比光速還快

內(nèi)容概要

在科學(xué)的領(lǐng)域中，人們無止境地爭論，并表達出不同的意見?？茖W(xué)，無非就是試驗新點子進而接受或拒絕的一個過程。本書談的是一個知名科學(xué)家的VSL（光速改變理論）旅程，他要挑戰(zhàn)的對象是愛因斯坦，而那很有可能會讓一個物理學(xué)家丟掉飯碗。作者自信能夠傳達的一種感覺是：學(xué)科學(xué) 不僅是有趣，更能夠豐富你人生經(jīng)驗，正因如此，VSL的故事可能比一般人所想象的還要精彩而生動，本書適合任何想一窺當(dāng)代宇宙學(xué)發(fā)展?fàn)顩r，想知識科學(xué)家是怎樣提出、發(fā)展、完成他們想法的讀者，甚至是想進入這個領(lǐng)域的年輕學(xué)子比起一般的科普書，本書披露了更多的私密細節(jié)，它傳達了一個年輕科學(xué)家解讀宇宙真實本質(zhì)的不凡企圖，以及為了捍衛(wèi)理念所做的種種奮斗。盡管科學(xué)家之間分分合合，但科學(xué)本身還是這個不太純凈的世界所能提供的最純凈的東西。

作者簡介

喬奧·馬古悠，劍橋大學(xué)理論物理學(xué)博士，曾榮獲知名的劍橋圣約翰學(xué)院研究獎學(xué)金，并任英國皇家學(xué)會研究員，現(xiàn)為英國倫敦帝國學(xué)院理論物理學(xué)教授，曾擔(dān)任析克來加州大學(xué)以及普林斯頓大學(xué)的訪問學(xué)者。

書籍目錄

第一篇  C的故事  1 蠢極了  2 愛因斯坦的奶牛夢  3 重力的問題  4 愛因斯坦的最大錯誤  5 人面獅身宇宙  6 服興奮藥的上帝第二篇  光年  7 一個潮濕的冬天早晨  8 果阿的夜晚  9 中年危機  10 古騰堡戰(zhàn)役  11 后續(xù)發(fā)展  12 高空癥尾聲：比光還快致謝

章節(jié)摘錄

　　我是專業(yè)的理論物理學(xué)家，從各方面來看，我是一個信譽卓著的學(xué)者：劍橋研究所博士、獲得知名的劍橋圣約翰學(xué)院研究獎學(xué)金(狄拉克與沙蘭姆先前也得過此獎學(xué)金)，然后成為皇家學(xué)會研究員，現(xiàn)在我已是帝國學(xué)院的講師(相當(dāng)于美國的終身教授)。　　我直接點明這些東西，不是想要吹牛，而是因為本書要談?wù)摌O具爭議性的科學(xué)猜測。科學(xué)上很少有東西像愛因斯坦的相對論一樣屹立不倒，而我正是想要挑戰(zhàn)相對論，講夸張一點，這簡直就是物理學(xué)家自斷生路。例如有一家知名的大眾科學(xué)報刊，便以“異端邪說”來為此下標(biāo)題，這不令人意外?！　　安聹y”(speculation)這個詞，常常被人們用來指稱自己不相信的想法，因此有人可能會以為“猜測”在科學(xué)上沒有作用，事實上正好相反。在理論物理當(dāng)中，尤其是我所專精的宇宙學(xué)領(lǐng)域，我與同事天天都在尋找現(xiàn)有理論的漏洞，思索并猜測替代理論，希望新理論更能夠解釋實驗結(jié)果。我們的工作便是懷疑先前所有的理論，并提出瘋狂的新理論。然后互相爭辯不休?！　?990年我進入劍橋大學(xué)念研究生時，首度接觸到這個傳統(tǒng)。我立刻發(fā)現(xiàn)，作為理論科學(xué)家時時需要和同行進行互動，可以說同事代替了實驗的地位。劍橋大學(xué)每周都會召開非正式會議，我們會爭議盤踞中心的想法。此外，也有所謂的英國巡回宇宙學(xué)會議，來自劍橋、倫敦、索塞克斯的人齊聚一堂，討論苦思不解的問題。就算在平日工作里，我和另外五個人共一間辦公室，我們永遠沒有共識，經(jīng)常彼此大吼大叫?！　≡谶@些場合里，有時候我們進行一般討論，聊聊放到網(wǎng)站上的最新論文。有時候則在房間里來回踱步，不去討論實驗結(jié)果、數(shù)學(xué)計算或計算機模擬等衍生想法，而是天馬行空地猜測。換句話說，我們不講根據(jù)先前實驗或數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來的點子，而是討論從我們這些充滿廣泛理論物理知識的腦袋里所冒出來的點子。　　做上述這些事情是很有意思的。有時候你終于說服周圍的人同意你的想法之后，卻又突然拍拍自己的腦袋，想到論證中有個令人尷尬的簡單漏洞，也就是說，過去一個小時中你一直誤導(dǎo)別人!不過，當(dāng)然你也可能會被同事的錯誤猜想而搞得團團轉(zhuǎn)?！　∞q論的傳統(tǒng)對于研究生新生造成很大的壓力，甚至有點震撼。尤其是有時候辯論到一半時，發(fā)現(xiàn)有人比你在行得多，使你無法全身而退。在劍橋大學(xué)的終身學(xué)者中，可是一點也不缺聰明又愛表現(xiàn)的人，他們不但樂于證明你錯了，還會讓你知道自己犯下一個多么顯而易見的錯誤，因為“劍橋大學(xué)任何一個一年級普通新生都容易看出這是錯的”。這些經(jīng)驗使我泄氣，不過我并沒有放棄。相反的，這使我更加充滿斗志。你會覺得，唯有想出全　新的點子，才能在這個群體中掙得一席之地?！　≡谶@些聚會中，常常出現(xiàn)的討論主題便是“暴脹”。暴脹理　論是當(dāng)前宇宙學(xué)最流行的想法之一，而宇宙學(xué)屬于物理學(xué)分支，　試圖回答“宇宙從哪里來?物質(zhì)是怎么誕生的?世界將如何結(jié)　束?”等深奧問題，這些課題一向?qū)儆谧诮?、神話、哲學(xué)等范疇，現(xiàn)在科學(xué)以大爆炸理論來回答這些問題。在該理論中，擴張中的　宇宙起源于一次巨大的爆炸。　　暴脹理論是美國麻省理工學(xué)院的杰出物理學(xué)家愛倫·古斯(Alan Guth)提出的，隨后被許多科學(xué)家修正。暴脹說的提出，是對于所謂“宇宙學(xué)問題”的響應(yīng)。雖然幾乎所有宇宙學(xué)家都已經(jīng)接受宇宙起源于大爆炸，不過現(xiàn)有的大爆炸理論卻無法解釋一些宇宙的性質(zhì)。簡單來說，這些問題與大爆炸是個不穩(wěn)定的過程有關(guān)，要產(chǎn)生現(xiàn)在我們看到的世界，宇宙的初始狀態(tài)必須經(jīng)過精密設(shè)計。只要與這個初始狀態(tài)有些微誤差，便會立即造成災(zāi)難(例如，夭折的宇宙)。這個非常不可能的初始值必須強行放入理論中，而無法以具體物理過程推算出。宇宙學(xué)家對于這種狀態(tài)很不滿意?！　”┟浝碚撜J(rèn)為“嬰兒宇宙”歷經(jīng)一個難以想像的快速膨脹　期，使其尺度“暴脹”。這不但是宇宙學(xué)問題的現(xiàn)有最佳解答，　而且還一并解釋了其他觀測現(xiàn)象。很有理由相信這就是正確答　案，不過至今仍然沒有確切的證明。根據(jù)最嚴(yán)格的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，這　說明暴脹理論仍然只是猜測?！　≡S多科學(xué)家對暴脹理論非常熱衷，不過英國理論家們從來不相信暴脹理論是正確答案。你可以說這是大英沙文主義作祟(畢竟，這是美國人提出來的理論)，稱這冥頑不靈也罷，也可以說這才是科學(xué)精神。不論如何，只要坐在此間的宇宙學(xué)會議中，難免都會提到暴脹理論，而討論主流肯定是大伙兒相信暴脹理論并未解決的一些重要的宇宙學(xué)問題?！　∫婚_始，我沒有仔細去思考暴脹理論。因為我的專業(yè)在另一個領(lǐng)域：解釋星系等結(jié)構(gòu)起源的拓?fù)淙毕堇碚?。在解釋結(jié)構(gòu)起源方面，缺陷的理論與暴脹理論還可一較長短，不過缺陷理論無法解釋宇宙的問題。而在這里，我一而再、再而三聽到暴脹理論的壞話，說它完全沒有粒子物理根據(jù)，說它的成功不過是美國人太會宣傳。于是人性使我開始尋求新的解釋?！　〔皇菍＜业娜耍赡芎茈y理解暴脹理論怎么解決宇宙學(xué)問題。更難理解的是，為何不使用暴脹理論就很難解決這些問題。然而，對訓(xùn)練有素的宇宙學(xué)家來說，暴脹似乎無法避免，因為先前試過的其他理論都紛紛宣告失敗，可以說暴脹理論因為對手的棄權(quán)而獲勝。多年以來，我都在心底隱約地想，是否有其他理論——什么理論都好，能夠解釋宇宙學(xué)問題?　　在我到圣約翰學(xué)院當(dāng)研究員第二年(我在劍橋的第六年)的某一天，答案似乎從天上掉下來。那天早晨陰雨晦暗，正是典型的英國天氣。我走過運動場，試圖從前晚熬夜中清醒，突然間我明白了：如果打破一項神圣的物理法則，那么不需暴脹便可以解決宇宙學(xué)問題。這個想法很簡潔漂亮，比暴脹論還簡單。不過我立刻覺得不自在，不愿馬上提出這個新解釋。對正規(guī)科學(xué)家來說，這個點子近乎瘋狂，因為挑戰(zhàn)的是現(xiàn)代物理學(xué)最基本的定理：光速恒常?！　∶總€學(xué)童都知道在愛因斯坦的相對論中，真空中的光速維持恒定。不論周遭狀況如何，真空中的光線以定速前進。物理學(xué)家以符號f代表這個常數(shù)：每秒300 000干米。光速是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是宇宙學(xué)理論的要素：宇宙中所有事物都用光速做丈量?！　?887年，美國科學(xué)家邁克耳孫與莫雷(Michelson&Morley)進行科學(xué)史上最重要的實驗之一，證明了光速不受地球運動的影響。這項實驗使當(dāng)時的人們非常困擾，因為這違背了常識中的速度加成法則：從飛機上發(fā)射的導(dǎo)彈，比從地面發(fā)射的導(dǎo)彈運動速度更快，因為飛機本身的速度增加了導(dǎo)彈的速度。如果我在行駛中的火車?yán)锵蚯皝G東西，該物體相對月臺的速度將是該物體相對我的速度加上火車的速度。你或許會認(rèn)為，同樣的法則對光線也適用，亦即從火車上發(fā)出來的光應(yīng)該行進得較快。不過，邁克耳孫與莫雷的實驗推翻這種想法，他們發(fā)現(xiàn)光總是頑固地以相同速度前進。這代表著，如果我打開一束光，要幾個相對運動中的觀測者測量這束光的速度，他們都會得到一樣的結(jié)果?！　垡蛩固?905年提出狹義相對論，對這個驚人實驗結(jié)果做出解答。愛因斯坦知道如果光速不變，就得放棄時間空間普適恒常的概念。這完全違背直覺，令人感到錯亂。在日常生活中，時間與空間顯得十分堅定恒常，而愛因斯坦卻將時間與空間看做“時空”，認(rèn)為它會依據(jù)觀測者與被觀測物之間相對速度的不同，而改變、彎曲、膨脹、縮短；宇宙中唯一不變的就是光速?！　∽源酥?，光速恒定就被人們納入物理架構(gòu)中，決定了物理方程式的寫法，甚至符號的選擇。現(xiàn)在要“改變”光速，不但大逆不道，更是根本不存在于物理學(xué)的詞匯當(dāng)中。無數(shù)的實驗證明了這個基本概念，相對論成為人們了解宇宙的中心思想。不過，我的理論正是“光速改變”理論。

編輯推薦

　　在宇宙學(xué)領(lǐng)域里，每當(dāng)有一個新點子提出，這些點子便是——猜測，猜測是大家常做的事，也在理論物理學(xué)發(fā)展中占了重要的地位，然后大家就會開始想索、懷疑、質(zhì)問并產(chǎn)生新的猜測，希望新理論更能夠解釋實驗結(jié)果。科學(xué)家工作便是懷疑先前所有理論、并提出瘋狂的新理論，然后互相爭辯不休。　　現(xiàn)在要“改變”光速，不但大逆不道，更是根本不存在于物理學(xué)的詞匯當(dāng)中無數(shù)的實驗證明了這個基本概念，相對論成為人們了解宇宙的中心思相。馬古悠遠的“光速改變”（VSL：varying speed of light）理論是：光速在早期宇宙比現(xiàn)在快，這么假設(shè)的話，至少部分宇宙學(xué)問題不需要暴脹理論就可以解釋。想法很簡潔漂亮，但一想到這個點子，馬古悠立刻感到不自在，因為這必須推翻近代物理學(xué)中所有因相對論而建立的物理世界。事實上，在光速改變理論中，宇宙學(xué)問題的解決似乎無可避免，從一方面看來，宇宙學(xué)之謎幾乎就是告訴我們光在以前行進得較快，而最基本的物理似乎必須建構(gòu)在比相對論更寬廣的結(jié)構(gòu)上。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    比光速還快 PDF格式下載

---