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万物简史-第15部分
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缘厝衔哪茄骸ㄒ虼耍颐嵌哉飧隼砺鄞τ诮肆侥训木车兀恢浪嵌缘幕故谴淼模颐侨肥抵浪怯械愣淼模蛘咧辽偈遣煌暾摹！ā ∥锢硌Ъ沂酝及咽裁炊汲兜揭黄穑峁氤隼匆恢炙降某依砺邸Ｕ庵掷砺奂偕瑁郧拔颐侨衔橇Ｗ拥目淇撕颓嶙樱导噬隙际恰ㄏ摇ā穸哪芟遥窃�11维中摆动，包括我们已知的3个，维度再加上时间，以及7个别的维度，它们，哎呀，我们现在还无法知道。这种弦非常微小……小得可以被看成是点粒子。 txt小说上传分享
第十一章 马斯特·马克的夸克（3）
通过引入额外的维度，超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起，但是，这也意味着，科学家关于这个理论的任何解释，听上去都会令人惴惴不安，犹如公园凳子上的陌生人告诉你某个想法，你听了会慢慢走开一样。比如，物理学家米奇奥·卡库是这样从超弦理论的角度来解释宇宙的结构的： 杂化弦由一根闭合的弦组成，它有两种振动模式，顺时针方向的和逆时针方向的，要以不同的方式来对待。顺时针方向的振动存在于一个10维空间。逆时针方向的振动存在于一个26维的空间，其中有16维已经被压实了。（我们知道，在卡鲁扎原先的5维空间里，第5维被卷成一个圈，已经给压实了。） 如此等等，洋洋洒洒350页左右。 弦理论又进一步产生了所谓的M理论。该理论把所谓〃膜〃的面，纳入了物理学世界的灵魂。说到这里，我们恐怕到了知识公路的站点，大多数人该下车了。下面引了《纽约时报》上的一句话，它以尽可能简单的语言向普通读者解释了这种理论： 在那遥远遥远的过去，火成过程以一对又平又空的膜开始；它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里。。。。。。两张膜构成了第5维的壁，很可能在更遥远的过去作为一个量子涨落产生于无，然后又飘散了。 无法与之争辩，也无法理解。顺便说一句，〃火成〃源自希腊文，意为〃燃烧〃。 现在，物理学的问题已经达到这样的一种高度，正如保罗·戴维斯在《自然》杂志里说的，〃非物理学家几乎不可能区分你是合乎常情的怪人，还是彻头彻尾的疯子〃。有意思的是，2002年秋，这个问题到了关键时刻。两位法国物理学家……孪生兄弟伊戈尔·波格丹诺夫和格里希卡·波格丹诺夫……提出了一种关于极高密度的理论，包括〃想像的时间〃和〃库珀…施温格…马丁条件〃这样的概念，旨在描述无，即大爆炸以前的宇宙……这段时间一直被认为是无法知道的（因为它发生在物理现象及其特性诞生之前）。 波格丹诺夫理论几乎立即在物理学家中间引起争论：它到底是胡说八道，一项天才的成就，还是一个骗局？〃从科学的角度来看，显而易见，它多少是彻头彻尾的胡说八道。〃哥伦比亚大学的物理学家彼得·沃伊特对《纽约时报》记者说，〃不过，近来，它跟许多别的文献没有多大区别。〃 卡尔·波普尔被斯蒂芬·温伯格称之为〃现代科学哲学家的泰斗〃。有一次，他提出，物理学很可能没有一种终极理论……每一种解释都需要进一步的解释，形成〃永无穷尽的一连串越来越基本的原理〃。与之相对的可能性是，这种知识也许是我们完全无法理解的。〃幸亏，迄今为止，〃温伯格在《终极理论之梦》中写道，〃我们的理智资源似乎尚未耗尽。 〃 几乎可以肯定的是，这个领域将出现更多的见解；几乎同样可以肯定的是，这些见解将是我们大多数人所无法理解的。 正当20世纪中叶的物理学家在迷惑不解地观测小世界的时候，天文学家发现，同样引人注目的是，对大宇宙的理解也是不完整的。 上次谈到，埃德温·哈勃已经确认，我们视野里的几乎所有星系都在离我们远去，这种退行的速度和距离是成正比的：星系离得越远，运动的速度越快。哈勃发现，这可以用个简单的等式来加以表示：Ho=v/d（Ho是常数，v是星系飞离的速度，d是它离开我们的距离）。 自那以后，Ho一直被称之为哈勃常数，整个等式被称之为哈勃定律。哈勃利用自己的等式，计算出宇宙的年龄大约为20亿年。这个数字有点儿别扭，因为即使到20世纪20年代末，情况已经越来越明显，宇宙里的许多东西……很可能包括地球本身……的年龄都要比它大。完善这个数字是宇宙学界一直关心的事情。 关于哈勃常数，惟一常年不变的是对它的评价意见不一。1956年，天文学家们发现，造父变星比他们认为的还要变化多端；造父变星可以分为两类，而不是一类。于是，他们重新进行计算，得出宇宙新的年龄大约为70亿年到200亿年……不是特别精确，但至少相当古老，终于可以把地球的形成涵盖其中。 在此后的几年里，爆发了一场旷日持久的争论，一方是哈勃在威尔逊山天文台的继承人阿伦·桑德奇，另一方是法国出生的、得克萨斯大学的天文学家热拉尔·德·沃库勒。桑德奇经过几年的精心计算以后，得出哈勃常数的值为50，宇宙的年龄为200亿年。沃库勒同样很有把握，哈勃常数为100。1这意味着，宇宙的大小和年龄只有桑德奇认为的一半……100亿年。1994年，情况突然变得更不确定，加利福利亚州卡内基天文台的一个小组根据哈勃天文望远镜的测量结果，提出宇宙的年龄只有80亿年……连他们也承认，这个年龄比宇宙里某些恒星的年龄还要小。2003年2月，一个来自美国国家航空和航天局及马里兰州高达德太空飞行中心的小组，利用一种名叫威尔金森微波各向异性探测器的新型卫星，信心十足地宣布，宇宙的年龄为137亿年，误差1 000万年左右。事情被搁置下来，至少在一段时间里。 若要作出最后的定论，难度确实很大，因为往往有很大的解释余地。想像一下，你夜间站在一片空地上，想要确定远处两盏电灯之间的距离。如果使用比较简单的天文学工具，你很容易确定两个灯泡的亮度一样，以及一个灯泡要比另一个灯泡远50％的距离。但是，你无法确定的是，较近的那盏灯，比如是37米以外的那个58瓦的灯泡，还是米外的那个61瓦的灯泡。此外，你还必须考虑到由几个原因造成的失真：地球大气的变化，星际尘埃，背景恒星对光的污染，以及许多别的因素。因此，你的计算结果势必是以一系列嵌套的假设为基础的，其中任何一个都可能引起争议。还有一个问题：使用天文望远镜总是代价很高，在历史上，测量红移要长时间使用天文望远镜，令人注目地花钱很多。很可能要花上整整一个夜晚才能获得一张底片。结果，天文学家不得不（或者愿意）根据少得可怜的证据就下了结论。在宇宙学方面，正如记者杰弗里·卡尔指出的，我们〃在鼹鼠丘似的证据上建立起大山似的理论〃。或者像马丁·里斯说的：〃我们目前的满足（于我们的认识状态）也许反映了数据的匮乏，而不是理论的高超。〃
第十一章 马斯特·马克的夸克（4）
顺便说一句，这种不确定状态适用于比较近的东西，也适用于遥远的宇宙边缘。当天文学家说M87星系在6 000万光年以外的时候，正如唐纳德·戈德史密斯说的，他们其实是在说它大约在4 000万…9 000万光年之间……二者不完全是一码事。大宇宙里的事情自然是被夸大的。有鉴于此，我们目前有关宇宙最好的估计似乎是120亿…135亿年之间，但距离意见一致还差得很远。 近来有人提出了一种很有意思的理论，认为宇宙根本没有我们原来以为的那么大；我们凝望远方所看到的有些星系，也许只是映像，是反射的光产生的重像。 实际上，还有很多东西我们不知道，甚至在很基本的层面上……至少不知道宇宙是怎么构成的。当科学家们计算使东西保持在一起所需的物质的量的时候，结果总是发现远远不够。宇宙的至少90％，也许多达99％，似乎是由弗里茨·兹维基认为的〃暗物质〃组成的……那种生性我们看不见的东西。我们生活在一个多半连看都看不见的宇宙里，而却毫无办法，想到这一点真让人觉得有点儿不是滋味。至少有两个主要嫌疑的名字受到注意：据说，它们不是〃WIMP〃（〃弱互相作用大质量粒子〃，即大爆炸留下的看不见的微小物质），就是〃MACHO〃（〃晕状大质量致密天体〃，实际上只是黑洞、棕色矮星和其他光线很暗的恒星的另一种说法）。 粒子物理学家往往赞成解释为粒子，即WIMP；天体物理学家赞成解释为星体，即MACHO。MACHO一度占了上风，但根本找不到足够的数量，所以风向又转向WIMP……问题是WIMP从来没有发现过。由于它们的相互作用很弱，因此很难识别它们（即使假设它们的存在）。宇宙射线会造成太多干扰。因此，科学家们必须钻到地下深处。在地下一公里的地方，宇宙射线的轰击强度只有地面的百万分之一。但是，即使把这一切都加上去，正如有一位评论家说的：〃宇宙在决算表上还相差三分之二。〃眼下，我不妨把它们称之为〃DUNNOS〃（某处未知非反射不可测物体）。 近来有迹象表明，宇宙的星系不仅在离我们远去，而且离去的速度越来越快。这与人们的期望是背道而驰的。看来宇宙不仅充满暗物质，而且充满暗能量。科学家们有时将这称之为真空能或第五元素。无论如何，宇宙似乎在不断膨胀，谁也说不清这是什么道理。有理论认为，空空荡荡的太空其实并不空空荡荡……物质和反物质的粒子在不停地产生和消失……是它们在把宇宙以越来越快的速度往外推移。令人不可思议的是，解决这一切的恰恰是爱因斯坦的宇宙常数……他为了驳斥关于宇宙在不断膨胀的假设而在广义相对论里顺便引入的，也是他自称是〃我一生中最大的失误〃的那个小小的算式。现在看来，他毕竟还是对的。 归根结底，我们生活在一个宇宙里，它的年龄我们算不大清楚；我们的四周都是恒星，它们到我们的距离以及它们彼此之间的距离我们并不完全知道；宇宙里充满着我们无法识别的物质；宇宙在按照物理学定律运行，这些定律的性质我们并不真的理解。 以这样的一种很不确定的基调，让我们再回到地球，考虑一下我们确实理解的东西……虽然到目前为止，要是你听到我们并没有完全理解它这类话，你也许不会再感到吃惊……以及我们长期以来不理解而现在理解了的东西。
第十二章 大地在移动（1）
1955年，阿尔伯特·爱因斯坦办了生前最后一件专业方面的事……为一本书写了个短小而生动的前言。该书的题目是《移动的地壳：解答地球科学中的一些问题》，作者是一位名叫查尔斯·哈普古德的地质学家。哈普古德在书里坚决驳斥了关于大陆在漂移的观点。他以逗大家与他一起发笑的口气指出，少数容易上当受骗的人认为〃有些大陆的形状显然吻合〃 。他接着说，似乎〃南美洲可以和非洲拼在一起，如此等等，有人甚至声称，大西洋两岸的岩石结构完全一致〃。 哈普古德先生断然摈弃了任何这类观点，并且指出，地质学家卡斯特和门德斯已经在大西洋两岸进行了大量实地考察，毫无疑问地确定这些相似之处压根儿就不存在。天知道卡斯特和门德斯两位先生考察了哪些地方，因为大西洋两岸的许多岩石结构确实是一样的……不仅非常类似，而且完全一样。 无论是哈普古德先生，还是那个年代的许多别的地质学家，这个观点怎么也听不进去。 哈普古德提到的理论，最初是由一位名叫弗兰克·伯斯利·泰勒的美国业余地质学家在1908年提出来的。泰勒出生于一个富裕家庭，既有足够的财力，又不受学术约束，可以按照不同寻常的办法来从事研究。他突然发现，非洲海岸与对面的南美洲海岸的形状十分相似。根据这个观察结果，他提出了大陆曾经到处滑动的见解。他提出……结果证明很有先见之明地提出……几块大陆轰然撞在一起，形成了世界上的山脉。不过，他没有拿出多少证据，该理论被认为不切实际，不值得予以重视。 然而，在德国，有一位理论家接受了泰勒的观点，而且予以高度重视。他就是马尔堡大学的气象学家阿尔弗雷德·魏格纳。魏格纳考察了许多植物和化石的反常现象，那些现象无法纳入地球历史的标准模型。他认识到，要是用常规的方法来加以解释，那简直说不通。动物化石不断在海洋两岸出现，而海洋很宽，动物显然是游不过去的。他心里转念，有袋动物是怎么从南美洲跑到澳大利亚去的？为什么同样的蜗牛出现在斯堪的纳维亚半岛和新英格兰？你怎么说明煤层和其他亚热带残迹会出现在斯匹次卑尔根群岛这样的寒带地区，如果它们不是以某种方式从气候较热的地方迁移过来的话？ 魏格纳提出了一种理论，认为世界上的大陆原先属于一个陆块，他称其为〃泛大陆〃，植物群和动物群可以混杂在一起；只是到了后来，联合古陆才裂成几块，漂移到现在的位置。他写了《海陆的起源》一书来阐述他的观点。1912年，该书以德文出版……尽管两年后爆发了第一次世界大战……三年以后又出版了英文本。 由于战争，魏格纳的理论起初没有引起多大注意。但是，他在1920年出版了修订本，并进行了扩充，它很快成了人们讨论的话题。大家都认为，大陆在移动……不是左右移动，而是上下移动。垂直移动的过程，即所谓的地壳均衡，是几代人地质信念的一个基础，虽然谁也提不出令人信服的理论来解释它是怎么发生的，或为什么发生。有一种见解直到我上小学时还在教科书里出现过，那就是在世纪之交由奥地利人爱德华·休伊斯提出的〃云莓干〃理论。该理论认为，随着灼热的地球冷却下来，它皱缩成云莓干的模样，创建了海洋和山脉。 且不说詹姆斯·赫顿早就说过：真是这样一种静止的安排的话，由于侵蚀作用夷平了凸处，填平了凹处，地球会成为一个毫无特色的球体。卢瑟福和索迪在20世纪初还指出了另一个问题：地球蕴藏着巨大的热量……巨大得根本谈不上休伊斯所说的冷却和皱缩。无论如何，要是休伊斯的理论真是正确的话，山脉就会在地球表面上分布得很均匀，而实际情况显然不是那样的；年龄也会差不多一样，而到20世纪初，情况已经一清二楚，有的山脉（比如乌拉尔山脉和阿巴拉契亚山脉）要比别的山脉（比如阿尔卑斯山脉和落基山脉）古老几亿年。提出一种新的理论的时机显然已经成熟。不幸的是，地质学家们不希望把这个任务交给阿尔弗雷德·魏格纳来完成。 首先，他的观点很激进，对他们学科的基础提出了质疑，不大可能在听众中产生多大热情。这样的一种挑战即使来自一位地质学家，也会是相当痛苦的，而魏格纳没有地质学的背景。天哪，他是一位气象学家，一名气象员……德国的气象员。这个缺陷是无法弥补的。 所以，地质学家们想方设法要驳斥他的证据，贬低他的见解。为了回避化石分布的问题，他们就架起古代〃陆桥〃，只要那里需要。当发现一种名叫〃三趾马〃的古马同时生活在法国和美国佛罗里达州的时候，一座陆桥就在大西洋上架起来了。当发现古代的貘同时存在于南美洲和东南亚，他们又架起了一座陆桥。过不多久，史前海洋的地图上几乎到处都是假想的陆桥……从北美洲到欧洲，从巴西到非洲，从东南亚到澳大利亚，从澳大利亚到南极洲。这种鬈须状的连接物出现得很快，只要需要，把一种生物从一个大陆搬到另一个大陆，消失得也很快，最后就无影无踪了。当然，这种东西没有一丝一毫的根据……是大错特错的。 然而，在此后的半个世纪里，它是地质学的正统观念。 有的事情，即使陆桥也无法解释。人们发现，有一种在欧洲很著名的三叶虫在纽芬兰也生活过……但只是在该岛的一侧。谁也无法令人信服地解释，三叶虫怎么能跨越3 000公里的汹涌大海，却又绕不过那个300公里宽的岛角。另一种三叶虫的情况更是反常，它出现在欧洲和美国西北部的太平洋沿岸，而中间地带却不见踪影。这与其说需要一座陆桥，不如说需要一座立交桥。然而，直到1964年，《大英百科全书》在讨论各种不同的理论时，倒是把魏格纳的理论说成是〃充满了许多严重的理论问题〃。魏格纳犯过错误，这点不假。他断言格陵兰岛在以每年大约公里的速度向西漂移，这完全是胡说八道。（更可能是1厘米。）尤其是，他对大陆移动不能作出有说服力的解释。若要相信他的理论，你不得不承认大陆不知怎的像农犁耕地那样被推过坚实的地壳，而又没有在后面留下犁沟。根据当时的认识，无法解释是什么力驱动了这样大规模的移动。
第十二章 大地在移动（2）
英国地质学家阿瑟·霍姆斯曾为确定地球的年龄作出了很大贡献。这次又是他提出了一种看法。霍姆斯是知道辐射热会在地球内部产生对流的第一位科学家。从理论上说，这种对流可能力量很大，能使大陆平面滑动。1944年，霍姆斯首次出版了一本深受欢迎、很有影响的教材《物理地质学原理》。在这本书里，他提出了大陆漂移学说。该理论的许多基本原则今天依然盛行。它在当时仍是一种很激进的见解，受到了许多人的批评，尤其在美国。美国人抵制漂移学说的时间比别处要长。有一位美国评论家发愁地说，霍姆斯论点清楚，令人信服，学生们慢慢会信以为真。他的话毫无挖苦之意。然而，在别处，新理论受到了坚决的同时又是谨慎的支持。1950年，英国科学促进协会在年会上进行了一次表决，表明大约半数代表现在已经欣然接受了大陆漂移的观点。（过不多久，哈普古德引用了这个数字作为一个证据，证明英国地质学家已经多么可悲地误入歧途。）有意思的是，霍姆斯本人有时候对自己的看法也有点动摇。1953年，他承认：〃对于大陆漂移学说，我从来没有摆脱过一种令人不安的反感；在作为地质学家的骨子里，恕我直言，我觉得这个假设是个荒唐的假设。〃 大陆漂移学说在美国不是完全无人支持。哈佛大学的雷金纳德·戴利就为它辩护。但是，也许你还记得，他就是提出月球是由一次宇宙撞击形成的那位先生。人们往往认为他的看法很有意义，甚至很有价值，但有点儿华而不实，因此不值得认真考虑。因此，大多数美国学者坚持认为，大陆向来就在现在的位置，它们的表面特征可以归因于侧向移动之外的原因。 有意思的是，石油公司的地质工作者多年来已经知道，要想找到石油，你不得不考虑的正是板块构造所必然包含的这种表面移动。但是，石油地质工作者不写学术论文。他们只找石油。 地球理论还有一个谁也没有解决过的，或接近于解决过的问题。那就是，这么多沉积物都上哪里去了？地球上的江河每年要把大量被侵蚀的材料……比如，5亿吨钙……带进大海。要是你把这一过程的年数乘以沉积速度，你就会得出一个惊人的数字：海底应该有一层大约20公里厚的沉积物……或者换一种说法，海底现在应该远远高出海面。科学家们以最简单的办法来对付这个不可思议的问题……不予理会。但是，终于到了一个时刻，不理会已经不行了。 第二次世界大战期间，普林斯顿大学的矿物学家哈里·赫斯负责指挥一条攻击运输舰〃约翰逊角〃号。舰上配有一台高级的新型测深器，名叫回声测深仪，以便在海滩登陆过程中操作更加方便。但是，赫斯意识到，这台仪器也可以用于科学目的，因此即使到了远海，即使在战斗最激烈的时候，也从不关掉。他的发现完全出人意料。如果海底像大家认为的那样很古老，那么就该有一层厚厚的沉积物，就像河底或湖底的淤泥那样。但是，赫斯的测量结果表明，海底只有一层又黏糊又平滑的古代泥沙。那里到处都是悬崖、沟壑和裂缝，还有星罗棋布的海底火山，即平顶海山。他称其为盖约特，以纪念早年普林斯顿大学的地质学家阿诺德·盖约特。这一切都是个谜，但赫斯的任务是打仗，他便把这些想法搁置脑后了。 战争结束以后，赫斯回到普林斯顿，主要从事教学工作，但海底之谜仍在他的脑海里占有一席之地。与此同时，在整个20世纪50年代，海洋学家对海底的考察日渐深入。在此过程中，他们发现了一件更加出人意料的事：地球上最雄伟、最大的山脉是在……主要部分是在……水下。它沿着世界的海床不断延伸，犹如网球上的花纹。要是从冰岛开始向南进发，你顺着这山脉可以抵达大西洋的中心，然后绕过非洲底部，越过印度洋和南太平洋，进入澳大利亚下方的太平洋；接着，它从斜里穿越太平洋，仿佛要去加利福尼亚半岛，实际上突然隆起，成为美国本土到阿拉斯加的西海岸。偶尔，它的山峰戳出水面，形成海岛或群岛……比如，大西洋上的亚速尔群岛和加那利群岛、太平洋
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