對話物理學(xué)家布萊恩·葛林

布萊恩·葛林談黑洞、弦論和萬物理論

對話物理學(xué)家布萊恩·葛林：黑洞、弦論及其他

布萊恩·葛林在世界科學(xué)節(jié)上演講（供圖：世界科學(xué)節(jié)/格雷戈·凱斯勒）

布萊恩·葛林是當(dāng)代著名科學(xué)家及科普作家。

葛林任職于哥倫比亞大學(xué)。作為一名理論物理學(xué)家，他數(shù)十年來致力于探索宇宙奧秘，研究有望成為“萬物理論”的弦論，并獲得重大發(fā)現(xiàn)。

主持人：您覺得這次直播課很重要，為什么？選擇黑洞作為題目有什么特別的原因嗎？

葛林：首先，我覺得讓年輕人接觸到科學(xué)知識并產(chǎn)生興趣非常重要，它使我們有機(jī)會改變世界，創(chuàng)造更好的生活。這似乎是老生常談，但是把這個(gè)觀念灌輸給我們的下一代真的非常重要。

此外，很多正在學(xué)習(xí)自然科學(xué)的孩子，他們認(rèn)為只要記住已有的科學(xué)知識，會解答問題就萬事大吉了。這些當(dāng)然也重要，但更重要的是你要有創(chuàng)造性的想法。黑洞屬于最神秘最有趣的前沿科學(xué)，而且不需要很多知識儲備就能理解它的基本原理。所以我為四到八年級的孩子設(shè)計(jì)了這次直播課。很多孩子在評論中整合了他們從不同課程學(xué)到的知識，感覺他們確實(shí)有所收獲。我對這樣的效果還是很滿意的。

主持人：黑洞天文學(xué)似乎步入了黃金時(shí)代?，F(xiàn)在我們有視界望遠(yuǎn)鏡，最近還首次拍攝到黑洞的照片；引力波天文臺觀測到黑洞的并合。這是否意味著我們對黑洞的研究小有成就了？它如何幫助我們認(rèn)識整個(gè)宇宙？

葛林：毋庸置疑，是的。就在十年前，我們還在為黑洞是真實(shí)的存在，抑或只是數(shù)學(xué)上的存在而爭論不休?，F(xiàn)在有了引力波天文臺，有了視界望遠(yuǎn)鏡，我們親眼目睹了兩個(gè)黑洞的撞擊在宇宙空間激起的漣漪。甚至今年的諾貝爾物理學(xué)獎也頒發(fā)給了黑洞相關(guān)的研究。這說明黑洞是真實(shí)存在的，成就也是實(shí)實(shí)在在的。

至于像我一樣研究前沿理論的這些人，我們正在努力將黑洞研究和量子力學(xué)相結(jié)合。黑洞是最好的理論實(shí)驗(yàn)室，幫助我們在極限狀態(tài)下驗(yàn)證我們的理論。我想，當(dāng)我們完全掌握了黑洞和量子力學(xué)的時(shí)候，我們對宇宙的認(rèn)識也會有質(zhì)的飛躍。

主持人：那么您認(rèn)為這項(xiàng)研究近期會有突破嗎？

葛林：會的。我們有很多同道中人——很多研究弦論和量子引力學(xué)的科學(xué)家都在致力于黑洞的研究。這么多研究同時(shí)進(jìn)行，真令人振奮哪?；蛟S只要一兩年的時(shí)間，我們就會取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，到時(shí)再回過頭看看我們現(xiàn)在的想法，一定會覺得非常落后了。

主持人：就像您說的那樣，現(xiàn)在的確有一些新發(fā)現(xiàn)了。比如繆子g-2實(shí)驗(yàn)。能否講一講您對這項(xiàng)研究的看法，以及它對物理學(xué)界意味著什么？

【編者按：繆子g-2實(shí)驗(yàn)觀察到繆子（一種亞原子粒子）的反常磁矩，顯示它們可能受到尚未發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)或力量的推動?！?/p>

葛林：樂意之至。首先我要說明的是，目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度只有3西格瑪，或4西格瑪，因此我們對實(shí)驗(yàn)的結(jié)論仍持保留態(tài)度。直到可信度達(dá)到5西格瑪，即出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)偏差的概率由現(xiàn)在的千分之一降低到百萬分之一或數(shù)百萬分之一的時(shí)候，我們才會認(rèn)為結(jié)論可信。

拋開可信度暫且不談，如果這個(gè)結(jié)果經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，那就意味著粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型、曾經(jīng)的黃金準(zhǔn)則，可能需要重新修訂了。也許在我們已知的四種自然力量之外存在第五種力量，想想都覺得好興奮。又或許真的有尚未發(fā)現(xiàn)的粒子，改變了繆子的磁矩。

話說回來，有一件事我不得不提。就在兩天前，《自然》刊登了另一篇“不同說法”的文章……

主持人：哦，對，那篇文章說沒有發(fā)現(xiàn)磁矩改變。

葛林：是的。他們很謹(jǐn)慎地應(yīng)用理論方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)也經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，但觀察到的磁矩值與粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的完全吻合，沒有發(fā)生任何改變?？梢姮F(xiàn)在下結(jié)論為時(shí)尚早。最后真相如何，讓我們拭目以待吧。

主持人：我覺得這正是您的直播課的意義所在。通常當(dāng)人們聽到一項(xiàng)研究聲稱“我們有所突破”時(shí)，大家都?xì)g欣鼓舞；但轉(zhuǎn)頭又會有另一項(xiàng)研究告訴他們“其實(shí)沒有”。很多人并不了解科學(xué)研究是怎么一回事，它是在現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上一步一步拓展的過程，而這個(gè)過程中存在無數(shù)的變數(shù)。我想，這就是您一直想要傳遞給孩子們的觀念吧？

葛林：你說得很對。因?yàn)?，如果你只把科學(xué)看做靜態(tài)的既成事實(shí)，那么你將無從體驗(yàn)無比刺激的探索過程：有人提出想法，其他人表示贊同或反對，然后大家去驗(yàn)證、去觀察，再回過頭做出判斷。這就是人類探索自然的進(jìn)程，充滿了變數(shù)，卻又無比美妙。換一個(gè)視角看待科學(xué)，它就不再是教科書里那些冷冰冰的事實(shí)，而是充滿樂趣的過程。

主持人：是啊。而且在和人們、尤其是和孩子們聊天的時(shí)候，我還發(fā)現(xiàn)，人們總是忘記科學(xué)家也是人。他們覺得科學(xué)家就是漫畫里或電影里的白胡子老頭兒。因此，很有必要讓孩子們知道，科學(xué)家是和他們一樣的人，或是像他們爸爸媽媽一樣的人。很多人其實(shí)都意識不到這一點(diǎn)。

葛林：同意你的看法。好在人們已經(jīng)在做一些嘗試，比如拍電視劇，像“生活大爆炸”就很經(jīng)典。不過，在“生活大爆炸”里，科學(xué)家的形象多多少少還是漫畫式的，很夸張的，對吧？所以，這部劇流行起來是件好事，但它反映出人們還是傾向于認(rèn)為科學(xué)家都是些怪胎。當(dāng)然，科學(xué)家是一個(gè)很大的群體，其中不乏性格古怪的家伙。但大部分科學(xué)家和普通人并無不同，他們只是專注于某個(gè)特定的領(lǐng)域罷了。

主持人：沒錯(cuò)?，F(xiàn)在讓我們回到那個(gè)宏大的問題上去：科學(xué)界正在尋找一個(gè)終極的萬物理論。您現(xiàn)在還認(rèn)為弦論會是這個(gè)萬物理論嗎？過去5年或10年里我們又有些新的發(fā)現(xiàn)，您會因此改變看法嗎？

葛林：關(guān)于這個(gè)問題，我先澄清一下。盡管大家都知道我一直在研究弦論，普及弦論，但我可沒說過弦論會是萬物理論。一直以來，我都認(rèn)為它是一個(gè)值得深入研究的有趣的理論，它有可能成為終極理論，一切都還是未知數(shù)。

這是我的看法，到現(xiàn)在還是。弦論在過去幾年里有幾次重大的理論突破，但能被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的太少了。我原本寄望于大型強(qiáng)子對撞機(jī)會有所發(fā)現(xiàn)，結(jié)果并沒有。但這也在意料之中，可能我們只是需要更大型、更精良的設(shè)備來證實(shí)它吧。

總之我認(rèn)為，在純理論方面的進(jìn)步還是相當(dāng)迅猛的，希望在不久的將來能被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但最終結(jié)局如何，目前還很難說。

主持人：那么有沒有哪些具體的實(shí)驗(yàn)或研究是您覺得最值得期待的？您覺得從哪方面著手可能取得進(jìn)展？

葛林：現(xiàn)階段來講，一個(gè)可能的方法是校驗(yàn)對引力波的觀測，它將使我們對黑洞邊緣的辨識達(dá)到空前的精準(zhǔn)。從這類實(shí)驗(yàn)中我們應(yīng)該會得到一些啟發(fā)。

不過說句真心話，我們這代人可能終其一生都無法在實(shí)驗(yàn)觀測中驗(yàn)證弦論，或許需要下一代或兩代人的努力才能會成功。

主持人：這對個(gè)人來講真的挺郁悶的，因?yàn)榇蠹叶枷胫绬栴}的答案。但科學(xué)研究并非一蹴而就的事，而我們試圖把萬事萬物納入同一個(gè)理論體系的研究，才開始了一個(gè)世紀(jì)左右，是這樣吧？

葛林：嚴(yán)格來講還不到一個(gè)世紀(jì)。一個(gè)世紀(jì)前的確有人做過，但真正大規(guī)模的研究是在近50年才展開的。而且我們的理論發(fā)展太快，現(xiàn)今的實(shí)驗(yàn)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上。如果說還要幾代人的努力才有能力驗(yàn)證這個(gè)理論，一點(diǎn)都不奇怪。要知道，我們是在解答有史以來最深奧的問題：宇宙如何起源？如何統(tǒng)一各個(gè)基本力？宇宙最基本的元素是什么？這些問題，盡管表述不盡相同，數(shù)千年來始終困擾著我們。如果說我們離成功尚需數(shù)十載的努力，那么我們也唯有接受現(xiàn)實(shí)。

主持人：但在您看來，人類的大腦能否勝任如此深度的鉆研？我們?yōu)榱松鎻脑愁愡M(jìn)化而來，壽命只有區(qū)區(qū)70余年，卻試圖解開這些我們可能根本無法理解的謎團(tuán)，真的可能嗎？

葛林：我這個(gè)人比較樂觀，對于這個(gè)問題我永遠(yuǎn)持肯定的態(tài)度。放眼我們的星球，還有很多智慧生物，譬如貓和狗，它們應(yīng)該理解不了愛因斯坦的相對論吧。不過也不一定，說不定它們早已洞悉宇宙的終極奧秘，正在看我們的笑話呢?；氐絾栴}上，我覺得的確有這個(gè)可能，就是答案近在眼前，可我們的思維能力有限，始終無法參透。但至少我們盡力了，我們也有所收獲。而且到目前為止，人類還沒有碰到真正無法逾越的障礙，所以讓我們保持樂觀的心態(tài)去追尋終極答案吧。

BY:Mike Wall

FY: Renee

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