趙君鵬

傳說妖魔鬼怪具有超自然的力量，所以現(xiàn)實(shí)中有些人會(huì)將自己解釋不了的問題歸結(jié)為“鬼怪”在作祟。有時(shí)，科學(xué)家也會(huì)假定某種“妖魔”存在。在捉拿這些“妖魔”時(shí)，科學(xué)家的貢獻(xiàn)無可替代。

開除物理“妖”

通過牛頓運(yùn)動(dòng)定律，人們大大加深了對(duì)客觀世界的理解，進(jìn)而認(rèn)為可以借此解釋一切。法國(guó)天文學(xué)家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯認(rèn)為，宇宙中的一切都是確定好了的，按照牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以預(yù)測(cè)各種事件，只要數(shù)據(jù)足夠豐富，并且計(jì)算能力和分析能力足夠強(qiáng)大，就能夠洞悉一切。1814年，他提出：“假如有這樣一個(gè)精靈，它精于計(jì)算，長(zhǎng)于分析，還知道宇宙中每一個(gè)物質(zhì)確切的動(dòng)量與位置，并且懂得牛頓運(yùn)動(dòng)定律，那么它就能展現(xiàn)宇宙中所有事件的整個(gè)過程，知道宇宙的過去、現(xiàn)在和將來。”

拉普拉斯關(guān)于宇宙的觀點(diǎn)就是決定論，又名拉普拉斯信條，他所設(shè)想的洞悉一切的精靈被稱為“拉普拉斯妖”。

決定論曾風(fēng)靡一時(shí)，包括愛因斯坦在內(nèi)的許多科學(xué)家都“信仰完備的規(guī)律和秩序”，而量子力學(xué)的出現(xiàn)改變了人們對(duì)這一觀點(diǎn)的看法。量子力學(xué)研究的對(duì)象是物質(zhì)世界微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究量子力學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：微觀世界的物質(zhì)具有不確定性，在宏觀世界普遍適用的“牛頓三大定律”無法解釋微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。換句話說，即使牛頓復(fù)活，他也無法預(yù)測(cè)薛定諤的貓是死是活，所以“拉普拉斯妖”并不存在，也不可能存在，用決定論來解釋客觀世界會(huì)走進(jìn)宿命論和機(jī)械主義的死胡同。

尋找隱形“妖”

1922年，荷蘭天文學(xué)家卡普坦通過星體系統(tǒng)的反常運(yùn)動(dòng)，推斷在星體周圍可能存在不可見的物質(zhì)。此后，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)太空中存在違反萬有引力等現(xiàn)象，這表明卡普坦的推斷不無道理。

據(jù)科學(xué)家推測(cè)：宇宙中除了星云、恒星等可觀測(cè)物質(zhì)之外，可能也存在大量暗物質(zhì)，它們不發(fā)光，約占宇宙總質(zhì)量的85%，不屬于人類已知的任何一種物質(zhì)，基本不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

精確測(cè)量宇宙線粒子是探測(cè)暗物質(zhì)的重要手段，因?yàn)楫?dāng)暗物質(zhì)衰變，或者當(dāng)一對(duì)暗物質(zhì)粒子發(fā)生碰撞時(shí)，它們可能會(huì)釋放出正負(fù)電子、伽馬射線等宇宙線粒子，如果能探測(cè)到這些粒子的信息，就能根據(jù)能量守恒原則反推出暗物質(zhì)的“真容”。

2015年12月，我國(guó)發(fā)射了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”號(hào)，它運(yùn)行在距地面約500千米的軌道上，每95分鐘繞地球飛行一周，用“火眼金睛”在茫茫宇宙中探測(cè)可能來源于暗物質(zhì)的高能粒子。

發(fā)射至今，“悟空”號(hào)搜集到超過100億個(gè)關(guān)于宇宙線粒子的數(shù)據(jù)。科學(xué)家通過這些數(shù)據(jù)描繪出疑似暗物質(zhì)產(chǎn)生的部分粒子的分布狀況，這標(biāo)志著我國(guó)在探測(cè)宇宙高能粒子方面躋身世界前列。目前，“悟空”號(hào)是世界上觀測(cè)能段范圍最寬的、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星，而中國(guó)正在研制下一代空間望遠(yuǎn)鏡，對(duì)伽馬射線等高能粒子的探測(cè)能力將比“悟空”號(hào)提高50倍以上，從而更有力地幫助人類尋找暗物質(zhì)的蹤跡，研究宇宙起源、演化等問題。

鎖定氣象“妖”

2021年，北美和歐洲地區(qū)出現(xiàn)罕見的高溫天氣，多地如同被扣進(jìn)高壓鍋。當(dāng)?shù)赜腥苏J(rèn)為這是妖魔在作祟。

研究人員發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象是地球大氣的急流發(fā)生了“交通堵塞”。大氣急流是環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)勁氣流，它對(duì)地球氣候影響巨大，但有時(shí)它會(huì)運(yùn)動(dòng)反常，從而產(chǎn)生大氣阻塞現(xiàn)象。氣象數(shù)據(jù)顯示，如同車流過多導(dǎo)致公路堵塞一樣，大氣急流的“流量”也有上限，超出界限就會(huì)堵塞，大氣阻塞可以和高速公路的交通堵塞用同樣的方程來描述，并且北極和大氣阻塞現(xiàn)象關(guān)聯(lián)密切，北極變暖有利于大氣阻塞的維持，北極變冷則不利于大氣阻塞的維持。

全球氣候變化會(huì)影響大氣急流的形勢(shì)，可能會(huì)使大氣阻塞更加頻繁，從而導(dǎo)致更多的極端天氣。它出現(xiàn)在北美和歐洲地區(qū)的概率更高，可能會(huì)導(dǎo)致洪水及極端炎熱、寒冷與干旱天氣。2004年，阿拉斯加出現(xiàn)了罕見的高溫天氣，導(dǎo)致冰蓋融化、森林大火，背后作祟的就是大氣阻塞。

化學(xué)中的“鬼火”，光學(xué)中的“海市蜃樓”，地理學(xué)中的“魔鬼城”……許多“妖魔鬼怪”曾經(jīng)讓人談之色變，而隨著科學(xué)家的研究，它們逐一現(xiàn)出原形。“莫道浮云終蔽日，嚴(yán)冬過盡綻春蕾?！边叀按蚬帧边叀吧?jí)”，正是在“捉妖”的過程中，科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展。

（源自《知識(shí)窗》，余娟薦稿）

責(zé)編：馬京京