導(dǎo)語:引力、量子、糾纏……這些詞到底是什么意思?黑洞居然也有單身和戀愛的不同狀態(tài)?怎么做才能穿越時(shí)空?來自北京師范大學(xué)物理系的張宏寶說:“這個(gè)世界太復(fù)雜了,物理學(xué)家希望找到這樣一個(gè)原理,把它握在手里,便可以鳥瞰整個(gè)世界,因此對這個(gè)世界會有安全感,這就是一個(gè)物理學(xué)家的信仰!
我今天要告訴大家的是,在基礎(chǔ)物理里面最前沿的,是我們對這個(gè)世界的認(rèn)識。要展開這個(gè)演講,我不知道我能夠怎樣去和諸位有一個(gè)很好的互動,但是我將盡我最大的努力,去和大家分享我們基礎(chǔ)物理學(xué)家在這個(gè)領(lǐng)域最新的對世界的認(rèn)識。
我們知道一件事情是什么?我們知道的一件事情,也許我首先忘記這里的一首詩,我只想說整個(gè)物理學(xué)是聯(lián)系在一起的。也許你可以在一粒沙里面,可以看到整個(gè)世界,通過一棵花可以看到天堂。
物理學(xué)有一件非常非常重要的事情是什么?我希望有一個(gè)基本原理,有這樣一個(gè)原理,我可以有這樣的原理握在手里,這樣我可以鳥瞰整個(gè)世界,這樣我會非常有安全感,否則這個(gè)世界太復(fù)雜了,這是一個(gè)大千的,這是一個(gè)繁華的世界,我想了解它,怎么去了解它?
我們物理學(xué)家希望有一個(gè)第一性的原理,有了這第一性的原理,我原則上是完全可以掌控這個(gè)世界的,因此我對這個(gè)世界會有一種安全感。
下面進(jìn)入到整個(gè)故事的真正討論。
我們知道其實(shí)你也好、我也好,都是在人生中的一個(gè)演員,但是我們這樣一個(gè)演員不能夠離開時(shí)間和空間,比如說我們要和某一個(gè)人約會的話,說我們在哪里?比如在北京在海淀少年宮,我們在這里約會下午三點(diǎn),我們需要一個(gè)時(shí)間和空間,其實(shí)時(shí)間和空間提供我們進(jìn)行表演的整個(gè)一個(gè)舞臺。你和我,只不過是這個(gè)舞臺的一個(gè)演員而已。
而物理學(xué)家特別看到的一件事情是什么?我們就能夠把這個(gè)世界分成兩部分,一部分是所謂的時(shí)間和空間,我們今天的物理學(xué)家把它稱之為時(shí)空,把它們連在一起叫時(shí)空,另外一部分是一些物質(zhì),像我,我當(dāng)然也是一些物質(zhì)構(gòu)成的。大家也許聽說過原子等等構(gòu)成的,我們是一些物質(zhì),我們就是時(shí)空里面的演員。
今天我要講的一件事情是什么,其實(shí)無論是時(shí)空也好,還是你和我也好,都是來自于宇宙的大爆炸。
今天很多人都能夠知道這樣一個(gè)事實(shí),我特別想說的一件事情是什么,我們怎么通過大爆炸,一下就產(chǎn)生了很多的物質(zhì),時(shí)間和空間一下子產(chǎn)生了。
對這樣一個(gè)問題,今天的物理學(xué)家有了最新的一些研究進(jìn)展,我希望借助這非常短的時(shí)間和大家分享這一非常前沿的進(jìn)展。
下面談這樣的問題最終的主題是什么?
我要聲明這樣一件事情——是因?yàn)榧m纏。是因?yàn)槟愫臀抑g一種千絲萬縷的糾纏產(chǎn)生出時(shí)間和空間,他們通過這樣一種方式而產(chǎn)生。
另外,最重要的,我還要說一個(gè)故事——真愛真的可以創(chuàng)造奇跡。因?yàn)槲锢韺W(xué)、基礎(chǔ)物理,它的確可以創(chuàng)造出非常非常美妙的奇跡。對我來說,我待會兒會告訴大家,它是一個(gè)怎樣的奇跡。
這里涉及到物理學(xué)里面一個(gè)教父式的人物愛因斯坦。我首先必須要告訴大家什么是時(shí)間,什么是空間,我們今天物理學(xué)家對時(shí)間和空間的認(rèn)識到底達(dá)到了什么樣的一種狀態(tài)。
在牛頓的時(shí)候他覺得時(shí)間是絕對的。一個(gè)人靜止在這里,我這么站著,我感受到的時(shí)間和一個(gè)人運(yùn)動。比如從這邊走,然后再走回來, 和我站在這里的人相遇了。 兩個(gè)人如果看一下手表,原來這哥們是10點(diǎn)鐘離開的。在他11點(diǎn)回來的時(shí)候,我和他對一下我們的手表,發(fā)現(xiàn)都是11點(diǎn)。
這個(gè)時(shí)間是絕對的,不依賴于一個(gè)人。是這么運(yùn)動著再走回來?還是我一直靜止在這里,這是牛頓對于時(shí)間的一種認(rèn)識。
但是愛因斯坦對時(shí)間的看法完全不一樣。
愛因斯坦說,當(dāng)你這么走,再回來,你的時(shí)間和我站在這里的時(shí)間是不一樣的。這個(gè)人走了一圈再回來,他所用的時(shí)間要比我在這里用的時(shí)間更短。
想象一下的話,假定我的雙胞胎兄弟離開了地球去外面游走了一番然后再回來,可能我這個(gè)時(shí)候已經(jīng)變得很老了,但是我那個(gè)兄弟卻還是一個(gè)小孩。這就是相對論給我們帶來的時(shí)間上的一種非常大的沖擊。
對愛因斯坦來說,有沒有一個(gè)絕對的東西,你覺得時(shí)間是相對的;有沒有一個(gè)絕對的東西,有一個(gè)絕對的東西這個(gè)絕對的東西就不再只是一個(gè)時(shí)間這樣的東西了,而是時(shí)間和空間連在一起,我們稱之為時(shí)空這樣的一個(gè)東西,這是我想表達(dá)的一件事。
但是愛因斯坦不僅僅只是停留在這里。他最終要把這個(gè)時(shí)間和空間,和引力就是重力統(tǒng)一在一起,最終告訴你引力并不是一種力。
牛頓是怎么看這個(gè)事情的呢?他覺得大家可能都聽說過一件事情,有個(gè)質(zhì)量的物體在這兒,有個(gè)質(zhì)量的物體在那兒,他們之間會有一種吸引力,這個(gè)吸引力是萬有的,只要你有質(zhì)量,它們就會有吸引力,這種吸引力就是以這樣的一個(gè)關(guān)系展現(xiàn)在這里。
但是愛因斯坦對這件事情的看法和牛頓完全不一樣,他的看法是說,假定我站在這里,另外一個(gè)人站在那里,因?yàn)槲液退加匈|(zhì)量,所以我和他之間有一種吸引力我和他會慢慢的靠近,因?yàn)槲液湍阒g有吸引力,所以說原則上會慢慢的靠近。
愛因斯坦說這件事情表現(xiàn)的是這塊的時(shí)間和空間被彎曲了,被扭曲了。比如我們同學(xué)學(xué)過初中幾何的話,我們知道,兩條平行線,一開始平行的線它們永遠(yuǎn)的不會相交,一直走下去一直走下去,但是這只是平坦的空間,也就是這個(gè)空間是平坦的,是歐基米德的空間。
但是如果說你給我們一個(gè)球,我們知道我們的地球是彎曲的,會發(fā)現(xiàn)所有的經(jīng)線其實(shí)是平行的。
它們在赤道的時(shí)候是平行的,都是和赤道是呈90度的夾角。但是這樣的經(jīng)線走著走著,它們最終在北極的時(shí)候匯聚了。
這個(gè)匯聚根本的原因是什么?因?yàn)榍蛎姹旧硎菑澢摹?/p>
愛因斯坦說,我和你之間如果沒有引力、重力的話,我們這塊的時(shí)空是平坦的。因此,我和你只能永遠(yuǎn)的相望于江湖。一開始我和你是相對靜止的,我和你是平行的,我們永遠(yuǎn)只能夠是相望于江湖。
但是,因?yàn)橹亓,因(yàn)槿f有引力 ,我和你造成了這塊時(shí)空的彎曲,因?yàn)檫@塊時(shí)空彎曲了。 一開始盡管我和你是相對靜止,但是最終我們會在某一個(gè)時(shí)刻匯聚在這里。
最終的結(jié)論就是說引力表現(xiàn)為時(shí)空的一種彎曲,這是愛因斯坦非常充滿真知卓見的一個(gè)看法。
它只是表現(xiàn)為時(shí)空的彎曲,一旦有了這樣的一個(gè)觀念,在彎曲的時(shí)空里面,有一類非常非常特別的時(shí)空,這個(gè)時(shí)空我們通常稱之為——黑洞。黑洞它會造成特別重要的一件事情。
假定我這一塊時(shí)空是平坦的話,我在這塊發(fā)一束光過去,你在這塊發(fā)一束光過去,這兩處光會平行的走。但如果是在一個(gè)由黑洞造成的彎曲的時(shí)空里,你會發(fā)現(xiàn)這一塊發(fā)出來的光線一開始是平行的,慢慢的有的會分開,有的會匯聚,因?yàn)楹诙催@塊引力是如此之強(qiáng),以至于光怎么發(fā)也發(fā)不出去,這個(gè)是愛因斯坦的理論所預(yù)言的一個(gè)東西。
接下來我要說另外一個(gè)事情,黑洞其實(shí)有兩種黑洞。
一種我稱之為是單身的黑洞。假定現(xiàn)在我們的太陽還有50億年的生命,如果說它的質(zhì)量稍微大一點(diǎn),它最終會燃燒完,坍縮成一個(gè)黑洞,這是一個(gè)不可避免的坍縮。坍縮成黑洞之后,里面的光怎么也出不來,這是我們?yōu)槭裁捶Q它為黑洞的根本的原因。
我之所以能夠看見你,是因?yàn)槟阍谀抢锇l(fā)的光并不是你發(fā)的光所反射的光到達(dá)我眼里,但是在黑洞里面的光怎么也出不來,因此我看到那一塊是黑的。
現(xiàn)在有一個(gè)非常重要的事情,通常比如我說了一個(gè)恒星,這個(gè)恒星在太陽那里很大很大,在我們物理學(xué)家它不過在我們手里,我們覺得有一個(gè)恒星在這里。然后它最終會攤縮坍縮,最終會形成Black hole,形成黑洞,這是通常我們稱之為是單身的黑洞。
但是我們物理學(xué)家發(fā)現(xiàn),還有另外一種黑洞,這種黑洞其實(shí)是處在戀愛中的黑洞。
為什么我稱之為這個(gè)是處在戀愛中的黑洞?這樣的一幅圖,這兩個(gè)黑洞粘在一起了,以一種非常非常光滑的方式,沒有任何摩擦的方式,這個(gè)婚姻非常的好,這個(gè)愛情關(guān)系很好,很完美。
接下來我要說的一件事情是關(guān)于時(shí)空的一個(gè)東西。時(shí)空,我談的是時(shí)間和空間彎曲的, 彎曲的時(shí)間和空間這樣一個(gè)事情。接下來我要談一點(diǎn)物質(zhì)的東西。物質(zhì)的東西我不能夠談一些經(jīng)典的東西,我要談一點(diǎn)量子。
這里有一個(gè)問題是什么,兩個(gè)光滑的黑洞之間,其實(shí)一開始它們親吻在一起,然后你會發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間,它們之間慢慢分開,這個(gè)中間是什么?這中間是蟲洞,也就是隨著時(shí)間,它們之間的距離越來越遠(yuǎn),越來越遠(yuǎn),這就是蟲洞。
我待會兒還要用這個(gè)東西說事兒……
接下來我要說一點(diǎn)量子。量子更奇妙,現(xiàn)在我要談一點(diǎn)量子力學(xué)。
什么是量子力學(xué)?我這里還有另外一個(gè)東西,這是iPhone,這個(gè)iPhone是我表哥送我的,他用完了他又升級了,所以把這個(gè)iPhone給我。
誰都看出這是一個(gè)iPhone,但是現(xiàn)在當(dāng)我進(jìn)入到量子力學(xué)的世界里面,這一款手機(jī)就不確定了。
我首先把這款手機(jī)捂住,有時(shí)打開它,它是iPhone,有時(shí)打開它,它是小米,有時(shí)再打開它,它又是iPhone,有時(shí)打開它,它又是小米。就是說在你沒有打開之前,你不知道它處在什么狀態(tài)。
就這樣的一個(gè)東西它處在小米和iPhone疊加的狀態(tài), 不只是處在iPhone的狀態(tài),不只是處在小米的狀態(tài),是處在iPhone和小米的疊加的狀態(tài)。
當(dāng)然,能不能打開它,也許很依賴你的人品。如果你的人品足夠好,一摸是iPhone,如果人品差一點(diǎn)的話,一摸,比小米可能還次的一種東西。
這就是量子力學(xué)。你可以把這兩個(gè)狀態(tài)疊加在一起,它依然是一種狀態(tài)。正是因?yàn)檫@種疊加造成了不確定性。所以說我想聲明一件事情,就是我們?nèi)似鋵?shí)是量子的。
我們過去有一種說法說,性本善,還是性本惡,這是你在經(jīng)典的世界里面看人性。
對我來說一個(gè)物理學(xué)家,一個(gè)量子的物理學(xué)家,我看這個(gè)世界我看人性的話,是站在量子上看,也就是說人性其實(shí)是量子,不能問本善或者是本惡,是處在善和惡的疊加態(tài),既是天使,也是魔鬼,主要看人品,這就是量子力學(xué)。
但是我要想把量子力學(xué)再推到一個(gè)更進(jìn)一步的一個(gè)(狀態(tài)),這還不夠離奇,我要走的更遠(yuǎn),我得拿起我的激光筆,還是量子力學(xué)的態(tài)疊加原理和糾纏的這種微妙的地方。
什么叫糾纏?就是我和你,可以相隔千山萬水,但是我和你卻心有靈犀。你快樂,我便快樂。你傷心,我便傷心。這是愛情的一種狀態(tài),這就是糾纏。
假定這個(gè)時(shí)候你肚子餓了,我也會感到很餓。你覺得你吃多了,我也覺得我吃撐了。這就是距離很遠(yuǎn),但是我和你之間是處在疊加的、糾纏的狀態(tài),也是量子力學(xué)的世界里面可以給你這樣的東西,這就是糾纏。
接下來我要說的一件事情是什么,我想說,我們整個(gè)這個(gè)世界是處在非常非常糾纏的一個(gè)狀態(tài),也就是說我說這件事情是什么,我們看上去這個(gè)虛無的真空什么都沒有的這個(gè)地方充滿了一些糾纏,到處充滿,這里突然冒出來一個(gè)東西,你肉眼是看不見的。這邊突然冒出來一個(gè)東西,這邊和這邊是糾纏在一起的,正是因?yàn)榧m纏才導(dǎo)致虛空多一種非常光滑的存在。
我可以在這里自由的穿行,如果說沒有這種糾纏,就沒法從這里走到這里。我會處處碰壁,只能站在這里,沒法回頭。因此真空并不空,它們是糾纏在一起的。
我要說的是,因?yàn)榧m纏所以相通。如果說這邊和這邊沒有糾纏的話,你會發(fā)現(xiàn),你只能走到那里,突然走不過去了。但是如果糾纏在一起,可以穿過去,因此這里通常有這樣的一幅圖,這里大概是糾纏的意思。
因?yàn)榧m纏在一起,就是你高興,我就高興,你不高興,我就不高興,所以導(dǎo)致我和你之間是相通的。
特別在這里我要回到這樣的一種景象,這是什么樣的一種景象呢,現(xiàn)在牛郎和織女,因?yàn)橥跄改锬铮驗(yàn)閻簞萘、傳統(tǒng)的力量,導(dǎo)致了牛郎和織女不止是相隔萬里,是相隔14億光年,如此之遠(yuǎn)。
有的人也許說,沒有關(guān)系,我是學(xué)過相對論的,學(xué)過相對論的話,你可以坐宇宙飛船。盡管我們隔這么遠(yuǎn),牛郎和織女只要他們制造出宇宙飛船,它飛得足夠快,他們依然可以相見的。
但是王母娘娘太壞了,她深刻地知道一件事情,我們的宇宙現(xiàn)在不僅僅是在膨脹,我們的宇宙什么叫做膨脹,就不斷的生出來很多新的空間,我們的宇宙在膨脹,不僅僅是在膨脹,而且是以一種加速的方式在膨脹。
這意味著什么?假定這邊是牛郎,這邊是織女,那么就有個(gè)問題了,他們一直想飛過來,他們想相遇,但是當(dāng)他飛到這里來的時(shí)候,這中間他們的距離被拉長了。當(dāng)他走到這里的時(shí)候,他們之間的距離又被拉長了,所以他們永遠(yuǎn)不會相見,所以王母娘娘太壞了,她很懂物理。
但是非常遺憾的是,她不懂量子力學(xué)。作為一個(gè)物理學(xué)家看到這樣的景象,當(dāng)然是伸出手來了,因?yàn)槲覀兩钌钪酪患虑,牛郎和織女是真的相愛,他們的定情信物都糾纏在一起,不只是他們糾纏在一起。
盡管他們的距離相隔14億光年或者13億光年,不管多遠(yuǎn)對我來說,對于一個(gè)量子物理學(xué)家來說,這沒有關(guān)系。
請你們分別拿出你們的定情信物,牛郎的定情信物在這兒,織女的定情信物在這兒,讓這個(gè)定情信物坍縮,坍縮,要求你們把它坍縮成黑洞,如果說這兩個(gè)黑洞沒有糾纏的話,這個(gè)黑洞和這個(gè)黑洞的距離仍然是13億光年或者14億光年。
但是非常非常重要的一件事情,因?yàn)檫@兩個(gè)定情信物原來是糾纏在一起的,所以最終導(dǎo)致這兩個(gè)黑洞也是糾纏在一起的,因?yàn)榧m纏所以相通。所以說,特別重要的一件事情,這兩個(gè)黑洞一旦產(chǎn)生之后,它們就輕輕的吻了一下,它們這個(gè)黑洞通過這樣的蟲洞,在中間打開了一個(gè)時(shí)空的隧道,這個(gè)時(shí)空的隧道,是因?yàn)樗麄冎g的愛情。
因?yàn)槭钦娴膼矍椋娴募m纏在一起而產(chǎn)生的這種新的時(shí)空,這個(gè)新的蟲洞,完全是因?yàn)樗麄兊募m纏而產(chǎn)生的 。如果沒有糾纏不可能有這個(gè)時(shí)空的隧道,這是我特別強(qiáng)調(diào)給大家的。
一旦你有這樣的一個(gè)認(rèn)識,這個(gè)事情就好辦了。通常物理學(xué)家會有這樣的一個(gè)景象在這里,景象是什么?這假定是牛郎,英文名字叫Bob,織女叫Alice,他們創(chuàng)造了這樣一個(gè)黑洞,因?yàn)樗麄兪且驗(yàn)檫@個(gè)蟲洞連在一起,沿著時(shí)間的方向,他們可以紛紛跳到黑洞里面去。
他們足夠有勇氣,通常人跳到黑洞里面去就再也出不來了,可能孤獨(dú)一生,但是沒有關(guān)系對他們來說,只要相愛就OK了。他們紛紛跳到黑洞里面去,他們在黑洞里面相擁而抱,也許只抱了1秒鐘,但這個(gè)已經(jīng)足夠了,對兩個(gè)真正相愛的人來說足夠了。
接下來的命運(yùn)是什么,他們將觸摸到這個(gè)時(shí)空的奇點(diǎn),也就意味著他們將被這個(gè)時(shí)空的奇點(diǎn)那一塊將被撕的粉身碎骨。這也沒有關(guān)系,但是對于一個(gè)物理學(xué)家,看到這樣的一個(gè)悲劇發(fā)生,也是不愿意看到的。
我們做另外一個(gè)手腳,我說這只是對不轉(zhuǎn)動的黑洞,如果這個(gè)黑洞不轉(zhuǎn)動的話,最終的命運(yùn)結(jié)局就是這樣的。但是如果說我們讓它這個(gè)黑洞轉(zhuǎn)起來自轉(zhuǎn)起來,這邊的黑洞也轉(zhuǎn)起來,那么最終看到的景象大體是這樣的景象。
也就是說他們雖然掉到黑洞里面去,他們不會被奇點(diǎn)處撕得粉身碎骨,會穿到另外一個(gè)新的宇宙。他們會完全穿到另外一個(gè)新的宇宙,這是屬于他們的世外桃源。
為什么能夠做到這一點(diǎn),我想說,只是因?yàn)閻矍,所以才會發(fā)生這樣的奇跡。
這是我今天想告訴大家的故事,這是一個(gè)真實(shí)的故事,是你完全可以做到的故事,不是科幻是硬科學(xué),謝謝!
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