《托马斯·欧利希文集》
书 名：托马斯·欧利希文集
作 者：（美）托马斯·欧利希 主编；毛世帅等 译
定 价：1380元（全11册）
字 数：3097千字
出版社：生活·读书·新知三联书店
精彩选读
自由地探索问题
大学有一个重要的责任,那就是培养独立思考的能力,并时刻准备着对促成进步和创新的假设提出质疑。仅仅因为一个问题看起来很重要,而不是因为这个问题的答案是否存在,更不用说这个答案是否会对社会有直接的好处,就有探索这个问题的自由,这是发现和产生新认识的一个重要因素。这种自由在大学环境中应该受到保护。多年来,我在科学和其他领域的同事们经常告诉我,他们最伟大的成就是在他们最不确定自己工作的结果可能是什么的时候取得的。用印第安纳大学物理学教授兼研究副校长乔治·沃克的话说:
我们必须认识到,为了确保长期的活力和产出能力,研究系统需要有短期的低效期。虽然大学确实需要对社会产生更大的影响,需要从整体上看待问题,但这并不意味着我们应该有一个联邦机构来设定研究的优先次序。伟大的突破来自那些可以听到不同声音的人——如果你只允许一种论调,这些突破可能会被扼杀。我们必须谨慎地为那些与我们截然不同的人留出空间和机会。
斯图尔特·穆夫森是印第安纳大学布鲁明顿分校天文学系的系主任,也是天体物理学的国际研究员。最近在一次谈话中，他在描述自己的工作时也谈到了这一点:
当我早上起床去上班的时候,我通常不会想，我今天要做什么与社会有关的事情。但我确实经常被问到这样的问题:“你所做的事情有什么好处?”
就我个人而言,当开始理解宇宙运行之谜,哪怕只是一小部分,我都会感到极大的满足。对我来说,发现事物是如何运作的是很重要的:宇宙是如何运作的,原子是如何运作的,恒星是如何运作的。此外,努力去理解这些内容可以带来有益于社会的进步。研究和技术确实是共生的:很难想象没有科学,技术如何进步,或者没有技术,科学如何发展。我们采用先进的技术,利用它来推动下一步的理解。然后这一步通常意味着有人有了新的发现,可以带来更先进的技术,社会在其他方面也可以使用这项技术。
我重点研究在恒星中心发生的高能相互作用的证据。我们正在寻找的物质之一是一种叫作中微子的粒子,它是由这些相互作用产生的。这些粒子具有极高的能量,可以向我们揭示为恒星提供动力的难以想象的能量来源。它们还可能帮助我们找到天体物理学中一个长期存在的问题的答案——宇宙的暗物质。宇宙里至少有90%的东西无法解释:我们能探测到引力效应,但却看不到它。我们能够看到这种暗物质的一种可能的方法是捕获那些暗物质粒子(无论它们是什么)与其他暗物质粒子碰撞时产生的碎片。许多人认为这些碎片中将包含中微子。
要找到这些异常困难的问题的答案,我们必须把技术推向绝对极限。通过这样的推动，新的发现产生,新的技术也随之而来。我不能保证我所做的事情会直接带来这样的好处,但我认为它会——不是通过我个人,而是通过我和其他天文学家所做的工作。
正如穆夫森所言,解决谜题是科学的基本魅力所在。1993年夏天,在世界各地传来的坏消息和好消息中,有一条令人吃惊——不管怎么说,这条消息引起了头版的关注和大众的兴趣:一位名叫安德鲁·怀尔斯的年轻英国数学家,解开了有着350年历史的叫作“费马最后定理”的数学难题。为概率论奠定基础的17世纪学者皮埃尔·德·费马声称,尽管存在A²+B²=C²的解，如3²+4²=5²,但对于平方以上的幂次,在使用整数时不存在解。因此,不管用什么整数,A³ +B³=C³都没有解,A4+B4=C4也没有解,如此类推,直到无穷。怀尔斯用了两百页的篇幅来解释证明费马是对的。
值得注意的是,不仅是数学家,就连外行人也被怀尔斯的成就和费马的谜题所吸引。科学,甚至深奥的科学,使我们受困其中。我们生活在一个科学的世界。我们的世界观、我们对自己和宇宙的看法,是由20世纪革命性的发现所塑造的,也是由一种令人兴奋的想法所塑造的,即人类有能力去发现,能够用心灵的眼睛去观察最深邃的空间以及最遥远的时代。
实验数学和计算机建模是知识快速发展的关键因素。它们使研究人员能够进入恒星内部,站在宇宙诞生的地方,就像在星际飞船上一样,大胆地前往其他不可能的地方。但是,对科学家和非科学家来说,最引人注目和最深刻的或许是认识到宇宙中隐藏的规律是理性的规律,并且我们可以通过数学逻辑来理解这些规律——我们的大脑具备这种逻辑能力,因此能够理解宇宙。
正如我们通过科学的不断扩散的镜头所感知到的那样,我们所生活的空间随着我们使用这些镜头的能力而扩张。我们不再只是仰望夜空,而是向外看,从恒星到星系,再到外层聚集的暗物质。我们不再只是向内看原子,而是往更深处看,从中子到夸克，再到携带核力量且持续时间极短的粒子,它可以把所有的东西都聚集在一起。更重要的是,这些巨大和微小的不同维度有着惊人的相似之处:正如英国伟大的天文学家詹姆斯·詹斯爵士所言，“从某种意义上说,原子的秘密结构同样以恒星为直径地体现在天空中”。
这些新的想象告诉我们,大多数事情比它们看起来要复杂得多。然而,矛盾的是,它们也以我们人类渴望寻找的新方式满足了我们,无论在任何可能的地方,都保持着统一、有序和简单。统一的理想和科学本身一样古老。我们离“大统一理论”(物理学家希望该理论能证明引力、电磁力、强核力和弱核力只是一种力的不同面)的目标仍然遥不可及,但似乎已经更接近了。
我对最近的一种新发现以及似乎来自一个不可能的源头的宇宙统一性特别着迷:混沌。在过去的几年里,在生物学、经济学、数学、气象学和其他领域互不相识的研究人员使用高性能计算机进行分析,从高度复杂、随机和混乱的数据中发现了意想不到的有序模式。更不寻常的是,无论数据是什么,从棉花价格到气候模式,从液体和金属的过渡状态到动物种群数量的波动等等,这些模式都是相同的。
混沌理论这一新领域是从这些发现中产生的,一旦研究人员聚在一起,假设模式形成的规律是普遍的,不同的复杂系统遵循一些相同的简单定律,而这些定律反过来又会产生不同的复杂系统——秩序和混沌的无限复制会从另一个系统中无穷无尽地显现出来。换句话说,不管看上去多么混乱,只要你退得足够远,你就会找到秩序。作为一名管理人员,我认为这种想法是令人宽慰的。
同大多数普通人一样,我还发现当代科学的许多想法难以理解。但是,我们并不孤单。即使是专家也发现,当他们得出最彻底的结论时,这些新想法也难以理解。物理学家斯蒂芬·霍金在《时间简史》中写道:“构建数学模型的一般科学方法,无法回答为什么应该把宇宙作为模型来描述。为什么宇宙要克服这么多的麻烦以获取存在?”
“到目前为止,”霍金写道,“大多数科学家都忙于发展新的理论来描述宇宙是什么从而提出为什么的问题。另一方面,问为什么是哲学家的职责,而哲学家们却跟不上科学理论的进步。”
新的一系列无法回答或可能无法回答的问题,都源自“科学理论的进步”——不仅是为什么的问题,而且包括如何的问题。例如,如何在有限的空间内容纳无限多的轨迹,就像在某些连续的循环模式中发生的那样?两个互相矛盾的陈述如何能够都是真实的,就像数学可以证明的那样?一个事件发生的过程如何取决于它的后续测量,就像我们在粒子物理学中所发现的那样?诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼曾在一次演讲开始时对听众说:“我想我可以确定地说,没有人理解量子力学。如果可能的话,不要老是对自己说:‘怎么会那样呢?’没人知道怎么会那样。”詹姆斯·詹斯爵士在《天文学与宇宙科学》的结尾问道:
在我们目前对空间和时间的解释中,如果有什么是我们能够理解的,那么物质的大量积累似乎只是为了毁灭自己而创造的,这意味着什么呢?如果我们的解释是正确的，生命与宇宙的关系是什么,它只能占据这么小的一个角落吗?如果可能的话,我们和遥远的星云有什么关系呢?因为除了光能在一亿年内在它们和我们之间传播外,肯定还有一些更直接的联系。是它们巨大的、无法理解的质量,更接近于代表宇宙的主要终极现实,还是我们更接近呢?我们只是和它们一样是同一幅画的一部分吗?或者我们有可能是创作者的一部分吗?
研究无法回答这些问题。然而,研究确实在帮助我们思考它们,并以新的方式去思考。同时,在大卫·斯塔尔·乔丹所说的在“人类知识的无限海洋”上航行的过程中,科学回答它所能回答的各种问题的能力可能是无限的。
（摘自《高等教育的理想与现实》）