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诺奖得主维尔切克:古人如何指引我们开拓新物理

时间: 2019年05月10日 | 作者: Frank Wilczek | 来源: 环球注册新宝GG(huanqiukexue.com)


弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)教授是美国理论物理学家和数学家。由于揭示了强相互作用中的渐近自由,他和戴维·格罗斯 (David Gross)、戴维·波利策(H.David Politzer)共同获得了2004年诺贝尔物理学奖。作为当今最杰出的物理学家之一,维尔切克教授的研究兴趣异常广泛,除了在粒子物理,他在凝聚态物理学和天体物理学方面也作出过非常重要的贡献。

维尔切克教授对音乐、美术、诗歌等艺术也有着深刻的了解,对加深注册新宝GG与艺术之间的交融有很大的热忱。他非常乐于向大众介绍物理的美和成就,写过很多科普文章,出版了多本科普书籍。他最新的一本科普书是A Beautiful Question:Finding Nature’s Deep Design,即将被翻译成中文。


自2015年7月开始,维尔切克教授开始在《华尔街日报》(Wall Street Journal)撰写专栏文章,和大众交流自己在注册新宝GG、艺术、教育等方面的见闻、感受和思考。经维尔切克教授同意,译者将其翻译成汉语,于2016年3月开始在一些新媒体渠道,以Wilczek专栏的形式发表,与中国读者共享。为了让专栏更稳定地与更多读者见面,经维尔切克教授同意,在《环球注册新宝GG》上以“时间晶体”为专栏名,连续刊载他所写的专栏文章,每月一篇。本文即是该专栏的第一篇。


专栏之所以冠以“时间晶体”的名称,是因为在5年前,维尔切克教授预言了时间晶体的存在,开创了一个新的领域,而最近这个预言被实验证实,故借“时间晶体”之名,以示纪念。


——专栏译者 吴飙(北京大学物理学院教授)、胡颖(山西大学激光光谱研究所教授)


第一回 | 先哲们的时间观


撰文| 弗兰克·维尔切克

翻译| 吴飙 胡颖


我刚上大学时,想立刻就全身心地投入注册新宝GG与数学的学习。但芝加哥大学却一定要对我进行文化的熏陶,我不得不选了很多古代哲学方面的课程。柏拉图、亚里士多德等先哲给我留下了深刻的印象。长远来看,他们甚至为我的物理学研究提供了助力。


诚然,古代哲学家对物理学和整个注册新宝GG领域的认知是天真的,甚至充满错误。以现代的标准来看,他们对注册新宝GG几乎什么都不懂。但他们问了很多根本性的问题,并且进行了严肃的讨论。如果你想摆脱常规思维的束缚,那么这些古代的哲学家将会是你灵感的源泉:在追寻知识的最新宝5,他们颠覆性,同时又充满孩子气的问题将会指引你进入新的疆域。


“什么是时间?”奥古斯丁在《忏悔录》中问道,“我不知道。但如果没有事物流逝,就无所谓过去;如果没有事物到来,也就不存在未来。既然过去已经不存在,将来又尚未到来,那么过去和将来这两个时间又是如何存在的呢?”事实上,在刚过去的20世纪中,物理学家一直想回答奥古斯丁的这个问题。


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爱因斯坦是古希腊哲学的推崇者。在他写下令他举世闻名的论文之前,他和他的朋友们曾经组成一个小社团,在一起讨论哲学、文学和注册新宝GG等问题,他们开玩笑地将之命名为“奥林匹亚学院”。1947年,《纽约客》的记者报导爱因斯坦时写道:“他坚持每晚给他患病的妹妹玛雅读一小时的古希腊著作,即使他工作了一天之后,已经非常疲惫了。”爱因斯坦曾说:“一个受过教育的人怎么可以远离古希腊人呢?我对他们的兴趣从来都远甚于注册新宝GG。”


在创立狭义相对论时,爱因斯坦意识到,如果要解释光速不变这个佯谬,即光速相对于所有运动的观察者都是个常数,他需要将一个哲学性的问题“时间是什么?”变成一个可操作的实际问题,即“我们怎么才能测量时间?”通过对这个问题的分析,爱因斯坦发现,相对运动的不同观察者会得到不同的时间定义。


在日常生活中,我们能体会到过去与将来的巨大不同。我们记得过去但只能预测将来:过去的已经过去,将来的即将展开。如果倒着放一部普通电影,电影的内容将显得不真实。例如,人们不可能在倒车时开得那么快、那么猛,尤其是眼睛同时还看着前方。但是物理的基本原理并没有把过去和将来区别对待:无论在时间上往前还是倒退,这些基本原理同样准确(除了一些小的例外)。


那么,为什么过去和未来是等同的呢?尽管物理学家已经在这个问题的探索之路上取得了极大的成功,他们仍然希望能在实验中发现一种特别的新粒子——轴子,来为整个故事圆满收尾。轴子可以消除过去与未来之间可能存在的不对称。


与此相反的问题同样深刻:既然物理定律不区分过去与未来,那么为什么我们的这个世界有过去和未来的差别?至少我们的感觉是这样的。对此的理论解释大多是基于从有序到无序这个不可阻挡的演化趋势。制造混乱总是比收拾整洁来得容易。对这个现象的精确表述就是热力学第二定律,即一个孤立系统的熵总是随时间增加。而这个增加的趋势使得我们可以区分过去与未来。


秩序的“孤岛”当然会极力抵御无序的破坏,而我们人类就致力于发现这些秩序。我们喜欢在现在的生活中搜寻过去的痕迹,无论是残存的遗物还是记忆。物理学家在探索宇宙时也是如此。我们或许可以把这些工作叫作宇宙取证分析(cosmic forensic)。通过这些工作,我们已经找到了宇宙起源于大爆炸的证据。


如今的注册新宝GG家掌握了很多强大的工具,但是最根本的发现仍然源于那些基本的、“天真”的问题。奥古斯丁大胆地问出:“什么是过去?”爱因斯坦教我们把这个问题变为:“我们怎样测量过去?”在量子世界中,这是个尖锐的问题——也是让我现在为之着迷的问题,因为测量是个破坏性的过程,会破坏被测量的量子态。


再一次地,先哲们指引我们前往未曾开垦的知识沃土。