曹穎新:科學總是指向可能的世界

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曹穎新:科學總是指向可能的世界

2015年9月14日北京時間17時50分45秒,位于路易斯安那州和華盛頓州的兩個激光干涉引力波觀測平臺(簡稱LIGO)同時觀測到一個引力波瞬時事件,該引力波來自兩個質量不同的黑洞合并成一個黑洞時產(chǎn)生的時空震蕩,距離我們約為13億光年。2016年2月11日,LIGO實驗室發(fā)布了去年這一觀測結果,實驗室執(zhí)行主任大衛(wèi)·瑞茲在發(fā)言時第一句話就是:“我們探測到了引力波。”這等于是說:宇宙又為我們開了一扇窗。

為什么去年探測到的事件,時隔半年才公布呢?因為這中間要反復核實探測結果的真實性。引力波的探測過程已經(jīng)經(jīng)過了將近一百年,從構想到實驗室建設到幾十年如一日的監(jiān)測、論證、檢驗,中間經(jīng)歷了幾次重大進展,但都是中子星系一類的碰撞產(chǎn)生的引力波。只有這一次,監(jiān)測到了兩個黑洞碰撞發(fā)出的引力波,這與之前的波源有本質區(qū)別,所以首先需要排除這一信號是否為其他種類的波,這就需要一定時間;之后需要對引力波釋放出的信息做出解釋,包括對此透露出的宇宙信息和對一些假說的回應,并對理論物理取得的進展做出評價。

麻省理工學院院長在消息發(fā)布當天,發(fā)表了一封寫給學院學生的信。他深具情懷地講到,這次重大發(fā)現(xiàn)告訴了我們兩個故事:“首先是科學告訴我們:憑借廣義相對論,愛因斯坦準確地預測了引力波的存在……LIGO成功檢測到了這些微弱的信號,我們有了確鑿證據(jù),這個系統(tǒng)的活動正如愛因斯坦所預言。第二個故事是關于人類的成就。它始于愛因斯坦:一種廣闊的人類意識,可以形成一個超越當時實驗能力的概念,而他的后人用了一百年,發(fā)明工具,證明了其有效性。這個故事可以推廣到Rai Weiss和其合作者的科學創(chuàng)造力和無比的毅力……最終將一個光輝的思想實驗轉變成一個科學發(fā)現(xiàn)的勝利。”

第一個故事宣告了我們得到了什么,這是振奮人心的結果。第二個故事則更具意義,它宣告了人類有一種能力,可以通過理念的提出和勤奮的探索,把可能的預言變成真的知識。不斷去探索可能性比被告知某種結果更讓人著迷。盡管探索過程充滿了不確定,會經(jīng)歷無數(shù)次失敗,但是很多人都在這條路上奮斗著。就像科學史上呈現(xiàn)的那樣,很多籍籍無名的科學家終其一生也沒有取得成果,有時僅僅因為其科研方向是錯的,但這不應該被嘲笑,因為這樣的工作,起碼向后人指出:這是一條死路,繼續(xù)去探索其他可能的路徑吧。在不斷地總結失敗中,人類才發(fā)現(xiàn)了“真相”,然后在已知基礎上,繼續(xù)奔向下一個可能性。就像麻省理工學院院長在這封信中說的,基礎科學是美麗的,也是有力量的。

今天的探索手段飛速發(fā)展,我們才在今天證實了一百年前愛因斯坦的推想,與技術的進步相比,理論物理的突破太緩慢了,這也是人們更愿意去技術研究領域而不去選擇基礎科學的原因。像LIGO這樣的項目,由美國國家科學基金會贊助,如果一直沒有重大發(fā)現(xiàn),那就意味著一直是在白花錢。但是,對嚴謹?shù)目茖W推想的信念,對力與美的理論世界的向往,以及對可能性的追求,讓幾代科學家和投資人堅持下來了。在這方面,真的值得我們中國學習。如果說李約瑟難題讓我們看到了中國古代只有技術而缺乏科學,從而讓我們陷入尷尬和反思的話,那么當今中國仍然缺乏科學精神,則是我們必須面對從而改變的問題。

技術可以被直接利用達到某種目的,正因為技術的這一特性,使人們?nèi)菀自趹眉夹g后,忘記總結其后面的原理,如果不用一套方法及時有效地記錄下來,技術就有可能喪失,這是中國古代很多技術失傳的原因之一。西方之所以產(chǎn)生了科學,是因為科學與哲學尚未分開的時候,就是在其源頭時代,畢達哥拉斯就把宇宙的起因歸結為數(shù)字,并且發(fā)明了演繹法。從那時起,知識就有了體系化的傾向,逐漸成為一個獨立王國,對宇宙可能性的探索,就成了進入這個王國簡單而唯一的鑰匙。進入這個王國,想獲得功利的想法越少,獲得的科學成就越多,獲得的求知欲的滿足快樂也越多。

愛因斯坦曾在普朗克生日會上的講話中說:“唯一決定理論體系的實際上是現(xiàn)象世界,盡管在現(xiàn)象和他們的理論原理之間并沒有邏輯的橋梁;這就是萊布尼茨非常中肯地表述過的‘先天的和諧’……渴望看到這種先天的和諧,是無窮的毅力和耐心的源泉。”在沒有被數(shù)據(jù)測量到也沒有被演算描述出來時,“先天的和諧”只是一種信念,想去證明這種和諧的動機,與想知道上帝創(chuàng)造的世界到底有多美妙的動機是類似的,也就是一種宗教情懷。只有帶著這種超越功利的沖動,才能擺脫現(xiàn)實的左右,去大膽地假設,小心地求證。

伽利略把望遠鏡對準夜空這個時刻的價值,就不再止于這個觀測手段的進步了,而是人類對宇宙開始了無限可能的想象,也開始了對各種可能的探索。當牛頓用一個基本原理對眾多領域進行定量與合乎邏輯的解釋時,人類又開啟了基于明確的理論體系去證實各種可能性的方法,而這個基本原理,是把質量與速度這兩個看似不相關的量聯(lián)系在一起。當法拉第發(fā)現(xiàn)鐵屑按著規(guī)則圖像排列時,他沒有用眼見為實的思維,而是想出了“場”的概念。愛因斯坦更是空前地異想天開,當多數(shù)人還在經(jīng)典物理學中打轉時,他已經(jīng)用時空彎曲解釋天體間的運動了。多數(shù)開創(chuàng)性的科學成就都不是在常理中推演出來的,而是基于一種匪夷所思的構想,有的是另辟蹊徑,有的是推倒重來。用合理的思路去突破舊規(guī)則,從而創(chuàng)造新規(guī)則,這樣的創(chuàng)新工作最初的動機就是對可能性的想象。

責任編輯:蔡暢校對:楊雪最后修改:
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