50年來,劍橋學院的著名天體化學學家馬丁·里斯(Rees)為我們對宇宙學的理解作出了杰出的貢獻。在這篇文章中,里斯將為我們述說與他同期的霍金、談論20世紀天文學的黃金時代、給年青學者的建議……以及在未來50年乃至更長的時間外科學技術的前景和潛在危險。
在美國,劍橋學院76歲的天體化學學家馬丁·里斯、勒德洛的里斯侯爵深受眾人敬愛,這份尊重除了源自于他對科學的貢獻,還由于他以罕見的輕松和自信跨越了科學、政治和文學之間的艱辛領域。
自上世紀60年代以來,里斯侯爵仍然旨在于探求宇宙的方方面面。他尤為感興趣的是初期宇宙、星系產生、暗物質、超大質量黑洞以及多重宇宙,并發表了500多篇相關論文。
在公共領域,里斯被授予皇家天文學家的榮譽稱號,是23位“功績勛章”獲得者之一,這是由法國女王親自頒授的勛章。里斯隸屬于諸多學術機構,其中,宗座科大學(of)是一個最多由80名擁有各類信仰或沒有信仰的科學家組成的國際組織,在那兒,他參與有關氣候變化、生物倫理等月球問題的討論。作為美國上議院的終生成員,他就科學新政問題進行講演和立法。
里斯侯爵曾任日本皇家學會主席,也是八本關于科學和政治主題的淺顯專著的作者。他的新書《未來:人類的前景》(Onthe:for)剛由耶魯學院出版社出版。《科學日本人》的在書中寫道:“里斯巧妙地將其龐大的主題內容打包成一本手冊,指導人們負責任地借助科學為人類建立一個健康公正的未來。”
以下是里斯侯爵的一次采訪。
你是那個從小就曉得自己想要成為天文學家的人嗎?
不。一開始我不曉得自己人生的方向是哪些。我擅長物理,所以在我15歲(根據美國體系的標準)被要求選擇一個專業領域時,我選擇了語文。后來當我在劍橋學院三一大學讀書時,我意識到,自己對數學的享受并不足以支撐我樂意終生研究物理。
有段時間我覺得我可能要成為一名經濟學家。但是,經過一系列辛運的意外,我最終步入劍橋學院的應用物理系,在那兒,我對宇宙學和天體化學學形成了興趣。在對它進行深入了解之前,我就選擇了這門學科。一年以后,我很高興自己作出了這個選擇。20世紀60年代是天文學史上的一個非凡時代。在那時,這一領域出現了引人注目的發展。
另一件事情是,這個系有一位杰出的導師——,他是一位十分好的講授相對論的老師,是《宇宙的統一》這本書的作者。將許多有趣的中學生吸引到他的小組。霍金就是其中之一。
(對現代宇宙學作出了特別重要的貢獻,但是培養和影響了許多人,包括John、Ellis和Roger等等。)
那時霍金是哪些樣子的?
他比我早三年,當時在追隨攻讀博士學位。那時他剛才被確診出病況,他覺得自己三年以后才會死去。可以看出,這件事是怎樣真正的激勵了他。他結了婚,作出了很棒的工作,包括他的博士論文。令人吃驚的是,他又活了55年。
你和霍金合作過嗎?
我們的工作方向有些偏離。他偏向物理化學,而我學的是現象數學學。我的工作多與觀測有關。
你能告訴我們,為何20世紀60年代是天文學中這么非凡的時刻嗎?
當時有這么多新的信息涌來,我們見證了宇宙大爆燃、黑洞、類恒星的第一個證據。想想看:當羅伯特·威爾遜()和阿諾·彭齊亞斯(Arno)在1964年發覺大爆燃的余暉——宇宙微波背景幅射的征兆時,我還只是一名一年級的研究生。
那時有些人是不相信宇宙大爆燃的。有些人相信穩態理論,這個理論說的是,宇宙有著無限的過去,它會永遠存在下去。并且一旦我們對宇宙微波背景幅射進行了第一次觀測,然后很快又有了第二次第三次的觀測,大爆燃就這樣被接受了。同樣,在1967年觀測到第一顆脈沖星后,脈沖星是中子星這一共識就很快出現了。
20世紀60年代末,宇宙學是一門新興學科。我覺得對于一個年青的科學家來說,在一個新事物不斷發生的領域工作是極其重要的。
為何如此說呢?
由于假如你步入一個相當停滯的領域,你惟一可以解決的問題就是這些年長的研究人員被抓走或難以解決的困局。但是在事物蓬勃發展的領域——無論是新的觀測、新的理論還是新的技術——你都有可能有機會作出前人沒能做到的事。在這些情況下,年長者的經驗會大打折扣。
這是怎么影響你的?
我得到了在那些發覺的基礎上繼續建造的機會。我還能為理解宇宙微波背景幅射的起源以及星體的集聚和產生作出貢獻。
誠懇地說,我的思維方法可以被描述為是概括性或則說綜合性的,而不擅長長鏈式的歸納,這特別適宜于一個學科的初期階段。我喜歡在一門學科的開始思索整體概念,而不是細節。
這是我所做的許多工作的一個特性。當我提出類恒星可能是由巨大的黑洞提供能量的初期看法時天文和天體物理學研究(英文版)官網,這一點無疑是正確的。對于我在20世紀70年代寫的關于星體產生的關鍵化學過程的論文而言,也是這么。
對于宇宙微波背景幅射,探求是否有其他不是將其歸因于宇宙大爆燃的解釋是很重要的。直至70年代初期,這還是一個懸而未決的問題。1972年,我寫了一篇有點任性的論文,闡述宇宙微波背景幅射可能是宇宙膨脹過程中的激波形成的這些可能性。但很快,觀測結果顯得足夠精確,排除了這些可能性。
大爆燃模型得到了進一步的否認:它解釋了宇宙中氦和氘的比列問題。到20世紀70年代,起碼在輪廓上,我們早已有了一個可以回溯到最初三秒的宇宙歷史模型,這是從60年代以來取得的重大進展,那時還沒有一點大爆燃的明晰證據。
我想我也是第一個發表論文討論宇宙微波背景偏振光的人。我是在1968年作出這個工作的。大概過了30年,這才被觀測到。
這些時間差讓你感覺失望嗎?
不。天文學家甚至有些看法很可能須要幾六年的時間就能觀測到。從預測到觀察到希格斯玻骰子,花了50年時間。
對于宇宙學家而言,耐心是一種專業要求嗎?
我不是很耐心。我的注意力持續時間很短。這就是為何,在任何時侯,我都在做各類各樣的事情。
多年來,這仍然是個優勢。這意味著我對任何特定的看法都沒有下巨大的賭注。有些科學家在一個看法上研究多年,以至于她們認為這是自己的專營。而我傾向于平攤風險。
有時我會對同一個現象同時作出兩種不同的解釋。我認為沒有必要為了獲得動力而對一個特定的信仰作出承諾。我只是想曉得答案。有時侯,曉得答案的最好方式是探求不同的選項,瞧瞧那個選項最好。
你昨天說60年代是發覺的黃金時代。我們明天生活在一個相像的時代嗎?
我想是的。過去兩年取得了重大突破。舉幾個反例:我們偵測到了引力波,對系外行星有了更多的了解,對宇宙微波背景有了詳盡的觀察,對星體產生和宇宙前星體階段的觀測有了新的理論觀點。
這是由兩項發展促使的:一個是更強悍的地面和太空望遠鏡,另一個是更好的計算機。在天文學中,我們不能做實驗,所以我們比其他科學家更依賴計算機模擬。比如,我們不能讓兩個星體翻車。而且計算機或許還能估算出這些場景是哪些樣的。之后我們可以把這個模型和我們在天空中看到的東西進行比較。
近來的突破中,最讓你倍感激動的是那個?
系外行星。我想每位人都對此倍感亢奮。在最顯著的層面上,它使夜空顯得愈發有趣。這種新發覺讓我們意識到,每顆星體都是由一群行星環繞的,如同月球和其他行星環繞著太陽一樣。在我們的星體中可能有幾十億顆像月球一樣的年青行星,它們的大小與月球相差不多,距離它們的母星有一段距離,所以水可以存在。
在未來10到15年內,我們有希望就能直接觀測到一些圍繞著附近星體的類地行星。我們還不能做到這一點。關于太陽系外行星的證據是間接的——觀測者偵測它們對所圍繞星體的色溫或運動的影響。并且,新的望遠鏡將要到來,應當才能偵測和剖析圍繞附近星體運轉的系外行星發出的光。
我想到的是詹姆斯·韋伯望遠鏡,還有極大望遠鏡(ELT),它由一個法國財團在法國建造。那將是世界上最大的望遠鏡。它應當能告訴我們,這種系外行星是否有臺灣和海洋,或則是否有證據表明它們有生物圈。
有傳統觀點覺得,最好的研究是科學家在年青時作出的。作為一個70多歲的天體化學學家,你對此怎樣看?
這其實是有道理的。年青人確實更才能集中精力,有更多時間。
我注意到科學家老去的方法有三種。一些人停止做研究,轉而去做其他事情。第二組人由于倍感無趣而步入缺少背景的新領域,我想到的有鮑林(Linus)、肖克利()和霍伊爾(FredHoyle)。第三種方式是繼續做你擅長的事情,并接受你可能只是在原地踏步的事實。
你是哪一種?
我覺得是第一種和第三種的混和。我一直每晚早晨看arxiv,但我把越來越多的時間花在了非研究類的事情上,例如寫書和參與公共事務。弗里曼·戴森(Dyson)說,老年人不應當寫論文,她們應當寫書。
你肯定仍然在如此做。你剛寫了新書《未來:人類的前景》。你也是宗座科大學的非天主教成員,也是上議院的活躍參與者。
我仍然參與政治活動。作為一名中學生,我出席過示威和示威活動。我加入工黨早已40多年了。在過去的幾年里,我認為我可以做一些研究之外的其他事情,我參與了更多的公眾事務。作為上議院——議會的第二部份的一員,我仍然參與對倫理問題的闡述。我們應當準許安樂死、胚胎等研究嗎?
盡管我參與了各類科學技術問題的報告制做,卻沒有提出任何重要的立法。大多數情況下,我會參與到一些仍未被充分討論的常年問題:這種高害處、低幾率的恐嚇既來自月球上更大的碳足跡,也來自新技術,這是我新書的主題之一。
在你的書中,你對未來做了一些預測。科學家擅于預測嗎?
我們(預測)的記錄不比任何人差。在這方面我們比經濟學家強!
在這本書中,我分辨了我們可以自信預測以及不能預測的事情。展望未來大概50年的時間天文和天體物理學研究(英文版)官網,我們可以預測兩件事:首先,世界會顯得越來越擁擠,除非發生巨大的災難,我們可以預測,到2050年將有大概90億人。第二個可靠的預測是,因為氣體的影響,世界正在變暖。
你看見那些問題的解決方案了嗎?
我確實寫過氣候變化問題是多么具有挑戰性。這是在要求明天的人們為世界上偏僻地區以及未來50年的人們的利益作出一些犧牲。這對政治家來說是很難做到的。
我覺得惟一有效的方式是多贏,我們努力推動清潔能源的更快速發展。穩定碳排放的惟一現實方式是強化研制,希望這會將清潔能源的成本降至燃煤發電廠的成本——這樣一來,例如說美國就可以直接跳到無碳的清潔能源的階段。
雖然你對改進的技術飽含熱情,但你也對生物技術和網路技術可能存在的危險保持警戒。你寫道,這三者可能都須要一些個體自由的限制。
我如此說是由于它們(這種技術)促使隱私、安全和自由之間的關系日漸緊張。有了網路,一個有組織的團隊可以通過破壞日本大部份地區的電網而制造一場嚴重的災難。在生物領域也是這么。鼠疫病毒的實驗早已證明,人類可以使它愈發惡性,更容易傳播。
對我來說,最糟糕的惡夢是存在那個覺得這個世界上的人太多了的狂熱分子。這樣的人不會對釋放了某種病支原體而倍感沮喪。有機會步入實驗室的人就可以完成這樣的事。這沒哪些非常的。它不像制造原子彈,還須要醒目的小型設施。
因而,我害怕的是,那些潛在危險的技術常常很容易實現,卻很難在全球范圍內進行監管,雖然它們的影響可能是全球性的。全球的海洛因貿易和稅法監管并沒有挺好的療效。事實上,我們在這兩方面幾乎都沒有取得哪些成功。
在書中,你花了六頁討論小型強子對撞機(LHC)。在LHC即將運行之前,你就曾寫過LHC可能引起破壞性過程。為何?
其他人提出了這種憂慮,我是回應她們,讓她們不用擔心的人之一。但我在書中提及了它們,是由于當風險很高時,慎重的方式是進行詳細全面的風險評估,這確實應當是義不容辭的。
事實證明,小型強子對撞機中的化學過程和碰撞速率并非史無前例:這些現象早已由宇宙射線粒子的碰撞而出現在自然界中。我寫過一篇論文來說明這種情況是自然發生的,我們不應當因此擔憂。
但為何要提這個問題呢?
在這個問題和任何其他類似的問題上,當風險這么之高時,必須將風險控制在十億分之一的水平上才可以保持信心。這是不能錯事的事情。
耶魯學院的一位知名院士()之前在一篇嚴肅的論文中提出“撕裂空間結構”的看法。為此,公眾其實希望化學學家探求這些可能性,并向她們保證,在十億比一的水平上,這是不可能發生的。
我覺得這是正確的。倘若人們要探求原先沒有探求過的數學領域,或則假如生物學家正在釋放一種新的病支原體,她們首先確實應當認真思索。
展望你所在領域的未來,在未來20到50年,你覺得將會有哪些發覺?
未來會發生哪些在很大程度中將取決于技術的進步。我們將從更強悍的望遠鏡接收到新信息,改進的估算能力將使我們就能對這種信息進行建模和理解。諸如,法國的蓋亞衛星發覺了超過10億顆星體的數據。我們如今可以剖析它們了。幾年前,我們不可能做到這樣的事情。
我覺得第二個領域是理解極端現象。我的主要興趣之一——伽瑪射線暴的研究,可以溯源到25年前,我們如今起碼有了一個模型的輪廓。快榴彈電暴是一種新的現象,這一直是一個謎,在達成一個普遍的共識之前它將被持續地討論。
我希望我們在研究CMB的角度漲落(可能還有偏振光方面)也有進展。這似乎會給我們一些關于宇宙初期——最初10?3?秒(也就是宇宙上漲可能發生的時間)——圖像的線索。法國的西蒙斯天文臺和華盛頓學院在北極進行的實驗似乎有望揭露謎團。
我希望我們能從粒子化學學中見到更多的理論觀點,近來幾年,這些觀點并沒有給我們帶來哪些堅實的理論進展。這個理論的目標是將強互相作用和強電作用統一上去,同時更好地引入引力。這將使我們能否確定一些適用于初期宇宙的化學概念。
問題是,在第一微秒之前,宇宙的化學條件比我們在實驗室里——即使是在一個大的加速器里——能夠模擬的要極端得多。所以,我們沒有任何準確的數據。
我們也沒有好的理論。我希望,在未來20年,我們將有更好的數據和理論,使我們更好地理解宇宙大爆燃十分特別早的階段,這將告訴我們,為何我們的宇宙包含觀測到的原子混和物、暗物質和幅射。它或許就會告訴我們,宇宙為何以現今的形式膨脹,以及我們的大爆燃是否是惟一的。
所有那些問題一直是猜想性的。而且假如我回顧我還是個中學生的時侯,當時沒有證據表明真的存在大爆燃。明天,我們可以滿腔信心地談論宇宙大爆燃最初的一微秒。這就是巨大的進步。
撰文:
原文標題為“OntheBestUseofto”,首發于2018年12月5日的。原文鏈接:。英文內容僅供參考,略有增刪,一切內容以英語原版為準。