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布莱恩·葛林是当代著名科学家及科普作家。葛林任职于哥伦比亚大学。作为一名理论物理学家,他数十年来致力于探索宇宙奥秘,研究有望成为“万物理论”的弦论,并获得重大发现。对话物理学家布莱恩·葛林:黑洞、弦论及其他

主持人:您觉得这次直播课很重要,为什么?选择黑洞作为题目有什么特别的原因吗?

葛林:首先,我觉得让年轻人接触到科学知识并产生兴趣非常重要,它使我们有机会改变世界,创造更好的生活。这似乎是老生常谈,但是把这个观念灌输给我们的下一代真的非常重要。

此外,很多正在学习自然科学的孩子,他们认为只要记住已有的科学知识,会解答问题就万事大吉了。这些当然也重要,但更重要的是你要有创造性的想法。黑洞属于最神秘最有趣的前沿科学,而且不需要很多知识储备就能理解它的基本原理。所以我为四到八年级的孩子设计了这次直播课。很多孩子在评论中整合了他们从不同课程学到的知识,感觉他们确实有所收获。我对这样的效果还是很满意的。

主持人:黑洞天文学似乎步入了黄金时代。现在我们有视界望远镜,最近还首次拍摄到黑洞的照片;引力波天文台观测到黑洞的并合。这是否意味着我们对黑洞的研究小有成就了?它如何帮助我们认识整个宇宙?

葛林:毋庸置疑,是的。就在十年前,我们还在为黑洞是真实的存在,抑或只是数学上的存在而争论不休。现在有了引力波天文台,有了视界望远镜,我们亲眼目睹了两个黑洞的撞击在宇宙空间激起的涟漪。甚至今年的诺贝尔物理学奖也颁发给了黑洞相关的研究。这说明黑洞是真实存在的,成就也是实实在在的。

至于像我一样研究前沿理论的这些人,我们正在努力将黑洞研究和量子力学相结合。黑洞是最好的理论实验室,帮助我们在极限状态下验证我们的理论。我想,当我们完全掌握了黑洞和量子力学的时候,我们对宇宙的认识也会有质的飞跃。

主持人:那么您认为这项研究近期会有突破吗?

葛林:会的。我们有很多同道中人——很多研究弦论和量子引力学的科学家都在致力于黑洞的研究。这么多研究同时进行,真令人振奋哪。或许只要一两年的时间,我们就会取得相当的进展,到时再回过头看看我们现在的想法,一定会觉得非常落后了。

主持人:就像您说的那样,现在的确有一些新发现了。比如缪子g-2实验。能否讲一讲您对这项研究的看法,以及它对物理学界意味着什么?

【编者按:缪子g-2实验观察到缪子(一种亚原子粒子)的反常磁矩,显示它们可能受到尚未发现的物质或力量的推动。】

葛林:乐意之至。首先我要说明的是,目前实验结果的可信度只有3西格玛,或4西格玛,因此我们对实验的结论仍持保留态度。直到可信度达到5西格玛,即出现统计偏差的概率由现在的千分之一降低到百万分之一或数百万分之一的时候,我们才会认为结论可信。

抛开可信度暂且不谈,如果这个结果经得起时间的考验,那就意味着粒子物理学的标准模型、曾经的黄金准则,可能需要重新修订了。也许在我们已知的四种自然力量之外存在第五种力量,想想都觉得好兴奋。又或许真的有尚未发现的粒子,改变了缪子的磁矩。

话说回来,有一件事我不得不提。就在两天前,《自然》刊登了另一篇“不同说法”的文章……

主持人:哦,对,那篇文章说没有发现磁矩改变。

葛林:是的。他们很谨慎地应用理论方法进行实验,数据也经过计算机处理,但观察到的磁矩值与粒子物理学标准模型预测的完全吻合,没有发生任何改变。可见现在下结论为时尚早。最后真相如何,让我们拭目以待吧。

主持人:我觉得这正是您的直播课的意义所在。通常当人们听到一项研究声称“我们有所突破”时,大家都欢欣鼓舞;但转头又会有另一项研究告诉他们“其实没有”。很多人并不了解科学研究是怎么一回事,它是在现有知识的基础上一步一步拓展的过程,而这个过程中存在无数的变数。我想,这就是您一直想要传递给孩子们的观念吧?

葛林:你说得很对。因为,如果你只把科学看做静态的既成事实,那么你将无从体验无比刺激的探索过程:有人提出想法,其他人表示赞同或反对,然后大家去验证、去观察,再回过头做出判断。这就是人类探索自然的进程,充满了变数,却又无比美妙。换一个视角看待科学,它就不再是教科书里那些冷冰冰的事实,而是充满乐趣的过程。

主持人:是啊。而且在和人们、尤其是和孩子们聊天的时候,我还发现,人们总是忘记科学家也是人。他们觉得科学家就是漫画里或电影里的白胡子老头儿。因此,很有必要让孩子们知道,科学家是和他们一样的人,或是像他们爸爸妈妈一样的人。很多人其实都意识不到这一点。

葛林:同意你的看法。好在人们已经在做一些尝试,比如拍电视剧,像“生活大爆炸”就很经典。不过,在“生活大爆炸”里,科学家的形象多多少少还是漫画式的,很夸张的,对吧?所以,这部剧流行起来是件好事,但它反映出人们还是倾向于认为科学家都是些怪胎。当然,科学家是一个很大的群体,其中不乏性格古怪的家伙。但大部分科学家和普通人并无不同,他们只是专注于某个特定的领域罢了。

主持人:没错。现在让我们回到那个宏大的问题上去:科学界正在寻找一个终极的万物理论。您现在还认为弦论会是这个万物理论吗?过去5年或10年里我们又有些新的发现,您会因此改变看法吗?

葛林:关于这个问题,我先澄清一下。尽管大家都知道我一直在研究弦论,普及弦论,但我可没说过弦论会是万物理论。一直以来,我都认为它是一个值得深入研究的有趣的理论,它有可能成为终极理论,一切都还是未知数。

这是我的看法,到现在还是。弦论在过去几年里有几次重大的理论突破,但能被实验验证的太少了。我原本寄望于大型强子对撞机会有所发现,结果并没有。但这也在意料之中,可能我们只是需要更大型、更精良的设备来证实它吧。

总之我认为,在纯理论方面的进步还是相当迅猛的,希望在不久的将来能被实验验证。但最终结局如何,目前还很难说。

主持人:那么有没有哪些具体的实验或研究是您觉得最值得期待的?您觉得从哪方面着手可能取得进展?

葛林:现阶段来讲,一个可能的方法是校验对引力波的观测,它将使我们对黑洞边缘的辨识达到空前的精准。从这类实验中我们应该会得到一些启发。

不过说句真心话,我们这代人可能终其一生都无法在实验观测中验证弦论,或许需要下一代或两代人的努力才能会成功。

主持人:这对个人来讲真的挺郁闷的,因为大家都想知道问题的答案。但科学研究并非一蹴而就的事,而我们试图把万事万物纳入同一个理论体系的研究,才开始了一个世纪左右,是这样吧?

葛林:严格来讲还不到一个世纪。一个世纪前的确有人做过,但真正大规模的研究是在近50年才展开的。而且我们的理论发展太快,现今的实验水平远远跟不上。如果说还要几代人的努力才有能力验证这个理论,一点都不奇怪。要知道,我们是在解答有史以来最深奥的问题:宇宙如何起源?如何统一各个基本力?宇宙最基本的元素是什么?这些问题,尽管表述不尽相同,数千年来始终困扰着我们。如果说我们离成功尚需数十载的努力,那么我们也唯有接受现实。

主持人:但在您看来,人类的大脑能否胜任如此深度的钻研?我们为了生存从猿类进化而来,寿命只有区区70余年,却试图解开这些我们可能根本无法理解的谜团,真的可能吗?

葛林:我这个人比较乐观,对于这个问题我永远持肯定的态度。放眼我们的星球,还有很多智慧生物,譬如猫和狗,它们应该理解不了爱因斯坦的相对论吧。不过也不一定,说不定它们早已洞悉宇宙的终极奥秘,正在看我们的笑话呢。回到问题上,我觉得的确有这个可能,就是答案近在眼前,可我们的思维能力有限,始终无法参透。但至少我们尽力了,我们也有所收获。而且到目前为止,人类还没有碰到真正无法逾越的障碍,所以让我们保持乐观的心态去追寻终极答案吧。

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7172014194022154782

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