封面人物 | 浪漫外衣下的星辰大海

稿源:南方人物周刊 | 作者: 本刊记者 邱苑婷 日期: 2018-03-21

引力波存在吗?那时候没人能肯定,连爱因斯坦生前也表示存疑

一次成功的合谋

公众对宇宙的热情总集中爆发在某些时间段,比如2018年3月14日,2018年2月6日,2017年10月16日,2017年9月15日。哪怕对宇宙天文毫无所知的人,在这几个日子里,他的朋友圈也很可能出现这些标题:“霍金去世,一个时代落幕了”“特斯拉跑车被送上火星轨道!”“LIGO宣布探测到来自双中子星合并的引力波事件”“中国‘天眼’之父南仁东逝世”……

在一潮又一潮的社交网络集体悼念中,我们所处的时代显得十分“脆弱”——倏然一个时代落幕,倏然新纪元又开启,开开合合有如蚌壳。不知何时始,谈论星空、宇宙成了浪漫的代名词与新时尚——尽管科学界内能发酵成公共议题、甚至被推上热搜榜的事件九牛一毛,毕竟专业壁垒不由分说。可3月14日,我所有的微信群、朋友圈都在谈论霍金,谈论自己与霍金的故事,谈自己何时读过《时间简史》,或者,哪怕那关联微弱到只是在美剧《生活大爆炸》里看过他的客串。

慢着。霍金出现在了美剧里。霍金的《时间简史》无人不晓。为什么是霍金?偏偏是霍金,成为了继爱因斯坦之后知名度最高的科学家——人们总容易混淆知名度与成就,于是他在许多人眼里也成为了“继爱因斯坦之后最伟大的科学家”——在这样热闹的街谈巷议气氛中,很难不对巨星陨落感到某种切实的遗憾。

霍金当然是伟大的,他证明了奇点定理(与数学家彭罗斯合作),发现了黑洞视界面积不减定理,提出了“霍金辐射”……但有多少人明白这些晦涩的科学名词,清楚其发现在科学界中的坐标系?霍金在大众场域的闻名,本身就是一例绝佳的科学公众传播案例,往往,倚靠的不仅是科学本身的魅力,甚至不是畅销的科普书籍,而是那些附着在人物上的副产品与现代传媒的“合谋”——身残志坚的故事,八卦逸闻,对大众传媒产品的主动参与,以及对科研行为及其结果的浪漫美化。

科学与公众传播成功的合谋,会为实验室里的科研赢得更多的公众理解与支持。这太重要了——它直接或间接关涉着一个重大问题:搞科研,钱从哪来?

 

宇宙的乐章背后

2017年10月16日,在整个天文圈为LIGO(激光干涉引力波天文台)成功探测到双中子星合并引力波而欢呼时,一切成功和荣誉都显得自然而然。项目组成员涕泣,圈外人却难知其心酸:LIGO曾经为了申请建设引力波探测器的巨额经费,花了两三年时间说服国会议员。

引力波存在吗?那时候没人能肯定,连爱因斯坦生前也表示存疑。在广义相对论基础上,1968年约翰·惠勒最早提出了“黑洞”的概念,用它来形容恒星最终死亡状态之一种,即“完全坍缩的引力”(另两种形态为白矮星和中子星)。虽然仅是一种数学模型上的推测,但在黑洞概念的基础上,包括霍金在内的科学家纷纷投身黑洞研究,丰富关于黑洞的猜想,并试图寻求实际的验证观测方法。

大概1968或1969年,用激光干涉探测引力波的想法在麻省理工学院教师雷纳·韦斯的广义相对论课堂上产生了。类似黑洞碰撞、中子星或脉冲星碰撞、恒星爆炸之类的“天文灾害”,会引起时空波动,好比将石子扔入水中会在湖面荡起涟漪。而探测器要做的,就是捕捉这些从几十亿光年前传来的微小涟漪。

珍娜·莱文在《引力波》中用音乐作比,形容得更为美妙:“天文灾害就相当于鼓槌,时空就是三维皮鼓的鼓皮,实验设备的作用就是在皮鼓将无声乐谱变成乐曲的时候记录下皮鼓在形状上发生的变化。”一旦探测到,这几乎就等同于人类与自然基本法则直接对话,也将通过验证广义相对论、黑洞等基于数学模型的天文猜想,更好地理解宇宙从何而来、人类从何而来的大问题。

然而困难是,引力波探测的信息源是“足够绕地球1000亿圈的距离”,信号的“变化幅度却小于人类一根头发的直径”,“测量时间不到一秒钟,且不知道这种微小的变化何时会发生,下个月、明年还是30年以后?”天文学家托尼·泰森在1991年美国众议院召开的科学、空间与技术委员会听证会上这样谨慎地表达了自己的意见。

这一年,距离雷纳最早做出引力波探测器原型机已过去22年,距离雷纳与加州理工学院的基普·索恩和罗纳德·德雷弗合作、向美国国家科学基金会提交LIGO项目蓝皮书也过去了8年。因为得不到麻省理工学院的经费支持,雷纳与他简陋的原型机共度了10年;后来,三巨头的合作又摩擦频出,直到1989年罗克斯·沃格特被委任为LIGO项目组负责人,LIGO的建设才正式走上正轨。一份长达229页的建设报告,1亿9000万美元的预算申请,从赢得美国国家科学基金会的支持,到游说美国国会议员,这是一场长达两三年的资金拉锯战。

1991年的美国众议院听证会是争取国会支持的重要一步,但由于托尼·泰森谨慎甚至称得上严厉的陈词,结果不太乐观。听证会后,甚至有人发起了“反LIGO运动”,斥责这个耗资两亿美元的项目将造成公共资源的极大浪费。获得公众的理解显然不易,哪怕在列文斯顿和汉福德的两个LIGO观测台建成很多年以后,还是有人指着两根各自长达4000米、相互垂直成L形的真空管道说,这是美国政府为了时空旅行建设的机器,一根管道通向过去,一根管道通往未来。

的确,公共资源是有限的,抢夺公众注意力,某种程度上就是在争取潜在的经费投入与政治通货。要推动一场无人能预测产出的科学冒险,科学家们不得不从实验室走出来,成为科学的说客:雷纳、基普、罗纳德奔波于各大高校与研究机构发表演讲,沃格特的任务则是设法引起州议员的兴趣和支持,同时物色天文台的选址。

 

 

“沃格特在那20分钟里使出浑身解数,让路易斯安那州的这位参议员对宇宙学产生了兴趣。约翰斯顿取消了后面的几个约见安排,与沃格特谈了两个小时。……谈到最后,两人都席地而坐。沃格特在地板上绘制了宇宙起源时空图,向约翰斯顿参议员详细介绍了大自然馈赠给人类的那些微妙而美好的礼物。他们最终达成了协议,选定了地址,还谈妥了项目资金。”(珍娜·莱文《引力波》)

沃格特后来对这两年申请经费的形容是,“不亚于打了一场艰苦的战役。”

 

浪漫与枯燥

无论是出于科普还是仅仅为了描述科学家所从事的研究,为了打动人心,也为了降低公众理解科学的门槛,讲述者通常很难跳出浪漫化的修辞方式,正如珍娜·莱文将引力波比喻成时空的拨弦。霍金也得到过类似的指导,不少人都知道他写《时间简史》时编辑对他的叮咛:“你每多写一个公式,就要失去一半读者。”几经修改,一本谈论宇宙起源、黑洞、广义相对论、量子力学等等的科普书,仅出现了爱因斯坦著名的E=mc2方程式。

用浪漫换取资源,这是在科学与公众之间搭建桥梁的一种策略。对大多数人来说,对宇宙星空的最初向往来自瑰丽斑斓的星系图——但事实上,真正的宇宙图景或许要比经过色彩渲染的图片黯淡得多。加上科幻小说及电影的助推,公众对宇宙天文的浪漫迷思,由单纯的视觉吸引演变成故事背景,前几年大热的《星际穿越》《火星救援》莫不如此。

但在一次对天文学家的采访过后,我突然意识到,对外太空,公众与科学家的认知完全不同——好比说,移民火星对普通民众来说充其量只是科幻故事,但对日夜研究火星的科学工作者来说,这完全是可分步论证、实现的潜在现实——而对埃隆·马斯克而言,这已经成为其“火星殖民”商业计划的一部分了。但在马斯克将特斯拉送上火星轨道之前,或许,直到第一次火星旅行实现之前,大多数人都还只把它当成一个异想天开的科幻想象。

原因想来不难理解:当普通人仍把宇宙当浪漫故事的场所,科研工作者正日复一日地与枯燥相处,设计实验、收集数据、处理数据、分析解读……也是在这日复一日的枯燥中,他们试图触摸表象世界背后的规律,或者接近某种真实。许多时候,他们不过是在原地打转,或在智识的迷宫中穿梭,失败、沮丧、绝望、重头再来——所有这些,比偶然一次的成功要平常得多。

但这些日常却因其无趣,少为人所知。在科普文章里,探测到双中子星合并引力波那近一分钟的“鸟鸣”音频被精心截取,配上形象的波段及背景解释,让有兴趣的读者能在几分钟内迅速理解LIGO的发现;但在汉福德和列文斯顿的LIGO控制室里,是24小时的值班表、每8小时一换的轮班,是挂在墙上的六七块随时监测探测器状态的数据屏幕,是值班时二十多名科研人员围在一起像医生会诊般讨论数据的日常,是雷纳沿着4000米的管道外散步巡检时捡到的老鼠等各种动物尸体。

从1969年左右雷纳设计出原型机,到2000年前后第一代LIGO探测器建成,再到2015年9月14日LIGO首次直接探测到引力波,漫长的年岁里,他们一无所获却依旧等待,许多科研工作者前赴后继、各司其职,没有谁是唯一的英雄。也有因错误的数据统计宣告自己探测到引力波的科学家,一时引起轰动,但无人能重复其实验,最后沦为一个彻底的悲剧——这位名叫约瑟夫·韦伯的科学家坚持自己是正确的,终其后半生自出经费维持着在马里兰大学的引力波观测站,直到81岁,他在观测站门前滑倒,两天后才被人发现。

 

伴有吸积盘的黑洞模拟图。吸积盘(accretion disk)是一种由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构,它是包围黑洞或中子星的气体盘

 

如霍金这般走得轰轰烈烈的科学家,毕竟是少数。但对科学的探索不会因某一个人的离开而停滞,“无论谁离开了,都有人及时补上,攀上顶峰的使命没有受到任何影响。”

 

造物主何为

说到底,人类为什么要思考黑洞、引力波、暗物质、宇宙的起源与终点,所有这些永远无法抵达甚至无法被目光触及的存在?

包括霍金在内,所有与科学相关的写作者——科学家、科普或科幻作者——无论他们从什么领域着手,最终都指向了哲学问题。在每个时代,人类理解和观看世界的方式都与所处时代的主流科学理论密切相关:托勒密的“地心说”时期,人们以为地球是宇宙的中心,直到哥白尼提出“日心说”一百年后逐渐为人接受;牛顿发现了三大定律,随之而来的下一个问题便是——整个世界遵循着这样精妙而简洁的公式运动,那么是谁制定了最初的规则?牛顿终其一生是坚定的有神论者,于是三大定律成了神的明证;人们以为宇宙是平坦、无限且永恒的,直到爱因斯坦革命性地提出广义相对论,解答了引力之源——“(引力)只不过是时空不平坦的这一事实的结果,……在时空中的质量和能量的分布使它弯曲或‘翘曲’。”于是人们开始把时空想象成一张巨大的可变形的纸张,物质周围的时空凹陷下去;再之后,黑洞、奇点的概念陆续提出,宇宙起源于大爆炸的猜想得到主流支持,宇宙由永恒变成有限。

在《时间简史》里,霍金用了整整前两章的笔墨,梳理人类宇宙观的演变。科学是客观的吗?纵观人类历史,在提供解释世界的方式的意义上,神学和科学同样地被利用。霍金也说“不存在与图像或理论无关的实在性概念”。科学哲学——一门对科学自身进行哲学审视的学科,也因此显出价值。

等到更远的将来,我们还将如何理解时空?在巨大的未知面前,不同的思考者就此踏上殊途。对有神论者,神学往往登场于理性穷尽时;对无神论者,他们只能暂时告败,承认人类自身的有限。

霍金属于后者。尽管暂时告败,他们的内心却依旧燃烧着对人类理性的信任之火,生生不息。哪怕在时间的尽头,“膨胀的宇宙将陷入沉寂,所有的黑洞也将化为乌有”(珍娜·莱文),此时此刻,人类仍在蹒跚又执着地试图靠近真理。这大概正是文艺复兴时期的人文主义精神,是莎士比亚借《哈姆雷特》发出的那句赞叹:

“What a piece of work is man! How noble in reason! (人类是一件多么了不得的杰作!多么高贵的理性!)”

 

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南方人物周刊 2018 第37期 总第578期
出版时间:2018年12月20日
 
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