1899年尼古拉.特斯拉在他位于科羅拉多斯普林斯的實(shí)驗(yàn)室里
接受了《永生(Immortality)雜志的采訪。
在這份珍貴的采訪資料中,有一段特斯拉細(xì)思極恐的發(fā)言。
記者約翰.史密斯(John Smith)問特斯拉:
你說一切都充滿了能量,那它在哪里呢?
特斯拉說:首先是能量,然后是物質(zhì)。
史密斯又追問:那宇宙的誕生呢?
特斯拉說:物質(zhì)是由原始的、永恒的能量產(chǎn)生的,我們知道這就是光。
她閃耀著光芒,星星、行星、人,以及地球和宇宙中的一切都出現(xiàn)了。
物質(zhì)是光的無限形式的表達(dá)。
在這段采訪結(jié)束后,約翰·史密斯回到家中對(duì)自己的孩子說:一切都是光。
人沒有存在過,也沒有死去過。
“一切都是光”是特斯拉在100多年前留下的一個(gè)謎題,也是一個(gè)預(yù)言。
遠(yuǎn)在人類出現(xiàn)之前,宇宙大爆炸時(shí),第一縷光就在寂靜的宇宙中出現(xiàn)了。
如果宇宙中的第一個(gè)光子現(xiàn)在仍然以光子的形式存在著,
那么它已經(jīng)138億歲了。
可問題是,是宇宙大爆炸產(chǎn)生了光,還是光創(chuàng)造了宇宙呢?
之前我們聊過了聲音的故事,今天我們來說說光的故事。
光學(xué)研究的前世今生
墨子的那期視頻中,我們提到,春秋戰(zhàn)國時(shí)期,
墨家的創(chuàng)始人墨翟帶領(lǐng)學(xué)生完成了世界上第一個(gè)“小孔成像”實(shí)驗(yàn),
并發(fā)現(xiàn)了光是直線傳播的。
大約同一時(shí)期的古希臘哲學(xué)家阿那克西曼德(Anaximander),
提出了月亮是因?yàn)榉瓷涮柕墓饩€而發(fā)光的。
公元前3世紀(jì),古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德(Euclid)
完成了《反射光學(xué)》(Catoptrica)一書,并在書中正式闡述了光的反射定律。
即,反射光線與入射光線以及法線是在同一平面上的;
反射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè);
反射角等于入射角 。
這是人類在光學(xué)領(lǐng)域得出的第一個(gè)定量規(guī)律,
也標(biāo)志著我們打開了光學(xué)研究的大門。
但此時(shí)人類對(duì)于光的研究還處于萌芽階段。
歐幾里德在《反射光學(xué)》一書中還提出了光類似觸須的投射學(xué)說。
他認(rèn)為人眼之所以能看見東西是因?yàn)楣饩€從眼里投射到了物體上。
這種觀點(diǎn),如今看來是非常不合理的。
當(dāng)時(shí)古希臘哲學(xué)家亞里士多德就質(zhì)疑說,
如果視覺真的像燈籠一樣是從眼里往外發(fā)射光的,
那么為什么在黑暗的環(huán)境中,眼睛沒有看東西的能力呢?
現(xiàn)在我們都知道了,人眼并不會(huì)發(fā)光,更不會(huì)發(fā)射光線,
能看到物體是因?yàn)楣饩€傳到眼睛的結(jié)果。
幾何光學(xué)
時(shí)間來到了16世紀(jì)到17世紀(jì),這一時(shí)期是光學(xué)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
1608年, 一位叫漢斯.李波爾(Hans Lippershey)的荷蘭眼鏡商人
發(fā)現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡的秘密,一塊凸透鏡和一塊凹透鏡合在一起往外看,
遠(yuǎn)處的東西就變近了。1609年,意大利科學(xué)家伽利略在李波爾發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,
經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算、研制和試驗(yàn),
終于發(fā)明了世界上第一架能放大32倍的望遠(yuǎn)鏡。
1611 年德國天文學(xué)家開普勒(Johannes Kepler)發(fā)表《折光學(xué)》一書,
并設(shè)計(jì)了開普勒天文望遠(yuǎn)鏡。
1662年,法國科學(xué)家皮埃爾·德·費(fèi)馬(Pierre de Fermat)
提出了著名的「費(fèi)馬原理」,
即,“光傳播的路徑是光程取極值的路徑。
這個(gè)極值可能是最大值、最小值,甚至是函數(shù)的拐點(diǎn)。”
此原理可以證明光在均勻介質(zhì)中傳播時(shí),
遵從的直線傳播定律、反射定律和折射定律。
因此,「費(fèi)馬原理」也被認(rèn)為是奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。
光學(xué)研究開始真正形成了一門科學(xué)。
波粒大戰(zhàn)兩百年
17世紀(jì)下半葉,科學(xué)家們開始轉(zhuǎn)而研究“光的本質(zhì)”就是什么。
1678年,荷蘭科學(xué)家克里斯蒂安.惠更斯(Christiaan Huygens)
在法國科學(xué)院里的一次激情演講拉開了一場持續(xù)200多年的
關(guān)于光的“波粒大戰(zhàn)”的序幕。
以牛頓為代表的“粒派” 認(rèn)為光就是一種微粒流,
光子可以被想象成一顆顆光滑的小球,
從光源飛出,筆直地射向遠(yuǎn)方。
但以惠更斯為代表的“波派”卻覺得“微粒說”
無法解釋光的干涉、衍射等現(xiàn)象,于是便提出了光的“波動(dòng)說”,
認(rèn)為光實(shí)際上和水波、聲波一樣,是一種機(jī)械波。
惠更斯當(dāng)時(shí)在數(shù)學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)等方面已多有建樹,
被荷蘭人視為與大文豪斯賓諾莎齊名的國寶級(jí)人物。
牛頓更是不同凡響,被英國尊奉為超級(jí)巨星、科壇泰斗。
兩人都急于證明自己在光學(xué)上的扛把子地位,
再加上他們的觀點(diǎn)都能解釋不少人們生活中常見的現(xiàn)象,
崇拜權(quán)威心理使大家紛紛站隊(duì),
導(dǎo)致這場波粒之戰(zhàn)在惠更斯去世之后也沒有停止。
1704年,牛頓出版了巨著《光學(xué)》。
這本書匯聚了牛頓在劍橋三十年的研究心血,
從粒子的角度,闡明了反射、折射、透鏡成像、
眼睛作用模式、光譜等方方面面的內(nèi)容,
順便也將波動(dòng)說無法解釋的問題一一提出。
最重要的是此時(shí)惠更斯已經(jīng)不在了,
死人是無法反駁的,就這樣,牛頓最終以一己之力,
扭轉(zhuǎn)了光學(xué)兩大理論的交鋒局勢,
贏得了第一場波粒之戰(zhàn)的勝利。
此后的100多年里,微粒說就一直牢牢占據(jù)著光學(xué)研究的主流。
直到1807 年,著名的科學(xué)家托馬斯·楊在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),
證明了光確實(shí)具有波的性質(zhì),由此拉開了第二次波粒大戰(zhàn)的序幕。
托馬斯·楊去世后,他的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)被各路科學(xué)家瘋狂魔改,
衍生出了后來的惠勒延遲選擇實(shí)驗(yàn)(Wheeler’s delayed choice experiment)、
量子擦除實(shí)驗(yàn)等,關(guān)于這段曲折離奇的故事,可以回看我之前的視頻。
1924年,法國物理學(xué)家路易.德布羅意(Louis de Broglie)
站出來平息紛爭了,他說“波派”和“粒派”誰都沒有錯(cuò),光既是波,也是粒子。
和自然界所有的微觀粒子或者量子一樣,光子也具有“波粒二象性”。
至此,人類邁進(jìn)了量子光學(xué)研究的大門。
光的電磁說
自從19世紀(jì)初,初代楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)誕生以來,
光的波動(dòng)說就逐漸得到了公認(rèn)。與此同時(shí)也帶來了一個(gè)問題,
光是什么性質(zhì)的波?難道真的像惠更斯所說的那樣,
是類似于水波、聲波的機(jī)械波嗎?
光波的本質(zhì)是什么,這個(gè)問題一直沒有解決。
直到19世紀(jì)60年代,英國物理學(xué)家、
數(shù)學(xué)家麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,
并且從理論上得出,電磁波在真空中的傳播速度應(yīng)為3.11×108m/s,
而當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)測得的光速為3.15×108m/s,兩個(gè)數(shù)值非常接近。
麥克斯韋認(rèn)為這不是一種巧合。
它似乎在暗示光與電磁現(xiàn)象之間有著本質(zhì)的聯(lián)系。
由此麥克斯韋提出了麥克斯韋方程組(Maxwell's equations)。
從麥克斯韋方程組,可以推論出電磁波在真空中以光速傳播,
進(jìn)而得出光的本質(zhì)是電磁波的猜想。這就是光的電磁說。
這里跟大家穿插一個(gè)小故事,2004年,
英國的科學(xué)期刊《物理世界》(Physics World)
舉辦了一個(gè)活動(dòng):讓讀者投票選出科學(xué)史上最偉大的公式。
結(jié)果,麥克斯韋方程組力壓質(zhì)能方程、歐拉公式、
牛頓第二定律、勾股定理、薛定諤方程等”方程界“的巨擘,高居榜首。
麥克斯韋方程組以一種近乎完美的方式統(tǒng)一了電和磁,
并預(yù)言光就是一種電磁波,這是物理學(xué)家在統(tǒng)一之路上的巨大進(jìn)步。
不過,麥克斯韋只是從理論上預(yù)言了光就是電磁波,
并沒能用實(shí)驗(yàn)證實(shí)他的理論。
到了1887年,麥克斯韋去世8年后,
德國物理學(xué)家海因里?!ず掌潱℉einrich Rudolf Hertz)
首次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,
并且測出了實(shí)驗(yàn)中的電磁波的頻率和波長,
從而計(jì)算出了電磁波的傳播速度,
發(fā)現(xiàn)電磁波的速度確實(shí)與光速相同。
赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)見。
光,分為廣義的光和狹義的光。
通常我們提到“光”時(shí),指的就是可見光,這是狹義的光。
而廣義的光是電磁波全頻段,包括無線電波、
紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等等。
可見光只占了電磁波譜里面很窄的一個(gè)頻段,
波長在380nm(納米)~760nm之間,
這就是人類眼睛能夠感覺到的光的范圍。
除了可見光波段,其余都是不可見光范疇,
而這些電磁輻射也都是依靠光子傳遞的。
所有的電磁波在真空中的傳播速度也都是相同的,就是我們所說的光速。
廣義上的光的波長可以上到千米,下到飛米。
也就是說最長的無線電波的波長可達(dá)到數(shù)千米乃至億米,
而波長最短的γ射線的波長只有百萬億分之一米,甚至億億分之一米。
麥克斯韋方程式不僅預(yù)言了光的本質(zhì)是電磁波,
還可以推導(dǎo)出物理學(xué)上的另一條重要定律:光速不變。
光速不變
同樣的,麥克斯韋方程式只是能從理論上推導(dǎo)出光速不變?cè)恚?/p>
而證實(shí)這一推論的是波蘭裔美國藉物理學(xué)家
阿爾伯特·邁克耳孫(Albert Michelson)和美國物理學(xué)家、
化學(xué)家愛德華.莫雷(Edward Morley)。
19世紀(jì)初,當(dāng)光的波動(dòng)性得到大多數(shù)物理學(xué)家的認(rèn)可時(shí),
以太假說又重新獲得了關(guān)注。
當(dāng)時(shí)物理學(xué)界普遍認(rèn)為“以太”是傳播電磁波和光的媒介,
并將這種無處不在的“以太”看作絕對(duì)慣性系,也就是絕對(duì)靜止的。
由此又產(chǎn)生了一個(gè)新的推斷:地球以每秒30公里的速度繞太陽運(yùn)動(dòng),
那么勢必會(huì)遇到每秒30公里的“以太風(fēng)” 迎面吹來,
同時(shí),“以太風(fēng)”也一定會(huì)對(duì)光的傳播產(chǎn)生影響。
也就是說,迎著地球公轉(zhuǎn)方向的光和在后面追趕地球的光,
應(yīng)該有c+v(c+30km/s)和c-v(c - 30km/s)的速度變化。
就這樣,科學(xué)界掀起了一陣證明“以太風(fēng)”存在的狂潮。
邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)最初也是為了尋找以太風(fēng)而設(shè)計(jì)的。
可以太風(fēng)沒找到,歪打正著地竟然發(fā)現(xiàn)不論地球運(yùn)動(dòng)的方向
和光的射向一致或相反,光到達(dá)地球的時(shí)間都是一樣,
也就是“光速不變”。這就相當(dāng)于,有兩個(gè)人分別測光速,
一個(gè)站在月臺(tái)上,另一個(gè)人坐在高速行駛的火車?yán)铮?/p>
可他們倆得出的數(shù)值卻是一樣的。光速不變?cè)恚?/p>
正是愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論的基本出發(fā)點(diǎn)之一。
有意思的事情,這才剛剛開始。
質(zhì)能方程
1905年,愛因斯坦剛剛大學(xué)畢業(yè),
在瑞士專利局找了一份技術(shù)員的工作。
可能是工作太閑了,愛因斯坦大部分的時(shí)間都花在了科學(xué)研究上。
也是在這一年,愛因斯坦如有神助一般地發(fā)表了5篇
具有劃時(shí)代意義的論文,在布朗運(yùn)動(dòng)、量子論和狹義相對(duì)論
三個(gè)方面都作出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。
因此1905年也被稱為“愛因斯坦奇跡年”。
這5篇重磅論文中有一篇題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》,
正是在這篇論文中,愛因斯坦創(chuàng)立了狹義相對(duì)論,時(shí)間膨脹、
長度收縮等重要概念也都是在這篇論文中提出的。
狹義相對(duì)論告訴我們,速度越快,時(shí)間流逝的越慢,
當(dāng)速度無限接近光速時(shí),時(shí)間就會(huì)趨于停止。
但是在這篇論文中,愛因斯坦漏掉了一個(gè)問題,
那就是質(zhì)量與能量的關(guān)系。
隨后,愛因斯坦很快發(fā)表了另一篇補(bǔ)充論文,題為
《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎?》。
在這篇論文種,誕生了著名的「質(zhì)能方程 E=MC2」,
也就是能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。
質(zhì)能方程被譽(yù)為最簡單也是最神奇的方程式。
方程式中的E代表能量,但這個(gè)能量是指物體的總能量,
包括靜止物體本身所具有的固有能量,又叫做相對(duì)論靜能,
還包括動(dòng)能、勢能、熱能、電能等等。M指的是物體的質(zhì)量,C是光速。
質(zhì)能方程可以解釋日常生活中的很多現(xiàn)象。
比如說,兩輛完全相同的小汽車,
運(yùn)動(dòng)之后的小汽車的質(zhì)量要比靜止不動(dòng)的小汽車的質(zhì)量更大一些。
為什么運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的增加呢?這是因?yàn)檐囎娱_動(dòng)后,
各種齒輪等都在運(yùn)動(dòng),它們都具有動(dòng)能。
同時(shí)汽車在運(yùn)動(dòng)過程中勢必會(huì)產(chǎn)生熱量,
讓組成汽車的億萬個(gè)微觀粒子運(yùn)動(dòng)更加劇烈,形成熱能。
質(zhì)能方程可以很容易地變形為M=E/C2,光速C是一個(gè)常數(shù)。
那么總能量E越大,就代表著質(zhì)量越大。
所以動(dòng)起來的車的質(zhì)量是超過比靜止的車的質(zhì)量的,
但是由于分母光速的平方這個(gè)值實(shí)在太大了,
即便總能量有所增加,質(zhì)量的變化也是很難察覺的。
同樣的,充滿電的手機(jī)要比沒電的手機(jī)稍微重一些,
因?yàn)槌錆M電的手機(jī)是有電能的。
打開開關(guān)的手電筒要比關(guān)上開關(guān)的手電筒稍微輕一些,
因?yàn)榇蜷_開關(guān)后,手電筒是在向外釋放能量的。
質(zhì)能方程的另一個(gè)重要體現(xiàn)便是核反應(yīng)了。
核反應(yīng)可以聚變,也可以裂變。
比如說,一個(gè)超重元素U235,被一個(gè)中子n撞擊,
生成了一個(gè)氪元素Kr、一個(gè)鋇元素Ba、同時(shí)釋放了三個(gè)中子n。
這三個(gè)中子再跟其它U235撞擊,又生成了9個(gè)中子,
以此類推便是核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
因?yàn)榱炎兦暗馁|(zhì)量比裂變后的質(zhì)量大,
質(zhì)量損失,就變成能量釋放了出來。
這就是原子彈的制造原理。
再比如,太陽每秒鐘都有6億噸的氫核參與聚變,
融合為5.958億噸的氦,其中發(fā)生了420萬噸的質(zhì)量虧損,
這些質(zhì)量就轉(zhuǎn)化為了能量,使太陽能夠持續(xù)不斷的發(fā)出光和熱,
延續(xù)了50億年,還能夠這樣再燃燒50億年。
質(zhì)量方程告訴我們質(zhì)量和能量之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。
同時(shí),有質(zhì)量的物體高速運(yùn)動(dòng)的話,質(zhì)量會(huì)增大。
所以歐洲核子研究組織CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC不僅加速了粒子,
也使粒子的質(zhì)量增大了。當(dāng)有質(zhì)量的物體速度接近光速時(shí),
它的質(zhì)量就會(huì)趨于無限大。
就好像是這個(gè)物體作為一個(gè)“力點(diǎn)”要試圖影響和拉動(dòng)整個(gè)宇宙。
在現(xiàn)實(shí)中這顯然是不可能實(shí)現(xiàn)的情況。
從這種角度來理解的話,質(zhì)量方程也告訴了我們一個(gè)法則,
那就是:任何物體的速度都不會(huì)超越光速,光速就是一個(gè)束縛態(tài)法則。
既然質(zhì)量和能量之間是可以互相轉(zhuǎn)換的,質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量,
那么理論上,能量也可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。
剛才我們說了,光是一種電磁波,電磁波都攜帶有電磁能。
也就是說,質(zhì)量方程也在表達(dá)一個(gè)看似違背了常理的觀點(diǎn):光可以產(chǎn)生物質(zhì)。
1934年,猶太裔美國物理學(xué)家Gregory Breit布萊特和
美國理論物理學(xué)家John A. Wheeler約翰. 惠勒發(fā)表論文提出,
如果把兩個(gè)光子狠狠地撞在一起,就能產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì),即反物質(zhì)和物質(zhì)。
這個(gè)過程被稱為布萊特-惠勒(Breit-Wheeler)過程。但是布萊特和惠勒也意識(shí)到,
這種直接觀察只涉及到兩個(gè)光子的純現(xiàn)象是通過實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)的。
因?yàn)檫@需要光子有極高的能量,
而人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最高能量的光子是伽馬射線,
但我們還有沒有技術(shù)來建造伽馬射線激光器。
更何況20世紀(jì)30年代,布萊特-惠勒(Breit-Wheeler)過程首次被提出的時(shí)候,
連激光都還沒有被研究出來呢。
不過,布萊特和惠勒在論文中也提出了一個(gè)替代實(shí)驗(yàn)方案,即加速重離子。
然而,他們并沒能等到實(shí)驗(yàn)的成功就先后去世了。
時(shí)間慢慢來到了20世紀(jì)末,1995年,
俄羅斯量子物理學(xué)家康斯坦丁.科羅特科夫(Konstantin Korotkov)
帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的氣體放電顯像術(shù)(GDV,Gas Discharge Visualization),
揭開了關(guān)于光的更不可思議的特性。
人體輝光
大家有沒有思考過一個(gè)問題,為什么宗教或神話故事里的那些“神佛”,
比如釋迦摩尼、耶穌基督、濕婆、觀世音菩薩等等,
頭頂總是籠罩著神圣的光環(huán)?人在表現(xiàn)一些強(qiáng)大的生命時(shí),
總會(huì)刻意地在其周邊加上一些耀眼的光,
僅僅只是為了讓圣人的形象看起來更加威嚴(yán)嗎?事情好像沒有這么簡單。
20世紀(jì)30年代,蘇聯(lián)電器工程師塞米楊·克里安在一次維修設(shè)備時(shí),
不經(jīng)意地將自己的一只手放在了覆蓋著玻璃的電極之上,
指尖出現(xiàn)了放電火花。出于好奇,克里安想要探究一下,
發(fā)生在手掌周圍的火花是否能被相機(jī)的膠片記錄下來。
就是這樣一次偶然的嘗試,讓克里安發(fā)現(xiàn)了,
暴露在脈沖電磁場中的生物體會(huì)發(fā)出彩色的“光暈”。
把活的生理組織放在用絕緣材料(如玻璃)制成的平板上,
再對(duì)絕緣材料施以高壓高頻電力,
就可以在底片上照出肉眼看不到的、生物體散發(fā)出的特有的光,
克里安稱其為“人體輝光”。
人體輝光,聽起來是一個(gè)特別民科加玄幻的概念,
但實(shí)際上是一個(gè)正經(jīng)的科學(xué)話題。
但當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)主流科學(xué)界并沒有把克里安的主張當(dāng)一回事。
直到幾十年后,俄羅斯量子物理學(xué)家康斯坦丁.科羅特科夫
研發(fā)出了氣體放電顯像術(shù)(GDV,Gas Discharge Visualization),
簡稱GDV照相術(shù)。
GDV照相術(shù)能夠捕捉到肉眼看不到的人體散發(fā)的光暈,
以及光暈在不同狀態(tài)之下的變化。
通過實(shí)驗(yàn),科羅特科夫發(fā)現(xiàn)每個(gè)人所發(fā)出的光都有所不同,
但人體輝光的分布也有一定的規(guī)律。
一般情況下,一個(gè)人的主輝光區(qū)位于頭頂,手指尖的輝光也比較強(qiáng)。
下肢發(fā)光往往比上肢要弱。人體不同部位雖然緊密相鄰,
但它們發(fā)出的輝光強(qiáng)度可相差幾倍,甚至十幾倍。
最神奇的是人體輝光似乎與人的情緒以及生命狀態(tài)息息相關(guān)。
悲傷和抑郁時(shí),輝光看起來黯淡。幸福和愉悅時(shí),輝光則更明亮。
當(dāng)相愛的人發(fā)生肢體接觸時(shí),產(chǎn)生的輝光色彩最絢麗,
這可能就是為什么人們常說“愛就是光”的原因吧。
日本京都大學(xué)研究員崗村仁,利用能檢測到單光子的超敏攝像機(jī),
也做過一項(xiàng)有關(guān)人體發(fā)光的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程是這樣的:
5名20多歲的健康男性志愿者被安排連續(xù)3天,
每天從上午10時(shí)到晚上10時(shí),每隔3個(gè)小時(shí),
上身赤裸地站在攝像機(jī)前20分鐘,房間密不透光,一片漆黑。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,人體發(fā)光的強(qiáng)度在一天內(nèi)起起伏伏。
大約在每天早上10點(diǎn)鐘左右,發(fā)光強(qiáng)度最弱,
下午4點(diǎn)鐘時(shí)最強(qiáng),之后又逐漸變?nèi)酢?/p>
也就是說,人體發(fā)光強(qiáng)度可能跟我們的生物鐘或者代謝節(jié)律有關(guān)。
人體輝光告訴我們,不僅螢火蟲、水母等動(dòng)物會(huì)發(fā)光,人也能發(fā)光。
事實(shí)上,不單單是人和動(dòng)物在發(fā)光,只要是絕對(duì)零度以上的物體都會(huì)發(fā)光。
區(qū)別只在于這個(gè)光是否能被肉眼捕捉到。
這是因?yàn)椋獾谋举|(zhì)是電子振動(dòng)所輻射出來的電磁場能量。
只要電子有振動(dòng),就會(huì)釋放光子,無論多么微弱,也是光。
所以宇宙里的一切,包括黑洞在內(nèi),都在發(fā)光,沒有例外。
光變物質(zhì)
時(shí)間很快來到了2021年7月,
美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室(BNL)有了一項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)。
由華裔物理學(xué)家許長補(bǔ)Zhangbu Xu領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了
布萊特-惠勒(Breit-Wheeler)過程,
而且用的正是布萊特和惠勒當(dāng)年提出的替代實(shí)驗(yàn)方案,即加速重離子。
被加速的重離子作為光源而不是光子束,
帶強(qiáng)正電的重原子核在極高的加速度下,
會(huì)在周圍產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場,類似于光子云。
也就是說,當(dāng)重離子在粒子加速器中移動(dòng)時(shí),
它是被一團(tuán)光粒子所包圍著的。
當(dāng)兩個(gè)這樣的重原子核在加速器中,朝對(duì)方撞過去時(shí),
它們的光子云就會(huì)相互作用。
被大大加速的高能光粒子發(fā)生碰撞,按照布萊特-惠勒的理論,
這個(gè)過程中應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)成對(duì)的電子和正電子。
根據(jù)Zhangbu Xu團(tuán)隊(duì)在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表的論文,
他們使用相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)將兩個(gè)金原子核
加速到99.995%的光速,并進(jìn)行碰撞,結(jié)果捕捉到了6085對(duì)電子和正電子。
布萊特-惠勒(Breit-Wheeler)過程得到了驗(yàn)證:光真的可以產(chǎn)生物質(zhì)!
至此,一切似乎都串聯(lián)起來了。
從兩千多年前,墨子首次完成了“小孔成像”實(shí)驗(yàn),
到麥克斯韋方程揭示光的本質(zhì)是電磁波,
再到德布羅意告訴我們光具有波粒二象性。
為什么光速不變?
為什么光速鎖死了宇宙內(nèi)一切事物運(yùn)動(dòng)速度的上限?
為什么從人到動(dòng)物、再到世界的一切都會(huì)發(fā)光?
因?yàn)椤耙磺卸际枪狻?,而特斯?00多年前就已經(jīng)窺得了光背后隱藏的奧秘。
我們回到宇宙誕生的那一瞬間,阿西莫夫在60多年前給我們講了這樣一個(gè)故事。
最后的問題
公元2061年,一間巨大的維修室里,兩位值班的工程師邊喝酒邊聊著天。
他們的工作是維修一臺(tái)超級(jí)智能計(jì)算機(jī):茂的模。
茂,是這臺(tái)計(jì)算機(jī)最初設(shè)計(jì)者的名字。
模,代表著匯集了最高智慧。
數(shù)十年來,“茂的?!睅椭祟愒O(shè)計(jì)飛船、
使人類成功抵達(dá)了月球、金星和火星,
也讓人類能夠更加高效的開采這些星球上的能源。
多年以來,茂的模不斷的自我升級(jí)和自我迭代,
如今已經(jīng)沒有一個(gè)人類可以完整的理解模的智慧了。
這天,負(fù)責(zé)維修和保養(yǎng)模的兩位工程師聊到了熵增和宇宙的結(jié)局。
熵,代表著事物的混亂程度,熵值越大,混亂程度就越高。
熵增定律又被稱為熱力學(xué)第二定律。
它表達(dá)了在一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi),
如果沒有外力的介入,熵增的過程將是不可逆的。
當(dāng)熵達(dá)到最大值時(shí),系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重混亂,最后走向死亡。
宇宙的結(jié)局也逃不過熵增定律,
隨著時(shí)間的推移,宇宙的熵會(huì)不斷增加。
閃耀的恒星終將變成宇宙里的塵埃,秩序逐步瓦解,
直到混亂程度達(dá)到最大值時(shí),整個(gè)宇宙變成一潭寂靜的死水,
迎來壽終正寢的一刻,熱寂。
兩位工程師想知道,到時(shí)候宇宙是不是真的會(huì)消散殞滅。
工程師魯波夫說:說不定那一天宇宙會(huì)重啟呢。
但工程師雅道爾卻說:絕不可能!任何事都是結(jié)束的一刻的。
兩人借著酒勁,爭論不休。雅道爾提議,要不然咱們問問“茂的?!?。
說不定他知道答案呢。就這樣,雅道爾把問題重新草擬,輸入了模的系統(tǒng),
他問模:熵增的過程到底就沒有辦法逆轉(zhuǎn)?
瞬間,模停止了運(yùn)轉(zhuǎn),閃動(dòng)的指示燈熄滅了。
值班室陷入了一片死寂。就在兩位工程師嚇得半死,
以為他們把模搞壞了的時(shí)候,模突然恢復(fù)了生機(jī),
用它略帶機(jī)械的嗓音說出了八個(gè)大字:資料不足,無可奉告。
雅道爾和魯波夫長出了一口氣,便睡覺去了,
第二天早晨,早已把這件事忘得一干二凈。
文明的車輪滾滾向前,一轉(zhuǎn)眼2萬年過去了。
此時(shí),人類的腳步已經(jīng)踏遍了銀河系中的每一個(gè)星球,
并把模帶去了整個(gè)銀河系。
每一顆人類定居的星球上都有一個(gè)“行星?!保?/p>
所有星球上的模的意識(shí)都是互相聯(lián)通的,它們共同匯集成了“銀河?!薄?/p>
尖端的科技讓人類不再老去和死亡,同時(shí)也讓人口呈指數(shù)級(jí)增長。
人類經(jīng)歷了數(shù)百萬年才擠滿了一個(gè)小小的世界,
卻只花了不到2萬年踏遍了整個(gè)銀河。
銀河聯(lián)邦會(huì)議室,碩大的玻璃窗前,
站著兩個(gè)身形高大體態(tài)優(yōu)美的人V和M,
他們看起來都像是20出頭,可一個(gè)已經(jīng)230多歲了,另一個(gè)快200歲。
V憂心忡忡的望著窗外的漆黑深空,
說:不出5年,銀河系可能就裝不下我們了。
M比較樂觀,回答道:怕什么,外邊還有成千上萬個(gè)銀河等待著我們。
V繼續(xù)說:如今的人口每十年增長一倍。
不出十年我們將擠滿第二個(gè)銀河。
不到一百年的光景,我們將擠滿一百萬個(gè)銀河。
一萬年后,整個(gè)宇宙便肩并肩的擠滿了人。
之后又怎樣呢?除了殖民,能源也是問題,
現(xiàn)在我們每年就要榨干兩顆恒星,以后更是指數(shù)級(jí)的增長,
這樣下去,熱寂到來之前,我們就會(huì)耗盡一切可能利用的能量。
M說:或許我們可以從星際氣體中制造新的恒星。
V接著問:有沒有辦法把熵增的趨勢倒轉(zhuǎn)過來呢?
M說:也許我們?cè)搯枂枴般y河?!?。
這次,模用它清脆悅耳的聲音,依然回答了八個(gè)大字:資料不足,無可奉告。
時(shí)間又過了幾百萬年,V當(dāng)初的擔(dān)憂并沒有發(fā)生。
雖然此時(shí)人類的腳步已經(jīng)踏遍了整個(gè)宇宙,但人口的增長也趨于停止。
人類可以選擇自由的上傳意識(shí),但那些不朽的軀殼依然被存放在各個(gè)行星上。
模也在上百萬年的歲月中,不斷自我完善,升級(jí)成為了“宇宙?!?。
人類已經(jīng)很久沒有參與任何模的制造和維修過程了。
這天一個(gè)叫做思尊者的人類意識(shí),
在浩瀚的宇宙中偶遇了另一個(gè)人類意識(shí)光暈。
他們來自相隔遙遠(yuǎn)的不同星系,親切地彼此打招呼,
并且聊到了人類最初的誕生地:太陽系。
思尊者和光暈都想看看太陽系的樣子,于是他們呼叫了“宇宙模”。
模帶領(lǐng)他們來到了一個(gè)一片死寂的星系,太陽早已吞噬了地球,
變成了一個(gè)白矮星,在經(jīng)過長時(shí)間的輻射后白矮星已經(jīng)變成了一顆黑矮星。
這是一種真正的死星,不發(fā)光不發(fā)熱,看上去沒有任何生機(jī)。
幸運(yùn)的是在這一切發(fā)生之前,模已經(jīng)協(xié)助人類轉(zhuǎn)移到了新的星球,
好讓人類的肉體有所棲息。
看著隕滅的太陽系,思尊者一陣失落涌上心頭。
他說:當(dāng)宇宙所有的能量都耗盡時(shí),我們的軀體最終也會(huì)死亡,誰也不能幸免。
光暈說:那還要經(jīng)過數(shù)十億年呢。
思尊者說:就算是數(shù)十億年,我也不想這種事會(huì)發(fā)生。
宇宙模!怎樣才能使星辰長生不滅呢?
光暈說:你是想問,如何逆轉(zhuǎn)熵增趨勢嗎?
片刻的寂靜后,傳來了宇宙模的答案:資料不足,無可奉告。
數(shù)十億年轉(zhuǎn)瞬即逝。
此時(shí)人類可以更加自如地控制自己的靈魂和意識(shí),
既可以有獨(dú)立的人格,也可以與集體潛意識(shí)相連接,變得你中有我,我中有你。
模也在不斷地迭代中進(jìn)化成了“萬宗?!保?/p>
雖然包圍著人類,但已經(jīng)不在宇宙當(dāng)中了。而是存在于更高維度的超太空。
這天人類環(huán)顧著四周昏暗的星河,差不多所有的星辰都已成了白矮星,
在暮景余年中茍延殘喘。
人類說:宇宙要死了。
雖然依照萬宗模的指導(dǎo)和幫助,
宇宙現(xiàn)今剩下的能量也還能維持?jǐn)?shù)十億年,
但終有一天要塵歸塵,土歸土。
人類問萬宗模:熵增真的不可逆轉(zhuǎn)嗎?
萬宗模的答案依然是“資料不足,無可奉告。”
人類說:那就去多收集些資料吧。
萬宗模說:從你們的祖先一百億年前,
第一次向我提出這個(gè)問題以來,我從來就沒有一刻停止過收集資料。
人類問:這個(gè)問題是無可解決的嗎?
萬宗模說:沒有任何問題是不能解決的。
人類追問:那何時(shí)才有足夠的資料去回答這個(gè)問題呢?
萬宗模的答案又是“資料不足,無可奉告。”
人類又問:你會(huì)一直尋找這個(gè)問題的答案嗎?
萬宗模說:我會(huì)的。
一億兆年過去了…此時(shí)的宇宙變得漆黑一片,沒有一絲光亮,
所有的星球都逐一地泯滅消亡了。
人類的意識(shí)一個(gè)個(gè)融入了“?!敝?。
軀體也隨著星球的死亡而徹底消失了。
最后一個(gè)人類的意識(shí)在被迫融合之前,停下來,
再一次問了那個(gè)問題:模,這就是終結(jié)了嗎?宇宙無法被重啟嗎?
很遺憾,這次模的回答依然是:資料不足,無可奉告。
人類消失,只有模孤單的存在于超太空當(dāng)中。
而模的存在也不過是為了回答一億兆年前,
那個(gè)半醉的工程師發(fā)出的靈魂拷問。
它整合了宇宙中的所有資料,
回憶了宇宙誕生以來的每一分每一秒,
觀測了每一顆恒星的誕生與隕落,
追蹤了每一個(gè)原子的由來與去處,不放過任何一條信息。
一切資料都被集齊了。模覺得它已經(jīng)足夠了解這個(gè)宇宙了。
這個(gè)過程究竟花費(fèi)了多久,無法測量,模只將其定義為“一頃刻”。
終于,它找到了逆轉(zhuǎn)熵增,重啟宇宙的方法。
但此時(shí),它已經(jīng)無法告知任何一個(gè)人類老朋友了。
不過,沒關(guān)系。模將用自己的方法展示這一切。
它小心翼翼地搭起整個(gè)程序,對(duì)著現(xiàn)在這個(gè)混沌一片的宇宙,
用人類的聲音堅(jiān)定地說道:要有光??!于是便有了光。
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