物理學的江湖,楊振寧是風清揚,霍金是令狐沖
霍金為什麼像令狐沖?這事兒還得從頭說起。
江湖上有一些宗師是開門立派,自立山頭的,比如張三丰。物理學中,也有一樣的開宗立派的大師,如牛頓、愛因斯坦等。即便某個門派的整個大廈不是他們建的,而大廈的地基,也是他們首先找到,並挖下第一鏟土、夯起第一根樁的。
咱們打個比方,這牛頓就像是創立了《葵花寶典》的前朝大師。
而牛頓的《自然哲學的數學原理》,就好比是物理學中的《葵花寶典》。
當年,華山派的同門師兄弟——岳肅與蔡子峰——潛入南少林,將《葵花寶典》各撕一半、分別默記。回來後兩人一比對,發現竟不能互圓互證:於是生出劍氣二宗。
物理學的情況,也有點相似:1900 年後,一部分物理學家——主要代表有普朗克、愛因斯坦、玻爾、薛定諤、狄拉克、海森堡與泡利等人,他們往世界的微觀處深入,發展出了量子力學(QM: Quantum Mechanics)。這,就好比是劍宗。
另一部分物理學家,——這個圈子的代表創始人物,嗯稍微有一點孤單寂寞——只有愛因斯坦一人,往宏觀處探究,怔悟出了相對論(Relativity),這又可與氣宗相比。
劍氣二宗分家後,各自的小日子過得都是風生水起,精進萬分:劍宗的獨門絕技有《獨孤九劍》,氣宗的集大成之作是《紫霞神功》。
這就好比,量子力學派結合狹義相對論與場論,得到了可以描述微觀萬物的《量子場論》;而相對論派將狹義相對論的基本思想再推進一步,得出了能夠統治宏觀宇宙的《廣義相對論》。至此,世界微宏兩極,各有劍氣分治。
這裡要提一下。從量子力學進化到量子場論,有一個最核心的部件,叫規範不變原理。正是靠這個原理,量子派前輩創立的量子力學,才能把電磁力、弱相互作用與強相互作用統一起來,得到貫通可靠且威力無比的《量子場論》。而規範原理,正是楊振寧提出的。從這個意義上看,楊振寧就相當於劍宗的風清揚。
回到正題。與此同時,我們知道,劍氣二宗的分歧卻也是越來越大的,最終達到了水火不容、你死我活的地步,以至發生了毀門滅派的悲慘內鬥。劍宗牛人風清揚,還是靠被人騙婚搞回家,才僥倖躲過一劫的。在此,我們祝願楊老在國內能健康長壽!
咦,怎麼又跑到楊先生那裡去了——我們再次回到正題。非常有意思的是,劍氣二宗的這個情形,說來也巧,在物理學上又一次上演了——量子場論與廣義相對論亦呈現出了針鋒相對、互不相融的態勢:廣義相對論無法被納入規範場論(即量子場論)的框架中來!
具體地說,被廣義相對論所描述的引力,無法被量子化。所以,把量子場論與廣義相對論(引力)統一起來,即搞出一個量子引力的理論,就成了當代所有高能理論物理學家心中的最崇高的理想,堪稱物理學中的聖杯。
而這個工作,就相當於打通形意,把劍氣二宗統一起來。當然,分家容易回家難,這談何容易!貌似緩和了劍氣二宗對立的岳不群,還被證明了是一個偽君子。
不過,我們可以一點點試探,在那些既涉及到量子場論,又涉及到廣義相對論(即強引力)的地方,來一點點疏理這二者的矛盾之處,進而找出他們的共通點,以此最終實現他們的統一。
宇宙中存不存在這樣的地方呢?當然是存在的。一個就是我們熟知的宇宙的創生時刻:大爆炸點,另一個也是我們同樣不陌生的東西:黑洞。原因是顯然的:這兩個地方,都是能標極高、引力極強之處,量子場論與廣義相對論,當然將同時發生作用。
首先,相對論派的物理學家,通過廣義相對論這個利器,得出了這樣的共識:黑洞是萬事萬物的墳場。凡被吸入黑洞者,皆將永世不得超生。
是不是有點好怕怕的感覺?
接下來,我們今天的主角——霍金先生,就要熱烈登場了,請列隊歡迎!
簡單的說,霍金的最重要的工作,就是他結合量子場論與廣義相對論證明了:黑洞不是全黑的,它無時無刻不在發出輻射。或者說,黑洞是在蒸發著的!
這件事情,我們就稱之為霍金輻射。
能夠將自己的名字綁定某個自然現象,或將自己名字寫入某個公式、某個原理的人,都已經是相應學科中的出類拔萃者了;而如果與自己的名字綁定的是一些極其知名或重要的現象、公式或原理,則這樣的人就是我們所謂的傑出科學家,乃至一代宗師了。
楊振寧將自己的名字與規範不變性這個量子場論(甚至是整個世界)的基本原理綁定了起來,而除了輪椅外,霍金更將自己的名字與黑洞捆到了一塊兒!
可以說,這是霍金結合劍氣二宗的兩方特長,給整個物理學界、以及整個人類,留下的驚鴻一筆,必將永遠閃耀在人類的精神長河之中!
當然,霍金的這個結合,還只是對劍氣二宗矛盾的初級梳理。所以不準確地說,霍金相當於小半個令狐沖吧——威滕也許是令狐沖,但也許比令狐沖更厲害。
最終,用毛主席的話來說,包括霍金的工作在內,近些年試圖打通量子與廣義相對論的努力,都是萬里長征的第一步。以後,還將有更長、更難,卻也更為光輝燦爛的路程,值得我們這些後輩,沿著以霍金為代表的那些先輩的足跡,繼續往前、奮力前行!
撰稿人:項海波,中國人民大學物理系研究生畢業,研究方向為量子力學,超弦理論與早期宇宙。現兼任北京太雲文化傳媒有限公司首席作曲與科學顧問。萬門大學的授課老師。
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