阿尔伯特·爱因斯坦的工作给物理学带来了革命性的变化,因此很难在不陷入圣徒传记的情况下讨论他。事实上,他的才华是如此出名,以至于他的姓氏已经成为天才的代名词,他的大脑被保存下来供研究。
然而,尽管爱因斯坦无可否认是一个聪明的饼干,但回顾历史进程,人们不可能不注意到多米诺骨牌都在那里,摆好了,等待着像他这样的人开始推倒它们。爱因斯坦才华的一部分仅仅是意识到了这一点。哈佛大学(Harvard University)物理学教授阿维·勒布(Avi Loeb)经常在“科学美国人”(Science American)上发表专栏文章,他告诉我,他认为即使爱因斯坦没有出生,其他人也会发展他的物理学发现。勒布澄清说,这可能还需要几十年的时间。勒布继续说,爱因斯坦亲自负责的许多事情--在物理学中至少有10块试金石--每一块都是一项重大的智力成就--你知道,它们会被不同的人发现。这说明了他的天才。
勒布在希伯来大学为一个庆祝爱因斯坦的生活和工作的公共项目提供咨询,希伯来大学拥有爱因斯坦文件的档案馆。该项目名为“爱因斯坦:想象不可能的事情”,计划成为一个互动的在线展览,让公众参与到爱因斯坦的工作中来。作为一名物理学家同事,多年来,爱因斯坦的工作和他的生活一直压在勒布的脑海中,这就是为什么他对帮助策展感兴趣的原因。
然而,在考虑爱因斯坦的遗产时,勒布说,我们必须考虑物理学世界的哪些方面已经改变,哪些没有改变。在19世纪90年代,当爱因斯坦还在上大学的时候,物理知识是今天的外壳。量子力学、暗物质、核物理和大多数基本粒子都是未知的,天文学家对宇宙的性质知之甚少-甚至不知道我们自己的星系之外还有其他星系。如今,许多最重大的物理发现都是依靠一些有史以来建造的最大、最昂贵的科学仪器来实现的:比如引力波天文台,或者欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机。
考虑到今天的物理学格局,还会有一个像爱因斯坦一样的物理学家再次存在吗-比如,一个在专利局工作,默默思考时空本质的人,但他的发现却导致该领域的大部分领域被彻底重新思考?
勒布是这么想的。勒布告诉我,物理学中有一些乌云。人们会告诉你,我们只需要弄清楚哪些粒子构成了暗物质,它只不过是另一个粒子。它有一些弱的相互作用,差不多就是这样。但我认为,我们很有可能会错过一些非常重要的重要因素,而这些因素是才华横溢的人在未来几年可能会认识到的。勒布甚至表示,今天取得革命性物理突破的潜力并不小--实际上,现在的潜力比爱因斯坦那个时代更大。
我和勒布通了电话,谈到了爱因斯坦的遗产,以及物理学是如何在某些问题上陷入困境的;像往常一样,这篇采访经过了浓缩和编辑,以便出版。
首先,让我们谈谈爱因斯坦对科学的一些贡献。是什么驱使你帮助策划这次爱因斯坦遗产的庆祝活动?
首先,爱因斯坦的狭义相对论彻底改变了我们的时空观念。空间和时间是集合在一起的实体,光速是终极速度,你可以将质量转化为能量,这一点在核能中得到了特别的证明。后来,他对量子力学做出了极其重要的贡献,当然也发展了他在105年前1915年11月发表的广义相对论。令人惊讶的是,整整一百年后的2015年8月,LIGO实验探测到了引力波-他们证明了引力波的存在,这是爱因斯坦理论预测的空间和时间上的涟漪,而且这些引力波的作用力是黑洞,这也是爱因斯坦理论的预测。
显然,爱因斯坦非常有远见,但在某种意义上,他也有同龄人-比如卡尔·施瓦茨柴尔德和埃德温·哈勃-他们所做的工作将有助于他测试和关联他的理论。我一直在想,比方说,如果爱因斯坦晚出生30年,会不会有其他人搞清楚相对论、光电效应等等呢?
这是个好问题。物理学是关于自然的,对吗?所以我们正在努力了解大自然。我们正在努力了解大自然,所以,从这个意义上说,我们可以收集数据,最终有人会想出正确的想法。问题是,这需要多长时间?我的意思是,如果我相信也会有同样的想法。我不知道爱因斯坦和他们思考的时间有多近,但最终。。。可能还需要几十年或更长的时间。但最重要的是,我认为它会变得支离破碎。所以,你知道,爱因斯坦个人负责的许多事情-比如物理学中至少有10块试金石,每一块都是一项重大的智力成就-它们会被不同的人发现。因此,他提出的所有这些都说明了他的天才。
但是你知道,如果你看看诺贝尔奖获得者,你会发现有很多人因为一项重大发现而获得一次诺贝尔奖,这几乎就是他们一生所做的事情。无论他们是在生命的早期还是晚期都这么做了,但这都无关紧要。爱因斯坦的情况并非如此。因此,他不仅偏离了惯常的做法,提出了独到的想法,而且还多次这样做。通过这一点,你知道,它对人类做出了贡献。我应该说,很大程度上,比如,他的理论是广义相对论,即空间、时间和引力是相互联系的。
从爱因斯坦时代到现在,物理学似乎发生了变化。到目前为止,我们宇宙的大多数基本物理原理似乎都已经得到了很好的定义和测试-比如说,粒子物理的标准模型,或相对论和引力。由于政府资助的仪器的巨大团队提供的数据,现在出现了许多进展。考虑到物理学的现状,现在真的有可能有像爱因斯坦这样的人,一个彻底改变整个领域的人吗?或者你认为事情已经发生了某种根本性的变化-无论是在实验资金方面,还是在我们对宇宙的理解方面-以至于这样的事情不再是可能的?
我的意思是,正如你所说,我们确实有更大的实验,在某些领域有更多的数据。但我们仍然需要思考物理蓝图的人,思考其他人做出的可能是错误的基本假设的人。我们需要批判性思维。地平线上有一些乌云,就像150年前一样。你知道吗,那时候,那是黑体辐射。当时的人们认为,我们只需要弄清楚那片乌云,然后我们就完成了物理学。[编者按:在19世纪90年代,物体加热时会发出不同的颜色,这一事实是物理学最大的谜团之一。)(编者按:在19世纪90年代,物体加热时会发出不同的颜色,这是物理学中最大的谜团之一。)(编者按:在19世纪90年代,物体加热时会发出不同的颜色。)。事实证明,它与量子力学有关,对量子力学的研究推动了一场正在进行的物理学革命。]。
你知道,现在也有一些乌云。比如,有暗物质的性质,或者宇宙常数的性质,或者我们不知道真空的能量是从哪里来的。人们会告诉你,哦,这些只是微小的细节。你知道,我们只需要弄清楚哪些粒子构成了暗物质,它只是另一个粒子。它有一些弱的交互作用,差不多就是这样。而暗能量,你知道,它只是真空能量密度,你知道,出于某种原因,它更有可能,因为否则我们不会在这里存在。你知道,我们可以互相颁奖,庆祝物理学的终结。
我认为它很漂亮。
最大的挑战之一是统一量子力学和引力。因此,你有这样一大批弦理论,它们彼此一致认为它们正在引领前沿,但尽管如此,它们在过去40年里并没有提供任何可以通过实验检验的具体预测。[编者按:弦理论统一了量子力学和重力,但正如勒布提到的那样,据任何人所知,它是不可测试的。]。
[弦理论家]他们仍在鼓吹他们是最聪明的物理学家--尽管他们不是在做物理学,因为在我的书中,物理学是用实验来检验你的想法与现实的。而且,你知道,我非常相信,如果把你的理论放在实验数据的断头台上,它可能会被砍掉脑袋。但是如果你不冒险去检验你的理论,你会为自己感到非常自豪。你保持谦逊的唯一方法就是认识到有比你的想法更优越的东西,那就是自然。而且这是一种学习经历,你不应该事先知道所有的事情。
不幸的是,这几天已经不流行了。今天,这一切都是为了给彼此留下深刻印象。这是社交媒体的一部分,你知道,试图给别人留下深刻印象,让他们说一些看起来很聪明,看起来非常聪明的东西,这些东西会完全与其他所有人的言论保持一致,这样他们就会喜欢你,你在Twitter上会有更多的赞。好吧。所以这就是你的动机,这样你就可以得到更多的奖励,更多的拨款,这样你就可以获得终身教职,每个人都会尊重你。
那是不对的。这显然不是爱因斯坦的动机。他并不是想讨人喜欢,这就是为什么他一直在专利局工作。但他的想法恰好是正确的。从某种意义上说,他是天真的,但这才是正确的方法--你应该一直在学习。
所以我想说有同样的潜力-现在甚至更大-因为我们正处于一个我们认识到物理学成功的时代。它对经济、政治等等都有巨大的影响。所以我们认识到了这一点--但是如果你看看物理学的前沿,也就是蓝天研究,你知道,它应该是开放的--但它并不开放。有一群人,他们根深蒂固的思想永远不会受到考验,他们相信他们正在引领前沿。
正确的。那么,你是说一些主要实验的前提甚至可能是错误的吗?比如,所有著名的暗物质实验都在试图寻找这种弱相互作用的超对称粒子,但即使是这个假设也可能是错误的?
这里有一个例子:超对称,你知道,这是一个倡导了几十年的想法。[编者按:超对称性是这样一种理论,即对于每个基本粒子,都有一个伙伴粒子;所以对于电子,会有一个超对称的选择子,而对于顶夸克,会有一个超对称的夸克,依此类推。(编者按:超对称性是指,对于每个基本粒子,都有一个伙伴粒子;因此,对于电子来说,会有一个超对称的选择子,而对于顶夸克,就会有一个超对称的夸克,依此类推。)。理论上认为暗物质是由这些粒子中的一种构成的。然而,没有一个超对称粒子被观测到。]人们庆祝这一想法,并相互颁奖。欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机本应探测最轻的超对称粒子--但它没有。没有证据表明超对称。
所以很明显,人们说的是,哦,也许它就在拐角处。但它已经被排除了--最自然的超对称性也被排除了。因此,这里有一个被誉为主流的观点--它不仅受到赞誉,而且是弦理论的基础。所以他们把它当作一块积木:我们知道它的存在,把它当作一块砖放在我们正在建造的塔底,叫做弦理论,称为超弦理论。让我们假设我们知道它是完全微不足道的,如果实验者最终不会找到它,我们甚至不需要考虑它--让我们把它当作我们塔楼的一块积木。
不存在。LHD[大型强子对撞机]没有找到它。因此,人们会说,好吧,大质量粒子之间的弱相互作用是暗物质,但是几十年来,他们没有发现任何东西。[编者按:解释暗物质的一个突出理论是,它由重的粒子组成,但很少与正常物质相互作用,尽管它们会弹离自身,并具有引力相互作用。大多数寻找暗物质的主要实验都试图发现这种弱相互作用的大质量粒子,简称WIMP。]。
所以我问实验者,既然极限比预期低了几个数量级,你们还会继续寻找WIMP,这些相互作用很弱的粒子吗?他说,只要我得到资金,我就会继续寻找WIMP。
所以在主流的方法中,有一种非常固执的方式-就像我们坚持我们相信的想法一样。然后,任何偏离这一点的人都将被排挤在外。要知道,任何人考虑通过弦理论统一量子力学和引力的任何其他理论都是靠边站的,即使没有合理的证据支持弦理论。所以我想说,现在真正具有革命性的突破的潜力并不小--实际上现在(比爱因斯坦时代)更大。恰恰相反,社会压力更大了。
基思·A·斯宾塞是“沙龙”杂志的高级编辑。他负责沙龙的科学、技术、经济和健康报道。他的新书“硅谷的历史:科技行业如何剥削工人、侵蚀隐私和破坏民主”于2018年出版。在Twitter上关注他:@keithspencer,或在Facebook上关注这里。
更多信息来自·关注keithspencer