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原子在歌唱 | 《万物原理》之“极少的定律”阅读札记

“最重要的信息依然是,只需要很少的几条定律就足以掌握整个物质世界。”
——【美】弗兰克·维尔切克(《万物原理》中信出版集团 2022年1月第1版)

真正学有成就者,

无一例外不是依靠着非凡的自学能力。‍‍‍‍‍‍

法拉第正是这样一位有着超强自学能力的物理学家。

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍在他对物理世界的探索中,

由于无法理解错综复杂的数学计算,

他竟依靠过人的想象力来思考科学问题。‍‍‍‍

在他的想象中,

带电和带磁的运动物体是通过空间向外界施加影响的。‍‍‍‍

麦克斯韦之后这样描述自己的老师——

在数学家看到作用于物体中心的超距吸引力时,

法拉第凭借他特有的思维看到了穿过整个空间的力线;

数学家看到了距离,而法拉第看到的是一种媒介。

这种媒介,在法拉第感应定律中,被称为“场”。

从法拉第开始,到麦克斯韦、赫兹等诸多物理学家,

开始了横跨大半个19世纪的物理学研究,

这些研究成果恰是近代西方工业文明和强大生产力的源头,

而彼时,正值中国清朝晚期,‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

一个表面依然强大,但骨子里却蔑视西方先进技术,

开始错失重大发展机遇的时代。‍‍‍‍‍

人对统一的追求源自一种本能的天性,‍‍‍‍‍‍‍‍

这一点同样体现在对四种力的全部理解中,

它们分别是:电磁力、强力、引力和弱力。

电磁力和强力主导着我们对地球尺度的物质的理解,‍‍‍‍‍

弱力则主导着稳定粒子的衰变,‍‍‍‍

能够把一种粒子变成另一种粒子。

有关这四种力的理论的“至高荣耀”,

体现在物理学家只需用几个数学公式即可将其准确无误地表达中,‍‍‍‍‍

它代表着物质世界的“操作系统”。

维尔切克说,“它仍然比你家电脑上的操作系统要简短得多”。

所谓“大道至简”,除过东方哲学的洞察与领悟,‍‍‍

或许,只有在物理学家的世界中,

才能有更为精准的描述。‍‍‍‍‍‍

尽管现实世界复杂多变,‍‍‍‍‍‍‍

但抵达本质的层面却异乎寻常的简单平易。‍‍‍‍

这似乎也在提醒我们,‍‍‍‍‍‍‍‍

任何问题的解决之道都隐藏在化繁为简的智慧中,‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

那种试图通过复杂化、繁琐化解决问题的思维和方法,‍‍‍

终将被抛弃。‍‍‍‍‍‍‍

世界的本质尚且如此简单,

人类如果反其道而行,‍‍‍‍‍‍‍‍

终究会走入死胡同。

原子从较高能量的态,

衰变为较低能量态时,

会向外辐射一个光子。

通过对光子能量的计算,‍‍

可以得知原子衰变前后两种态能量的差值。

普朗克和爱因斯坦告诉我们,‍

光子能量与频率有关,

而频率与颜色是等价的。‍‍

从这个意义看,

迎着夺目的光,

那是原子发自灵魂的歌唱。

‍‍‍‍

五彩斑斓的物质世界,

在物理学家眼中,‍‍‍

不过是光子在不同频率下的波动而已,

从源头看并无实质性的差异。‍‍

正是基于这一认识,

宇宙俨然成为一个巨大的、设备精良的化学实验室,‍‍‍‍‍

我们虽身居宇宙一隅,

但依靠光谱学的观测与计算,

却得以实现对遥远天体的有效测量与研究。

中国人所谓“宇宙在手,万化由心”的境界,

科学家正以另一种方式在接近与实现。‍‍‍‍‍‍

一个人的质量来自于体内包含的原子,‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

原子的质量主要集中在质子中,‍‍‍‍‍‍

质子则由夸克和胶子组成,‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

事实上,夸克的质量很小,

胶子的质量为零,

按照纯物质的称量计算,‍‍‍‍

人的质量实在是轻如鸿毛。

然而成年人的质量分明有着上百斤,‍‍

这么重的质量从哪里来呢?

研究发现,

夸克虽然质量很小,但它们在质子内部的运动速度非常快,‍‍‍‍‍

也就是说它们携带着能量,

按照m=E/c2的规律特点,

这些能量的组合相加,

使得质子和中子具备了足够大的质量。

从这个意义看,

包括人体在内的世间万物,‍‍

本质上无非是一股股川流不息的能量。

恰是这些能量的有序组合和联系,‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

形成了人的身体和世界万物。‍‍‍‍

万物皆是因缘和合所生,

实质上没有一个独存的个体。

量子色动力学的结论,‍‍‍‍‍

竟神奇暗合着禅学的意蕴。

五                                           ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

A物体如何变成B物体,‍‍‍‍‍

这种类似魔法的愿望其实真实存在于大自然中。

弱力即具备这种能力,‍‍‍

它能够将较重的夸克变成较轻的夸克,

可以将原子核内的中子转变成质子,

而质子数量又决定着原子核的化学性质,

弱力通过将中子改造成质子,‍‍

实现了对物质实体的成功改变。‍‍‍

我们依靠感官体验,

认为的不可能实现的点石成金,‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

竟在大自然的手掌中轻易发生,‍‍‍

除了感叹无奇不有,

更让人生起无比的敬畏与叹服。‍‍‍‍

庄子讲:“天地与我并生,万物与我为一”,

抛开哲学上的探究,

物理学家站在量子层面,

同样得到了相通的结论。

如果说宇宙万物还有什么是我们无法理解的,

或许只是因为我们尚未抵达自然的真实。


‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

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