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物理世界奇遇记17

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物理世界奇遇记17

7 黑洞、热寂和喷灯

6 宇宙之歌

17 尾声

“我看,一定就是这里啦!”汤普金斯先生一边查看慕德给他的那张匆匆画就的地图,一边自言自语地咕哝着。大门上没有任何标记可以证明这里确实是诺尔顿庄园。他可以看到在车道的尽头有一座非常大的。爬满了绿藤的庄园住宅。这同他原来想象的并不一样,不过,他认为最好还是前去问一问。就在这个时候,他认出了慕德,她正蹲在花坛边清除杂草呢。他们很亲切地互相问好。

这是他们度假的最后一个夜晚,汤普金斯先生和慕德在海边的沙滩上作最后一次散步。从他们第一次见面以后,真的只过去一个星期吗?虽然在开始时,他同她说话时总是十分胆怯——他天生就是个怕难为情的人,但是,现在他们彼此已经非常熟悉,很容易随意进行交流了。他发现一个人会有这么广泛的兴趣,确实是他以前想不到的事。不仅如此,他还非常高兴地注意到,她同他在一起时似乎显得十分愉快,就像他自己一样。他不可能去思考这是为什么。不过,教授有一次曾失口谈到他女儿过去一度使他感到很失望,她以前答应过要从事某种大有作为的事业,但是这个承诺却突然破灭了。也许她只不过是觉得,他这个人和他那相当单调但却无忧无虑的生活使她感到安全而已。

这是个酷热的夏日——在户外的花园里坐坐是最理想不过了。不过,现在黄昏正在降临。由于光线不足,汤普金斯先生放下了他在阅读的那本书。

“你在这里购置的房地产实在太大了,”他羡慕地说,“我没想到画家的收入有这么多。你不认为阁楼上会太冷,不利于你从事美术创作吗?”

他抬头望着天上的银河。“我应该说,你父亲给我展示了一个全新的世界。遗憾的是,似乎大多数人都满足于平平淡淡的生活,连想也不想去了解这个世界是多么不寻常。”

“你在做什么?能让我看看吗?”他向慕德问道。她坐在他旁边,正在画些什么。

最初,她似乎显得有些莫名其妙,然后突然爆发出一阵响亮的笑声。“这一切都属于我吗?”她大声说道,“我倒希望是这样。但是不,它已经四分五裂了——从诺尔顿家族离开这里以后就一直是这样。它现在分隔成了好几个单元。这是我得到的那一小部分。”她指着不久以前才扩建的一座小屋。“请进去吧,随便一点,就像在家里那样。”

他拣起一把鹅卵石,懒洋洋地朝一块矗立在海面上的岩石扔过去。然后,他很快地瞟了她一眼。“为什么你不愿意让我看看你的画稿呢?”

“我跟你说过多少次了,我不喜欢把还没有完成的工作拿给别人看!”她回答说。

在他们等待壶中水烧开的时候,她带他迅速地浏览一遍她那小小的、布置得很舒适的房子,然后在起居室的沙发上坐下,品尝起咖啡和饼干来。

“我对你说过,它们不是那种随随便便给人家看的东西。它们是一些工作草图——一些想法。只不过是一些想法,如此而已。我是想通过它们抓住我对空间的感觉。它们对你来说是没有任何意义的。只有在我回到画室去处理它们的时候,才会有一些感觉再现出来——不过,有时也不会再现,那要看情况了。”

“在这样暗的光线下,你会把眼睛弄坏的。”他补充说。

“那么,你觉得昨天晚上那台歌剧怎么样?”她问道。

“那么,我们回去以后,我可以去参观你的画室吗?”

她抬起头来:“要是你一定想知道,我就试一试把我关于这座雕塑的想法告诉你。”

“啊,它大有趣了,”他说,“当然,我还没能理解它的全部涵义。不过,我很喜欢它。谢谢你建议我去看它。只有一件事……”

“当然可以啦,”她回答说,“要是你不去,我倒会失望的。”

“谁的雕塑?”

“什么事?”

这时,他们已经走回旅馆了。汤普金斯先生要了饮料,他们最后一次坐在院子里眺望着大海。

“为那个实验室设计的雕塑。”

“没什么大事。只是回到家里以后,我不由自主地为定态理论所碰到的遭遇感到惊讶。它似乎是一种通情达理的理论呀。”

“你父亲告诉我,从前有一段时间,你在物理学方面是挺拔尖的。”他议论说。

“什么实验室?你都在说些什么呀?”

“可别让我爸听到你说这种话。”她微笑着说,“不知道花了多少时间才说服他让那台歌剧上演呢。他不愿意学生们被弄糊涂的。关于科学必须建立在实验上——而不是建立在美学上,他自己编了一大套歌舞。不管一种理论怎样吸引你,只要实验结果同它相对立,你就必须把它甩掉。”

“啊,我不想谈那个,”她笑了,“这是他渴望的想法,他就希望我那样做。”

“就是我们参观过的那个实验室啊……”她停了一下,然后接着说,“啊,亲爱的,我忘了告诉你啦,实在对不起!那天在你到护士那里去包扎伤口的时候,我同公关部的头头里奇特先生聊了起来——只是为了消磨时间等你回来。我开玩笑地对他说,他应该在前院——参观中心的外面——树立一座雕塑。他说,他自己也常常想到这一点。我顺便把我的工作告诉他。他似乎对烧焦的东西特别感兴趣。他认为这种东西可能有助于人们理解高温、高能、猛烈碰撞和诸如此类现象的意义。所以,这座雕塑应该作为那里所进行的那类工作的象征。它不能只是任何一种常见的老一套的雕塑。”

“反对定态理论的证据真的像你前几天所说的那么有力吗?”

“是的。但是,你物理学学得很好,不是吗?”他坚持想问下去。

“那么,你是说,你已经得到建造这座雕塑的委托了?”汤普金斯先生兴奋地问道。

他问道。

她耸了耸肩。“是的,你可以这样说。”

“天啊,不!”慕德笑了,“现在还没有。我得先画出草图,提出我的想法,估定资金预算。他们也可能让别人试一试。咱们只有等着瞧啦。对于我关心物理学这件事,他似乎很感兴趣。他认为这有助于我提出一些中肯的意见。当然,他已经知道我爸是什么人,这对我也有好处。”她笑了起来。

“是的,”她答道,“所有证据都以压倒优势支持大爆炸理论:首先,我们知道,宇宙已经随着时间的推移而改变了——我们可以看出,它是已经改变了。”

“那么,为什么……”

她把她的草图放在一边。两人一起凝视着夜空刚出现的第一颗昏星。

汤普金斯先生皱着眉头问:“我们看到了吗?”

“为什么?”她重复了一遍,然后沉思了片刻,“啊,我自己也不知道。也许是十几岁孩子的逆反心理吧,我想,是和当时的女孩子们不容易表现出对科学感兴趣这种心理在起作用吧。对生物学感兴趣还可以,但是对物理学就不行。除了沉重的压力,就什么也没有了。现在就不一样啦——至少,现在不像当时那么糟糕。”

“你有没有想一想,你放弃物理学这件事是不是做对了?”汤普金斯先生问道。

“是的。你应该记住,光的速度是有限的;光从遥远的天体传到我们这里是要花一些时间的。当你在考察空间遥远的深处时,你也就是在考察时间遥远的过去。举例来说,”她望着窗外说;“太阳发出的光要花8分钟才能到达我们这里,这就是说,我们现在看到的太阳光是它在8分钟以前的模样——而不是此时此刻的模样。对于像仙女座中的星系那些更为遥远的天体,情况也是这样。你一定看见过那个星系的照片,你可以在各种天文学书籍中找到它们。那个星系离开我们大约有100万光年,所以,那些照片所表现的是它在100万年前的模样。”

“可是,在你当时放弃了物理学以后,你怎么还能知道这么多物理学的事呢?”

她想了片刻:“像那样一次参观,确实会叫人去好好想一想,要不要做些像抢占科学前沿和诸如此类的事。不,这不是真的。啊,我敢肯定他说,我有很多时间可以参加那样一种领域的工作——一切都非常富有魅力,非常引人入胜。但是,我不知道我能不能做到。参加一些巨大的研究组,进行一些按原设计要花5年、6年或者7年才能完成的实验……我想,我是没有耐心去做这种事的。”

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“啊,事实上我并不知道。物理学的大部分内容,我早就忘得一干二净了,不过,天文学和宇宙学是例外,目前我仍旧努力追随它们的进展。它们叫我想起……”她满有兴致地看着他。 “叫你想起什么?”他问道。

“我就一直忘不了那家伙——那台加速器。它实在是太大了。”汤普金斯先生喃喃他说,“想一想也觉得可笑:你想去考察的物体越小,你所需要的机器却越大。”

“想起了那台歌剧。”

“我觉得可笑的是,为了了解物质的最小组成部分,你却得去考察整个宇宙。反过来也是这样,认识宇宙的关键,却在于考察其最小组成部分的性质。”

“歌剧!”他大声喊道。“你——你这是什么意思?难道这同歌剧有什么关系吗?”

“你这话指的究竟是什么?”

“啊,它并不是台名副其实的歌剧,”她笑着补充说,“它是台业余的创作,是好多年前我爸那个系里的一个人写的,内容全部是大爆炸理论同定态理论斗争的事……”

“我指的是全部研究早期宇宙中的对称自发破缺的工作。而这一切全部牵涉到宇宙暴胀理论,它说明了为什么宇宙的密度接近临界密度的原因。你知道,我曾经同你说过这件事,别告诉我你已经忘了。”

“定态理论?那是什么东西?”他问道。

“不,不!我还记得。不过,我不敢肯定我是不是已经弄清了它们之间的关系……”汤普金斯先生显得有点茫然。

“定态理论认为,宇宙并不是从大爆炸开始的……”

她接着往下说:“你回想一下,在谈到使各种作用力呈现出它们各自不同的性质的相变时,爸爸是怎样说的。他说,那有点像形成冰晶体时的情形。”

“但是,我们都知道它是从大爆炸开始的呀。你父亲把一切关于宇宙在膨胀的事都告诉我啦。他说,在大爆炸以后,所有各个星系都在彼此飞散。”汤普金斯先生坚定他说。

他点点头表示同意。

“不过,星系的飞散并不能证明什么。有一些物理学家,像霍依耳、邦迪和戈尔德等人,他们认为宇宙能够不断地自我更新。随着各个星系很快地飞散,在它们后面留下的空间里立即产生了新的物质,这些物质又集合起来形成新的恒星和星系。然后,它们也再次飞散,给更多的物质让出地方来。宇宙中的事就这样循环不息。”

“好了,在水冻结成冰时所发生的一件事,就是它发生了膨胀,宇宙的情形也是这样:随着它的冷却,同样发生了相变,这时宇宙便进入了一种超速膨胀状态——我们管它叫做‘暴胀’状态,然后,膨胀的速度逐渐减慢,直到变成我们今天所看到的膨胀方式。暴胀的时间只持续了10-32秒,但它绝对是至关紧要的,正是在这段时间内产生了宇宙的绝大多数物质……:’

“那么,这一切是怎么开始的呢?”汤普金斯先生问道,他对这个问题显然很感兴趣。

“对不起,”汤普金斯先生打断了她的话,“绝大多数物质?可是我认为,宇宙中的全部物质都是在大爆炸的瞬间产生的呀。”

“不,这个宇宙没有起点,不存在开始的问题。它过去一直存在着,将来也要一直存在下去。这是个无始无终的世界。正因为这样,这个理论才被称为定态理论——它的宇宙在任何时候看起来实质上都是相同的。”

“不,在最开始时只有一小部分物质存在。大多数物质都是在那瞬间以后的极短暂的时间内产生的。”

“嗨,我很喜欢这个理论,”汤普金斯先生热心地说,“是的,它是对的……我感觉到它是对的。你明白我的意思吗?大爆炸的想法有点不太合我的心意。关于大爆炸,你总是得问问自己:为什么人们要假定它正好发生在那个特定的瞬间,而不是在某个别的瞬间?这似乎——似乎有点太随便了。现在要是宇宙没有开始……”

“这是怎么回事呢?”

“打住吧!快打住!”慕德打断了他的话。“别扯得太远啦。知道吗,定态理论已经死了,就像始祖鸟那样死了,不会再活了。”

“听着,你当然知道当冰变成水时会释放出能量——熔化潜热。在发生暴胀相变时也是这样:它同样会释放出能量,而这些能量就用于产生物质。不仅如此,当时产生物质的机制,又正好使得所产生物质的数量恰巧能达到临界密度。你已经知道临界密度的意义有多么重大了。”

“啊,”汤普金斯先生失望地说,“那是为什么?他们怎么能这样肯定?”

“是的,临界密度控制着宇宙的未来。”汤普金斯先生答道,“星系的膨胀速度将不断减慢,直到最后完全不再膨胀,不过,那是非常非常遥远的将来才会发生的事了。”

但是,慕德还没来得及回答,她父亲已经出现在旅馆门口了,他提醒她说,他们第二天上午得早早动身回家。当她起身要离开汤普金斯先生时,他急忙问道:“可是,那台歌剧什么时候上演呢?”

“说得对!所以说,无论是想知道宇宙物质的起源,还是要预测宇宙遥远的未来,关键都在于了解基本粒子物理学,也就是微观物理学。此外,我们还知道,要想得出密度达到临界的结论,目前宇宙中的大部分物质必须是暗物质。这种物质是由什么东西构成的,我们现在还不知道。它可能是中微子获得了质量而产生的结果。另一种可能性是:它有一部分是由大爆炸时,各种相互作用中遗留下的某些未知的、具有质量的弱相互作用粒子组成的。我们目前只希望通过对高能物理学的研究,能够解答上面这些问题。”

“对了,我忘记说啦,”她回答说,“星期六晚上8点,在物理讲座的主会场——就是你平时去听我爸演讲的那个会场。物理系让《宇宙之歌》这台歌剧重新上演,这确实有点滑稽,是为了纪念定态理论初次提出至今50周年的。我想,这也是一种借口吧!好啦,星期六会场上见。”说着,她跟她父亲走进旅馆,在门口很快地回过头,给汤普金斯先生送去一个调皮的道晚安的飞吻。

“我明白你的意思啦。”

这是一次盛大的演出聚会。当汤普金斯先生找到自己的座位,同教授和慕德坐在一起时,会场几乎已经坐满了人。

“而从另一个意义上说,这种交叉研究的做法同样是很起作用的。要想检验基本粒子在大统一能量中的表现,惟一的办法就是找到它们在大爆炸早期的行踪,因为在宇宙的整个历史中,只有在那个时候才存在那种大统一能量。”

“你最好还是先看看节目单,”慕德向他建议说,“快一点,他们就要关灯了。要是你不看节目单,你就不知道那些角色是谁了。哦,单子上的稳恒态就是定态,因为过去是这样叫它的。”

汤普金斯先生思考了片刻。

他很快把他在大门口拿到的那张复印的单子扫了一遍。他刚刚看完歌剧背景的说明,会场便陷入了一片黑暗。一支由六件乐器组成的管弦乐队,挤在高起的舞台边上小小的空间里,开始奏响了序曲。伴随着占有观众绝大多数的学生们发出的热烈而刺耳的鼓掌声,临时用来遮住舞台的帷幕突然拉开了。每一个人都不得不立即遮住自己的眼睛——台上的照明实在太耀眼了,其强度足以使整个会场变成一片灿烂亮光的海洋。

“把一切事物联系在一起,这种做法确实太重要了,”他心满意足地咕哝说,“原来,我在那一系列讲座中学到的东西全都是有联系的:基本粒子同宇宙学,高能物理学同相对论,基本粒子同量子理论。我们生活的这个世界是多么奇妙啊!”

“那个技师真是个白痴,他会把屋里一切东西都烧化的!”教授带着怒意小声地嘟浓说。但是事情并非如此。“大爆炸”的亮光逐渐变暗了,最后留下了一片黑暗,由一批迅速旋转的轮转烟火进行照明。可以想到,它们是用来代表大爆炸后某个时期形成的星系的。

“在你列出的清单上,还可以添上宇宙学同量子物理学。”慕德说,“你回想一下,量子物理学是在最小的范围里才起到最大的作用,而宇宙在开始时就是很小的。所以在最最开始时,负主要责任的就是量子物理学。

“现在他们又要把那个地方烧光啦,”教授怒气冲冲他说,“我真不应该允许他们干这种荒唐事!”

“就拿宇宙微波背景辐射来说吧。乍一看来,这种辐射似乎是均匀的,也就是说,它在各个方向上全都相同。但是,这种看法并不十分正确。如果这种辐射是完全均匀的,那就意味着,发出这种辐射的物质也必定是均匀的。但是,事情却不是这样。如果在物质密度的分布中丝毫没有一丁点儿不均匀性,那么,也就不存在任何凝聚中心可以使物质后来围绕着它们形成星系和星系团。事实上,不均匀性是存在的,其程度大约是十万分之一,非常小,但却至关紧要。正是这样小的不均匀性,为宇宙安排下大规模结构的图形,使宇宙中出现了星系团和超星系团,以及星系本身。

慕德靠过去拍拍他的手,指引他注意到那个“白痴技师”事实上一直站在舞台的角落里,小心翼翼地拿着灭火器,准备在必要时立即使用。这时,学生们就像小小孩在参加焰火晚会时那样,一直在呜呜呀呀地叫着。然后,舞台上走出了一个穿着黑色法衣、带着牧师硬领的人,他用嘘声让大家安静下来。按照节目单的说明,他是来自比利时的勒梅特(注:勒梅特本人当过神父,而且他提出的大爆炸理论必然引出最初的“宇宙蛋”是谁创造的问题,一度被认为是公然邀请上帝、支持有神论。因此,作者在歌剧中让他扮演神父的角色),膨胀宇宙的大爆炸理论就是他最先提出的。他用浓重的喉音开始唱他的抒情曲。

“目前有一个难以判断的问题:是什么东西在控制这种原始不均匀性的分布呢?由于宇宙的尺度在开始时非常之小,人们便想到,这种不均匀性必定是在量子涨落中产生的。如果一旦能证明,整个宇宙的大规模结构确实是这种最为微小的涨落方式的反映,那就真的太振奋人心了……”

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她的声音逐渐低下来——从旁边靠椅上传过来的平稳的鼾声,提醒她不必再继续说下去了。

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