【人文】真空:一个物理学家的噩梦 | 诺奖得主Wilczek专栏

赛先生 2016-11-14 07:03:03  
  

  作者Frank Wilczek(2004年诺贝尔物理学奖得主,麻省理工学院教授)

  翻译梁丁当

  校对 狄德罗

  仰望夏夜的星空,我们会看到皓白的月亮、闪烁的星星和偶尔划过的流星。人是视觉生物,我们根据平日所见来构建这个世界。

  可见光向我们传递了外部现实的大部分信息,它沿直线穿过空间。因此,当没有物质可见,我们就会很自然地认为空间本身是空的。不过,有许多东西是我们的裸眼看不见的,比如空气。那么,当利用先进的仪器更仔细地观察空间时,又何必惊讶于更多裸眼未见之物?这些深层的结构会帮助我们了解宇宙的起源吗?

  当我还是孩子的时候,恐龙主宰着我的噩梦。长大后,我的噩梦变成了核战争。但最可怖的梦魇还在后面。那时我已经是个年轻的研究者,苦苦思索着我们物理学家所谓的“真空”:一种空得不能再空的空间。

  在感觉剥夺实验中,人被剥夺了一切外界刺激,关在没有声音的暗室中,漂浮在特殊的泳池里。 在这种隔绝一切的环境里,人无一例外地开始自造刺激——他们产生了幻觉。

  我的噩梦比这种隔绝更深一层。它是关于真空的虚无感。一天,我紧张工作之后,它向我袭来。那天,我正努力实现自己关于宇宙的一个梦想:我尝试着清除空间,代之以一种更纯的东西,以此解释宇宙的起源。

  我无依无靠,漂浮着,沉浸在一种超乎自然的、茫茫然的明亮的纯白中,不知自己身处哪里,走向何方。这些问题没有答案——的确没有,而且没有意义。这里没有路标,没有方向指示,没有任何可供接近、可以触碰的东西。

  我开始意识到,这孤独的真空是没有缘起的,是永远也无法改变的。 我在时间和空间里游走。既不在某处,也不在某时。

  就算睡着了,我也知道没有光就意味着黑暗。这反常的白色令我忧惧,它意味着我对这个新环境哪怕最基本的了解也没有。我寻找我的身体,但只能看到一片均匀的白色。

  为了理解我的处境,我想到了那种被许诺了永恒和无处不在的天堂之光的死亡——比如古希腊人的神殿和但丁的天堂。在抽象的层面,它令人鼓舞。但是在那个夜晚,它令我恐惧。

  我在颤抖中醒来,过了好一会,我才确信我没有死去,开始慢慢找回熟悉的现实。 最终我找回了理智,从夜晚的噩梦回到了白日的梦想。

  在法拉第和麦克斯韦的带领下,十九世纪的科学家发现电磁现象的主角是充满空间的电场和磁场,它们可以不需要任何媒介自由振荡变化。作为一个虔诚的基督教徒,麦克斯韦对这个发现非常满意,他写道:“宇宙中行星和恒星间广袤的空间不再会被看作荒芜。”

  今天,我们依然将光和其他电磁波理解成电磁场中的激发。我们用麦克斯韦的方程设计我们的无线(Wi-Fi)网络。

  在二十世纪里,我们把所有的物质都描绘成无处不在的场的瞬变扰动的聚集。冷却下来后,有些场会产生充满空间的薄雾(希格斯场就其中之一)。像露珠一样,它们自发形成,是场趋于平衡时的遗物。

  我清醒时的梦想(也是我噩梦的源泉)是解释宇宙的起源。真空不是什么也没有,它实际上包含所有这些二十世纪发现的场。当这些场趋于平衡时,它们生成薄雾,释放出能量,最后催生了大爆炸并演生出我们现在感知到的现实。

  为什么宇宙充满物质而不是虚无?因为,按照物理定律,虚无是不稳定的。

  当感觉被剥夺,我们会自己制造一个幻境。若缺乏外物刺激,一心追求完美,造物主也会幻想出一个宇宙。

  本文经 Wilczek 教授授权翻译。

  原文发表于2016年8月24日的华尔街日报,题目为 A Physicist’s Nightmare of the Void

  原文链接:http://www.wsj.com/articles/a-ph ... the-void-1472045991