哥倫比亞教授Brian Greene:人類可戰勝時間穿越未來,但回到過去還沒有理論證明

DoNews11月3日消息 (記者 費倩文)11月3日,2019騰訊科學WE大會正式召開,在大會前夕,美國哥倫比亞大學數學及物理學教授Brian Greene接受了DoNews等媒體採訪時稱,科學家比較認同人類能夠戰勝時間穿越到未來,但目前理論還不足以證明,人類能夠穿越回過去。

哥伦比亚教授Brian Greene:人类可战胜时间穿越未来,但回到过去还没有理论证明

Brian Greene表示,人類可以跨越時間維度從科學上來說,這是一個假設,但是科學家們在這方面倒沒有什麼分歧,大家都認同這樣的一個事情。所以,從物理上來說,能夠戰勝時間,穿越到未來,這個事是大家比較認同的。

“但是穿越時穿回到過去,這倒是沒有聽說過,而且以目前已知的理論來看,這也是不可能實現的。”Brian Greene稱,“如果說通過宇宙弦、蟲洞等等不同的架構去實現,我自己的直覺是:這些做法應該是不能夠奏效的,因為就我對物理學的瞭解來說,這種物理理論還不足以讓我們能夠回到過去。”

Brian Greene是美國哥倫比亞大學數學及物理學教授,弦理論研究的領軍人物,他的代表作《宇宙的琴絃》《宇宙的結構》是科學愛好者的必讀書。Brian Greene認為弦理論的提出,是一項科學創舉,它要把過去這百年來的物理學最重大的理論歸為一統,即在宏觀層面上,把愛因斯坦的廣義相對論和引力學說,與微觀層面的量子力學,整合在一起。

中國著名科幻作家劉慈欣曾在《三體》裡面提到未來的宇宙戰爭可能是降維打擊,即高維的生物通過降低維度消滅低維的生物。對此,Brian Greene表示“關於降維打擊方面我真的一無所知。”

此外,Brian Greene還在採訪中建議,中國可以建設更大的對撞機、加速器。這樣中國可能會在粒子物理學這方面完全顛覆科學已有的成果,可能會遠遠領先於美國等其它國家,因為中國有這方面的人才、資源。中國做這個研究,可以成為世界各國的“磁鐵”,由中國牽頭彙集全天下英才,共同從事這樣的全人類事業。(完)

附Brian Greene採訪實錄:

提問:1、在未來幾年當中有沒有希望通過實驗或者宇宙觀測,去證明弦理論?2、在高端物理界有一個沙漠理論,認為在這個方面的重大發現還要再過幾十年,因為現有的加速器和我們需要的加速器之間的能量差別非常大,這個能量的缺口達到12個數量級之多,您對這樣的一個說法如何看待?

Brian Greene:首先,弦理論的提出可以說是一項雄心勃勃的科學創舉,要把過去這百年來的物理學最重大的理論歸為一統,一方面在宏觀尺度上,愛因斯坦的廣義相對論和引力學說,另外在微觀尺度上的量子力學,要把這兩大物理學的理論合在一起。

可以說,讓這兩個尺度合為一起所需要的能量級非常之大。您第一個問到有沒有可能在未來的幾年當中通過實驗或者觀測證明弦理論,如果答案是肯定的,那我非常的希望是這樣的,但是如果從務實和理性的角度來講,如果能夠證偽這個理論,未來的幾年如果能夠發生的話,都是讓我覺得驚奇的事情。

如果在現在基礎上提升12個數量級,現有的設備做不到,我們能想像到的設備、預見到的設備現在也還是做不到的,但是我們下一個階段的重大發現必須要求我們從實驗當中獲得啟發。那也許需要一個國家或者幾個國家有這樣的遠見和資源能夠去領導世界,開發出下一代的科學儀器,不一定說一下子就要一步到位做到12個數量級的提升,也許先提升一個數量級、兩個數量級。

那也許這樣的國家就在此地,中國。我想總會需要那麼一些國家能把我們帶到下一個階段,目前來講的話,這個方面的進展還是難以預測的。

提問:您所研究的這個理論,未來可能幫人們戰勝時間嗎?能不能讓人們跳躍一個時間維度,回溯到過去?另外,我關注過您過去一直向公眾科普這些晦澀難懂的理論知識,也有人評價是現實版的"謝耳朵",會不會介意這樣的稱呼?

Brian Greene:自從1905年以來,大家就知道怎麼能夠戰勝時間,邁向未來,可以說這個事100年前我們就知道了,但是還沒有進入大眾的視野,不過這個理論是清楚的,愛因斯坦就告訴我們怎麼樣通過宇宙的運行,然後跨進到未來。比如你到黑洞的邊緣,就有可能走向未來。

從科學上來說,這是一個假設,但是科學家們在這方面倒沒有什麼分歧,大家都認同這樣的一個事情。所以,從物理上來說,能夠戰勝時間,穿越到未來,這個事是大家比較認同的。

但您問的問題更復雜,就是我們怎麼能夠回到過去,比如說通過宇宙弦、蟲洞等等不同的架構去實現。我自己的直覺是,這些做法應該是不能夠奏效的,因為就我對物理學的瞭解來說,這種物理理論還不足以讓我們能夠回到過去。

就今天而言,我們看到回到過去的這扇門是關上的,但是我想回到過去的機會之窗還是小小地打開的。但我猜雖然有這麼一個機會之窗,但是我們還是做不到這一點的。

第二個問題您說到在《生活大爆炸》當中,我客串了一個小角色,我以往倒沒有聽說有人把我叫做"謝耳朵",但是就算這麼叫了我也完全不介意。我們希望讓科學的概念融入到大眾文化中。

在過去幾十年來有這麼一個問題,科學存在於大學、學術期刊這些象牙塔當中,它是一個孤島,並沒有能夠融入到大眾當中,這些地方並不是大眾休閒會常去的地方。

因此,我覺得如果能夠讓科學的語彙、科學的概念進入到大眾文化中,任何的事業我都是支持的。

提問:請問您認為向公眾進行科普是科學家的義務嗎?對公眾進行科普,或者說把複雜的科學理論解釋得簡單易懂,您是否有什麼技巧呢?

Brian Greene:首先,我認為不是說所有的科學家都有義務向大眾普及他們的科學知識和理念,我甚至覺得這樣做對某些科學家來說是不利的,倒不是說因為他們可能解釋的方法不好,而是因為他們的才華用在實驗室、計算機房可能會更好。如果他們自己不覺得自己有必要對公眾進行科普的話,我認為也不應該說他們有義務進行科普,或者說被迫進行科普。

如果說我能夠向有意進行科普的科學家提一些建議的話,有一個技巧,就是他對要講的這個事情一定是很有激情、有熱情的,這樣才能夠把心中的情感和能量帶入到他的講述當中。公眾在看科學家的時候,往往覺得他們大腦非常發達,認知能力很強,但是科學家為什麼做科研呢?並不只是說想去發揮認知的能力,而是他心中有這麼一團科學求知之火,他希望能有一個重大的發現,重塑我們的世界。

所以說,如果科學家進行科普的時候缺乏這份激情,他可能把科學講成一個枯燥的事情。

提問:我粗淺的理解弦理論就是萬物皆源於振動,前段時間的時候,在中國無錫因為一個大貨車,使一個橋倒塌了,有一種說法是超載,另一種說法是這個大貨車通過的時候,振動的頻率和這個橋振動的頻率一樣,所有造成了橋的坍塌。我以前看過一篇報道,日本的地震特別多,在同樣的時候,有的建築物會倒塌,有的建築物沒有倒塌,它的建築強度是一樣的,地震波的震源、振頻和這個建築物的振頻如果相符,它就會倒塌,我不知道這個理論有沒有基礎?比如說剛才說的橋的倒塌是由於振頻相同,有沒有一個科學的基礎?

Brian Greene:這個新聞我不瞭解具體的情況,所以沒有辦法說是不是因為共振,導致了這個橋的倒塌。

但是,我瞭解在美國有一個更極端的例子,當時有一個大橋橋上什麼都沒有,就是狂風吹過,風的頻率和橋的振動頻率產生了共振,當時從影像記錄上也能夠看到不可能的事情發生了,雖然這個大橋結構非常堅固,但是它擺動的情況就像小孩盪鞦韆一樣,一開始小,但是越蕩越大,最後導致了倒塌。

也就是說,環境的頻率和某一個結構物的頻率之間可能會產生共振,這個共振可能會大到導致災害事故的發生,是有這麼一個可能性的,這種解釋是可能成立的。但這個解釋是不是可以用來解釋您說的這個事故,我還不知道。

提問:現在建築物越來越多,每個建築物都有自己的振頻產生,是不是在以後我們對自然災害的防治裡應該增加對於周圍振頻的測試,以防振頻相同而使建築毀壞的情況發生。

Brian Greene:具體到這麼細的問題您問錯了人,不過我可以給您舉另外一個例子來解釋一下。一年半以前,引力波的觀測發現轟動世界,這是科學界努力了幾十年以後的重大成果。當時為了建設引力波觀測儀器,當時要求要防止環境當中任何的振動干擾這個儀器。當時採取了各種各樣的減振措施,確保環境當中不管怎麼振動,不管是卡車開過去,還是樹倒了,不管怎麼振動,這個儀器都不會受到干擾,不會有晃動。

這個技術當時有一部分是怎樣的呢?觀測的鏡片是用線吊起來的,吊這個鏡片的線再用別的線去吊它,也就是說如果這一根線是用這個頻率振動的話,吊著這根線的線就是用別的頻率去振動,這樣的話振動和振動可以相互抵消,有效地實現減振。

您的另一個問題是在我們的建築規範和環境勘測當中,尤其是在可能會有地震或者其它自然影響的環境觀測當中,要不要採取相關的避震措施,我想這個需要一個工程師回答,這個方面工程師比我懂得多得多。

提問:您現在擔不擔心有"薩根效應"?您寫了很多科普讀物,您在寫作當中有什麼樣的體會?

Brian Greene:曾經有一段時間如果一個科學家離開了實驗室,把科學帶給大眾,這樣的人會在科學界被人看不起。您所講的薩根,應該叫卡爾·薩根,他是美國一個非常出色的天文學家,研究的是行星等科學理論,同時也參加過外太空探索計劃,包括把探測器發射到星系當中。

他當時做了很多科普工作,也啟發了我作為一個愛科學少年的求知之心。不管在美國還是其它國家,現在科學家們已經得到了顯而易見的結論:如果大眾對科學沒有熱情,科研經費就無從談起;如果大眾不關心科學,就沒有意願建設大型的科學儀器;如果大眾不愛科學,也不會產生學習理工科、探索科學前沿的下一代的後來者。

所以,科學界有一個共識,就是我們要通過科普爭取民心。在我們現在這個時代,在美國這個國家,當領導人覺得科學沒有價值、真理沒有價值、事實沒有價值的時候,科學界需要用科學之光點亮這個世界,引導我們去探索這個世界的真知。

提問:2015年、2017年還有今年諾貝爾獎都頒給了天體物理相關的人,這個也是非常難得的,您是從事這些方面的科學家,能不能給我們預言接下來在天體物理領域會有哪些重大的突破?比如跟黑洞有關還是和什麼有關,能夠取得這樣的突破,科學家們努力的方向是什麼?除了和重大儀器的研發有關,還會依靠什麼?

Brian Greene:我覺得我如果能回答您這個問題就太好不過了,我很希望能答出來,因為我如果知道下一個突破來自於何處的話,我自己馬上就著手去做了。我也不知道科學下一個突破到底會出現在什麼地方。但如果讓我猜一下的話,我覺得黑洞的可能性會比較大,因為去年春天,我們第一次取得了黑洞的所謂照片,也就是通過天文望遠鏡給它做了一個圖片出來。

在黑洞這個方面,我們說它是個最強大的物理實驗室,能夠把我們很多的思想推向極致來去加以研究;在黑洞研究這個方面,觀測手段上有了突破,同時從理論探索上,大家又有強烈的意願,因此它就具備很好的條件,能夠在相對較短的時間當中取得重大的突破,能夠讓我們更深入地瞭解宇宙。

提問:1、您是否建議中國建設對撞機?如果我們建了一個的話,您期望從中看到什麼?2、弦理論是最前沿的理論,同時量子計算機是最複雜的計算設備,您覺得哪個更難?是不是弦理論可以幫助我們開發量子計算機?量子計算機是不是能夠幫助我們檢驗弦理論?

Brian Greene:回答第一個問題,如果說中國能夠建設下一代的大型對撞機,將是中國對於世界做出了一個極為重大的貢獻。

另外您問能從裡面找到什麼。也許能夠找到超對稱粒子,或者是宇宙的額外維度,這些是弦理論提出的概念。但是我們不需要在這裡坐而論道去猜想,也許我們找到的東西是我們根本沒有想到的,也可能是我們沒有聽說過的東西,是能夠去挑戰人類想像極限的東西。

所以,我們要探索未知領域,去探索的時候,並不是說我們到未知領域找到一個已知或者已經設想到的事情,而是到未知領域找到我們沒有想到的、讓我們感到特別驚奇的事情,這才叫探索未知,這才是我們期望這個設備能夠發現的東西。

量子力學這樣一個科學理論的提出是1920年代,當時提出這個理論之後,大家覺得這個學說特別的荒誕,可是就這麼一個荒誕的奇說,現在演進到能拿它指導量子計算機的開發,而量子計算機能夠解決傳統計算機上萬年也難以解決的問題。

所以,從實驗的角度來講,它也能夠給我們一些貢獻,實驗觀測的儀器或者手段提高會不會反過來帶動理論的精進呢?我想這個無疑是會發生的,也就是說理論、想法提出來之後,我們拿它去開發建設一些實際的東西,這個實際的東西會再反哺理論,豐富我們對於理論的知識。這個就是科學最佳的境界,理論和實踐攜手共進,共同推動科技的進步。

提問:您出了很多科普讀物,您在電影、電視劇裡也扮演一些角色,您也去很多國家做科普講座,您如何分配您的時間,給出足夠的時間做研究,以及您上述的這些像搖滾明星一樣的行為是否會耽誤您做更深一步的研究?關於弦理論,除了用於宇宙研究之外,中國有個名詞叫"心絃",它可能是世界上最細的一個弦,我不知道這個弦和您的弦理論是否可以交叉應用,比如說能夠運用於愛情、情感交流等事情上?

Brian Greene:對我個人來講,要想平衡時間的分配確實是重大的一個挑戰,但是我想除了研究之外,我還有熱情幹很多別的事情,比如科普、公開活動上發言等等。假設一天下來,我盤點覺得今天做的這個事情有價值,可能會產生一些影響,有滿足感的話,這一天我就算過得值了。人生苦短,我們也很難預測到底最重大的影響產生於什麼地方,可能我做的科學突破會有重大的影響;可能我的科普啟發了一個熱愛科學的孩子,他以後有一個重大的突破;可能通過我的這種努力促成國際合作,建設下一代的對撞機,都有可能。

所以,最終就是這一天我跟著感覺走,感覺怎樣過是有價值的,這一天就怎麼度過。

關於抽象的科學原理、科學突破和具象的人文關懷之間有什麼聯繫,我覺得是有聯繫的。我們講人際之間有聯繫,而且人要立身處世,要考慮各個方面,而且我們要在政、商、學、企等各個方面遊刃有餘,存活於這個世界上,這樣的話也都需要我們有各方面的聯繫。

具體講到弦理論本身對人生有什麼樣幫助的話,弦理論作用的空間尺度和芸芸眾生每天生活的尺度差別太大了,尤其中間的聯繫更多是詩意的聯繫,或者是比喻層面的聯繫。我想如果有朝一日,微觀世界和宏觀世界之間能夠通過理論把它聯繫在一起,這樣的話整個世界不同的尺度就可以萬法歸一了,當然這個事也許1000年以後才會出現。

提問:1、複雜性科學一直在研究關於秩序這個問題,他們在研究秩序是如何形成的,但是他們一直困惑的是秩序為什麼可以累積而不會倒塌,請問弦理論可以回答這個問題嗎?2、弦理論已經提出50年了,現在您也提到它的狀態需是需要時間去驗證,我不知道這個理論已經完善了、只待驗證,還是說仍有自己的新進展,您個人在這方面的工作重心是什麼?3、這個理論還沒有被驗證,這個理論是在靜止等待被驗證,還是說它已經基於計算、理論在現實中有所應用了?

Brian Greene:第一個問題關於您說的複雜性科學,它其實研究的是一些很深刻的問題,比如說熵的累計,秩序的造成以及複雜的結構如何來長期地保持。

一個例子,我們的生命就是一個很複雜的結構,而且可以長時間的去累計,不會太快地衰變。在這個方面,雖然說它是很重大的科學領域,但是弦理論本身對它沒有什麼太多直接的貢獻。

有關弦理論,看您怎麼計算,它提出的時間不只50年,但是目前從理論建構來說,它還仍然處於理論發展的早期。在過去50多年當中,我們看到這個理論已經取得了很多進展,比如說我做學生的時候,覺得我們不可能參透的事情,現在已經變成已知的科學了。

但是,這個理論還沒有完全地理解一些基本原理,我們現在做的事更多像搭積木,這兒一塊、那兒一塊,而沒有看到這個理論的全貌。在我們能夠看到這個理論的全貌之前,我們都說這個理論還處於發展的初級階段。

我個人來講,我研究的重點是一個非常奇怪的東西,就是如何預測我們這個世界不只是三維的,而是有更多的維度,額外的維度是什麼樣子,在數學上有什麼樣的性質?這是我長期以來孜孜以求的方面。

而且我這個研究是高度地得益於一位中國著名科學家,叫做丘成桐,他是我在哈佛念博士後時的導師。從數學、物理上來講,目前這個理論還在發展的過程當中。

提問:剛才您說到您對多維度有比較深入的研究,您認為將來人類除了漫威英雄以外,有沒有可能通過時間旅行,或者其它方式,到達其它維度?您之前有一個演講提到現在多元宇宙在加速擴張,在您看來多元宇宙的加速和擴張有沒有一個邊界?在這些多元宇宙之中,是不是隻有我們所處的小宇宙才適合人類和生命的生存?

Brian Greene:您說能不能在多元宇宙中跨宇宙旅行,這個取決於您到底談論哪一個版本的理論,或者哪一種科學理論。比如說我幾年前寫了一本書解釋多元宇宙,每一個章節對應的是基於不同的理論解釋宇宙,比如有基於量子力學、宇宙大爆炸、擴張宇宙的,還有基於弦理論的,它提出來說有多次的大爆炸,不只是一次,每一次都會形成不同的形態,包括弦的樣態等等。

另外還講到"膜",它形成了多元宇宙,也就是說每一重宇宙都生存在整個空間的不同切片上,我們要講到能不能在宇宙之間穿行。你要了解到底講的是哪一種不同的宇宙,至於在不同的宇宙之間是不是存在一個可以穿越的路徑,確實有信號有可能從一個宇宙發到另外一個宇宙當中,但是遺憾的是沒有一種信號是人體的組成部分。

也就是說,雖然有這麼多種不同的版本、宇宙,但是不太可能在不同的宇宙之間搞一個公交系統,讓大家往來無阻。

我們所熟悉的這些結構,不管是日月星辰也好,還是人體等等,這個結構都是存在於宏觀三維的空間當中,如果還有這麼一個宏觀四維的空間、裡面粒子可以自由的遊走,即使有這種結構它也會崩塌。

也許還有其它的可能吧,其它不同存在的形式,但是肯定不是以您或者我這種形態存在的,因為我們這樣的一個生命樣態是在宏觀三維的世界當中,通過不斷的進化,然後才形成目前可以存活的狀態。

提問:您辦了11年的世界科學節,對WE大會有沒有比較成熟的建議和經驗分享?

Brian Greene:我們在紐約、布里斯班搞世界科學節,有一個重大的體會,即大眾既有意願又有能力,去了解超出科學家、企業預想範圍之外的抽象科學知識、科學理念。

比如說我們請宇宙學、神經科學、納米科學、醫學等前沿的科學家,去講科學當中前沿的突破,大眾能夠直接與科學家對話,會感到非常興奮,在騰訊搞WE大會的時候,應該也會有同樣的感受。

也就是說,我們讓大眾直面大科學家,是一個很好的機會,也許這樣的機會不應該只是一年搞一天,而是可以更加常態化、更加經常地運行。

如果某一天騰訊有意願搞一個北京版的世界科學大會,我們會很願意過來。

提問:1、引力波的發現會用來驗證存在或者不存在平行宇宙嗎?2、中國有一個著名的科幻作家叫劉慈欣,他在《三體》裡面提到未來的宇宙戰爭可能是降維打擊,在您的理解中未來有可能出現這種情況嗎?就是高維的生物通過降低維度消滅低維的生物。

Brian Greene:引力波或者額外維度並不是我們新觀測手段第一次使用的案例,可以說整個宇宙學的發展史就是觀測手段不斷地豐富、我們的發現不斷累積的結果。我們知道最開始的時候,古人研究天文就是用肉眼去看,然後記錄下來,這是我們祖先觀測的方式,他能夠觀測到的就是人眼看到的。

後來發明瞭望遠鏡,可以拓寬我們的視野,能夠看到更多的可見光譜範圍之內的事情,讓我們能夠觀察日月星辰的運行、宇宙的活動等等。

再往後有射電望遠鏡、紅外望遠鏡等等利用電磁手段去觀測、記錄電磁信號的方式。

每一次的觀測手段革新都會給我們帶來驚喜的發現,我們用不同的角度、不同的手段觀測宇宙時,就會看到一個不同的宇宙。

現在我們有了引力波去作為又一重不同觀測的角度,這是一個全新的觀測方式。如果我們不能獲得驚人的發現,那這件事才是驚人的,所以這個就是我們感到興奮的所在。

另外關於降維打擊方面我真的一無所知。

提問:1、科學家往往思路清晰,不同於大眾,您怎麼能夠在在做科普的時候心中不忘大眾,能夠帶著我們想像這個十一維的世界?2、我看過你的一個TED演講,裡面講到驗證的方面,不知道驗證到什麼階段,3-5年當中會有什麼重大的突破?

Brian Greene:我倒不覺得科學家的思路和大眾有太大的差別,其實差不了多少,有些人可能善於這件事,有些人可能善於那件事,大家各有長短之處。但是愛因斯坦可能高高在上,我們這些人可能在下面。

雖然思路沒有什麼不同,但是科學家日常使用的理論工具、思維工具可能是不同於尋常人的。我覺得不能只靠技術工具、數學工具,我在這個基礎之上還發展了一種形象化的思維,這樣在做科普的時候,往往是把這些形象傳達給公眾,用我的語言描述我頭腦當中的形象。但是形象思維的基礎依託是技術、數學當中所取得的知識,所以這個可能是相同或者不同的一些地方。

你問到的TED演講,這個時間比較早,2005年的時候講的,當時我們想說是不是可以通過日內瓦那個大型對撞機的對撞,找到一些額外維度的證據,但是最後沒有找到,其實有點失望,但是也並不意外,因為它的思想是通過對撞,質子相撞擊之後有碎片,能夠把它放射到其它的維度當中,然後加以證明。也許那個機器很強大,但是還不夠強大,不足以讓我們把碎片發射到別的維度當中。

我們還可以建設更大的對撞機、加速器,比如在中國就可以搞,比原來那個可能要強大10倍、50倍,超過瑞士、日內瓦的對撞機,但是不能說這樣就一定能夠找到額外維度,這個我不能確定。

之前問到我這個方面的問題,可以說這就是一個未知的領域,還沒有足夠技術能力的領域,我們的探索還是不夠的。一方面即使你建設了更大的設備,還是不夠讓我們找到額外的空間,另外還有一種可能性是我們可能找到了比額外維度更驚人的科學發現,這都是有可能的,這個就是基礎研究的魅力、本質所在。

提問:中國是不是最好的選擇呢?

Brian Greene:我看到在中國這邊,大家有這個興趣和意願去領導這個世界,去不斷地推進科學研究的前沿。而且別的國家這個方面已經做了一些初步嘗試,中國如果再做的話,就是站在別的國家努力的基礎上,在別的國家巨人的肩膀上去做自己的工作。

中國這邊可能會在粒子物理學這方面完全顛覆科學已有的成果,可能會遠遠領先於美國等其它國家,因為中國有這方面的人才、資源,而且中國在做這個事情的時候,可以不是單打獨鬥,可以成為世界各國的"磁鐵",由中國牽頭啟動這項工作,彙集全天下的英才,共同從事這樣的全人類事業。這個全人類事業可以在中國啟動來做,但是它是一個全人類的事情。


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