项目试图回答这样一个问题:苹果会落地,反苹果呢?
对于测试反物质的重力,都瑟的计划是这样的:在一个强大的电磁盆里用正电子和反质子碰撞,形成一个大的反氢原子。这个反原子是很冷的,只能存在于非常接近绝对零度的环境下。它的运动也极其缓慢。实验者人为给其施加一个力。“踢一脚”,这个行动迟缓的反氢原子可能会如同慢镜头中的炮弹一样,缓缓落下。通过测量落地的时间和速度,再代入经典的牛顿公式,就可以计算出其所受的重力了。
实验原理是十分简单的,但还是有四项困难摆在研究者面前:他们需要更先进的纳米技术和激光技术,要将温度降到尽可能低,还得解决真空高磁场给质子和反质子带来的影响,测量也是一个难题。
“很多同行都认为我们会悲惨地失败。”都瑟笑着说,现在理论物理学家都不怎么理他们,因为这个实验的结果对很多人来说是可想而知的———反原子的重力和原子的重力是一样的,而其他的实验物理学家也认为这个实验的技术难度过高太难实现。“我们等着看2013年吧,到时候万一成功了,那将是我职业生涯中第二次最兴奋的时候。那个时候理论学家们可会争着来找我们了。”
这个实验相对来说比较简单,只需四五年就可以完成。这也是都瑟和同事们选择它的原因之一,假设结果和预想的一模一样,那就又一次证实了标准模型。“我们可以说,好,我们测试过重力了,不用再管这个了;一旦出现了不同的结果,那就更有意思了,将会引出很多物理界新的思考。”如果反物质和物质的重力是不一样的,那意味着爱因斯坦的理论将受到挑战,意味着人们完全不理解引力。“物理学中最有意思的就是,人们一直还在说:我不理解这个。”都瑟说。
都瑟说,在物理学界,理论物理学家和实验物理学家更像是在进行一场长期的友谊对抗赛。“我们的名声不是靠证实得来的,而是靠证伪得来的。”理论物理学界很难推出得到公认的理论,像标准理论这样被不断地证实的,算是相当不错的了。即使如此,所有实验物理学家都想挑战它。
“当然,反过来也一样,做实验的发现了什么新东西,抓着脑袋不知道该怎么解释,这个时候,理论学家们过来了:啊,我有个想法,肯定是这样的!然后就开始解释一些实验物理学家理解不了的东西。”都瑟笑道。
没有想象力,不是好物理学家
都瑟带着一枚自己设计的戒指,夹在两层环中间的隐蔽的三枚灰色的石头,竟是钻石。都瑟说,有段时间他曾经在做些管理工作,无聊之极便开始进行首饰设计。自己想设计给男人用的钻戒,但又不想太过高调。他从LHC受到启发,制造了这个看起来像是加速器的钻戒。
都瑟的艺术感不光只花在这些副业上,也不仅仅与他的艺术家太太有关,更多时候,他将艺术的本能用在物理研究上。CERN里的科学家大多都擅长于做科学解释,而都瑟则是尤其擅长做科普的一位,他曾受邀成为了TED日内瓦的演讲嘉宾。他演讲时,不借助ppt,也不借助道具,唯一的道具就是白板,通过在白板上画出各种抽象的符号和图形来解释科学概念。“我可以看到人们的表情,我可以看到他们眼中的光芒,那是对宇宙起源的好奇。”
“我自己的办公室也有一块白板,简直是‘世界奇观’,各种符号抽象画混乱地叠加在一起。”他和同事们要讨论问题的时候,擦掉一个小角,画上一些概念,第二天再擦掉一个小角再画,有的时候,白板如同年轮一样叠加了二十多层的抽象内容。
都瑟认为科学家和艺术家有共通之处,科学家会先制造出一个模糊的概念,然后通过图形、画面帮助自己丰富这个概念,然后再开始进行计算。他举出了化学家凯库勒的例子,凯库勒梦到了蛇咬住自己尾巴形成一个环的样子,醒来后他受此启发,画出了苯的环状结构。“我同样也可以想象爱因斯坦坐在椅子上,想象着自己如果是做光速运动是怎样的情况。”
在他的头脑中,也常在做着这些视觉化的艺术创作,比如一团云状的粒子,他就能想到好像拿着一盘玻璃球,转啊转。当然这些画面是不会被写进论文。在他看来,这些本能的东西对于科学家,无论是做理论的还是做应用的,都是至关重要的,“我相信没有想象力,至少在他自己的领域中没有想象力的物理学家,就不是好的物理学家。”
采写/本报记者 金煜
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