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偉大的設計

這本書帶領大家一起走過的旅程到這裡就差不多要到達終點了。然而終點並不意味著結束,恰恰意味著一個新起點的開始。這個宇宙留給我們的兩道終極思考題還沒有找到答案。

2013年北京時間10月8日下午6點45分,在瑞典斯德哥爾摩音樂廳,白髮蒼蒼的希格斯老先生激動地坐在台下,這位84歲的老人為了這一天,足足等了將近半個世紀。雖然諾貝爾物理學獎還未正式揭曉,但是幾乎所有人都知道,今年的這個獎項非他莫屬,老先生含淚等待著宣佈結果的那一刻。瑞典皇家科學院沒有讓希格斯老先生失望,2013年的諾貝爾物理學獎眾望所歸地頒給了希格斯和比希格斯小3歲的恩格勒,以表彰他們在49年前提出的希格斯玻色子模型。就在一年多前的2012年7月4日,歐洲核子研究中心正式宣佈,他們以99.99994%的置信度發現了希格斯玻色子。這條消息在那一年絕對是整個科學界的第一大新聞,所有報紙的頭版頭條都在追蹤報道這個事件,無數科普文章鋪天蓋地地向公眾湧來,很多知名科學家認為這是物理學四十多年來最重大的發現之一,堪比登月。為什麼希格斯子如此重要?因為這是整個標準粒子模型中最後一個沒有找到的粒子,而恰恰是這最後一個粒子又是最為重要的一個粒子,它產生了世間萬物的質量,你想想,如果沒有了質量,那麼我們所見的一切有形物都將不復存在,因此,希格斯子還有另外一個非常震撼的別名——上帝粒子。但物理學家們還沒有到能沾沾自喜的地步,雖然標準粒子模型預言的所有粒子都找到了,但這個模型卻很難看,一點兒也不簡潔。打個比方來說,如果一個人問:麻雀、螞蚱、青蛙、鯽魚的共同祖先是誰?生物學家把這四種動物用膠水粘到一起,然後扔給你說:「瞧,就是這傢伙。」這差不多就是標準粒子模型留給物理學家們的直觀感受,它雖然很好地解釋了每一個粒子的性質,但是這個模型就像是前面那只共同祖先生物一樣,是個長得極為醜陋、複雜、怪異的生物。科學家們普遍相信,一定還有一個比標準粒子模型更加簡潔的理論模型,可以自然而然地推導出標準模型,人類對微觀世界的探索還遠遠沒有到達盡頭。一個里程碑的到來意味著下一段更加艱苦的賽道開始了。

2016年2月12日早上7點50分,像每一個平凡的早晨一樣,我洗漱完坐到餐桌旁邊準備吃早飯,習慣性地拿起手機,準備放一點什麼東西邊吃邊聽。點開微信上的訂閱號,我驚訝地發現,被一個詞刷屏了——引力波。

儘管幾天之前引力波可能被正式發現的消息已經傳得滿大街都是了,但是當這個消息真正到來的時候,我還是熱淚盈眶了,這又是一次人類智力的偉大勝利,愛因斯坦廣義相對論的最後一個預言也被證實了,一個人類探索宇宙奧秘的新紀元到來了。像這樣的新紀元事件之前還有過兩次,第一次是光學望遠鏡的發明,它讓人類擁有了一雙真正的「千里眼」;第二次是無線電波的發現和射電望遠鏡的發明,它讓人類突破了肉眼的局限,開啟了一種全新的觀測宇宙的方法。前兩次的飛躍,每一次都讓人類獲得了難以想像的新發現。而這次引力波的發現,與前兩次技術飛躍的意義同樣深遠,從此人類又獲得了一個全新的觀測宇宙的方法。我堅信,在不久的將來,我們又能對宇宙有令人難以置信的新發現。關於引力波,我在網上能看到的最好的一篇文章是原載於《紐約客》的長文:《發現引力波背後最完整的內幕故事》,作者是NICOLA TWILLEY,這篇文章的開頭寫得極好,以至於我實在忍不住要一字不落地引用給你們看:

十幾億年前,距離這裡有數百萬個河外星系之外,兩個黑洞發生了碰撞。它們彼此圍繞旋轉了億萬年,好像是求愛的舞蹈,每一圈後都在加速,呼嘯著靠近對方。到了它們間距只有幾百英里的時候,它們幾乎以光速旋轉,釋放出強大的引力能量。時間和空間被扭曲,像是壺裡面煮沸的水一樣。在不到一秒鐘的分毫瞬間裡,兩個黑洞終於合併為一,它們輻射出比全宇宙的恆星輻射出還多幾百倍的能量。它們生成了一個新的黑洞,質量約是62個我們的太陽一般,面積幾乎和緬因州一樣。在它(新黑洞)平靜下來的過程中,逐漸形成一個扁平的球狀,最後幾縷顫抖的能量逃離出去。然後時間和空間再次寂靜了。

黑洞碰撞產生的引力波向四周傳播,旅途中隨著距離衰減。在地球上,恐龍崛起,演化,消亡。引力波繼續前進,大概五萬年前,引力波到達了我們的銀河系,正當智人開始取代其近親尼安德特人,開始成為地球上最主要的人猿。100年前,愛因斯坦,靈長類物種中進化得最先進的人類的一員,預言了引力波的存在,激發了數十年的猜測和無果的尋找。20年前,一個巨大的探測器開始建設:the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory(LIGO)。終於,在2015年的9月14號,在中午11點(中歐時間)前,引力波到達了地球。Marco Drago,一位32歲的意大利籍博士後學生,全球LIGO科學合作組織的成員,成為第一個注意到它們的人。Marco當時坐在位於德國漢諾威阿爾伯特·愛因斯坦研究所他自己的電腦前,遠程觀看LIGO的數據。引力波出現在他的屏幕上,就像一個被壓縮了的曲線,不過LIGO裝置著全宇宙最精緻的耳朵,可以聽到千億分之一英尺的振動,應該彷彿聽到了被天文學家稱為「蛐蛐叫」的聲音——一聲微弱的由低到高的呼叫。一年之後,在華府的新聞發佈會上,LIGO團隊正式宣佈那個信號即為歷史上第一個直接觀測到的引力波。

上面這篇文字我百讀不厭,每一次閱讀都會產生無限遐想,這是宇宙間最渺小的個體對最恢宏事件的傾聽,這是人類文明向宇宙展示的智力成就。

在短短不到兩年的時間,我就見證了必定會在人類文明史上留下印記的兩大科學新發現,我們這代人難道不是幸運兒嗎?2016年2月20日,LIGO團隊宣佈他們又確認發現了一起引力波事件。但這一次引起的關注就要小得多,這是對的,因為引力波從此會成為天文學研究的常規手段,全世界將會有無數的引力波探測器拔地而起,或者飛向太空。科學將帶領著我們窺探隱藏在深處的宇宙奧秘。

1999年,霍金在一次演講中公開宣稱,他願以1︰1的賠率跟任何人打賭,人類將在20年之內找到萬物理論,現在離霍金的賭局結束還剩下幾年的時間。這幾年裡物理學還會有些什麼激動人心的發現,誰也無法預知。

超弦理論作為目前萬物理論的唯一候選仍然面臨諸多挑戰,前途似乎非常坎坷。即便是像LHC這樣全世界最大的粒子加速器,也只能探測到一百億億分之一米大小的尺度(探測更小的尺度需要更高的能量,這意味著把能量聚集到單個粒子的加速器必須做得很大很大),而弦的尺度比我們今天能探測到的尺度還要小17個數量級。因此,如果用今天的技術,至少要把我們的加速器造得跟銀河系那麼大,才有可能探測出一根根的弦。但是我們不是要等到直接「看」到弦的那一天,才能證明超弦理論是否正確,仍然可以用很多間接證據和實驗信號來驗證超弦理論。

從第一隻古猿直立身體仰望星空,到今天建造出LHC這樣的龐然大物,不過大約300萬年,和宇宙138億年的歷史來比,就如同一個百歲老人一生中不到8天的時間。然而正是在這「8天」裡,我們的哈勃太空望遠鏡已經能看到138億光年外的宇宙盡頭;我們的LHC能探測到比肉眼能看到的尺度小一億億倍的東西;我們發明的理論大到能推測宇宙的膨脹係數,描述星系的運動軌跡,小到可以解釋令人難以置信的量子的行為。現在,或許就差那麼最後一步,人類將站到一個全新的高度來審視我們所處的這個神奇宇宙。難怪霍金在《大設計》中發出尼采式的宣言:

它(萬物理論)將是人類長達三千餘年智力探索的成功終結,我們將找到這個宇宙中最偉大的設計!

霍金的理想或許已經真的離我們不遠了,在我們的有生之年,很有可能等到物理學家向我們宣佈找到萬物理論的那一天,我從內心深處為生活在這個激動人心的時代感到慶幸。唯一遺憾的是,我除了靜靜地等待,似乎什麼也做不了。但是如果我親愛的讀者中有即將選擇自己人生方向的學子的話,那麼請接受我對你的羨慕,你將有機會投身到這場尋找大設計、解答上帝兩道終極思考題的智力探索中。未來之路剛剛在你腳下展開,你的這一步或許決定了我能不能在有生之年看到答案!

(全書完)