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第164夜 量子理论之天才想象(第1/6页)

    但丁的三维球面只是个在梦中的直觉,爱因斯坦的三维球面有数学形式,并遵循理论方程,二者的作用不同。但丁深深地打动我们,触及我们感情的源头。爱因斯坦开辟了通向宇宙未解之谜的道路。但二者都堪称人类头脑所能达到的最美妙、最有意义的成就。

    让我们回到1917年,爱因斯坦正试着把三维球面的想法放进方程里,他在这儿遇到了一个问题。他认为宇宙是静止不变的,但他的方程告诉他不可能如此。这理解起来并不难,万物相互吸引,因此对有限宇宙而言不坍缩的唯一方式就是膨胀:就如不让足球落地的唯一办法就是往上踢。要么上升,要么下落——不可能待在空中不动。但爱因斯坦并不相信他自己的方程告诉他的东西。他甚至犯了个物理上的愚蠢错误(他没有意识到他在寻找的解答是不稳定的),只是为了避免承认其理论的预言:宇宙要么在收缩,要么在膨胀。

    他修改了方程,试图避免膨胀的含义,正因如此他把Λgab这一项加入了上面的方程里。但这也是个错误,加进来的项是正确的,却无法改变这一事实:方程预言宇宙必然在膨胀。爱因斯坦缺少足够的勇气去相信他自己的方程。几年以后,爱因斯坦不得不放弃。

    天文学家认识到所有星系都在远离我们,宇宙就如方程预言的那样在膨胀。一百四十亿年前,宇宙被压缩为一个极其炙热的点,在一次巨大的“宇宙”爆炸中它由此膨胀。在这儿“宇宙”一词并不是修辞上的用法,而是真真切切的宇宙爆炸。这就是“大爆炸”。

    如今我们知道膨胀真实存在。爱因斯坦方程所预见的情景的确切证据出现在1964年,两名美国射电天文学家阿尔诺·彭齐亚斯(ArnoPenzias)和罗伯特·威尔逊(RobertWilson)意外地发现,弥漫在宇宙中的辐射正是早期宇宙巨大热量的残留物。理论再次被证明是正确的,即使是其最不可思议的预言。

    自从我们发现地球是圆的,像个陀螺一样疯狂旋转,我们领悟到实在并不是它看起来的那样:每次我们瞥见一个新的面向,就有一种深刻的情感体验——又一层幕布滑落。但爱因斯坦完成的飞跃是前所未有的:时空就是场;世界只由场和粒子构成;空间与时间并不是有别于自然的其他东西,它们也是场。

    广义相对论是一块坚实的宝石,它由爱因斯坦一人综合过往的理论构思而成,是关于引力、空间和时间简洁而自洽的理论。

    量子力学,或者说量子理论,与之相反,是经过四分之一世纪漫长的酝酿,由许多科学家做出贡献、进行实验才最终形成的;量子力学在实验上取得了无可比拟的成功,带来了改变我们日常生活的应用(例如我正用于写作的电脑);但即使它已经诞生了一个多世纪,还仍然因其晦涩难懂而不被大众理解。

    本章会阐述这门奇特的物理学理论,讲述理论的形成以及它所揭示的实在的三个面向:分立性、不确定性与关联性。

    又是爱因斯坦准确地说,量子力学诞生于1900年,但实际上是经过了一个世纪的缜密思考才得来的。1900年,马克思·普朗克(MaxPlanck)尝试计算热平衡态的箱子中电磁波的数量。为了得到能重现实验结果的公式,他最终使用了一个看似没有多大意义的小技巧:他假设电场的能量是以“量子”
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