enter image description here

我每天都在思考引力。没错,就是那个将我们自身以及我们周围的一切物质——桌子、桌子上的杯子、汽车、海水和空气等,维持在地球上,不至于使其飞入宇宙空间的引力。

我已经持续研究了几十年引力。在世人眼里,我可能会被视为一个怪人。地球上没有人不受引力的影响,认真思考自己体重的人成千上万,而重新思考引力的人却寥寥无几。

因此,有时孤独感便由心而生。例如去孩子学校出席家长会的时候,如果自己被初次见面的家长询问“您从事哪方面工作”,只要我回答“我在研究引力”,对话基本就进行不下去了。哪怕对方只说上一句“很久以前我就觉得引力不可思议”,我也会滔滔不绝地谈下去,然而大部分对话都会就此终止。即使偶尔对方给予回应,也基本上是消极地说:“哦,在上高中的时候,我最头疼的就是物理。”如果遇到的是医生或律师,任何人都有想咨询的事情吧。但遇到引力研究者的时候,几乎没有人会想到“机会难得,这次要问个究竟”。

实际上,即使我介绍了专业领域的相关内容,也不会对人们的日常生活有什么帮助。假如了解引力可以帮助减肥的话,那么我想在开家长会的时候,我会成为众人的焦点。

但是,我想通过自身的努力让更多的人了解我所从事的研究。理由很简单,就是因为它非常有趣

在几千年的历史长河中,我们人类通过反复尝试不断摸索,解开了很多自然界中的谜题。虽然我们是身高仅为1~2米的生物,但是从大小相当于我们身体10亿×10亿×10亿倍的宇宙,到只有10亿×10亿分之一米的微观世界,如今我们都可以对其进行观测和理解。

当然,还有很多没有解决的问题。人类能够深入理解“与自己身高(尺寸)不符的”世界,真是一件不可思议的事。如果只是为了生存,那么只要掌握从我们身高的1000倍(大约1~2千米)到1000分之一(大约1~2毫米)左右的世界就足够了吧。与之相比,地球到月球的距离约为4亿米 ,最近经常听闻的“纳米”则为10亿分之一米。从进化论的角度来讲,人类即使不理解那些上亿级的世界,也不会被淘汰。我们完全没有必要掌握那些知识。

但是,人类已经获得了知晓与生活基本无关的事物的能力。即便明知没什么用,也会败给好奇心。而且我认为人类的这种行为是非常有价值的

在仅此一次的人生中,我希望尽量深入地了解这个世界,因此我从未间断过我所从事的研究。引力是主导我们生活的力,它就在我们的身边。但是,我们还没有完全看清它的真面目,如果不能理解引力,就无从知晓自然界中最深层的真相。因此,我认为引力研究很有意思,我也想让更多的人了解该研究领域的意义。

另外,这些研究也会在我们生活中发挥出意想不到的作用。

1969年,费米国家加速器实验室的第一任主任罗伯特•威尔逊(Robert Wilson)曾作为证人在美国议会上被问道:“建造粒子加速器对我国的国防有什么帮助?”这里提到的“加速器”是指基本粒子研究中不可或缺的实验设备。具体情况我会在后面解释,这里只要把它理解成观察微观世界的巨型显微镜就可以了。

当时已经提出了在芝加哥郊外建造加速器的计划。该项计划是美国原子能委员会事业的一环,因为该委员会曾主持研制原子弹“曼哈顿计划”,所以即使在基本粒子物理学研究的建设上,也试图先赋予其国防使命。而且当时这项计划需要几亿美元的预算,毫无用处的建设是不会得到国民同意的。

就在这预算是否能得到认可的关键时刻,威尔逊给出了这样的回答:“加速器对于国防不会有直接的作用。但是,它对于保护我们国家是有益处的。”

威尔逊的回答很伟大,接受并通过计划的议会也伟大。虽然费米实验室的加速器现在被日内瓦的LHC(大型强子对撞机)取代了,但在很长的一段时期内,它作为世界上最强大的加速器,对物理世界贡献巨大,很多令全世界感到自豪的重大发现都源于它。 进一步讲,科学的发展并非只是为了提高一个国家的知名度。科学通过推广合理的思考方式,让人类从迷信和偏见中解放出来,通过探究宇宙和生命的奥秘,让我们对世界的认识与体验变得更加丰富。有句话这样说:“科学的目的是人类精神的荣光。”正如此话所讲,科学具有其自身的价值,创造出这种价值的意义重大。

而且,虽然科学发现最初是源于研究者的好奇心,但是从长远看,也有不少成果最终在实际应用中发挥出了作用。获得“菲尔兹奖”(也被称为“数学诺贝尔奖”)的森重文对于自己研究的基础数学这样评价:“虽然现在不能马上体现其作用,但是50年或100年以后它会发挥出未知的作用。因此一颗探究之心是最好的指南针。”一提到算术或数学,厌学的孩子就会提出这样的疑问:“学它有什么用?”但是,这些脱离日常生活的抽象研究往往会在未来起到意想不到的作用。

物理的世界亦是如此。例如17岁的伽利略•伽利雷在比萨的教堂发现了“摆的等时性”。当时伽利略或许是厌倦了比萨,心不在焉地盯着教堂的天花板看,对头上吊灯的摇摆产生了兴趣。他用自己的脉搏计算时间,观察一会儿后发现,摆动的周期与摆锤的重量以及振幅无关,只取决于摆线的长度。至于这个故事是否属实,科学史家们也持有不同的意见。虽然关于在何种情况下发现摆的等时性并没有定论,但至少有记录显示在1602年之前伽利略已理解了这一原理。

这一发现衍生出的“谐运动”被广泛应用于解释声波和电波等诸多物理现象的理论中。当然,它也被用于实用的技术之中,在我们日常生活中发挥着重要的作用。

另外,科学家在研究中使用的工具,有的经过改良也会被推广到整个社会中。互联网上的网页浏览器就是其中之一。它是由在CERN(欧洲核子研究组织)工作的技术人员开发出来的,刚才提到的加速器LHC就在CERN。因为有几千名研究者在CERN共同工作,所以必须高效地实现信息共享。于是,那里的技术人员开发了可以通过各自的电脑阅览放置于服务器的信息的方法,并将那些信息免费公开。这一技术给我们每天的生活带来了巨大的转变。

引力的研究也以各种各样的形式衍生出了“有用的技术”。例如人造卫星中的GPS(全球定位系统)。如果不了解牛顿的万有引力定律,就无法发射人造卫星。其实如果没有爱因斯坦的相对论,也无法使用GPS准确地测定距离。

本文选自《引力是什么:支配宇宙万物的神秘之力》