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刘丽明工作间

画地为牢,周围有镜子,人在里面,干活、自恋、或自省。

 
 
 

日志

 
 

理科爱好后遗症  

2016-09-14 10:08:18|  分类: 慢读一组 |  标签: |举报 |字号 订阅

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今年春节刚过,出了一件让科学界欢呼雀跃的事,物理学家宣布人类首次直接探测到引力波。探测是2015年9月14日发生的,美国一家天文台刚刚安装调试好升级版的观测设施,还没确认“开始”呢,要捕捉的目标就送上门了,两个古老黑洞在13亿年前因合并而引发的引力波,被两台探测器以7毫秒的时间差先后捕捉到,科学家们不敢相信宇宙送来的这份大礼(以前有过多次“狼来了”的经验了),做了数月的验证数据并通过审查程序,到2016年2月11日,才放心宣布。这个发现,证实了爱因斯坦100年前所做的预测,他的广义相对论其他几个方面都被实验验证了,引力波是最后一块缺失的“拼图”,如今终于补上了。
我当然不至于跟着科学界瞎兴奋,可少年时就有的理科兴趣还是被这个事给勾起来了,上网看了一通相关的视频和文章,不过瘾,又跑到图书馆,一口气借了六本书。包里放不下捧在手上回家遇着邻居,他很好奇我一个学文科的怎么要看物理学的书,还看那么多。我说,因为不知道哪本能看懂,就都借回来了。话说得谦虚,也是实话,但也不妨碍我在邻居面前生出一点炫耀之心——瞧,我能读这样的书,只烧脑,不追求有用,爱好多么高雅。
其实,我怎么会不追求有用呢?小时候读这类书才是真的不求有用,结果却特别有用,记得上初一时看了两本书,一本叫《原子的秘密》,一本叫《元素的故事》,看的时候只觉得两本书的营养滋滋地直往身体里吸,从此就与数理化亲了,立志上大学考原子物理系。后来去农村插队断了理科梦,只能自学文科了,物理学还是吸引我,但是很长时间里,我不知道拿这种自身主流以外的兴趣怎么办,就算我知道了恒星的生老病死、从星卵到主序星再到红巨星白矮星或爆炸成超新星再变成中子星或黑洞、其间的核聚变、核裂变、膨胀和坍缩……就算我知道了基本粒子可以分解为夸克、原子核里的质子和中子是由三个不同类型的夸克组成的、夸克有正反12种等等,可我的学习前景之有限,真是多一步都走不过去,因为只要比牛顿第二运动定律(F=ma)复杂一点的方程式,就被我看成悬崖,一到悬崖边我就头昏,岁月对我的数学能力的削弱是多么无情,这且不说了,问题在于看懂的那些知识也有问题,即使看得懂,它们也进入不了我的体验范围,我所感知的还是经典力学的绝对时空,身体仿佛已经被牛顿机械化了,要扭到爱因斯坦的相对论上去,怎么着都是别扭。
不过,这次将六本书一起读,效果还是不同的,因为讲述同一个问题,几本书的叙述方式不同,专业水平不同,观点也不同,比较着看的时候,那些理论不知不觉变得立体化了,好比看一块奇石,假如只从一个角度看,一个洞曲曲弯弯不知所终,不容易看明白,绕着看呢,其来龙去脉就容易有印象,便觉得有些通。其中有一本书是加拿大一个电气工程师写的,他是一个业余科学家,从质疑牛顿开始,说牛顿的万有引力不过是起了一个莫须有的名字,没有这个名字,伽利略的自由落体定律和开普勒的行星运动规律照样可以用恒加速度方程和行星轨道方程描述出来,凭什么他一整合大家都信他的了?
这个世界相信简约之美,谁能整合,谁就有定义权。这位老兄挑剔各种标准理论倒也有助于我们换角度,可他自创一套终极理论取代牛顿,没有任何实验数据做验证,那自说自话的架势未免叫人生气,我从哪里觉得不信他呢?首先是觉得他太全面了,四大作用力他都懂,从宇宙学到量子力学无所不知,什么最新发现都提到(爱好是真爱好,看了不少书,不过他排斥高深的数学,业余也是真业余),其次他的理论没有预测能力,他只是絮絮叨叨地把已有的物理解释换成他自己的那一套,简单化地类比或剖析一个物理现象就证明自己正确了。他很遗憾爱因斯坦同样跳出牛顿的框架,却没有朝他的方向考虑,而是选择了抽象的广义相对论(科学家开会时认为这个理论的一个弱点是表达它时所遇到的巨大困难,会后宴会上,有人对爱丁顿说:“爱丁顿教授,你想必是世界上三个懂广义相对论的人中的一个了。”在爱丁顿迟疑之际,那人说:“不要谦虚啦,爱丁顿。”而爱丁顿回答说:“恰恰相反,我正在拼命想谁是那第三个人。”)。
爱因斯坦起先没有动牛顿的奶酪,他搞一个狭义相对论,只描述接近光速的、无巨大质量的世界里的情形,那个远远小于光速的世界还是归牛顿的引力论。牛顿的时空是绝对时空,爱因斯坦的时空是相对时空,它以观察者为核心,在这个世界里,空间和时间是相对的,物体会在其运动方向上发生长度收缩,运动时,钟的速率会变慢。是自由落体失重的现象启发爱因斯坦去建立广义相对论,既然参照系的加速度与引力场是等效的,为何不能收编牛顿的引力论呢?这说明难懂的广义相对论,还是起源于我们日常的感受,但是只有爱因斯坦能够继续前行,将他的“思考实验”推进到常人想不到的极端,他重新解释了行星的轨道:没有什么力拉着行星在绕圈,只是时空扭曲了,你以为你在走直线,其实走的是曲线。有质量的物质一加速,改变了时空中的扭曲,引力波随之产生,那是时空的震颤。
牛顿的轨道意象,是绳子拴着石块绕圈,直接的引力作用,爱因斯坦的轨道意象,是弯曲起来的时空,裹挟着你,席卷着你,却是间接的、含蓄的,我终于觉得爱因斯坦比牛顿亲切了。这批书读过,我恐怕不会再像以前那样,读一本,忘一本了吧?知识的魅力也许就来自于结构之美,对陌生的知识最好拿一堆书迅速搭起架子来,不要今天立个柱子,十年九不遇地再来搭横梁,那柱子早倒了。不过六本书里我还是分出了主次,有一本书光借着看不行,需要买来反复看,因为这本书有点特色,不是单单介绍科学知识,而是深入浅出地讲解,这是美籍科学家、大爆炸理论创始人之一乔治·伽莫夫写的科普作品《物理世界奇遇记》,他让书中主人公一边听科普讲座,一边梦游相对论及量子力学的世界,尽管他竭尽全力地“浅出”,有好些地方我还是没有别过来,我需要这本书陪伴在身边,将我的感知能力经常往书里的世界输入一下,让什么“尺缩效应”“钟慢效应”等变形的时空对我进行拓扑处理,使之变得柔韧,不要失去弹性。我总觉得文理科的世界在接近神秘的源头时,是同构的,人类的差距本不应该太大。

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