3年前 (2016-02-28)  科学与探索 |   抢沙发  6 
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在现有的科研体系下,科学家不容易静下心来思考大问题。

引力波的发现,再一次有力地证明了爱因斯坦一个世纪前提出的广义相对论:宇宙中大质量天体的激烈事件(如两个黑洞的碰撞和并合)会使时空产生涟漪,并向宇宙深处传播开去,这与广义相对论的预言完全一致。

如今的科研界,很难再出第二个爱因斯坦

位于美国华盛顿州和路易斯安那州的高级激光干涉引力波天文台(Advanced LIGO)此前宣布他们探测到了这种时空扭曲,成为科学史上又一次激动人心的里程碑事件。从另一个角度看,探测到引力波更是史无前例的,因为广义相对论本身在科学史上就是个极其罕见的案例:它产生的动力,不是来自于对实验事实的解释,而仅仅是爱因斯坦纯粹的思考。纵观科学史,你很难找到另外一个如此丰富多产的理论完全由理论原理导出,几乎可以说是“无中生有”。

在1915年的科学界,没有人想着要去创立一个新的引力理论,因为在当时,牛顿的引力理论足够解决绝大部分的问题了。当然还有一些小小的未解之谜,如水星反常的运动轨道,但这还不足以促使科学家去开发新理论。广义相对论的诞生,完全来自于爱因斯坦对世界的崭新思索。

爱因斯坦的思索始于1907年,他当时28岁,仍然在专利局当一名小职员。“我当时坐在瑞士伯尔尼的专利局办公室里,”他后来写道,“然后忽然就产生了这样一个想法:如果一个人自由落下,他就感受不到自己的重力。这个想法给我留下了很深的印象,最终推动着我建立了引力理论。”爱因斯坦说,这是他一生中最幸福的思想。

爱因斯坦与别人不同的是,他可以将别人眼中平凡的事情转变为深刻的想法。在接下来的8年中,他运用张量理论,专心致志地拓展了这一引力的新想法。广义相对论表明,质量会使空间弯曲,引力场会使时间变慢,它也预言了中子星和黑洞的存在,尽管这些概念直到多年之后才被接受。

很多物理学家将广义相对论看做是理论之美的典范,然而它其实很艰深难懂。它的10个方程虽然用张量符号表示起来很简洁,但完全把它们解释明白则需要一本书那么长的篇幅。广义相对论之所以在1919年观测证实太阳引力使光线弯曲以后凋敝了几十年,计算的复杂性就是一个重要原因。

如今的科研界,很难再出第二个爱因斯坦

几乎所有科学研究的动力,都是为了给我们所看到的事实提供解释,但广义相对论不属于这一类型。还有哪些重大的科学思想不是来自于解释观测现象的需求吗?弦论?它尝试着将广义相对论与量子理论结合起来,处理着实验远不能达到的尺度与量级上的问题,但就算如此,它的诞生仍然有着明确的目标:将两个看似互相矛盾的想法相互调和。这与广义相对论仍有本质的不同。

今天的青年科学家还能有机会像当年的爱因斯坦那样思考问题吗?在1905年这个“爱因斯坦奇迹年”,爱因斯坦不仅提出了狭义相对论,也解释了光电效应,为量子理论开了先河,还发表了另外几篇开创性的研究论文,这是他科研创造力爆发的高峰期。青年时期通常是科学家最高产的时期,然而,对于今天的科学家而言,研究生涯的青年时期却是最困难重重的时期,充满了条条框框的限制和各方面的忧虑。

年轻的科学家比以往任何时候都需要发表大量的文章,速度还要快,这样才能获得科研经费和教职,证明他们工作的“影响力”,并在高度专业化、竞争激烈的科研领域取得一席之地,因此,要让他们在桌边坐下,像当年的爱因斯坦那样静心思索大问题,怕是不可能了。

一百年前诞生的广义相对论,看起来并没有什么明显的“用处”,尽管今天每只手机的GPS导航都依赖于它。它的诞生也不是出于什么明确的目标,除了智力上的满足感。如果爱因斯坦的研究同今天一样,是基于基金申请的,它百分之一百会遭到拒绝,也不会有年轻科学家有时间、精力和经费来把它当做头等大事来研究。因此,现代科学界恐怕没有空间容纳得下第二个爱因斯坦了。(撰文:菲利普·鲍尔(Philip Ball)翻译:丁家琦}

 

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