从简单到复杂
在科学的幼年期,实验相对简单,取得突破也较容易――至少我们今天在做事后诸葛亮时感觉如此。想当年大名鼎鼎的伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)所做的实验不过是在斜面上滚动小球,或用两端安着镜片的镜筒对着夜空。而发现电磁感应现象的迈克尔·法拉第(Michael Faraday),依靠的仅仅是摆弄一个由铁环和几道线圈组成的电池……
今天,时代已经发生了巨大的变化,要实现范式的转变需要投入大量的人力和物力。举个例子,现今物理学中的开拓性发现通常是由团队而非个人取得。当我们力求观察更深远的太空,或进一步探究物质的组成时,不得不努力去建造更大、更复杂的设备。实验的规模已经由过去的“桌面级”膨胀为“大厦级”甚至“城市级”。
不仅如此,这些实验经常在地球最遥远偏僻的地区进行。在这些与世隔绝的边远地区,科学家们在严酷的条件下工作,去收集那些或许会改变我们宇宙构想方式的数据。
阿尼尔·阿纳萨斯万伊(Anil Ananthaswamy)是《新科学家》杂志科学记者兼顾问,所到过的这些人迹罕至的地区几乎比任何人都多,在《物理学的边缘》(The Edge of Physics)一书中,他讲述了许多基础物理学和高度刺激的观测实验结合在一起的动人故事。在书中,他时而带我们造访安装在智利安第斯山脉上的巨型望远镜,时而带我们到废弃的明尼苏达州铁矿矿井,看看深埋其中的暗物质探测器;或者到著名的IceCube中微子观测台,它的光学传感器被埋在南极地表永冻层下的2.5公里处(有关最极端物理学之旅网站,请点击Anil Ananthaswamy's video)。
从LHC到暗能量
在书中,阿纳萨斯万伊详细解说了那些与科学息息相关的地点,尽管故事情节中出现的那些偏僻之处显得遥不可及。“这些壮观的望远镜和探测器只能在最极端的地区或环境中工作,”书中写道,“它们所处的超现实环境在日常的故事中往往不被关注――这些地方很少被人注意、经常被人忽视。”
或许,故事中有两个地方是我们所最熟悉的:一个是加利福尼亚州威尔逊山天文台,著名天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)曾在这里首次推断宇宙正在扩张。其时,威尔逊山还是一个原生态的、未受城市灯光污染的黑暗天空地区,天文学家可以在这里悉心探索天国的奥秘。
另一个是欧洲大型强子对撞机(LHC),该对撞机建在一条连通法国-瑞士边境的地下隧道内。在过去数年里,LHC项目因倍受压力而成为一个家喻户晓的名字;即便如此,诚如作者提醒我们的,LHC项目是我们人类有史以来设计的最大单项科学实验。如果运气好,LHC实验的结果会告诉我们:宇宙是否由微小的弦构成、是否包含有未知的维度。
读者可能对贝加尔深水中微子望远镜(BDUNT)不太熟悉,该观测设备置于西伯利亚贝加尔湖寒冷的水中,目的是寻找中微子和水分子碰撞时显示的微弱闪光。
《物理学的边缘》一书其实是将两个故事合而为一:既是一篇将读者带到我们星球的某些荒无人烟地区的游记,又是对物理学和宇宙学中最紧迫问题的一次纵览,从暗能量、弦理论直至多个宇宙。阿纳萨斯万伊在这方面都是一位值得尊敬的科学导游。
资料来源New scientist.com
责任编辑 则 鸣