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“小宇宙”,Big Bang!

  

在腾讯WE大会,探索平行宇宙、幽灵粒子、自我意识机器人、癌症攻克……的秘密
IT时报记者郝俊慧
  一切源自一场璀璨的爆炸,140亿年前,“big bang”!宇宙诞生,无边无垠,无数幽灵粒子——中微子奔向黑暗,人类要用超级机器“捕获”它。
  或许,爆炸不止一次,“Big Bang”!“Big Bang”!“Big Bang”!……每个“Big Bang”之后,都会产生属于它自己的宇宙琴弦和星辰大海。或许,爆炸发生在人体深处,一个被改造过的细胞注入病人身体,短短两周内,它繁殖、追捕、杀死癌细胞,直至让肿瘤消失。或许,爆炸发生在未来。由成百上千万纳米粒子组成的机器人,拥有了自我意识,它们与人类之间,是友好共存还是必有一战?一年一度的腾讯全球科学WE大会,始于2013年,每一年,它聚齐全球顶尖科学家,探索宇宙和人类奥妙,主题无关商业,只看WE(我们,人类之进化)的历史和未来。
  今年是WE的第七年,这一次,WE大会带领观众到达的是“小宇宙”,意从微观世界中窥见宇宙,解开生命的奥秘,于是我们听到了七位科学家讲述,他们如何潜入颅内宇宙、捕捉幽灵粒子、解码癌细胞免疫、展开星尘与弦……
Brian Greene
生活版“谢耳朵”拨动宇宙“琴弦”的人
  500年前,人们以为,地球是宇宙的中心,然后,我们发现自己错了,地球围着太阳转,那么,太阳是宇宙的中心吗?我们又错了,太阳只是几千亿颗恒星中的一个。那么,拥有太阳的银河系是宇宙中心吗?当然不是。“会不会有一天,我们的宇宙被发现,只不过是无数宇宙中的一个?”这是一个耸人听闻的想法,但有生之年,或许可以得到验证,而最希望验证它的人,是Brian Greene。
  被誉为现实版“谢耳朵”(美剧《生活大爆炸》主角)的Brian Greene有着一长串头衔:世界理论物理最前沿理论——弦理论研究的领军人物、全球影响最大的科学盛事“世界科学节”创始人、入围“普利策奖”的科普畅销书作者……
  20年前,他的一本《宇宙琴弦》掀开了弦理论的神秘面纱,揭示了一个十一维的宇宙。那里,空间的纤维撕裂了又自己缝合起来,一切物质——从最小的夸克到最巨大的超新星——都在微观的小能量环振动中产生,他将这种震动称之为弦,而弦才是宇宙中组成世界万物最小的粒子。
  弦理论的提出是一项雄心勃勃的科学创举,要把过去这百年来的物理学最重大的理论——宏观尺度上的爱因斯坦广义相对论、引力学说和微观尺度上的量子力学合二为一。Brian Greene认为,从理论建构来说,弦理论仍然处于理论发展的早期,现在做的事更多像搭积木,这儿一块、那儿一块,而没有看到这个理论的全貌。
观点一 或许有10的500次方个平行宇宙
  会讲故事的科学家是最伟大的作家。WE大会上,Brian Greene告诉中国科学爱好者们,平行宇宙的存在是可能的,而且数量是惊人的。弦论中的高维空间形态有10的500次方个之多,由此可能产生同样数量的多重宇宙,而我们所在宇宙所有基本粒子的总和也不过10的90次方。
  “Big Bang能用光所有燃料吗?它没有。那么剩下的宇宙燃料去了哪里?或许是一个接一个的宇宙爆炸。想象一下,如果有多重的大爆炸,每一次大爆炸产生一个不同的宇宙,每一个宇宙的额外维度形状不一样,那么这些维度在每一个宇宙当中如何去呈现?我们的宇宙是这样的形状,但可能还有别的宇宙,它们的形状对额外维度来说不一样,因此物质的形状也不一样。”Brian Greene认为,或许有生之年,通过观测手段的进一步提升,人类可以找到一部分平行宇宙存在的证据。
观点二平行宇宙间没有公交车
  那么,不同平行宇宙之间能够“通航”吗?似乎不行。
  Brian Greene共提出9种物理理论下平行宇宙存在的可能性,量子力学、黑洞、百纳、暴涨、弦论……每一种平行宇宙可能产生的原因都不同,每一次都会形成不同的形态,每一重宇宙都生存在整个空间的不同切片上。“如果说我们能不能在宇宙之间穿行,或许确实有信号有可能从一个宇宙发到另外一个宇宙当中,但遗憾的是没有一种信号可能是人体,因为在我们的宇宙中,日月星辰、人体都是存在于宏观三维之中,其他宇宙中或许存在不同的形态,但一定与我们不同。”Brian Greene笑称,不太可能在不同的宇宙之间搞一个公交系统,让大家往来无阻。
观点三时间旅行只能奔向未来,不能回到过去
  在任何一部关于时间旅行的科幻文学作品中,回到过去、穿越未来似乎都可以做到,但在Brian Greene严谨的大脑中,两者是不同的,“穿越未来,其实没有争议,方法一直在那里,但回到过去,至少在目前看来,是不行的。”
  一百年前,爱因斯坦相对论早已提出,超光速飞行能够进入未来。尽管这依然是一个不可能完成的任务,但至少在理论上它可行。但回到过去,Brian Greene的直觉是,通过宇宙弦和虫洞等做法应该不能奏效。
王贻芳
建造大型对撞机中欧只能“二选一”
  宇宙爆炸的第一秒,便产生了无数中微子。在构成物质世界的12个最基本粒子当中,中微子占了三种,但却是人类了解最少的,人们至今不知道它到底有多重,在科学界,它被称为“幽灵粒子”。
  从1956年第一种中微子被发现,到2002年,两种中微子振荡被发现,捕获幽灵粒子的人都不是中国人,直到2012年,中国科学院高能物理研究所所长、中科院院士王贻芳和他的团队,用10年的时间发现了第三种中微子振荡模式,而这个振荡不为零。
  而今,王贻芳更为人知的是,中国大型高能环形正负电子对撞机(CEPC)的主要提出者和推动者。是否建设属于中国的大型基础科学装置,在科学界曾引起轩然大波。
  WE大会上,王贻芳明确表示,建设正负电子对撞机,能够回答科学界最中心、最关键的核心基本问题,而中国已经到了基础科学研究地位须与国力相匹配的阶段。CPEC被寄望能够生产大量希格斯粒子,而希格斯粒子是粒子物理目前一个最重要的观测窗口。
观点一 CEPC只需360亿人民币
  在对中国建设大型电子对撞机的反对声中,主要理由之一是:耗资千亿,会挤压其他基础科学研究投入。
  但王贻芳对此说法坚决证伪,“我们第一阶段投入只有360亿人民币,如果有人说千亿,那可能是别有用心。”
  只有当CEPC在第一阶段有了重大科学发现、关键技术获得突破,比如高温超导,才有可能在第二阶段,将100公里的隧道用作质子对撞机、电子质子对撞机、重离子对撞机,或电子重离子,王贻芳认为,这些都只是可能性,将可能性用一种不确定的方式加起来,进而得出投资规模,是不科学的。
观点二我们慢了只能放弃
  2019年1月,欧洲核子研究中心也公布了环形对撞机(FCC)的《概念设计报告》,他们计划投巨资分两步建超级对撞机。和王贻芳的方案一样,都是准备建周长100公里的环形轨道,走先电子对撞、后质子对撞的技术路线。从规划时间周期来看,CEPC原计划在2022年开建,2030年建成,而FCC的周期要比中国晚10年。“目前进展,我们依然在按计划准备,但2022年能否开建取决于很多因素,包括国家对基础科学的整体规划。”王贻芳认为,由于欧洲核子研究中心还有LHC在做,因此在FCC上不会马上投入,这对中国来说,是很好的时间窗口,而中国有30年的北京正负电子对撞机经验,机会对中国是有利的。
  争分夺秒,是因为对世界来说,这是个“二选一”选项,如此规模的大型环形对撞机,地球上有一个就够了,“如果他们抢先做了,我们只能寻找其他机会。”王贻芳认为,时间紧迫。
  更关键的是,通过大型基础科学装置的国产化研发,可以让国内现在空白的一些关键技术达到国际先进水平,比如说大功率的微波器件、大型的低温制冷设备、超导磁铁、专用集成电路等,而在这些方面,我们国内要么是空白,要么是在国际上基本没有影响力,让大型科学装置成为国产设备的第一个用户,给它机会,让它成长。
观点三中学物理教材一定要改
  “量子波速读”让国人的科学素养再次成为焦点,自量子力学之后,物理学似乎离普通大众越来越远,暗黑物质、高能粒子、量子……人们往往不知然更不知其所以然。
  王贻芳认为,目前中学物理教学多多少少出了问题,教材和考试题目都只涉及古典物理学,对当前最新、最前沿的物理科学几乎毫无涉及,这导致学生们走上社会后,对科学的认知是碎片化、非系统的,因此很容易被一些概念绕晕,被玄学所骗,“我们应该改进现有教材,让高中生就能系统接触最前沿的科学概念。”
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