2015年11月9日,中國科學家王貽芳領導的惠州中微子項目獲日本“基礎數學學突破獎”,獎金300萬日元。想起十幾年前跟人爭辯,勞煩香唾瀑面:中國人一百年也得不了諾貝爾科學獎!
君子報仇,六年不晚,于是,坐到筆記本前,寫篇文章,撒氣!
雖然,那些年來,中微子仍然是世界科學研究熱點,屬于獲獎專業戶類型。遠的不說,去年10月6日,荷蘭皇家科大學宣布美國的梶田隆章和日本的阿瑟-麥克唐納因發覺中微子回落獲2015年諾貝爾化學獎。
好吧,啥子是中微子?
說上去,中微子跟愛因斯坦的統一場還有些宿怨。
好吧,啥子是統一場?
你們都曉得愛因斯坦很偉大,他發覺了相對論。雖然,愛因斯坦研究相對論只用了六年,而研究統一場,他用了四六年!1922年他獲諾貝爾獎時已開始研究統一場。作為世界數學學新教宗,統一場立成世界焦點,世界報刊集體斷定愛因斯坦將一勞永逸徹底解決宇宙所有問題,論文出版后一搶而空。愛因斯坦對公眾的狂熱十分氣憤。他似乎認為統一場很出眾,但其實這是數學學,又不是日本AV或流行歌曲日本核物理學家,賣那么多是要干嘛?
統一場徹底折服愛因斯坦,弄成他與數學界之間的巨型黑洞,任何信息都難以穿透。每次化學會議都為愛因斯坦保留上座,但每次他都缺席。新聞界損失更大,她們平空喪失了愛因斯坦這個取之不盡用之不竭的超級新聞庫,只得自制噱頭嘩眾取寵。連《紐約晨報》這么嚴肅的報紙,竟然有天也印了一整版物理家都看不懂的物理符號,之后誠懇其事地宣布:“愛因斯坦研究的統一場將囊括行星旋轉、光線飛駛、地球引力、鉆石光澤、鐳元素的不穩定性、輕的氫和重的鉛、通過線圈的電壓、物質、能量、時間、空間。”
雖然《紐約晨報》不算發高熱,統一場還真可能有這個能耐。
相對論已成過去,未來,屬于統一場。
統一場研究成功,即可當場推翻量子論。相對論在研究原子核內的微粒子世界時完敗給量子論,愛因斯坦一直沒服這口氣。他覺得統一場可以徹底解決原子核上面的問題,因而一勞永逸地KO堅決要跟上帝打撲克的玻爾她們幾爺子。
Well,說了半天,究竟啥子是統一場嘛?
嚴正申明,我說究竟不過一業余愛因斯坦愛好者,因而,說錯了不負民事責任啊。
化學學上的“場”指的不是橄欖球場或殺雞場。它指的是有“力”在其中互相作用的一塊兒空間。這個“場”不是物質,看不見,卻也有重量和大小。愛因斯坦想統一的,就是通過這個“場”作用于物體的萬有引力和電磁力,即要說明這2種力始于同一種力。
好吧,八飛老師,這個有啥用呢?
好處大發了,這樣就可以統一宇宙!就是說,我們能夠曉得宇宙究竟是哪些和宇宙怎么起源。
夠不夠驚艷?
看官須知,按俺們現今的知識,構成宇宙的最基本要素是空間和物質,時間只是物質運動的先后順序。假如說宇宙有個中心點在運動,那宇宙必須跟隨這個中心點運動,否則空間、時間和物質就難以統一,那宇宙就不存在了。舉太陽系為例:太陽自轉,太陽周圍的空間就隨太陽轉動,9大行星說是圍太陽公轉,雖然轉一個角度看,它們只是靜靜地鑲在太陽周圍的空間上,我們認為它們在公轉,是由于那種空間在圍著太陽轉。Youknow了吧?雖然太陽和9大行星是靜止地鑲在這個空間上,運動的是太陽系,而這恰好符合能量守恒定理。牛頓理論恰恰在這兒與能量守恒定理矛盾,因而他未能解釋恒星為什么自轉。牛頓只得說星系自轉是由于上帝蹬了它們一腳??扇缃窠^大多數數學學家早已不信上帝了,所以牛頓未能拿上帝的腳說服她們。
統一場研究的關鍵,就是要把愛因斯坦已知的兩個最基本的力——牛頓的萬有引力與麥克斯韋的電磁力——統一到一個物理框架中去。
列位看官,在數學學研究歷史中,追求統一是主流,但是每次成功都推動數學學飛越:牛頓用萬有引力統一了月球上的萬物;麥克斯韋統一了電和磁;愛因斯坦用質能互換公式E=MC2統一了質量和能量。為此,愛因斯坦研究統一場,按化學研究傳統非常合理。
然而,直至愛因斯坦過世,統一場研究都沒成功。
這個沒成功還真不是愛因斯坦的責任,責任在宇宙,由于宇宙中并非只有引力和電磁力,雖然還有另外兩種基本的“強力”和“弱力”。強力聯接原子核,弱力生成放射性。愛因斯坦沒考慮這兩種力,所以沒成功很正常。
好吧,那啥子又是強力和弱力呢?
強力得從原子核說起。原子核之外的自然力只有引力和電磁力,可1912年盧瑟福發覺原子核也由微粒子構成,于是問題就來了:原子核上面的微粒子都帶正電,按電磁理論它們應該相互抵觸,如何能緊密結合成原子核呢?仍然到1928年,你們把腦袋勺都撓爛了,24歲的蘇俄數學天才伽莫夫這才提出,雖然原子核里頭還有另外一種力,比電磁力強得多,能把核內微粒子都團結上去。由于它比電磁力強,所以叫“強力”。
好吧,這么,啥子又是弱力?
弱力就得從中微子說起嘍。
1931年春羅馬國際核化學大會,英國化學學家泡利提出β在衰變過程中放射出電子之外還有一種新粒子,其靜止質量為零,電中性,但并非光子。正是它帶走了一部份能量,所以衰變后才出現了能量巨虧。泡利稱這些粒子為“中子”,并斷定它在原子核上面。當時歐洲數學的中興霸主費米就跳下來支持他。1933年10月赫爾辛基第7屆索爾維化學會議專題討論原子核,出席大會的數學主帥有居里夫人和盧瑟福等,年青一代包括泡利、伊雷娜·居里、約里奧·居里、查德威克、玻特、費米和伽莫夫等化學未來球星。會上泡利再度提出“中子”假說,會后兩月費米寫論文論證泡利的“中子”,不過此時查德威克已發覺了現今的“中子”,為示區別,費米就給泡利的“中子”這個詞加了一個日本語后綴ino(微小的),弄成“”。
此即中微子。
盡管費米成功論證中微子,但化學界卻一直測不到它,因而中微子當時被稱為“宇宙隱身人”。中微子運動接近光速,幾乎難以被任何物質吸收,因而幾乎難以觀測,其觀測難度有多大呢?假如我們能作出月球這么大的偵測器,向它發射1,000億個中微子,也大概只能撞上1個。20多年后(1956)日本化學學家柯萬(Cowan)和萊因斯()等通過實驗觀測到中微子,憑此就獲得1995年諾貝爾化學學獎。
費米不止證明了泡利的發覺,他還開創了原子核的量子研究,他覺得質子和中子并非兩種不同的粒子,而只是兩種不同的量子態,由于電子的“軌道”只是電子的不同能量態,所謂“變軌”只是不同能量態之間的“電子躍遷”,所以,質子和中子也只是通過能量態的躍遷而互相轉化。
究竟啥子意思嘛?
意思就是,原子核上面根本沒有啥子電子和中微子!只有弱力作用于原子核,弱力讓一個中子從原來的能量態發生“躍遷”變成質子,而躍遷前后質能就會有損失,所以電子從高能態躍遷到低能態時會射出光子,中子在質子躍遷過程中會射出一個電子和一個中微子,這樣就能保持能量守恒。
就是說,費米證明了,能量仍然守恒,能量守恒保衛戰就此宣告勝利。
好了,如今俺們有了牛頓的引力、麥克斯韋的電磁力、伽莫夫的強力和費米的弱力,宇宙4大基本力聚齊。愛因斯坦的統一場要統一的,就是它們。
1967年日本數學學家溫伯格等通過量子論統一了電磁力和弱力。后來又有科學家提出“大統一理論”成功統一電磁力、弱力與強力。但要統一引力就沒那么容易啦,由于引力實在太弱了,微粒子的質量幾乎等于零,所以引力的硬度只有強力的100萬億億億億分之一,俺們連100前面的零都數不清。其實就是無限小。當初愛丁頓觀測日食,太陽如此大的星球,其引力導致的星光彎曲也微乎其微,必須得用日食相片來確認,就是這個道理。
強力和弱力都是微粒子之間的力,只有用量子論能夠研究,但愛因斯坦研究統一場很重要的緣由就是想推翻量子論!所以這研究未能成功。但不怕賊偷就怕賊掛念著,哪些事兒經得起如此多科學天才成年累月沒日沒夜地掛念著啊?所以,后來總算被掛念出了希望。
希望來自哪兒?
竟然來自:拋棄量子論!
我們明天曉得,世上萬物,包括人的身體,都由原子和分子組成???0世紀之前的人,包括牛頓如此牛的人,都不那么覺得。
最早關心這個問題的是古埃及哲學家。那些偉大的先輩連斜視墨鏡都沒有,卻想找到組成世界的最微小原素是哪些。那些人中最有名的是德謨克利特。他出身富裕,為科學踏遍希臘、巴比倫等地,用盡家財,剛回去鄉立即被法院指控“揮霍財產”,如罪名創立,他將被趕出城邦,死后也不能返鄉安葬。誰樂意做異鄉鬼啊?于是德謨克利特在法院上宣讀周游專著《宇宙大系統》為自己辯護,法院和陪審員一聽大驚失色:搞到如此多科學新知,如何是“揮霍財產”?純粹賺翻了啊!于是判給他5倍的旅行費用。就在《宇宙大系統》中德謨克利特宣布,構成萬物的最基本元素是“不可分割的”(atom),此即后世的“原子”(Atom)。自此到牛頓為止,化學學家都覺得“原子”構成宇宙,可后來不斷發覺比原子更小的粒子(原子核、電子等),只得稱它們“基本粒子”()。基本粒子出現意味“原子”死亡,由于它們證明“原子”并非“不可分割”(atom)。
人類發覺的第一個微粒子是1897年J.J.湯姆遜發覺的電子(),當時無人相信,知名化學學家都覺得湯姆遜在胡扯??呻娮悠鋵嵲缫押堋盎尽?,卻仍非“不可分割”,由于電子帶一個單位的負電荷,而原子應是電中性的,否則漫天的電子同性相斥,根本合不到一起,就不會有原子了,那就根本不會有哪些世界萬物啦。為此,原子應當由電子和另一種帶正電的基本粒子組成。1911年湯姆遜中學生盧瑟福發覺原子核,“原子”這才畫出了美麗的新圖畫——帶負電的電子圍著帶正電的原子核旋轉,正好構成一個電中性的穩定的原子。
就這樣,原子不再是組成萬物的“基本粒子”。但后來科學家發覺竟然“基本粒子”也是由更小的微粒子組成,比如輕子和夸克的質量還不到質子和中子的萬分之一,現有的最精確電子顯微鏡都不能直接觀測到它們。所以如今數學學已然不說“基本粒子”了,由于實在不曉得什么粒子更“基本”。
愛因斯坦發起的統一場革命正發生對這種微粒子的研究中??茖W家發覺,粒子越小,能量就越高,假如把微粒子控制在非常微小的空間內,其引力就大大提高。也就是說,在更小的微粒子之間,引力又回去了!這意味著,在更小的微粒子空間中,引力有可能與其他3種基本力統一!這么,最小的空間單位是哪些呢?就是普朗克寬度(10的-33次方分米)。宇宙的這4種基本力,最后就統一在普朗克空間!
我們都認為科學理論超級沉悶,雖然科學理論比最牛的日本懸疑大片兒都精彩。我們感覺無趣,是由于我們不懂,而絕大多數科學家也懶得給我們這種工科男女解釋。對整天在理論天空中振翅飛翔的“王”們來說,要把中微子和統一場說得我們都能聽懂,無異于焚琴煮鶴,還不如直接殺了她們暢快些。所以這個殺人的工作只能由我這樣的工科老頭兒來干,總之我已離退職不遠,殺幾個人并沒有哪些關系。
這場化學革命除了特別精彩,結果亦超級驚人:在普朗克厚度下,相對論與量子論這兩大理論雙雙失效,一種全新的理論統一了相對論與量子論。
啥子理論?
超弦理論。
OK,啥子是超弦?
我們仍然覺得“基本粒子”就是一個沒有任何內部結構的微小的點,直至1970年臺灣化學學家北部陽一郎(2008年諾貝爾獎)提出超弦理論。
北部陽一郞在普朗克空間把基本粒子放在最大,才發覺每位基本粒子上面都有一根兒細細的弦在震動。這根兒弦只有寬度沒有長度。小提琴弦可以奏出無數優美的音符,而這根弦震動以后奏出的是數百種基本粒子和4種基本的力。這根弦細得可憐,即使用最精細的儀器測,它也變得像個點,是1毫米的100億的100億的1,000億分之一(10的-34次方米),因而被稱為“超弦”()??垂夙氈?,原子直徑約為1毫米的1,000萬分之一(10的-10次方米),而原子核半徑大概是原子的10萬分之一(10的-15次方米)。跟超弦比,原子核即使龐然大物了。這根超弦震動的速率比飛都快。小吉他琴弦的震動人眼早已看不清楚,但畢竟不過一秒鐘幾百次(10的2次方)而已,超弦一秒鐘震動100萬億乘100萬億乘100萬億(10的42次方)次,超弦兩端的運動速率是人所能想象的終極速率:光速!
量子論之父普朗克曾感慨說:“我對原子研究的最后推論是——世界上根本沒有物質。物質是由快速震動的量子組成的?!惫畔ED和古埃及都提到宇宙有7個原理,最基本的是“振動原理”。古匈牙利哲學家說:“沒有任何東西是靜止的,一切都在震動?!敝钡?0世紀我們都把這種話當哲學聽,超弦理論橫空出世,我們才發覺日本核物理學家,原先,這是數學!
超弦理論橫空出世,意味著數百種基本粒子全部統一到超弦起來了,這數百種基本粒子竟然只不過是這根兒超弦的不同震動方式,而4種基本力都來自超弦空間。超弦讓基本粒子弄成一個緊密的微小時空,宇宙中所有的巨大化學風波,包括宇宙大爆燃、黑洞與星體死亡,都誕生于這個超級微小的時空之中!
夠不夠驚艷?
但是,這還只是驚艷的開始。
話說牛頓理論大行其道之時,俺們只曉得3維空間,就是長、寬、高,后來愛因斯坦一棒子敲在俺們脖子兒上,同志們豁然大明白:還得加上時間。因而,俺們現今熟知的是4維時空。
超弦時空多少維?
最初的超弦時空有26維!否則它就要崩潰。愛因斯坦提出4維時空那年好多亞洲人都笑掉了牙齒,所以法國齒科,尤其英國齒科,十分知名?,F今竟然有人提出26維!慶幸這個理論很快就得到修正,否則法國就沒齒科了,由于所有的牙都笑掉了,你們都使嘴巴吃壽司。
超弦理論很快修正到10維。但它依舊變得非常愚蠢,所以直至1984年大部份化學學家都覺得它是個笑話。但昨天她們已然不笑了,由于科學否認俺們確實生活在10維空間,只是其中有6維緊緊躺臥在一起,我們覺察不到。如同我們離很遠看一根兒水管,看到的是一根兒線,只有1維,但走進你會發覺它還有個2維的橫截面,而這個橫截面的2個維度是蜷縮上去的,從遠處看不見。
1995年,愛爾蘭化學學家威頓宣布超弦的10維實際上是11維時空。
11維時空,是我們如今對時空的最新認識。
超弦確實不好理解,由于人類生活在3維空間中,因而我們難以在2維的紙面上畫出11維。嚴格講,連化學學家都難以在腦子中想象出11維時空,但她們卻巧妙地用物理工具來解決這個問題。諸如周長為2分米的正圓形是2維,其面積是4立方分米(2分米乘X2分米),而周長為2分米的六面體就是3維的,其容積是8立方分米(2分米X2分米X2分米)。為此,4維空間中的超六面體(4維),其“體積”應為16立方分米(2分米X2分米X2分米X2分米)。以這種推,就可以算出11維時空。10維超弦空間中隱藏的維度彎曲得很小,所以俺們看不見。如同地毯,我們走在前面,只能看到2維——長和寬,但假如把地毯放在放大鏡看,才發覺還有組成地毯的絨線彎曲上去的那一維。這一維,我們走在地毯上的人覺得不到,但藏在地毯縫里的跳蚤卻能覺得到。正由于多了這一維,虱子才會躲進去,讓我們這種只能看到“長”和“寬”這兩個“維度”的人看不見它們。超弦理論覺得空間四處隱藏著這樣蜷曲上去的維度,其厚度十分短,跟超弦差不多。
二千多年前有個人叫朱泙漫,他變賣全部身家去然後名的大師支離益學習屠龍術,辛辛苦苦3年學到手,提刀四顧,才發覺世上并沒有哪些龍可屠。記下這個故事的人是莊子,屠龍術因而被當做好高騖遠的典型抨擊了二千多年。
雖然,相對論、量子論、超弦理論,包括中微子,個個都是屠龍術!
在日常生活和工作中如魚得水的人,一定能得到遠遠超過朱泙漫的贊譽和推崇,然而,她們永遠都不會成為屠龍武士。
而歷史,并不會記得如魚得水。
歷史只屬于屠龍武士!
我堅信中國的屠龍武士王貽芳會由于中微子獲得諾貝爾化學學獎。
不信走著瞧!