科学,比科幻还奇特
2008-10-01 13:41:17不可思议
你知道身处楼房底层比顶层老得慢吗?你知道你吸进的每口气都包含玛丽莲•梦露呼出的一个原子吗?
事实上,科学远比科幻小说要奇妙得多,而我们所在的宇宙比我们可能创造的任何东西都要不可思议。
最突出地表明了这点的是21世纪科学的两大支柱——量子理论和相对论。相对论揭示了黑洞的神奇世界,告诉我们宇宙是有开端的。量子理论使现代世界成为可能,给我们带来了激光、电脑……
至于你不断吸入玛丽莲•梦露的气息一说,与原子的属性有关,我们都是由像积木一样的原子组成的。原子很小,你每次呼气都会向空气中排放出数不清的这种小东西,最终风会将它们均匀地散布到地球的大气中。这样一来,每次呼吸所吸入的空气中就含有你呼出的一两个原子。
因此,人们每次呼吸的时候,都会吸入你呼出的一个原子,或者是玛丽莲•梦露、亚历山大大帝以及在地球上昂首阔步的最后一只霸王龙呼出的原子。
双重特征
但令人震惊的不只是原子体积之小,还有它内部空虚部分之大。
英国剧作家汤姆•斯托帕德在形容电子绕原子中心的原子核旋转时说得最好:“握紧拳头,如果你的拳头跟原子核一般大,那么原子就跟圣保罗大教堂一样大,如果碰巧这个原子是氢原子,那么里面就只有一个电子,跟空荡的大教堂里的一只蛾子一样大,一会儿飞到圆顶上,一会儿飞到圣坛上。”
那么,为什么原子如此空洞?或者换句话说,为什么原子与小小的原子核相比如此庞大?
这都归结于量子世界决定性的特征——量子世界的“居民”具有古怪分裂的本质。它们既表现出局限在一个地方的“粒子”的特性,像扔入池塘的石子;也表现出散布开来的“波”的特性,像池塘中的涟漪。
重要的是,波会占据很大的空间。这就是为什么具有波的特性的电子不能存在于狭小的空间中,也是为什么原子比你想象的要大得多,而且99.99%的空间都是空的。
大自然基本构造单元的这种双重性质还会产生其他的结果。这将会导致一种古怪的、爱丽丝漫游奇境一般的情景,即一个原子能同时出现在两个地方,而且原子能立刻相互交流,哪怕是在宇宙的两端。
特异之处
量子理论确实很古怪。但现代物理学的另一大支柱——相对论同样具有其特异之处。
例如,相对论提出了一种切实有效的减肥计划——走得越快,身体就越苗条。
根据爱因斯坦1905年发表的论文,这是“狭义”相对论带来的一个结果。但这种减肥效果并不明显,因为只有在速度接近光速的时候才能看出来。不过,如果有人以接近光速的速度从你身边经过,狭义相对论预言,他们看起来就像是扁片。
这并非狭义相对论得出的唯一结论。飞速经过你身边的那个人还会让时间慢下来,他们表上的秒针几乎很难动起来,如果他们朝你挥手,看起来就好像胳膊在糖浆中费劲搅动一样。
爱因斯坦又拓展了他的理论,于1915年发表了广义相对论。令人意外的是,这实际上也是引力理论。该理论表明,时间放慢不仅发生在运动速度非常快的物体上,也发生在处于巨大引力状态下的物体上。
这一结论带来的一个结果是,你身处楼房顶层比底层要衰老得快。这是为什么呢?因为你身处底层时更接近地心,这样比在高处受到的引力要稍大一些。
当然,在日常生活中这只是微不足道的影响。但是,一旦靠近像黑洞这样的引力十分强大的物体时,这种影响就会变得非常明显。如果你能停留在黑洞的边缘,时间将过得极其缓慢,以至于你能看到宇宙的整个未来一闪而过。
尽管这种结果非常不可思议,但爱因斯坦广义相对论最惊人的预言应该是,宇宙是有开端的。
根据目前的估计,宇宙诞生于137亿年前威力巨大的“宇宙大爆炸”,爆炸的碎块逐渐冷却,形成了星系。
贴近生活
证据比我们想象得要贴近生活。只要打开电视机,在各个频道之间转换,电视机屏幕上大约1%的静电干扰就来自那个巨大火球残余的热量。
“宇宙大爆炸”产生的热量在宇宙中封存起来,这些热量确切地讲就是全部的热能。因此,这些热能无处可去,直到今天还存在于我们的周围。当然,由于宇宙的扩张,温度已经大大降低,因此这些热量不再以可见光的形式出现,而是变成了你的电视机能接收到的微波信号。
微波是一种光的形式,由被称为“光子”的微粒组成。宇宙中有99%的光子并不是源自星光,而是与“宇宙大爆炸”产生的热量有关。
如果你的肉眼能看见微波,整个夜空将如同灯泡的内部一样明亮。令人惊讶的是,这种热能直到1965年才在偶然的情况下被发现。发现微波的两位天文学家因此获得了诺贝尔奖。他们最初以为仪器检测到的是鸽子散发的微波热量。在科学史上,很少有如此意义深远的发现被误认作如此庸俗的东西。
如此看来,科学确实比科幻小说还奇特。