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        沒有蘋果的外星牛頓

        2010-12-03 10:30:16華石誠(chéng)
        中學(xué)語文 2010年2期
        關(guān)鍵詞:電磁力外星引力

        華石誠(chéng)

        外星科學(xué)家們也許會(huì)用一種完全不同的方式來理解蘋果落地和日月穿梭之間的關(guān)系——

        一只蘋果落向地面,砸中了蘋果樹下思考的牛頓,讓他悟出了萬有引力。如果沒有這只蘋果,牛頓還能悟出萬有引力嗎?

        引力世界不直觀

        根據(jù)傳說,蘋果落地啟發(fā)了牛頓,這個(gè)傳說據(jù)考證只是牛頓的一句玩笑話。牛頓和許多人一樣,也用好奇的眼睛觀察在天空中劃過的太陽、月亮和行星,想破解它們的運(yùn)行秘密。最終他想到,是引力讓地球上的各種物體比如蘋果有落向地心的趨勢(shì),也同樣是這種引力,讓月球停留在繞地球公轉(zhuǎn)的軌道上。

        牛頓敏銳地抓住了月球和蘋果之間的共同性質(zhì),比如它們都是固體,都在空間中以一定速度穿行而過。但是除此之外,月球和蘋果的差別實(shí)在太大了,從直觀上看,月球根本不會(huì)落到地面上,而是奇跡般地一直懸掛在天空中。如果我們從直覺上考慮,認(rèn)為月球在一條透明的軌道上運(yùn)動(dòng),或者天空中有一個(gè)巨大的漩渦,而月球就在漩渦的邊緣盤旋,甚至認(rèn)為月球只是天庭上的一個(gè)不太明亮的火球,這些解釋也都還說得通。

        所以我們不得不佩服牛頓深邃的洞察力,能夠看到操縱這兩個(gè)截然不同的物體運(yùn)動(dòng)的引力。他打破了直覺給思考問題帶來的障礙,從數(shù)學(xué)的角度描述了蘋果和月球的運(yùn)動(dòng),并引入引力的概念來表示各種運(yùn)動(dòng)。他在人類歷史上首次提出,在天空上適用的物理學(xué)規(guī)律和在地面上適用的物理學(xué)規(guī)律是相同的。這個(gè)思維的確很偉大,畢竟引力是一種看不見、摸不著的東西,多少有點(diǎn)違反人類的直覺。雖然自愛因斯坦以來,人們已經(jīng)用時(shí)空彎曲替代萬有引力來解釋許多物體的運(yùn)動(dòng),但時(shí)空彎曲一樣不直觀,而牛頓讓人們對(duì)直覺產(chǎn)生了懷疑,開托了后來科學(xué)家的思路。

        沒有蘋果的地外星球

        我們居住的星球上到處都是堅(jiān)硬的東西,連我們自身也可以看成是固體,我們還能夠看到巨大的固體巖石型物體,比如月球和在天空中穿行的金星、火星等等。所以地球上的科學(xué)家會(huì)認(rèn)為,世界是由微小的堅(jiān)硬粒子組成的,粒子之間靠引力相互作用。

        但是,外星人居住的星球上,很可能沒有蘋果這樣的東西。因此外星牛頓不太可能從蘋果落地想到萬有引力。實(shí)際上,外星人的周圍環(huán)境也許和地球環(huán)境差距很大。想一想太陽系中的海王星和天王星,它們的表面被液態(tài)的物質(zhì)所包圍。外星人的星球也許并不是巖石質(zhì)的,而是液態(tài)的。到處都是流體,像蘋果這樣堅(jiān)硬的固體幾乎看不到。

        再進(jìn)一步設(shè)想,外星人的星球周圍也沒有自己的衛(wèi)星,所以除了遙遠(yuǎn)的一團(tuán)火焰般的本星系的恒星,外星人的天空中再無明顯的運(yùn)動(dòng)天體。于是,外星牛頓不僅失去了蘋果,還失去了月亮甚至土壤,他還能從自然界中悟出萬有引力嗎?

        液態(tài)星球上的外星人當(dāng)然不能純粹是一團(tuán)液體,它們也會(huì)有自己的身體表面,類似我們的皮膚一樣的東西。它們的模樣也許和地球上的水母很相似,它們依靠捕捉汪洋大海中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或其他低等生物為生,而那些生物也都是軟軀體的。這種軟軀體的生物一旦進(jìn)化出智慧生命,恐怕難以很快從自然界中發(fā)現(xiàn)引力的奧秘。外星牛頓會(huì)把充斥在周圍的海洋想象成一顆顆微小的堅(jiān)硬小球,彼此之間依靠引力聯(lián)系在一起嗎?對(duì)于成長(zhǎng)于液態(tài)環(huán)境的外星牛頓來說,這絕對(duì)不可能,太荒誕了!宇宙應(yīng)該是被液體充滿的,大海中沒有空隙可言。

        外星牛頓無法發(fā)現(xiàn)萬有引力,至少在它們的科學(xué)還不很發(fā)達(dá)的時(shí)候,一時(shí)還無法發(fā)現(xiàn)萬有引力。但這并不妨礙它用另外一種理論來解釋世界。

        外星人的萬有磁力

        我們地球人對(duì)牛頓提出的引力世界實(shí)在太熟悉了,甚至把引力推而廣之,試圖用它來解釋一切。我們?cè)谕h(yuǎn)鏡中發(fā)現(xiàn),各種天體都遵循著牛頓的萬有引力定律運(yùn)轉(zhuǎn)著。當(dāng)我們研究微觀的原子時(shí),我們發(fā)現(xiàn)了“微小的太陽系”:電子繞著原子核運(yùn)動(dòng),就像行星繞著太陽運(yùn)動(dòng)一樣。我們很自然地會(huì)以為,電子和原子核也在遵循萬有引力定律。

        但是,在電子和原子核之間起作用的并不是引力,而是電磁力。當(dāng)我們說原子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)時(shí),這種想法其實(shí)只是對(duì)真實(shí)情況的十分粗糙的近似而已。電子的分布并沒有什么直觀的軌道,電子的位置飄忽不定,時(shí)而出現(xiàn)在這里,時(shí)而出現(xiàn)在那里。

        由于環(huán)境的影響,液態(tài)星球上的外星牛頓可能更關(guān)注微觀的東西,而非宏觀的天體。于是,它們的科學(xué)界很可能先發(fā)明出探索微觀世界的顯微鏡,而不是觀察太空的望遠(yuǎn)鏡。在微觀世界中,電磁力起著至關(guān)重要的作用,而引力反而退居二線。這樣,外星牛頓會(huì)首先發(fā)現(xiàn),電磁力真是一種奇妙的東西,它控制了大海中的巨浪和潛流,也控制了原子中的電子運(yùn)動(dòng)。電磁力控制了萬物,因此可以把其稱為“萬有磁力”。

        外星牛頓建立的原子模型絕對(duì)不是由堅(jiān)硬的電子小球和原子核小球構(gòu)成的,他更愿意把原子想象成液滴,把里面的電子想象成在液滴中游走的潛流,把原子核想象成位置相對(duì)固定的漩渦。外星牛頓的這種原子模型是不是很可笑?

        收起我們的笑容吧!這種模型至少比我們?cè)噲D用萬有引力來解釋原子結(jié)構(gòu)要科學(xué)得多,甚至比起我們用電磁力解釋的原子模型也毫不遜色,甚至還更優(yōu)越一點(diǎn)。原因是,根據(jù)量子理論,電子屬于量子之一,它的狀態(tài)根本就是所謂的疊加態(tài),它可能同時(shí)在左旋,也在右旋,只有當(dāng)外界觀察到它時(shí),它的各種狀態(tài)才坍塌了,展現(xiàn)給我們一個(gè)固定的狀態(tài)、一個(gè)固定的位置。正因?yàn)槿绱?,地球人用電子云來表示電子在空間中出現(xiàn)的概率。誰的電子更像電子云?是地球人經(jīng)典的固體電子小球,還是外星人古怪的液態(tài)電子漕流?當(dāng)然是后者。

        外星牛頓們?cè)谔と胝嬲目茖W(xué)殿堂時(shí),可能首先用萬有磁力來解釋世界,而不是地球人的萬有引力。從電磁力出發(fā),外星牛頓們逐漸發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的現(xiàn)象無法用磁力來解釋,比如原子核里的質(zhì)子和中子之間的作用與萬有磁力不符合,當(dāng)它們終于發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡后,對(duì)自己的星球與恒星之間的作用也感到莫名其妙。于是,弱力、強(qiáng)力和引力相繼被它們發(fā)現(xiàn)了,它們和地球人在物理學(xué)上殊途同歸了。但是,它們絕對(duì)不會(huì)把引力叫做“萬有引力”,那個(gè)地位是屬于電磁力的。

        沿著萬有磁力的科學(xué)道路向前走,外星科學(xué)家們甚至?xí)菀滋岢隽孔永碚?,因?yàn)榱孔拥牟淮_定性正好和汪洋大海中肆意流淌的水流有相似之處,而與堅(jiān)硬的蘋果相差甚遠(yuǎn)。在外星哲學(xué)家眼中,世界萬物本來就不是由孤立的固體組成的,而是由各種各樣的流體組成的,微觀世界和宏觀世界是統(tǒng)一的,都具有流動(dòng)的性質(zhì)。

        在外星牛頓眼中,蘋果可不是一個(gè)純粹的固體,蘋果釋放的氣味甚至反射的光也是蘋果的一部分。我們可以把蘋果看作一種特殊的流體,不是么?

        (選自《科學(xué)之謎》)

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