001_人类文明是怎么进化的_20160530

        知识这东西就得经常的核实和订正,尤其是那些从别人那儿听来的知识。大家好,我是卓克,欢迎收听卓老板聊科技!


         我们每个人从小学开始或者至少是从初中开始,就听过牛顿被掉落的苹果砸中脑袋,然后发现了万有引力的公式。这个故事呀并不是某些国家洗脑的文化,即便是在欧美文化中,这段故事也是脍炙人口的。但其实这真的只是个故事,它最早出现在伏尔泰1738年写的《牛顿的哲学》这本书里。

        伏尔泰和牛顿第一次交集还要从1727年3月20号说起,那天是牛顿的葬礼。法国人伏尔泰当年还是一个30出头的小伙子,他在法国带头搞起了启蒙运动。在牛顿去世的时候,也正好是伏尔泰创造他个人影响力的年代。不过伏尔泰的那些思想对当时法国的封建王权是一个很大的挑战,所以他的日子也不好过,被关进了监狱好几次以后,最终被判驱逐出境,伏尔泰呢就流亡到了英国,就在这个档口,他赶上了牛顿的葬礼。这是一场名副其实的国葬,多少位市民自发的上街,这个咱们就不提了。咱们就说说抬棺材的这六个人,两位是公爵,三位是伯爵,一位大法官。公爵跟伯爵这很牛吗?在英国的爵位制度下,公爵是最高的,只能是皇室的至亲才会被封。比如说,国王的亲哥哥啊,或者是英国女王的丈夫啊,这样的身份。按爵位排呢,公、侯、伯、子、男,下一级应该是侯爵吧,可你看抬棺材的没有侯爵,而是三个伯爵抬棺材,这是为什么呢?因为在英国传统的贵族制度中,只有伯爵它是本土属性的,其他像侯爵、子爵、男爵都是因为跟其他国家联姻而引进的一些词。只有伯爵这个本土的贵族,它是有分封领地的,所以实际上在英国,伯爵比侯爵还有地位呢。所以抬棺材的这些人呢,两位是公爵,三位是伯爵,当然大法官在英国的体制中也是重中之重,所以也帮着一起抬棺材。

        抬棺材的这几位背景介绍完了之后呢,各位就能对牛顿的地位有多高,略微体会了一些吧。那么牛顿这个棺材安放在哪儿呢?是威斯敏斯特大教堂,安葬他的时候,那个教堂已经有760多年的历史了。在那天之前,这里还没有安葬过任何一位科学家,牛顿是第一个。那之前在这儿安葬的都是谁呢?比如像皇室的贵族,还有教会的顶级人物,这个是可以安葬在这儿的。如果你要是去英国旅游呢,威斯敏斯特教堂进门左手,就是牛顿的灵柩。从牛顿之后破了先例,这个教堂就开始陆续出现科学家了。比如像牛顿灵柩旁边就葬着电磁学的伟人麦克斯韦,还有像达尔文啊,这个就不用多说了,大家都知道。还有现代的物理学家,像卢瑟福啊、汤姆逊啊,这些人也在这个教堂里安葬。

        咱们说回伏尔泰当时围观牛顿的葬礼之后,整个人就像被洗了脑一样。他本人呢就是在搞启蒙运动,所以看到英国从皇室到平民对牛顿这样的待遇,他就由衷的羡慕英国人的制度跟素质。当时他的日记里就这么写:“走进威斯敏斯特教堂,人们所瞻仰的不是君王们的陵寝,而是国家为感谢那些为国争光最伟大的人物建立的纪念碑,这便是英国人民对于才能的崇敬。整个社会像一个科学家表达着由衷的敬意,这是一个国家对科学的态度,也是一个国家对科学家的态度!”。

        葬礼上被震撼到以后,伏尔泰就想法设法的联系到牛顿的外甥女婿,两个人见面长聊了一次。可能有些听众知道,牛顿是终生未婚的,他的晚年生活一直是由同母异父的妹妹,还有外甥女来照料的,所以从外甥女婿口中也可以知道很多牛顿生平的故事。而咱们节目中开头说的苹果砸到牛顿脑袋的故事呢,就是伏尔泰那次从聊天中听到的,结果就把它写进书里了。但是关于苹果这个关键词在牛顿的所有的资料,还有手稿中全都没有提到过。这个就比较特殊了,因为牛顿自打20多岁就已经名满了整个欧洲,后来地位又那么高。所以这位科学家从他年轻时候开始一直到他去世,几乎所有的文字资料都很完善的保留着。有关他自己在科学发现上的内容,如果他自己根本没写过,那其实也就跟根本没发生过是差不多的,所以后来科学史学家们都据此怀疑这个是伏尔泰编的故事。

        但怀疑还是归怀疑,谜底呢在2010年揭晓了。英国皇家学会在庆祝成立350周年的这个仪式上,为了庆祝这个仪式,他们把很多科学著作的原稿、电子影印版,把它传到网上去了,很多人就可以查看了。这个时候有人才追溯到了关于那个苹果跟牛顿的故事。牛顿有一位忘年交,比他小了40岁,也是皇家学会的会员,他专门研究考古的,叫威廉·司徒克林。他在1752年写的关于牛顿生活的回忆录啊,这里面提到了,说:“午餐之后,天气很暖和。我们走进花园,在苹果树的阴凉下品茶聊天。当时只有我和牛顿两个人,他告诉我,他以前也经历过这样的场景。那时候他也坐在苹果树下,陷入深思,那段时间他就对重力有了模糊的认识。这个时候,一个苹果掉在地下,打断了他的思绪,牛顿开始探究为何苹果总是垂直的落向地面,为什么不会斜着落下呢?很显然,这是因为地球引力在牵引着苹果。”

        如果我们仔细回顾一下牛顿在力学上的阐述,那么他对力的描述有这么几点是比较突破的。第一点是他认为力的作用是改变物体的运动状态。而从前很多科学家认为,力的作用是让物体运动,你看这就是一个认识上的大改动。从前人们很难意识到维持运动状态是不需要力的,尤其是大家都生活在地球上,就更难观察到这一点了。第二个关于力的认识呢,就是他让人们有机会认识到引力是如此的弱。之所以说是有机会呢,那是因为两个物体间的引力的大小,它这个具体数值要想计算出来,首先是需要知道引力常数是多少的。不知道大家还记不记得牛顿的引力公式(F = \frac{Mm}{r^2 } ·G),它是一个数除以另一个数,哪两个数呢?分子是两个物体质量的乘积,分母是两个物体距离的平方,除完了之后再乘以一个引力常数。你看这些参数啊,质量是多少,距离是多少,都是可以简单得到的,但是除完了之后乘以这个引力常数,这个常数要是不知道,这具体的引力值是永远也算不出来的。而这个常数直到牛顿去世之后71年才被卡文迪许算出来。所以当卡文迪许用扭秤实验算出了常数之后,大家才发现原来普通尺寸的物体之间的引力是那么的小。

        咱们可以举一个例子,比如咱们在桌上撒一些曲别针,这个时候你用一个磁铁在桌子的上方靠近这些曲别针,大概离桌面还有4、5cm的时候,曲别针就会“啪”的一下,就会被磁铁吸上去了。你可能看到这个场景会觉得:“这不是很正常吗?”,但不知道你意识到没有,曲别针在被磁铁吸上去的同时,也确确实实在被下方的地球吸引着呢,地球也在牵拉着这些曲别针。可是磁铁的质量只有几十克,而下方地球的质量呢,是几十克的10亿倍再乘以10亿倍再乘以1亿倍,这样一个数量级。所以也就是说整个地球所有的质量在拼命的用引力和一块小磁铁产生的电磁力拔河,结果还是完败了。这些内容在我们初中物理课的时候大家都碰到过,但是很少有老师引导大家从这些角度去考虑。所以我总说:从前咱们的物理课都变味了,感觉好像只是数学计算的一个变种课程。而如果我们抱着一种小白的心态,就好像是探索O2O的盈利模式啊,或者电商变现这样的心态的话,那物理世界还有无限多令人困惑并且令人非常感兴趣的话题的,而这些话题的结论你早在中学时期就已经做过无数道题了。可惜,你并没有体会到其中的乐子。这样的教育模式下,即便我们遇到了高质量的科普读物,就算是买了回家看,还是会继续错过其中的美。

        我相信听这节目的人,很多家里都有《时间简史》这本书,威斯康辛大学的教授曾经就通过统计电子书Kindle,统计这里读者给出的笔记,从笔记给出在书中的位置就能推测出人们到底读了这书读完了多少。《时间简史》这本书呢,平均的阅读进度是6.6%。这个进度估计也就是刚刚看完前言和第一章的样子,要知道这可是最近十几年卖的最多的一本科普书了,那都只有这么低的阅读比例。而且这本《时间简史》的内容啊其实已经是比较老旧的了,它里面给出的最新的结论也是远在1988年做出的成果,到了现在已经快经过30年的时间了,很多知识都更新了。所以呢霍金也在2010年出版了另外一本科普书,叫《大设计》。在这本书里就引用了很多在《时间简史》这本书出版之后20多年里的最新进展,比如像M理论,还有量子引力方面的研究,但是《大设计》的销量还是远远不如《时间简史》。

        比如在《时间简史》中有这么一段,不知道大家错过没有。就是说到自由落体实验呀,相信大家都听说过,伽利略曾经在比萨斜塔上同时扔下两个球,一个是空心的,一个是实心的,所以重量呢就一轻一重,结果这两个球同时落地,所以就说明物体的下落速度跟质量是无关的。这个故事也是每个中学生耳熟能详的。不幸的是,它和苹果砸中牛顿脑袋的故事一样,都是没有根据的传言。这段辟谣呢就出现在霍金20多年前那本《时间简史》里。真实情况是这样的:伽利略确实得出了这个结论,但只不过当年他是通过在不同的角度的斜坡上滚球,经过几百、上千次的测量得到的。除了这次假的自由落体实验之外呢,在随后的几百年中,一定有不少人都模仿过真正的自由落体实验,说不准有好多人在比萨斜塔上往下扔球呢。

        最著名的还要数1971年7月份,阿波罗15号做的,那次呢是人类第四次成功的登月。前三次登月主要挑战是像飞船的控制,还有挑战这些宇航员的生存模式啊,在这方面做的工作比较多。等到三次都做完了,第四次的时候,这方面大家都已经轻车熟路了,所以相比前三次,第四次做的科学实验就比较多。其中就有宇航员David Scott,他就在月球上的镜头前给大家演示了一次自由落体实验。他右手拿了一支采集岩石标本用的铁锤,左手拿着一支羽毛,在月球上同时撒手,铁锤跟羽毛确实是同时落地的。这个实验在优酷上有视频,如果各位感兴趣,可以在优酷上搜“月球做自由落体实验”,这几个关键字就可以了。虽然到了1971年,人类在物理学上的推进早就超过了自由落体呈现出的规律,但是美国人还是愿意在登月中让宇航员对着镜头这样做,更多的原因并不是为了NASA需要做这项科学研究,而是为了给民众看,还为了向这些科学前辈们致敬。所以从这一点上看,科技水平顶尖的国家,他们对科学的崇尚是体现在方方面面上的。不论是在威斯敏斯特教堂这种神圣的地方,还是在月球上。

        刚刚我们提了一嘴引力公式。分子是两个物体质量的乘积,分母是距离的平方。如果我们就看刚刚那个月球上自由落体实验的话,计算铁锤跟羽毛受到月球的引力,那么分母大家是相同的,因为只和距离有关吗。不同的只有分子了,因为其中一个分子是月球的质量乘以铁锤的质量,第二个呢是月球的质量乘以羽毛的质量,所以差别就比较大了。这个差别就造成什么呢?就是说这个大铁锤它受到的引力就会远远大于羽毛受到的引力。这个时候问题就来了,为什么这个大铁锤受到了远远大于羽毛的力,可是它们两个一撒手却同时落地呢?按理来说大铁锤应该先落地才对呀,这个时候有人会回答:“原因在于质量啊,因为质量越大,改变它运动状态所需要的力就越大呀。”,能给出这样回答的人呢,中学物理应该说学的比较扎实了。他们对质量的理解比较深入,在他们心中物体的质量指的是使物体动起来的难易程度。所以现在的解释就是:“质量更大的铁锤虽然受到了更强的力,但是也因为它们自身质量太大了,动起来的难度太大了,所以加速下落起来也更加费劲,所以它和羽毛会同时落地。”。但是现在更深入的要问一下:一个使铁锤比羽毛更快落地的因素,就是它受到力更大啊。和另外一个使铁锤比羽毛更晚落地的因素,就是这个铁锤的质量更大啊。这两个因素叠加在一起以后,为什么精确的相互抵消了呢?而为什么不是其中一方面因素略微胜出呢?这个问题牛顿没有给出解释,但是在他写的《自然哲学的数学原理》这本书时曾经讨论到了这一点,受限于当时的科学还没有达到先进的地步,所以牛顿的解释也是很苍白的,他说:“大自然就是这样的!”。

        说到《自然哲学的数学原理》这本书了,目前我们学过的所有跟牛顿有关的物理知识都来源于这本书。只不过教育部门把这本书拿过去加工以后,已经去掉了所有牛顿对问题的思考,还有尝试,去掉了绝大部分讨论跟思考的过程,只留下了重要的结论给我们做题用。所以如果您听完这个节目觉得有兴趣的话,我觉得可以买一本看看。尤其是这本书的前40页,你会发现从前老师直接给出的那些公式背后有那么多事先的定义、推理和思考过程。

        刚刚我们说过,质量大的物体受到的引力也大,本来应该让物体运动状态改变的更剧烈,但是这个因素被它本身的大质量、大大的惰性给削弱了。不仅是削弱,而且是精确的抵消了,不多一分,也不少一分。这样的情况还出现在所有以反比平方规律出现的场合。什么是反比平方呢?比如咱们刚才举例的引力公式中,分母不就是两个物体距离的平方吗,你看这就是距离分之一,就叫反比平方。另外还有就是静电力的公式,就是两个物体带电,那它们之间相互吸引或相互排斥的力有多大呢?这个公式中分母也是两个物体距离的平方。

        在引力场或静电场中,某一点上受到的力具体有多大,我们不关心,我们更关心的是当这一点距离这个场的中心越来越远的时候,这一点受到的力的大小怎么变化,我们关心的是它的变化。从公式中我们就可以看出,它是按照反比平方的规律衰减下去的。当然公式之所以正确,是因为我们发现它跟实测值是精确吻合的。但如果我们从另一个角度去想:“假如不是在一个引力场,或者说不是在一个电场中,而是一个漂浮着的球,这个球里面均匀地充满了PM 2.5的颗粒。当你把球吹的越来越大的时候,这个球的球面上PM 2.5单位面积上的浓度,它也是按照平方反比的规律下降的,或者说按照这个规律稀释的。”。我之所以用PM 2.5做例子,其实是为了理解上更方便一些,实际上我们并不需要这个东西,空间本身就是按照这样的规律展开的。因为你想,球面是二维的吗,所以球面面积的大小和半径大小的平方,这两个数字本来就是严格对应的。也就是说凡是符合平方反比规律的物理量,它实际上就是严格的跟随空间的展开而展开,跟随空间的扩大而完全均匀的稀释。它不多稀释一丝一毫,因为如果稀释的速度比空间扩张的还快。那就说明在这个空间范围里,这个物理量平白无故的消失了一些;它也不会稀释的慢一些,如果慢了,就说明在这个空间范围里,这个物理量无缘无故的增加了一些。而如果想到了这一点,就会触及到所有人脑中根深蒂固的一个思维:守恒。

        原始人靠采集跟狩猎为生,比如说今天掏了10个鸟蛋,问吃了4个,一定还剩6个。如果这个原始人发现变成5个了,那他绝对不会认为这是理所应当的,他一定会想方设法查清楚怎么少了一个蛋。现代人呢,比如说从路由器的设置界面能发现一天的流量是10GB,可是他自己的手机跟电脑上的流量加起来总和才是8GB,那么他一定会开始怀疑有邻居蹭网了。

        而守恒也是物理学家脑中根深蒂固的思想,我们甚至把这个称作“公理”。公理是基础的基础,也是我们人类认知上最基础的一级,没法再追问公理为什么是正确的,物理学家们都是在公理的基础上做测量跟研究的。“从某些角度上看,物理学家是最激进的保守主义者。”,这话呢不是我说的,是一个曾经参加过美国造原子弹,就是“曼哈顿计划”的美国物理学家惠勒说的,那这话什么意思呢?就是物理学家的保守体现在绝大部分人都会尽量的使用现有的理论做研究,直到新的发现用现有的理论实在不能解释了,或者是误差实在大到没法接受的地步为止。这个呢就是一种“奥卡姆剃刀”的精神,就叫:“如非必需,勿增实体”,用老百姓的俗话说呢就是:“小车不倒,只管推!”,什么时候倒了,什么时候再说。

        今天我们中学教授的物理课,其实牛顿在300年前发明的定律仍然是重点之中的重点。不光是学生,就连科研团体或者是一些模拟软件中的算法,物体运动的规律呢也依然在用牛顿力学的知识去处理。那就是因为在这些领域中面对的问题用牛顿定律解出来依然和现实符合的很好。刚刚说的这些呢,就是物理学家保守的一面。

        那么激进指的是什么呢?指的就是这些物理学家们不甘于舒舒服服的待在从前理论可以精美描述现实的这个范围之内。他们总是试图用最极端的方式突破这个范围,他们会把理论带到各种各样极端的情况去看看,这个理论是不是出了问题呢。当然在更新的理论诞生之前,物理学家们也根本不知道自己的尝试称不称得上是一种极限状态的挑战。但起码他们是利用自己已知的最变态、最极端的方式去做了。有的时候,之前的理论可以完全经受得住考验,根据理论计算的结果依然跟实测很好的吻合,那么这个理论就能继续沿用下去,可更多的时候会产生严重的问题。所以物理学家们就相当于试出了从前理论适用的边界在哪儿。从这一点上去看,物理学家们的激进不输于任何狂热份子。

        加州理工学院的数学系教授,他同时呢也东京大学理论物理研究所的主任:大栗博司。他曾经说过:“如果回顾过往,物理学的发展是以10亿米,这个台阶一步一步往上爬的。当然,也是一步一步往越来越小的世界中探索的”。原始人能理解的东西都是跟他们身高差不多的现象,但是第一次古代文明兴起之后,农业发展导致了人们对制作日历的需求,人类从自身活命、吃饭的需求开始,在结合一点点对未知世界的兴趣开始关注了太阳、月亮和星星。

        人类文明的第一个巅峰出现在公元前200多年前的古希腊,那个年代巅峰的城市呢就是亚历山大城。这个城中有一座图书馆,2200多年前的图书馆呀,藏书就有60多万册了。那个时候一本书的价格估计普通人一辈子的劳动都不一定能买的起。所以这座图书馆可以算作是整个古希腊,甚至是整个人类最宝贵的东西。当时图书馆馆长的儿子,第一次估算出来地球的大小。这不是一个孤立的发现,因为有些事他只要能做出来,之前是需要相当多的铺垫的。比如像他儿子计算出地球大小这件事吧,这就能说明在当时关于三角形的基础的数学理论已经搭建好了,这样的例子呢还有更多。假设我们在考古发掘中啊突然发现了一份八万年前的手稿,等把这个手稿翻译出来以后,就发现它上面记录着:“地球上曾经在2.3亿年到6500万年前生活过恐龙,但是后来恐龙绝灭了!”。那么就凭这句话,我们就可以断言:“至少在八万年前,那个遗失了的文明,起码已经进化出了原子核物理了!”。为什么呢?因为要鉴定化石的年代,至少需要像C14测定啊、铀系统断代的测定啊,还有含氟量断代测定啊这些方法,而这些方法都是建立在原子核物理基础上的。而且依照这样的逻辑继续推理下去呢,那个八万年前的文明,它在微分方程和线性代数上也都很成熟了。所以,你看这就是一提搂一大串。

        咱们接着说10亿米一个单位、一个大台阶这件事。在古希腊的时候,物理学已经迈上了第一个10亿米。因为在古希腊的时候,人们就已经算出了地月的间距是40万公里,这个换算一下呢,就正好是4亿米,它跟10亿米是同属于一个数量级的。但是随着亚历山大图书馆被毁,古希腊文明消失之后,人类文明走进了一个长长的大下坡。在长达1600多年的时间里面,人类好像从不知道古希腊文明在科学上的那些研究结论。人类又从新进入了愚昧、无知的状态,直到牛顿出现之后,科学的高度才全面回到了古希腊时期的水平。牛顿定律描述1到10亿米这个范畴的现象基本都非常准确。

        那么下一个台阶呢?就是10亿米的10亿倍,这是一个典型的星系的尺寸。牛顿定律从前主要是针对太阳系内的运动,所以当延伸到10亿米的10亿倍以后,就已经走到了牛顿定律的极限状态。这个时候的牛顿定律已经跟观测不符合了,这之后用到的就是爱因斯坦的“相对论”。从蛮荒的文明上升到10亿米,这第一个台阶,我们用了上千年。但是从10亿米上升到10亿米的10亿倍这个台阶,我们只用了300年的时间。那么下一个台阶呢?就是10亿米的10亿倍的10亿倍,这个只用了70年的时间,这个时候爱因斯坦的理论在这个范围也暴露了一些缺陷。从某种意义上说,这已经是宇宙的尽头了,当然这么说是不准确的,因为宇宙很可能是无界的,而我说的尽头呢是指通过电磁波能够看到的宇宙是有边界的。

        刚刚呢咱们是往更远、更大的方向说这个台阶的,那么如果往越来越小的角度去看呢,其实也有这样的规律。已经运用到技术上的,比如像10亿分之一的这个单位,就叫纳米,纳米技术已经在实际使用了。在这个体量的世界中,物理学家把牛顿定律套在上面,也已经完全失效了。所以不得不发展新的理论,这个理论就是:量子力学。在这个微小的世界尺度中,理论成熟的标志是一个叫做“粒子物理标准模型”的理论,它创立了之后,在10亿分之一的世界里头,大多数现象都可以解释了。现在的物理学家又在越来越小的方面进入了更加极端的状态。他们已经开始往10亿乘以10亿分之一的,这个观测尺度上来尝试量子力学是不是还符合观测。科学家是怎么做的呢?他们主要运用的工具就是粒子加速器。虽然在这个尺度下还没有完整的理论,但物理学家们的激进行为已经导致了“粒子物理的标准模型”出现了矛盾,所以之后必然要诞生在这个更小的尺度下可用的理论。可能你要问了:“往大了发展,有那么多新理论;往小了发展,也有那么多新理论。可为什么我们中学不系统的去直接教那些更新的内容呢?”。那原因有很多,比如我们要理解这些最新的内容,需要更多的时间来掌握必须的数学工具。一般来说要学会使用那些必须的数学工具,至少需要三年集中的学习。可是三年的集中学习对很多中学生来说啊,那实在是太沉重了。你想初三跟高三基本不学新东西,只有四年的时间。这四年还不能是只有一门课,所以教育部门呢就决定只教授我们适用于人体身高再乘以10亿米这个范围内的物理知识。所以即便我们不知道最新的进展,知道这些内容就足可以让我们拥有足够的安全感来理解世界,即便这个规律在更大尺寸上是没法应用的。

        对于宇宙尽头这个说法呢,理论上说我们应该可以看到130亿年前宇宙诞生的样子,但是因为从诞生之后很长一段时间,宇宙是处于“等离子态”的。什么叫“等离子态”呢?就是已经不是原子核和电子老实本分的呆在一起了,那是因为温度太高了,电子全都跑了出来,在更大的空间中奔跑,电子变成了电子的海洋。所以这么强烈的带电环境,就会严重影响电磁波的行为。所以即便理论上我们可以用电磁波探索137亿年前宇宙诞生之初的样子,但是“等离子态”的宇宙是不会让我们看到任何有价值的场景,这个等离子态大概持续了几十万年。从前呢我们对这种状况是束手无策的,但是今年春节期间LIGO公布了引力波的发现,你看我们又回到了这期节目开始的引力。是引力让苹果落的地,之后诞生了第一个可以准确描述10亿米范围内的世界理论,也是引力可以让我们探索到等离子态的时候宇宙是什么样。因为引力波几乎不和任何东西发生互动,没有什么可以影响到它们。所以通过引力波,我们就可以有机会看到宇宙诞生之初的样子。

        如果你知道10亿一个台阶这个理论,你就能理解之后就算是在物理中产生新的理论,它也只会产生在小数点后第n位,或者是目前观测范围之外第n个零之后。我们是不会看到有哪个新理论诞生以后,从前已有的成熟理论会被证伪或者会被推翻的。因为在现有的观测中,已有的成熟理论都符合的很好。只有那些目前超过我们观测范围的,比如下一个10亿倍台阶的世界,只有在那里才会产生新的理论。以引力波来说吧,LIGO这个设备就可以检测到氢原子直径千分之一尺度的变化。不少不明真相的群众对测量这个长度没有什么感觉。而其实测量长度这件事,自打有了人类文明就一直开始进行着。而LIGO对长度的测量,起跳板实在太高了。为什么这么说呢?因为LIGO这个引力波干涉仪能够测量的长度变化是目前人类在测量上能够做到最精确的设备,没有之一。所以今后由引力波探测器得到的新理论,很大可能就是利用类似设备进行不断的改进,就能观测到小数点后比现在更多更多的位。在那些不可思议的精度下得出的新理论,我们几乎不可能在科学进展中发现,像真空中光速变成了10万公里每秒,这样让人跌破眼镜的新理论。

        这期节目呢,我们从牛顿被苹果砸到脑袋发现了引力公式这个传言聊起,回顾了我们初中就熟悉的力,但是大家会发现上学的时候因为老师过分的把我们引向了计算,而错过了不少物理方面有启发的观察跟思考。可上学时养成的对理科内容的习惯性思维,甚至让我们错过了一本又一本的好书,包括《时间简史》这样非常有代表性的书。在这本书里头,霍金告诉我们伽利略的自由落体实验其实也是一个传言。而真正复现过自由落体的人中,最著名的还得算是NASA在月球上做的铁锤跟羽毛同时下落的对比。当我们真的仔细思量了羽毛跟铁锤下落的过程,你就会发现一个铁锤受到更大的力,本该落的更快,可这个趋势被它本身的大质量精确的抵消掉了。这种两个因素精确的互相抵消的例子,甚至还有引力和静电力,它们的精确抵消反映了空间的某种性质,也反映了物理量守恒这个人类思维中的公理。从公理出发一步步探索的物理学家,他们是最激进的保守主义者,这话怎么理解呢,我们带着大家大致梳理了物理规律发现的台阶,每级台阶拥有10亿倍的精度。从古希腊到最近尚未解决的物理现象大致都是如此。当你理解了测量精度的提升逼破了保守的物理学家发现新的理论之后,就会知道在物理学领域中,之后诞生的新理论大致会是以什么方式呈现,更关键的是物理学领域中新的理论不会以什么样的方式呈现。



文章是由作者(灭世MasterWang)通过音频节目《卓老板聊科技第二季》人工转写而来,希望以文字的方式来进行科普知识的传播。在此,特别感谢节目《卓老板聊科技第二季》和它的作者:卓克,为科普工作做出的贡献。

《卓老板聊科技第二季》—— 卓老板带你用理工科思维观察世界,欣赏科学之美,感受人类在宇宙中的渺小。

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