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超越意识形态的物理学

2009-05-18 15:55 作者:袁越 2009年第15期
美国总统奥巴马在宣誓就职仪式上发表讲话说,他要把科学“恢复到应有的位置上”。奥巴马并没有进一步解释这句模棱两可的话,没人知道在他的心目中,科学应有的位置到底在哪里。

《未来总统的物理课》的作者理查德·穆勒

位于旧金山湾区的加州大学伯克利分校是美国最著名的自由派大本营,去年该校学生评出了他们心目中的最佳课程,获胜者居然是专门为文科生所开的一门基础物理课。这门课的视频上了YouTube后迅速在全美走红,授课教师理查德·穆勒(Richard Muller)博士也成了名人。去年美国总统选战正酣之时,穆勒把这门课的讲义整理成书,取名《未来总统的物理课》(Physics for Future Presidents)在美国出版。湖南科学技术出版社买下了该书版权,中文版将于近期上市。

美国总统奥巴马在宣誓就职仪式上发表讲话说,他要把科学“恢复到应有的位置上”。奥巴马并没有进一步解释这句模棱两可的话,没人知道在他的心目中,科学应有的位置到底在哪里。

对于这个问题,穆勒教授有自己的看法。“无论未来的美国总统来自哪个政党,他必须懂点物理学。”穆勒教授说,“如果他不知道太阳能是怎么一回事,如果他不知道煤怎样可以变成石油,我们怎么能指望他带领美国进入清洁能源的新时代呢?”

在穆勒教授看来,一个人即使上过大学物理课,也很可能说不出铀弹和钚弹的区别,而知道两者的区别对于一个国家制定反恐政策是至关重要的。可惜的是,很多领导人缺乏基本的物理学知识,犯过很多可笑的错误。他最爱举的一个例子是前总统布什曾经推崇过的氢动力汽车。从表面上看氢气燃烧后生成水,不产生二氧化碳,但是氢气不是自然资源,没法直接开采,必须耗费能量来提取。另外,液氢燃料单位体积的储能量是汽油的1/3,也就是说,要想让氢汽车不间断地行驶相同距离,就要安装一个比现有的油箱大3倍的液氢储罐,这将大大提高汽车的造价。
穆勒不光批评了保守派前总统布什,对激进派代表人物、美国前副总统戈尔也提出了批评。在他看来,戈尔拍摄的纪录片《难以忽视的真相》虽然振聋发聩,却存在着一定程度的曲解和大量经过挑拣的事实。全球变暖确实是真的,但无论是程度还是危害,都没有戈尔说得那么严重,比如,大西洋飓风的频度和强度就与全球变暖无关。

“(戈尔的电影)是有力的宣传,但和所有的宣传一样,其中也隐藏着危险。”穆勒说,“一旦人们发现戈尔夸大了事实,也许就会拒绝真正的化石燃料引起全球变暖的科学结论。借一句老话,我担心公众会在倒洗澡水的时候把婴儿也倒出去。”

不管奥巴马怎么看,但在穆勒眼里,科学应有的位置就是中立。“物理学之所以那么成功,正是因为它坚持了很高的确定真理的标准。具有讽刺意味的是,在全球变暖问题上,因为问题太重要,标准反而被降低了。”

“大多数老百姓的麻烦不在于他们无知,而在于他们知道太多不是那么回事的事。”穆勒试图通过这本书纠正人们的一些错误看法,从物理学的角度分析当下最热门的5个话题,分别是恐怖主义、能源问题、核弹威胁、太空探索和全球变暖。穆勒从“9·11”事件开始,从力学的角度分析了世贸大楼为什么会倒塌,恐怖分子为什么喜欢拿飞机当武器,以及未来恐怖分子最有可能采取何种袭击手段。接着穆勒又从热力学角度探讨了人类为什么偏爱化石能源,何种节能减排方法最有可能见效。在各种替代能源中,穆勒显然偏爱核能,专门用了一章讲述放射性是怎么回事,和平利用核能的优缺点都在哪里。比起上述3个重大问题,太空探索稍显次要,穆勒的主要结论就是力劝奥巴马重点发展无人驾驶飞船,因为机器人完全可以代替宇航员的大部分功能,却远比宇航员便宜得多。气候变化是该书的最后一章,但这绝不是因为它不重要,而是因为这个问题太敏感了,稍有不慎就会得罪很多人。但正是在这一章里,穆勒表现出了一个物理学家应该具备的公正态度,因此这一章也是该书中最有价值的一章。

也许有人要问,作为一个粒子物理学家,穆勒有什么资格在这么多宏观问题上说三道四?这就要从他的导师说起。穆勒的研究生导师名叫路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷斯(Luis Walter Alvarez),是伯克利大学物理系教授,曾因在氢气泡室技术和共振态领域所做的研究获得1968年度的诺贝尔物理学奖。1980年,69岁的阿尔瓦雷斯从伯克利退休,和儿子一起去意大利研究化石。父子俩发现6500亿年前的化石层中含有大量的铱,说明当时有大批宇宙尘埃曾经降临地球,而恐龙正是在这段时间灭绝的,于是父子俩提出了恐龙灭绝的“天体撞地球”说。这个假说太过匪夷所思,遭到很多置疑。但阿尔瓦雷斯坚持自己的意见,最终为这个假说找到了大批地质学证据,后来在墨西哥发现了“希克苏鲁伯陨石坑”(Chicxulub Crater),被认为就是当年那个撞击点。

作为阿尔瓦雷斯的学生,穆勒参与了很多工作,并逐渐对考古产生了浓厚兴趣。1984年,两位天文学家受阿尔瓦雷斯理论的启发,提出了地球周期性灾难说。他俩分析了考古学积累的大量数据,发现地球历史上的大规模生物灭绝事件每隔2600万年就会发生一次,存在严格的周期性。他俩根据这一分析提出了“复仇女神”(Nemesis)假说,认为某颗周期性造访地球的天体造成了地球气候的急遽变化,最终导致生物的大规模灭绝。穆勒是该假说的拥护者,并通过自己的研究,提出“复仇女神”很可能是一颗红矮星(Red Dwarf)。作为太阳的伴星,这颗红矮星的轨道呈现极端的椭圆形,每次它接近太阳系,就会带进来大量的彗星。这些彗星撞入地球大气层,给地球气候带来极端的变化。

正是在研究该假说的过程中,穆勒对天灾造成的生物演化产生了兴趣。他花了10年时间研究地球历史上的冰河期,并将研究成果写成了《冰河期的天文学解释》。由此可见,穆勒是当之无愧的全球变暖问题专家,在这个领域很有发言权。

“复仇女神”假说遭到了神学家们的一致反对,因为它触及了人类历史的一个根本问题,具有很深的哲学意味。如果地球真的每隔2600万年就要来一次大灾难,难道上帝就不管管吗?该假说对进化论也有一定的影响,如果这是真的,生物的进化史就要被改写,进化论就必须做出很大的修正。

更重要的是,如果这个假说是真的,那么人类对于自身能力的信心,以及对于未来世界的诸般野心也要被打上一个大问号。这个假说实在是太悲观了,肯定会被打上“政治不正确”的标记。但穆勒并没有为此感到担忧,如果这是事实,人类就必须正视它的存在,抵赖是没有用处的。

好在人类尚有时间。目前地球正好处于两次大灾难的中间,距离下一次灾难来临还有1300万年的时间。但是,这毕竟为地球的未来蒙上了一层阴影。如此大规模的天灾告诉我们,物理学才是真正凌驾于意识形态之上的一门学问,它的力量实在是太强大了。

专访穆勒教授

三联生活周刊:最近有部纪录片很有名,叫做《时代精神》(Zeitgeist)。该片认为“9·11”事件是布什政府的阴谋,世贸大楼不可能被撞到,而是被早已安装在楼内的炸弹炸倒的。您对这个理论怎么看?

穆勒:我不能证明“9·11”事件的背后没有阴谋,但我能肯定的是,世贸大楼倒塌的过程绝对没有违反已知的物理学定理。很多人不相信大楼会被烧倒,但他们都是错的。

三联生活周刊:奥巴马总统不喜欢核能,他在竞选时特意强调自己不会批准在尤卡山(Yucca)建设一个核废料填埋场,当选后他果真没有批准这个项目。请问您对他的这个决定持何态度?

穆勒:我认为奥巴马的决定是错误的,他之所以做出这个决定,很可能是因为参议院多数党领袖(一个很有势力的参议员)反对那项建议。我在很多场合向公众解释过这个问题,和燃烧化石能源造成的危害相比,核电站以及尤卡山的核废料埋藏点,都是很安全的。

三联生活周刊:您在书中对全球变暖的看法有些模棱两可,很多地方给人一种欲言又止的感觉,这是出于何种原因?

穆勒:我的立场之所以看上去有些模棱两可,是因为我自己也不知道应该如何平衡这里面的诸多矛盾。但我相信,无论美国怎么做,中国目前的经济高速发展意味着中国肯定将比美国释放出更多的温室气体。但是,我个人很高兴看到中国的经济进步,我认为这是中国的权利。在提高生活水平方面,中国人拥有和美国人一样的权利。

三联生活周刊:奥巴马在刚刚当选美国总统时针对美国未来的气候变化政策发表过很多很激进的言论,但最近他却在很多场合表现得十分收敛,请问这里有没有您这本书的功劳?

穆勒:我很高兴看到总统的变化。我不知道总统政策变化的具体原因,但我猜测他通过各种渠道掌握了更多的相关知识。我个人认为,如果美国采用过于昂贵的高科技手段减排,那么中国就不可能效仿。如果中国不跟进,那么全球变暖是无法避免的。我能想到的唯一办法就是,类似《京都议定书》里的那个“清洁发展机制”(CDM),让发达国家拿出钱来支持发展中国家的减排。但我相信,即使是奥巴马也不可能说服美国人同意这么做。

三联生活周刊:您在书中对电动汽车的未来做出了比较悲观的预期,但最近麻省理工学院的科学家找到了给电池快速充电的方法,您认为技术进步有可能推动电动汽车产业的发展吗?

穆勒:曾经有不少电池专家公布过类似的新进展,但是他们一旦试图把新技术用于大规模工业生产,便无一例外地失败了。事实证明,要想制造一块在各种工作条件下都能可靠工作的电池是非常难的。我当然希望科学家们有朝一日生产出这样的电池,但在这一天到来之前,我必须抱着怀疑的态度看待这些新进展。

三联生活周刊:您的书和讲课视频已经上市,您还会继续在伯克利讲授这门课吗?

穆勒:我会在今年秋季继续开课,明年春季也照样。我很高兴伯克利的学生们把我的课评选为最受欢迎的课程,我认为物理学是一门很有趣的学问。如果你讨厌物理学,那是因为你遇到的是个不称职的老师。有些物理学教师用太多的数学把学生吓住了,而我一直试图不用高等数学来向公众解释物理学。

三联生活周刊:最后请您谈谈“复仇女神”假说吧。这个假说的现状如何?我们何时才能证明或者证伪这个假说?

穆勒:这个彗星撞击导致恐龙灭绝的假说目前仍然没有被推翻。很多人试图证明它是错的,但他们的论文都存在着致命缺陷。为了验证这个假说,目前有一批观测计划正在实施,其中最有趣的是“全景搜索望远镜与快速反应系统”(Pan-STARRS,利用高分辨率望远镜对天空进行定期扫描)计划。我预计人类将在未来5年内证明或证伪这个假说。

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