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《叩响天堂之门》:开启宇宙之门的钥匙

http://www.newdu.com 2017-10-12 未知 林颐 参加讨论

    中国是否要建造大型强子对撞机?2016年9月,一场网络论战如火如荼。丘成桐和高能物理学家王贻芳发文力挺大对撞机,杨振宁和评论家王孟源则明确反对。反方主要认为建造的条件尚不成熟。正方认为,机会的来临往往稍纵即逝,中国不能放松这一领域的研究,至于资金缺口能不能多想想办法呢?
    怎样看待这个问题?美国科学家丽莎·兰道尔的《叩响天堂之门》或有启发。作为美国普林斯顿大学物理系第一位女性终身教授,哈佛大学、麻省理工学院第一位女性理论物理学终身教授,2007年《时代周刊》“100位最具影响力人物之一”,兰道尔在量子力学、粒子物理学与天体物理学等领域颇有成果,她一直在推动大型强子对撞机的建造,让与此有关的讨论日益进入公众的视野。兰道尔以深厚的学术功底为基础,兼具女性化的细腻感受和艺术气质,讲述了强子对撞机、暗物质和浩瀚宇宙的故事。
    大型强子对撞机是目前最重要的粒子物理学实验仪器。美国人的想法比较“浪漫”,除了考虑钱的因素,他们更担心世界会不会因此毁灭。高速的强子对撞可能产生黑洞,它会不会吞噬地球上的一切事物?兰道尔的成就之一就是进行了粒子物理学的风险预估,她以大量的数据分析审查了可以在逻辑上设想的所有潜在风险,在充分考虑了理论论证和实验证据的超前预测情况下,得出了令人信服的风险系数报告。
    兰道尔认为,科学家的工作方式应该是“提出观念、粗略估算,然后再回头核实细节”,只要将这种工作方式运用到实际工作中去,那些类似于“黑洞危机”的论争或流言都能很好解决。与此相比,兰道尔更关心从对撞机相互作用着的粒子的有趣迹象之中,观察它们能否为隐藏其中的引力与其他相互作用力的潜在本质提供重要的线索。这些信号本身也许最终可以阐明引力的某些性质。
    本书反复提到了一个关键词——尺度。在对宏观世界和微观世界这两个极端尺度的研究中,科学家们都取得了令人吃惊的进展。对微观世界的描述,定义了最小的已知物质粒子和它们相互作用的方式。长久以来,粒子物理学家们一直怀疑未发现的微观世界要比已发现的更加丰富。强子对撞可以提供观察的契机,尽管只是短短的一瞬。
    你相信吗?如果可以过磅,所有星星、星系和星云的分量大概只有1%,最多不超过4%。其余看不见摸不着的只能暂且归之为“暗物质”和“暗能量”。兰道尔的研究领域,即粒子物理学,正在探索最小的尺度,以研究越来越小的物质组成。正如兰道尔所说,“科学理论是推陈出新的体系,它会把旧知识纳入更加综合的图景,而这个图景产生于一系列更大范围的理论和实验观察。这种变化并不意味着旧理论必然是错的,而只表示当更小尺度上的新要素被揭示时,原有的规则就不再适用了。”
    我们至今不知道暗物质是什么,但它们就在那里,占据着宇宙中绝大部分的质量。从多元宇宙到引力波,再到暗物质和暗能量,大型强子对撞机能否有助于获取当今宇宙学最前沿的实验数据,从而有助于建构新的理论模型呢?不管突破将在何时何处发生,宇宙之门正在缓缓开启,一个超乎想象的世界正在敞开。(林颐) (责任编辑:admin)
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