质量而发明出来的。　　你看得出，这个模型真是有点儿笨拙，但这是可以用来解释粒子世界全部情况的最简单的模式。大多数粒子物理学家觉得，正如利昂·莱德曼在1985年的一部电视片里说的，标准模型不大优美，不大简明。〃它过于复杂，有许多过于武断的参数。〃莱德曼说，〃我们其实不明白，为了创造我们都知道的宇宙，造物主干吗要转动20个门把来设定20条参数。〃实际上，物理学的任务是探索最终的简洁性，而迄今为止的一切都乱成了美丽的一团……或者就像莱德曼说的：〃我们深深地感到，这幅图画并不美丽。〃　　标准模型不但很笨拙，而且不完整。一方面，它根本没有谈到引力。找遍整个标准模型，你找不出任何解释，为什么放在桌上的帽子不会飞上天花板。为了赋予粒子以质量，你不得不引入假设的希格斯玻色子，它是否真的存在，要靠21世纪的物理学来解决。正如费曼所由衷地认为的那样：〃因此，我们对这个理论处于进退两难的境地，不知道它是对的还是错的，但我们确实知道它是有点儿错的，或者至少是不完整的。〃　　物理学家试图把什么都扯到一起，结果想出来一种所谓的超弦理论。这种理论假设，以前我们认为是粒子的夸克和轻子，实际上都是〃弦〃……振动的能弦，它们在11维中摆动，包括我们已知的3个，维度再加上时间，以及7个别的维度，它们，哎呀，我们现在还无法知道。这种弦非常微小……小得可以被看成是点粒子。　txt小说上传分享

第十一章　马斯特·马克的夸克（3）

通过引入额外的维度，超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起，但是，这也意味着，科学家关于这个理论的任何解释，听上去都会令人惴惴不安，犹如公园凳子上的陌生人告诉你某个想法，你听了会慢慢走开一样。比如，物理学家米奇奥·卡库是这样从超弦理论的角度来解释宇宙的结构的：　　　　杂化弦由一根闭合的弦组成，它有两种振动模式，顺时针方向的和逆时针方向的，要以不同的方式来对待。顺时针方向的振动存在于一个10维空间。逆时针方向的振动存在于一个26维的空间，其中有16维已经被压实了。（我们知道，在卡鲁扎原先的5维空间里，第5维被卷成一个圈，已经给压实了。）　　　　如此等等，洋洋洒洒350页左右。　　弦理论又进一步产生了所谓的M理论。该理论把所谓〃膜〃的面，纳入了物理学世界的灵魂。说到这里，我们恐怕到了知识公路的站点，大多数人该下车了。下面引了《纽约时报》上的一句话，它以尽可能简单的语言向普通读者解释了这种理论：　　在那遥远遥远的过去，火成过程以一对又平又空的膜开始；它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里。。。。。。两张膜构成了第5维的壁，很可能在更遥远的过去作为一个量子涨落产生于无，然后又飘散了。　　无法与之争辩，也无法理解。顺便说一句，〃火成〃源自希腊文，意为〃燃烧〃。　　现在，物理学的问题已经达到这样的一种高度，正如保罗·戴维斯在《自然》杂志里说的，〃非物理学家几乎不可能区分你是合乎常情的怪人，还是彻头彻尾的疯子〃。有意思的是，2002年秋，这个问题到了关键时刻。两位法国物理学家……孪生兄弟伊戈尔·波格丹诺夫和格里希卡·波格丹诺夫……提出了一种关于极高密度的理论，包括〃想像的时间〃和〃库珀…施温格…马丁条件〃这样的概念，旨在描述无，即大爆炸以前的宇宙……这段时间一直被认为是无法知道的（因为它发生在物理现象及其特性诞生之前）。　　波格丹诺夫理论几乎立即在物理学家中间引起争论：它到底是胡说八道，一项天才的成就，还是一个骗局？〃从科学的角度来看，显而易见，它多少是彻头彻尾的胡说八道。〃哥伦比亚大学的物理学家彼得·沃伊特对《纽约时报》记者说，〃不过，近来，它跟许多别的文献没有多大区别。〃　　卡尔·波普尔被斯蒂芬·温伯格称之为〃现代科学哲学家的泰斗〃。有一次，他提出，物理学很可能没有一种终极理论……每一种解释都需要进一步的解释，形成〃永无穷尽的一连串越来越基本的原理〃。与之相对的可能性是，这种知识也许是我们完全无法理解的。〃幸亏，迄今为止，〃温伯格在《终极理论之梦》中写道，〃我们的理智资源似乎尚未耗尽。　　〃　　几乎可以肯定的是，这个领域将出现更多的见解；几乎同样可以肯定的是，这些见解将是我们大多数人所无法理解的。　　　　正当20世纪中叶的物理学家在迷惑不解地观测小世界的时候，天文学家发现，同样引人注目的是，对大宇宙的理解也是不完整的。　　上次谈到，埃德温·哈勃已经确认，我们视野里的几乎所有星系都在离我们远去，这种退行的速度和距离是成正比的：星系离得越远，运动的速度越快。哈勃发现，这可以用个简单的等式来加以表示：Ho=vd（Ho是常数，v是星系飞离的速度，d是它离开我们的距离）。　　自那以后，Ho一直被称之为哈勃常数，整个等式被称之为哈勃定律。哈勃利用自己的等式，计算出宇宙的年龄大约为20亿年。这个数字有点儿别扭，因为即使到20世纪20年代末，情况已经越来越明显，宇宙里的许多东西……很可能包括地球本身……的年龄都要比它大。完善这个数字是宇宙学界一直关心的事情。　　关于哈勃常数，惟一常年不变的是对它的评价意见不一。1956年，天文学家们发现，造父变星比他们认为的还要变化多端；造父变星可以分为两类，而不是一类。于是，他们重新进行计算，得出宇宙新的年龄大约为70亿年到200亿年……不是特别精确，但至少相当古老，终于可以把地球的形成涵盖其中。　　在此后的几年里，爆发了一场旷日持久的争论，一方是哈勃在威尔逊山天文台的继承人阿伦·桑德奇，另一方是法国出生的、得克萨斯大学的天文学家热拉尔·德·沃库勒。桑德奇经过几年的精心计算以后，得出哈勃常数的值为50，宇宙的年龄为200亿年。沃库勒同样很有把握，哈勃常数为100。1这意味着，宇宙的大小和年龄只有桑德奇认为的一半……100亿年。1994年，情况突然变得更不确定，加利福利亚州卡内基天文台的一个小组根据哈勃天文望远镜的测量结果，提出宇宙的年龄只有80亿年……连他们也承认，这个年龄比宇宙里某些恒星的年龄还要小。2003年2月，一个来自美国国家航空和航天局及马里兰州高达德太空飞行中心的小组，利用一种名叫威尔金森微波各向异性探测器的新型卫星，信心十足地宣布，宇宙的年龄为137亿年，误差1　000万年左右。事情被搁置下来，至少在一段时间里。　　若要作出最后的定论，难度确实很大，因为往往有很大的解释余地。想像一下，你夜间站在一片空地上，想要确定远处两盏电灯之间的距离。如果使用比较简单的天文学工具，你很容易确定两个灯泡的亮度一样，以及一个灯泡要比另一个灯泡远50％的距离。但是，你无法确定的是，较近的那盏灯，比如是37米以外的那个58瓦的灯泡，还是米外的那个61瓦的灯泡。此外，你还必须考虑到由几个原因造成的失真：地球大气的变化，星际尘埃，背景恒星对光的污染，以及许多别的因素。因此，你的计算结果势必是以一系列嵌套的假设为基础的，其中任何一个都可能引起争议。还有一个问题：使用天文望远镜总是代价很高，在历史上，测量红移要长时间使用天文望远镜，令人注目地花钱很多。很可能要花上整整一个夜晚才能获得一张底片。结果，天文学家不得不（或者愿意）根据少得可怜的证据就下了结论。在宇宙学方面，正如记者杰弗里·卡尔指出的，我们〃在鼹鼠丘似的证据上建立起大山似的理论〃。或者像马丁·里斯说的：〃我们目前的满足（于我们的认识状态）也许反映了数据的匮乏，而不是理论的高超。〃

第十一章　马斯特·马克的夸克（4）

顺便说一句，这种不确定状态适用于比较近的东西，也适用于遥远的宇宙边缘。当天文学家说M87星系在6　000万光年以外的时候，正如唐纳德·戈德史密斯说的，他们其实是在说它大约在4　000万…9　000万光年之间……二者不完全是一码事。大宇宙里的事情自然是被夸大的。有鉴于此，我们目前有关宇宙最好的估计似乎是120亿…135亿年之间，但距离意见一致还差得很远。　　近来有人提出了一种很有意思的理论，认为宇宙根本没有我们原来以为的那么大；我们凝望远方所看到的有些星系，也许只是映像，是反射的光产生的重像。　　实际上，还有很多东西我们不知道，甚至在很基本的层面上……至少不知道宇宙是怎么构成的。当科学家们计算使东西保持在一起所需的物质的量的时候，结果总是发现远远不够。宇宙的至少90％，也许多达99％，似乎是由弗里茨·兹维基认为的〃暗物质〃组成的……那种生性我们看不见的东西。我们生活在一个多半连看都看不见的宇宙里，而却毫无办法，想到这一点真让人觉得有点儿不是滋味。至少有两个主要嫌疑的名字受到注意：据说，它们不是〃WIMP〃（〃弱互相作用大质量粒子〃，即大爆炸留下的看不见的微小物质），就是〃MACHO〃（〃晕状大质量致密天体〃，实际上只是黑洞、棕色矮星和其他光线很暗的恒星的另一种说法）。　　粒子物理学家往往赞成解释为粒子，即WIMP；天体物理学家赞成解释为星体，即MACHO。MACHO一度占了上风，但根本找不到足够的数量，所以风向又转向WIMP……问题是WIMP从来没有发现过。由于它们的相互作用很弱，因此很难识别它们（即使假设它们的存在）。宇宙射线会造成太多干扰。因此，科学家们必须钻到地下深处。在地下一公里的地方，宇宙射线的轰击强度只有地面的百万分之一。但是，即使把这一切都加上去，正如有一位评论家说的：〃宇宙在决算表上还相差三分之二。〃眼下，我不妨把它们称之为〃DUNNOS〃（某处未知非反射不可测物体）。　　近来有迹象表明，宇宙的星系不仅在离我们远去，而且离去的速度越来越快。这与人们的期望是背道而驰的。看来宇宙不仅充满暗物质，而且充满暗能量。科学家们有时将这称之为真空能或第五元素。无论如何，宇宙似乎在不断膨胀，谁也说不清这是什么道理。有理论认为，空空荡荡的太空其实并不空空荡荡……物质和反物质的粒子在不停地产生和消失……是它们在把宇宙以越来越快的速度往外推移。令人不可思议的是，解决这一切的恰恰是爱因斯坦的宇宙常数……他为了驳斥关于宇宙在不断膨胀的假设而在广义相对论里顺便引入的，也是他自称是〃我一生中最大的失误〃的那个小小的算式。现在看来，他毕竟还是对的。　　归根结底，我们生活在一个宇宙里，它的年龄我们算不大清楚；我们的四周都是恒星，它们到我们的距离以及它们彼此之间的距离我们并不完全知道；宇宙里充满着我们无法识别的物质；宇宙在按照物理学定律运行，这些定律的性质我们并不真的理解。　　以这样的一种很不确定的基调，让我们再回到地球，考虑一下我们确实理解的东西……虽然到目前为止，要是你听到我们并没有完全理解它这类话，你也许不会再感到吃惊……以及我们长期以来不理解而现在理解了的东西。

第十二章　大地在移动（1）

1955年，阿尔伯特·爱因斯坦办了生前最后一件专业方面的事……为一本书写了个短小而生动的前言。该书的题目是《移动的地壳：解答地球科学中的一些问题》，作者是一位名叫查尔斯·哈普古德的地质学家。哈普古德在书里坚决驳斥了关于大陆在漂移的观点。他以逗大家与他一起发笑的口气指出，少数容易上当受骗的人认为〃有些大陆的形状显然吻合〃　　。他接着说，似乎〃南美洲可以和非洲拼在一起，如此等等，有人甚至声称，大西洋两岸的岩石结构完全一致〃。　　哈普古德先生断然摈弃了任何这类观点，并且指出，地质学家卡斯特和门德斯已经在大西洋两岸进行了大量实地考察，毫无疑问地确定这些相似之处压根儿就不存在。天知道卡斯特和门德斯两位先生考察了哪些地方，因为大西洋两岸的许多岩石结构确实是一样的……不仅非常类似，而且完全一样。　　无论是哈普古德先生，还是那个年代的许多别的地质学家，这个观点怎么也听不进去。　　哈普古德提到的理论，最初是由一位名叫弗兰克·伯斯利·泰勒的美国业余地质学家在1908年提出来的。泰勒出生于一个富裕家庭，既有足够的财力，又不受学术约束，可以按照不同寻常的办法来从事研究。他突然发现，非洲海岸与对面的南美洲海岸的形状十分相似。根据这个观察结果，他提出了大陆曾经到处滑动的见解。他提出……结果证明很有先见之明地提出……几块大陆轰然撞在一起，形成了世界上的山脉。不过，他没有拿出多少证据，该理论被认为不切实际，不值得予以重视。　　然而，在德国，有一位理论家接受了泰勒的观点，而且予以高度重视。他就是马尔堡大学的气象学家阿尔弗雷德·魏格纳。魏格纳考察了许多植物和化石的反常现象，那些现象无法纳入地球历史的标准模型。他认识到，要是用常规的方法来加以解释，那简直说不通。动物化石不断在海洋两岸出现，而海洋很宽，动物显然是游不过去的。他心里转念，有袋动物是怎么从南美洲跑到澳大利亚去的？为什么同样的蜗牛出现在斯堪的纳维亚半岛和新英格兰？你怎么说明煤层和其他亚热带残迹会出现在斯匹次卑尔根群岛这样的寒带地区，如果它们不是以某种方式从气候较热的地方迁移过来的话？　　魏格纳提出了一种理论，认为世界上的大陆原先属于一个陆块，他称其为〃泛大陆〃，植物群和动物群可以混杂在一起；只是到了后来，联合古陆才裂成几块，漂移到现在的位置。他写了《海陆的起源》一书来阐述他的观点。1912年，该书以德文出版……尽管两年后爆发了第一次世界大战……三年以后又出版了英文本。　　由于战争，魏格纳的理论起初没有引起多大注意。但是，他在1920年出版了修订本，并进行了扩充，它很快成了人们讨论的话题。大家都认为，大陆在移动……不是左右移动，而是上下移动。垂直移动的过程，即所谓的地壳均衡，是几代人地质信念的一个基础，虽然谁也提不出令人信服的理论来解释它是怎么发生的，或为什么发生。有一种见解直到我上小学时还在教科书里出现过，那就是在世纪之交由奥地利人爱德华·休伊斯提出的〃云莓干〃理论。该理论认为，随着灼热的地球冷却下来，它皱缩成云莓干的模样，创建了海洋和山脉。　　且不说詹姆斯·赫顿早就说过：真是这样一种静止的安排的话，由于侵蚀作用夷平了凸处，填平了凹处，地球会成为一个毫无特色的球体。卢瑟福和索迪在20世纪初还指出了另一个问题：地球蕴藏着巨大的热量……巨大得根本谈不上休伊斯所说的冷却和皱缩。无论如何，要是休伊斯的理论真是正确的话，山脉就会在地球表面上分布得很均匀，而实际情况显然不是那样的；年龄也会差不多一样，而到20世纪初，情况已经一清二楚，有的山脉（比如乌拉尔山脉和阿巴