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从引力波到爱因斯坦的梦想——科学的航程永无止境
发布时间：2016-04-01
很多人可能知道引力是什么，但是对于引力波或许从来没有听说过。不过，读过《爱因斯坦的梦想》一书的人可能就有些窃喜了：“引力波？我知道啊！激光干涉引力波天文台（LIGO）的科学家们在技术上是怎么探测出引力波的，还有引力子，我都知道。”
人类自诞生以来，就一直试图找出支配宇宙运行的神秘力量，从万有引力到统一场论，这是一个不曾熄灭的梦想，从牛顿的苹果开始，以爱因斯坦的驻足地为起点，年轻的科学家们大胆前行，他们离梦想还有多远？在爱因斯坦之后，21世纪的物理学家们在物理领域做出了哪些突出性的贡献？让我们跟随《爱因斯坦的梦想》去认识引力波，认识爱因斯坦，了解爱因斯坦最终的梦想是什么。
由于提出了相对论，爱因斯坦闻名于世，但是他获得诺贝尔奖并不是因为相对论，而是他利用量子观点对光电效应做出了完美解释，他的著名的质能转换公式使人们得以随心所欲地利用原子能。不过，爱因斯坦的很多理论是很难用技术的手段去证实的，比如广义相对论。爱因斯坦将引力描述成由物质和辐射而导致的时空的扭曲，巨大且高能量的物体能够在宇宙中扭曲时空并且可能在时空扭曲中留下痕迹，发射出一种被称为“引力波”的辐射能量穿越空间。
尽管爱因斯坦预言过引力波，他也担心引力波十分微小，以至于难以观测，在20世纪它就避开了科学家们的观察。不过，LIGO的科学家们使用了一个十分复杂的可以测量微小距离（小于一个质子直径的千分之一）内变化的激光码尺，在引力波扫过的总测量范围内探测极小且转瞬即逝的变化。经过多年的努力，他们终于探测到了引力波的存在，证实了爱因斯坦的预言，为更深层次地观察和了解宇宙打开了一扇门。这是他们的巨大胜利，也是爱因斯坦的巨大胜利。
在很多的场合，爱因斯坦是正确的，不过，他也有错的时候。
几个世纪以来，人们都相信自然界是可预测的，只要对世界的运行方式有足够的了解，就可以确切地说出在将来会发生什么。有种现象似乎很明显，那就是自然世界是由相关联的因素互相决定的，一件事情决定了另一件事情。但是，量子力学把这个确切性打破了。量子力学的奇怪之处远远超出了我们的认识，这一点震惊了每一个人。有些科学家完全能理解为什么爱因斯坦一辈子都在怀疑它。
尽管爱因斯坦是量子力学早期的开拓者（他指出光以微小的量子——光子的形式存在），但是面对物理学里面最无法捉摸、最深邃、的理论——量子力学，存在于自然界最深处、奇异、神秘的不确定性，爱因斯坦奋争了多年，就是要否定它。
爱因斯坦和玻尔都是量子力学的奠基者，也都获得了诺贝尔奖。在前往瑞典领取诺贝尔奖的路上，爱因斯坦在哥本哈根暂停，去拜访玻尔。那是他们的第一次见面，这次见面还发生了特别有趣的事。玻尔到火车站去接爱因斯坦，然后坐电车去玻尔家。他们在车上开始了热烈的交谈，以至于坐过了许多站。玻尔说，我们得往回坐。他们爬上电车往回走，但是又坐过了头。这样来回地坐，来回地坐，直到最后，总算在正确的地点停下来。他们完全沉浸在热烈的讨论中。
在他们的领域中，两人都是领袖，但是各自的思想却朝着相反的方向引导着他们。当玻尔成为量子力学最杰出的领袖时，爱因斯坦成为它最有名的怀疑者。在他们的余生中，这将把他们分隔开。
其实，爱因斯坦并不是那么强烈地不同意量子力学的说法，只是认为它还不完全，甚至设计了著名的“EPR思想实验”来证明量子力学呈现给我们的画面是多么怪异、奇特。在半个世纪里，爱因斯坦的挑战几乎没有受到检测，但是，它并没有被忘记。后来,有人做了实验证明爱因斯坦是错的。可怜的爱因斯坦，当他看到实验结果时一定会非常烦恼，因为这会迫使他在二者之间做出选择，一方面是他心爱的相对论，另一方面是他难以和解的对立面。
在普林斯顿的家中，爱因斯坦度过了他最后的20年。很多人认为爱因斯坦晚年的探求之路走错了方向，他远离了一般的物理学工作，也不再读别人的论文，甚至可能根本就不知道有弱核力这种东西。他不关注这些事情，还在干着从年轻时就开始的工作，在理论物理学界开始探索原子的时候，爱因斯坦显得无足轻重，他辉煌的日子已经过去了。他被人们看成是一个过时的人物，步履蹒跚，令人同情。他曾经领导了一场早期的革命，但是由于某种原因放弃了这场革命。那么，爱因斯坦在最后的时刻思考的是什么呢？
人们对宇宙的理解基于两套并不统一的定律之上，一个是爱因斯坦的广义相对论，它是人们理解宇宙间较大事物的工具，如恒星、银河系和整个宇宙。宇宙中较小的事物——原子和亚原子粒子等是由一套完全不同的规则，也就是量子力学来掌控着的。这两套规则在各自领地中都令人难以置信的精确，但每当科学家们想通过将两者结合解决宇宙间最大的谜团时，矛盾就产生了。
爱因斯坦一直在苦苦寻觅着一个单一理论，一个能够包容宇宙中所有运行方式的理论，一个能够解释整个宇宙的所有事情的主方程式。即使到了生命终结之际，他的手边依然带着一个笔记本，他仍在发疯般地试图找出一个方程式，一个可以被称作“万象理论”的东西。但是，在生命的最后时刻，他依然没能实现自己的梦想。
爱因斯坦于1955年4月18日去世，在很多年的时间里，爱因斯坦将各种力统一在一个理论里的梦想看起来也随他而去了，对统一论的探求成为物理学上的禁区，物理学家们分成了两个阵营：一部分运用广义相对论研究大而重的物体，另一部分用量子力学研究原子这样极小的物体，他们就像居住在一个屋檐下的两个家庭，从不来往也不说话。
看起来似乎没有办法将量子力学与广义相对论结合到一个单一理论中，用它来解释所有层级上的宇宙了。真得是这样吗？就在这个时候，弦理论出现了。它是什么理论，真得可以完成爱因斯坦的梦想吗？
引力波、希格斯玻色子、宇宙弦、超维空间、高温超导体……在科学家们的努力下，很多虚无缥缈的猜想在一步步变为现实，改变了我们的思想，改变了世界，改变了未来。阅读一下《爱因斯坦的梦想》，你将会知道爱因斯坦一生的执著是什么，物理学家们正在创造着什么样的奇迹。在下一次奇迹发生的时候，也许你就可以跟人们解释世界到底发生了什么。如果你还想了解一下地球科学、天文学、生命科学、化学和气象学等领域的科学家们做了什么，不妨读一下《科学的航程丛书》，科学家们会让我们更清晰地认识这个世界。
梦想很远吗？不，梦想一直在我们可以触及的地方，只要一直努力。让我们拭目以待，21世纪的科学家们还会让我们见证什么！
