从零开始发现引力波

约六万年前,智人的一支走出非洲,他们穿过红海与地中海中间的狭窄陆地,把足迹踏上欧亚大陆,在那里遇见、融合、消灭了尼安德特人,之后有的沿着太平洋和印度洋之间大大小小的岛屿,来到了澳大利亚,有的穿越到苦寒之地,跨过今天的白令海峡,登上美洲大陆。

随着智人的迁徙,地球的样貌发生了天翻地覆的变化,美洲大陆上的生物以属为单位被人类灭绝,人们驯化动物,也驯化植物,学会利用各种资源,创造不同的材料,彼此之间合作,也发生战争,部落兴起又消亡,城市建立又被摧毁,国家分分合合,直到变到今天我们见到的世界的样子。

在这期间,人们对世界的认识也在逐渐发生着变化,当古猿人从树上下来,开始直立行走,他们(或者说是它们)根据太阳的东升西落安排自己的作息,不知道哪一天,他们中间有的人望着太阳开始产生了好奇,不知文明是否可以从这一刻的好奇开始算起,从那以后,人们在改变世界的同时,也在认识着世界、解释着世界,并且根据对世界的认知,再来改变世界,一直到2015年,人类可以用自己创造出来的仪器,感受到13亿光年之外两个黑洞合并产生的空间震荡——引力波。

引力波的消息就像一个普普通通的新闻,很快,很多人就忘记了,甚至不如一个花边新闻带来的热度高,在那之后开始认识世界的孩子们,会把引力波当成一个默认的设定,就像是现在的孩子们习惯了大屏幕的触摸手机,对那之前诺基亚的辉煌毫无印象一样。

我们也已经对周围的一切习以为常:随手一拧水龙头就会流出水来,一按按钮灯光就会亮起,拨几下手机就可以跟远在天边的人实时通话,而这一切从何而来,人类的科技树是如何发展才产生的这一切?

英国有个小哥,做了一个实验,来从零开始制作一台烤面包机,最初的目标是不利用任何现成的科技,一切从最原始的材料做起。整个过程困难无比,他想尽办法,从各处收集来了铁矿石、含铜离子的水,期间也有多次“犯规”:比如用工业用微波炉融化矿石。由于植物园的人拒绝他割橡胶树,最终这个机器甚至都不是绝缘的,而当这台机器通电之后,五秒钟就开始融毁了。

面包机来之不易,我们对世界的认识也来之不易,被当做一个普通的新闻忽略掉的引力波,也是从人类开始对太阳产生好奇开始,不断演变而来的知识。我不知道,从太阳东升西落开始到引力波的知识的推演,比起从零开始制造一台面包机来,孰难孰易,但接下来,我想试着推演一下:如果我们没有任何关于世界的知识,要怎样做才能从太阳的东升西落到可以发现引力波。

随着日复一日的太阳的东升西落,我们猜测太阳是绕着地球转的(其实这时还不知道地球是球形),但我们也随之会发现月亮有点奇怪:它虽然也是东升西落,但每天的同一时间出现的位置是不同的,形状也在发生变化,太阳刚刚落山的时候,月牙出现在西边天空,几天后,太阳刚刚落山的时候,半月出现在正中天,再过几天,太阳刚刚落山的时候,满月在东方天空升起。这时先不管形状是如何变化的,我们猜测月亮也是围着地球转,只是转的速度跟太阳并不相同。

除了日月,我们还能看到星辰,如果住在远离城市的地方,少有光污染,就可以看见满天的星斗。每天晚上,都观察星空,久了之后,会慢慢熟悉星星之间的位置关系,开始想象他们之间构成了什么形状,给一组星星起一个名字:在东方文明里的北斗七星,在西方世界里是大熊星座的一部分。

寒来暑往,就会发现冬天和夏天看到的星空是不一样的,在夏野南天闪亮着的天蝎座,冬天无影无踪,取而代之的是更靠近天顶的猎户座,而不管怎么变化,这些星星之间的相对位置是不变的:去年冬天的猎户座,跟今年冬天的猎户座没什么不同,几十年后,猎户座还是猎户座。于是我们猜测,星空也是围着地球转动的,只是转的速度慢得多,而由于它们彼此之间位置不变,我们管它们叫做恒星。

时光飞逝,朝代更迭,不管世间的龙争虎斗,天空依旧如常,在一个只有太阳、月亮、恒星的世界里,这个“地心说”的模型便可以很好的解释并预测天上的一切,而在科学的世界里,一个说法既能解释、又能预测,便没有什么理由去反对它,在某种意义上,这样的说法就是完美的了。

然而在科学的世界里,完美是很难存在的,在现有理论里难免会存在一些问题来推动理论的进步。

就好像是,在十九世纪最后一天,物理学家威廉汤姆生在回顾物理学的发展时,说:物理大厦已经落成,所剩只是一些修饰工作。同时,他也略有担忧的说:现在,它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了。在二十世纪,伴随着对“两朵乌云”的探索,物理学取得了巨大进展,然而随着问题的解决,却发现了更多的问题,有人甚至形容:诸位物理科学家通过研究成功地把20世纪的两大乌云扩大到了整片天空。

也好比如,在1930年,希尔伯特在回顾数学发展时,也曾豪迈地说:我们必须知道,我们必将知道。他坚信:数学大厦的基础是坚实的。任何数学真理,只要通过一代又一代人的不断努力,都能用逻辑的推理将其整合到数学的大厦中。而在他发表这一演说之后一年,1931年,康托尔的不完全性理论横空出世,摧毁了希尔伯特的宏伟愿景。简单的说,不完全性理论就是指:任何一个可以进行算数的数学系统里,要么存在着自相矛盾,要么存在着正确但无法被证明的命题。

而在我们这个看似“完美”的“地心说”理论当中,也存在着“乌云”,如果没有这样的“乌云”,可能我们要经过更长的时间才能找到“地心说”的不合理之处,这“乌云”,就是行星。

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