在物理世界中“承认奇迹”

(资料图片仅供参考)

《科学思维的八堂课》 吉姆·艾尔·哈利 著 殷融 译 中信出版集团

殷融

上世纪80年代中期，我还是一名年轻的学生，那时我读了一本名为《承认奇迹》的书，作者是英国物理学家尤安·斯夸尔斯。这本书讲的是当时基础物理学的最新观点，近40年过去了，它仍在我的书架上占有一席之地。虽然书中的一些内容现在已经过时了，但我一直很喜欢它的标题。在人生的某个时刻，当我考虑从事物理学研究时，有机会在物理世界中“承认奇迹”是激励我投身于科学事业的真正原因。

人们对某一学科产生兴趣的原因有很多。在科学研究领域，有些人会享受爬到火山口或蹲在悬崖边观察鸟类筑巢带来的刺激感；有些人喜欢通过望远镜或显微镜窥视我们有限的感官无法直接感受到的世界；有些人在他们的实验室工作台上通过设计巧夺天工的实验来揭示恒星内部的秘密；有些人会使用巨大的地下粒子加速器来探测物质的基本组成；有些人研究微生物的基因，这样他们就可以开发出保护我们免受疾病伤害的药物和疫苗；有些人精通数学，他们写出凌乱、抽象却又美丽的代数方程，指导超级计算机模拟地球天气变化、星系演化或者我们体内的生物过程。科学是一项伟大的事业，你目之所及的每一个角落都迸发着灵感、激情和奇迹。

但是，“情人眼里出西施”这句古老的谚语不仅适用于科学，也适用于我们的生活。我们对某些迷人或美丽事物的欣赏其实具有高度主观性。和其他人一样，当面对新的主题和新的思维方式时，科学家也会有望而生畏的感觉。如果你在缺乏合适引导的情形下贸然接触某个新知识领域，它会显得非常不可捉摸、让人无法亲近。然而我的观点是，如果努力尝试，我们几乎总是可以更好地理解一个曾经对我们来说高深莫测的想法或概念。只需要保持视野和思想的开放，花点必要时间吸收和消化知识，我们不一定能达到专家的水平，但足以让我们理解想要知道的事情。

让我们以彩虹这个自然界中最简单又常见的现象为例。我们都同意彩虹是一种迷人的景象，如果我向你解释形成彩虹的科学原理，它的魅力是否会减弱？诗人济慈曾声称，牛顿“将彩虹还原为光谱，从而摧毁了彩虹的所有诗意”。在我看来，科学不仅不会破坏它的诗意，反而提高了我们对自然之美的感受。这取决于你怎么想。

彩虹来自阳光和雨水的结合，它背后的科学原理的美妙程度丝毫不亚于这一景象本身，也就是我们在雨后看到的那道奇异彩色弧线。“破碎的”阳光构成了彩虹的主材料，阳光对亿万滴雨水的撞击则构成了彩虹的主要加工过程。当光线进入每一颗小水滴时，组成阳光的所有单色光会放缓并以不同的速度传播，弯曲并彼此分离，这一过程被称为折射。然后它们在水滴的背面反射，离开水滴时穿过水滴正面，又发生第二次折射，最终展开形成彩虹。如果我们测量阳光和从雨滴中折射出不同颜色的光线之间的角度，会发现它们之间的角度从40度到42度不等，其中紫光的折射率最大，因此构成了彩虹最内侧的颜色，红光的折射率最小，因此构成了彩虹外边缘的颜色。

你无法触摸彩虹，它没有实体，它也不存在于天空中任何特定位置。彩虹是自然界与我们的眼睛和大脑之间无形互动的结果。事实上，没有两个人会看到相同的彩虹。我们看到的彩虹是那些光进入我们每个人眼睛后形成的，所以每个人体验到的都是他自己独特的彩虹，这是大自然为我们创造的，而且只属于我们自己。对我来说，这就是科学带给我们的快乐：对世界有更丰富、更深刻，甚至更私人的认识，如果没有科学，我们就不会有这种感觉。

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