LIGO 测量的距离只有质子的千分之一,随后一千名物理学家沉默了一个月

原标题LIGO measures a thousandth of a proton — then a thousand physicists stayed quiet for a month

诺贝尔奖得主 Barry Barish 在与 Lex Fridman 的对谈中讲述,引力波(gravitational waves)如何被预言、被怀疑,最后又被有史以来最精密的仪器听见。

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2021年8月23日
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加州理工学院(Caltech)的物理学家 Barry Barish 因激光干涉引力波天文台(LIGO)项目,与他人共享了 2017 年诺贝尔奖。他讲述了人类花了一个世纪才相信引力波真实存在,以及测量 10⁻¹⁸ 米级形变所需的工程。对话从 Enrico Fermi 和爱因斯坦的二倍因子错误讲起,一路谈到四层地震隔离系统、一支千人合作团队如何把一项发现保密一个月,以及 LIGO 的背景为什么是技术,不是物理。途中还谈到黑洞、物质与反物质之谜、为火星所做的南极预演、俄罗斯小说,以及一种存在于自我之外的意义定义。

  1. 1LIGO 测量的应变只有 10²¹ 分之一。4 公里长的光臂把这一点变成了 10⁻¹⁸ 米的位移,比质子还小一千倍。
  2. 2四层减震器,加上由地震仪和执行器组成的主动抵消系统,把地球的震动压到了 10¹² 分之一。Barish 仍然把这看作一个机械工程问题。
  3. 32015 年的信号在相距 3,000 公里的两台探测器上都与爱因斯坦方程吻合。随后,一千多名合作者保持沉默长达一个月,团队则在检验重建后的仪器,并追问自己是否遭到了入侵。
  4. 4与希格斯玻色子(Higgs boson)不同,后者的背景来自其他物理过程,关不掉;LIGO 的背景则是技术。把地球隔离得更好,或者让激光更亮,就能看见更多宇宙。
  5. 5早期宇宙中,光子有几十万年无法逃逸。引力波不会以同样的方式被挡住,因此原则上可以直接观察大爆炸本身。
  6. 6LIGO 观测到一个质量为 140 个太阳质量的系统,单颗垂死恒星很难达到这样的质量。这些黑洞可能是通过相互吞噬而长大的,也可能是原初遗留物,有可能是暗物质的一部分。
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01

科学史上最小的一次测量,是比质子细一千倍的形变

Lex Fridman 先从这件事的规模谈起。LIGO,即激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory),由两台探测器组成,每台都带有 4 公里长的真空管道,两者相距 3,000 公里,同步运行。它们要捕捉的运动,比质子的宽度小一万倍,他说,这是科学有史以来尝试过的最小测量。它们捕捉的,是宇宙中最剧烈的事件泛起的涟漪,那些事件发生在数千万光年之外。Barry Barish 是加州理工学院的物理学家,因这项成果获得 2017 年诺贝尔奖,他是这次要让这个数字变得真切可感的嘉宾。

这个奖项表彰的是探测器方面的贡献,以及首次观测到引力波。接下来的两个小时,对话将从一个八岁孩子关于冰的问题,一直谈到黑洞的内部。仪器是贯穿始终的线索:这是一台倾听时空本身的机器,由一千多人共同建造,用来观测在地球生命还在学着变成多细胞生物时发生的灾变。

02

八岁的孩子问冰为什么会浮在水上,这仍然是科学家的本职工作

Barish 喜欢冰的故事,因为它很平常。大约八岁时,他问父亲:冰是由水构成的,为什么会浮在水上?父亲通常都有答案,这一次却没有。Barish 说,这可能不是他第一个无法回答的问题,但却是他记得的第一个,也正是在那一刻,他明白了好奇心是有方法的:去图书馆,去找懂得更多的人,最后就是科学家所说的研究。

这个年纪的孩子问题太多,大人往往嫌烦,叫他们别问了。学校则训练学生去学习、完成作业,少拿问题去烦别人。Barish 认为,大多数在职科学家都是从这套流程里逃出来的人:他们仍然保留着孩子气,或者从没有被彻底打磨成型。他给本科生上课,他认为缺乏好奇心是教室里最大的短板之一,因为好奇心是人与生俱来的品质,而父母和学校却一直在想办法扼杀它。连谚语也站在它的对立面:好奇心杀死了猫。

他一直对水念念不忘。下雨时路面被打湿,过一阵子路面又干了。水去哪儿了?后来化学告诉他,水是由氢和氧组成的,而两者都是气体,那它们怎么会变成液体?直到上大学前,他并不算特别有科学头脑,但和所有人一样,他也曾抬头看星星。物理学学得越多,就越明白自己有多少不知道:宇宙的大部分是暗物质和暗能量,而在他读书的时候,这些问题甚至还没有被提上议程。他说,暗能量是一个完整的谜题,与爱因斯坦的宇宙学常数格格不入。暗物质很可能是某种奇异粒子;超对称是最合乎逻辑的候选者,但似乎行不通。他仍然希望,那些看起来复杂的答案,在真正理解之后会变得简单。

03

Enrico Fermi 是最后一位既做理论又做实验的著名物理学家

Barish 在芝加哥读高中,并在费米实验室(Fermilab)上过课,还常常看园区里的野牛。对他影响最深的是 Enrico Fermi。他说,Fermi 是最后一位既是实验物理学家又是理论物理学家的著名人物。大约 1933 年前后的几个月里,Fermi 做了两件令人惊讶的事。中子直到 1932 年才被发现,物理学家刚刚弄清楚原子核由中子和质子组成、外面还有电子。随后,Fermi 写下了一套关于 β 衰变的理论,也就是电子从原子核中射出的过程,这个理论持续了几十年,至今只被改进过。他把论文投给了《自然》(Nature),却被认为太过推测而遭到拒绝。于是他回到罗马的书桌前,把论文加长,最后发表在意大利本地的物理学期刊和德国的期刊上。

第二幕是实验。1934 年初,Frédéric Joliot 和 Irène Curie 用 α 粒子轰击铝,制造出了人工放射性,激发出的某种物质会以半衰期衰变。天然放射性材料很稀少;如果能人工制造,医学和工业就能用上它们。Fermi 的洞见,Barish 至今也没完全弄明白它从何而来:后续实验最该用的,是刚发现的中子,而非更多带电粒子。中子几乎没人见过,也很难大量获得,但它不带电,所以能直接进入原子核。这一系列实验为 Fermi 赢得了诺贝尔奖,也是通向核裂变的第一步。他还在实验室里发现,慢中子比快中子效果更好,并学会了如何把中子减速。

用中子轰击,究竟是一次实验上的直觉,还是爱因斯坦式的想法?Barish 说,两者兼有。这既需要认识到中子与 α 粒子相互作用的方式有何不同,也需要找到大量生产中子的办法,还要有一支能迅速完成的合作团队。理论与工程彼此滋养。此后再也没有人能在这么高的水平上两者兼顾。Barish 年轻时的梦想就是成为 Fermi 那样的人;他从来不喜欢无视理论的实验,也不喜欢远离实验的理论,所以他一生都在做与理论思路紧密相连的实验工作。他只能算 Fermi 的“一半的一半”,但精神上还算接近。

04

好奇心是一只棘轮,费米悖论(Fermi Paradox)或许只是光速问题

Fridman 是俄罗斯人,他问,Fermi 被人们记住为核时代的奠基人之一,这是不是一种悲剧。Barish 把视角放大了。几分钟前他刚赞美过好奇心,现在他提到了一本名叫《好奇心的棘轮》(The Ratchet of Curiosity)的书。棘轮只能朝一个方向转动。知识也是这样:一旦知道了某件事,就再也无法忘掉,而人也未必有足够的成熟来控制它。核物理就是例子。Fermi 本人,无论在他自己还是妻子的文字里,都是一个不问政治、用科学家的眼光看世界的人。投向日本的那颗原子弹是悲剧,而他也参与其中。Barish 不愿意把这当作 Fermi 的遗产。

Fridman 把同样的棘轮套用到人工智能和生物工程上:你上线一个系统,看看会发生什么;大多数时候,它还没有强大到能造成大规模伤害。但同样的好奇心一直推进下去,就可能做到。Barish 同意,这是另一个领域里的同一个道理。Fermi 英年早逝,战后不久就去世了,此前他对 Edward Teller 的氢弹以及美苏之间无休止的紧张局势已经有些愤世嫉俗。Barish 说,那些在洛斯阿拉莫斯工作多年的人,不得不说服自己:投下原子弹会带来持久的和平。但事实并非如此。

Fermi 的名字也和费米悖论联系在一起。在和 Edward Teller、Herb York 的一次午餐上,他坐下来问了一句,大意是:“他们在哪儿?”考虑到星系、恒星和类地行星的数量,为什么没有明显的访客,也没有响亮的信号?后来 Frank Drake 把这套推算做得更严谨;结论仍然是,如果我们是孤独的,那才是奇迹。Barish 的看法很直接:生命很可能存在于某处,智慧生命可能也存在,但交流比人们想象的要困难。我们所知的每一种通信渠道都以光速传播,而我们所知道的一切都不可能更快,这使得往返对话只能在有限的距离内进行。一百年前,我们甚至还没有意识到这个极限。把引力当作通信渠道?“为什么不呢,”他说,只不过引力效应很难探测,除非它来自黑洞这类天体。一些受人尊敬的同行一生都在寻找第五种力,或许它的作用范围比引力更远,而且不会像引力那样按距离的平方衰减。

05

爱因斯坦靠类比预言了引力波,却算错了强度,此后数十年又怀疑它是否真的存在

牛顿给出了一个公式:力与两个质量的乘积成正比,与距离的平方成反比,其中的常数 G 是一个世纪之后才测量出来的。它在两百多年里都是物理学中最成功的理论,没人发现它有什么违背之处。但它也从未解释过地球为什么会吸引苹果。第一道细小的裂缝出现在水星的轨道上,牛顿的计算与之略有出入。爱因斯坦在 1905 年用几个月解决了物理学的三四个最大难题之后,又花了十年时间研究这个问题,并在 1915 年提出了广义相对论,这是一种全新的引力理论。

1916 年,他写了一篇短文,没有花哨的推导。他注意到,如果把广义相对论的公式按某种方式写出来,它们看起来就像电磁学的公式。大约二十年前,电磁波才刚被证明存在:光、无线电以及其他一切。于是他大胆推断,引力也可能有波。Barish 说,这真是一大步跨越。这篇论文写得很糟,还有一个严重错误:引力强度的系数差了两倍。两年后,爱因斯坦又写了第二篇论文,在不承认错误的情况下修正了这个系数,并解释了如何产生这些波:关键在于四极矩,也就是三维振荡,偶极子那种正负电荷的振荡做不到。这依然是靠洞察,没有严格的推导。同一年,德国理论物理学家 Karl Schwarzschild 提出了黑洞的概念,他后来在第一次世界大战中去世。爱因斯坦并没有这样做。

量子力学随后席卷了物理学,爱因斯坦在 1932 年移居美国之后,才又回到这个问题上。大约在 1935 年,他与 Nathan Rosen 合作,试图从理论中推导出引力波,却屡屡碰到无穷大:坐标奇点。如果坐标设置不当,这是四维相对论里学生常踩的坑。1936 年,他们把一篇题为“引力波存在吗?”的论文投给了《物理评论》(Physical Review),这时距离他提出引力波已经过去二十年。年轻的编辑 John Tate 把稿件送给了 Howard P. Robertson 审阅;Robertson 当时在加州理工学院休学术假,平时则在普林斯顿与爱因斯坦共事。Robertson 看出问题出在坐标上,并证明在柱坐标下这些无穷大都会消失。Tate 随后写了一份措辞礼貌的便条,询问爱因斯坦对审稿人的意见有何看法。据记录,爱因斯坦的回复是:他投稿是为了发表,并不是拿来给所谓的专家过目;于是他撤回了论文,此后再也没有在该期刊上发表过文章。他把论文改写、换了标题,投到了费城富兰克林研究所的期刊上。这是他最后一次写关于引力波的文章。

这场争论一直持续到 1958 年一次广义相对论专家会议。一位英国理论物理学家从理论的核心出发,给出了一个干净的推导。Richard Feynman 则按他一贯的风格说,如果引力波存在,它就必须做点什么,它必须携带能量。他设想了一个套着圆环的杆子:波使杆子变形,圆环相互摩擦,摩擦产生热,热就是能量。此后,理论物理学家普遍相信引力波应当存在,也应该可以探测到。剩下的问题是规模。要产生四极矩,需要两个天体互相绕行,比如地球绕太阳,或者两个黑洞。人们也可以像赫兹当年产生无线电波那样,在实验室里转动一根哑铃,但效应会弱得无望。自然界必须提供更强的源。LIGO 原本瞄准中子星,结果很幸运,黑洞才是更强的波源。

06

空间很硬,地球不肯安静,解决办法是世界上最精致的减震器

引力波的感觉是什么样的?Barish 用游乐园来比喻:一面哈哈镜把你照得又矮又胖,下一面又把你拉得又高又瘦。如果你每秒在两面镜子之间来回走一次,就对应一赫兹的波;每秒六十次,就是六十赫兹。事情就是这样:你会随着波的频率变高、变矮、变胖、变瘦。振幅极小。他说,空间本身就像一张非常坚硬的桌子;幸好,对普通人的生活来说,这种形变可以忽略不计。但它仍然就在你的口袋里。GPS 卫星通过光的传播时间来为你定位;如果跳过广义相对论的修正,在一条 10 米宽的路上,你就会冲出路面。

早期的探测使用的是 Feynman 设想的杆子:一根巨大的铝柱,周围布置灵敏的探测器,寻找额外的应变。对于如此微弱的信号,这不是好办法。合适的仪器是干涉仪。你把一束激光分成两条相互垂直的光臂,让它们在末端的镜子上反射,再让其中一束反向返回,使两条等长光臂的光相互抵消。如果一个波拉长了一条臂、压缩了另一条臂,光就会失去同步,抵消就会失败。应变是 10²¹ 分之一。把臂长做到 4 公里,你测量的就是 10⁻¹⁸ 米。而质子大约是 10⁻¹⁵ 米。这个效应比构成我们自身的东西还要小一千倍。爱因斯坦本人也不认为这种效应能够被测量;他当时没有预料到现代激光技术。

如果把这台仪器直接放在地面上,它就会失效,因为地球一直在动。隔离是个工程问题,不是物理问题。LIGO 工作在音频频段,从几十赫兹到几千赫兹,那里恰好是地球最安静的频段,也是我们的耳朵进化出来用以听声音的频段。解决方案的第一层很普通:减震器,就像汽车上的那种,四层都要有恰到好处的“弹性”,看起来像小弹簧,每一级都吃掉上一级漏下来的震动。被动隔离还不够。他们又加上了主动抵消,也就是类似 Bose 降噪耳机的做法:感知持续出现的环境噪声,再反向推回去。在减震阵列内部,他们放置了地震仪,用来测量残余运动及其方向,然后用小型执行器把它抵消。最终穿透过来的,只有地球震动的 10¹² 分之一。Fridman 称这是有史以来最精密的机器人之一。Barish 没有反对。他说,似乎没有人质疑 LIGO 是有史以来造出的最精密仪器这一说法。

让麻省理工学院(MIT)的 Rai Weiss 夜不能寐的,是真空问题。整台干涉仪都置于世界上最大的高真空系统之中:4 公里长的管道由不锈钢卷制而成,采用螺旋焊缝,真空度约为 10⁻⁹ 托。欧洲核子研究中心(CERN)的加速器也是一个更大的真空系统,但规模如此之大、真空质量又如此之高的,并不是它。在实验室里,人们用氦气来查找漏点。你没法用氦气包住四公里长的管道。你可以知道真空变差了,但要找到并修补一条裂缝,就是另一回事了。他们建造了测试舱,包括用于主动隔离的测试舱,并与麻省理工学院附近的一家小公司合作,那家公司希望把稳定的平台商业化,用于微电子领域。Barish 回忆说,天文学家常常认为这笔钱是浪费。而出钱的是美国国家科学基金会(NSF)。

07

一千个人只有在工作无法独自完成时,才能超过各部分之和

他们最终听到的那次碰撞,发生在 13 亿年前,那时地球上的生命正从单细胞向多细胞转变。这一信号跨越了整段历史,才抵达一支最初只有约一百人、后来扩展到一千多人的合作团队。Fridman 问,要带领理论学家、工程师和一大堆各有主见的人,需要什么。Barish 的目标就是大家都挂在嘴边的那句老话:整体应当大于部分之和。如果随意把人凑在一起,通常会得到更少,因为他们的工作会相互重叠。团队的结构必须依赖彼此的才能组合,那是任何一个人单独都做不到的事,这样,团队才会感到自己做到了任何个人都无法独立完成的事情。

首要任务是吸引全世界最优秀的人,让他们愿意用几年的时间投入其中。唯一有效的说辞,是这项工作比他们独自能做的事情更有意思。管理各路人士的自我,靠的是艺术,不是科学。浪漫的目标起了作用:这件事从未有人做过,在科学上很重要,而且挑战巨大。LIGO 所需要的激光器,是三家原本彼此竞争的机构各自擅长的领域;Barish 把这三家都拉了进来,共同研究一个他们原本不会去碰的对象,作为一个更大团队的一部分,这个团队可能会发现连激光工程师都没有瞄准的东西。发表论文是一个很小却很能说明问题的仪式:一千多人必须就一句话的措辞和论文标题达成一致,这样每个人才真正感到自己是贡献者。

08

十年一无所获,随后是一千名合作者保持沉默的一个月

失败是内建的,Barish 说,就像做前人没做过的事情时,机械工程里的情况一样。NSF 在 1994 年资助了建设。大约五年后,也就是 1999 年,他们拥有了一台基础仪器,但它没有主动地震隔离,也缺少后来增加的几项功能。起初,他们坚持使用自己实验室里测试过的技术。机器能运转,只是表现不佳,也没有探测到任何引力波。随后又是将近十年的同一循环:连续数月寻找信号,弄清楚是什么限制了它们,再花数月修复,然后再次运行。最终他们明白,需要迈出一大步,其中包括主动隔离。NSF 又拨给他们一亿美元。他们进行了重建。2015 年,仪器重新开机,几乎立刻就观测到了两个黑洞的第一次碰撞。

一些同事当场就有了顿悟的时刻。论文中的图是原始数据,旁边摆着爱因斯坦方程的数值解;两者看起来一模一样,而且相隔大半个美国的两台探测器都观测到了它。这已经很有说服力。但科学家仍然不能自欺欺人。仪器是新的。他们必须检验,重建本身不会产生这种形状的信号。接下来,是一个身为计算机科学家的 Fridman 很能体会的顾虑:他们必须让自己确信,系统没有遭到入侵。探测器并不接入互联网,但仍然有可能被实际接触。心怀不满的前研究生在波形与理论相符的情况下,几乎不可能是幕后之人,但团队还是把这一点查了一遍。

一个月之内,他们已经说服了自己,而在此期间,一千多名合作者始终保持沉默。他们又花了一个月去弄清楚所看到的东西,这样就能由自己来完成科学解释,不把一个谜团抛给世界。Fridman 把这种沉默视为团队紧密无间的证据。Barish 开玩笑说:是紧密无间,还是强权独裁。人可以靠恐惧统治,也可以靠爱统治,这句话可以追溯到马基雅维利。在这个时间尺度上,它本来不必成为一个成功的故事。它完全可能花上一个世纪。

09

LIGO 的限制来自技术,因此这个领域仍有成长空间

到谈话的时候,探测器因为疫情已经停止运行。在停机之前,它们大约每周都能观测到某种引力波事件。随着当时正在进行的升级,Barish 预计,重新开机之后大约每隔几天就能探测到一次,而且这些事件并不都一样。他说,幸运的是,它们受到的限制来自技术,不来自科学。与之形成对比的是希格斯玻色子,它是在欧洲核子研究中心的巨型加速器上发现的,这也是一项重大发现,Barish 同样参与过。此后进展缓慢,因为希格斯玻色子淹没在一大堆无法排除的其他物理过程之中,犹如大海捞针。LIGO 的信号很弱,它的背景则取决于如何隔离地球的震动,以及激光功率。改善这两者,科学的大门就会打开。自 2015 年以来,每次升级都在把一次探测变成一门新的天文学。

他提到了伽利略。伽利略并没有发明望远镜;他只是把现成的透镜对准天空,看到了木星周围的卫星,并开启了用肉眼之外的工具理解宇宙的习惯。四个世纪以来,望远镜一直在变好。引力波天文学仍在缓慢爬行。Barish 对工程师很乐观:只要物理学没有划出不可逾越的界线,他们迟早会造出足够精确的装置。下一台大型仪器仍在设计之中,欧洲和美国的想法不同,但目标至少要提升十倍。灵敏度提高十倍,意味着探测距离远十倍,也就是探测体积大一千倍;而更远,也就意味着更早:研究的将是宇宙学,而不仅仅是天体物理,是宇宙的演化,而不只是其中的天体。

他说,诺贝尔奖不能成为目标;每年只颁发一次,自 1900 年以来也就颁给了几百位物理学家,还得靠运气。它的好处在于,能让科学上一次登上几天的头版,还有个意外的效果:让政府里的律师和商人肯听科学家的话。获奖之后,人们在他谈论全球变暖时会多留几分注意。而从庞大的实验团队里挑出几个名字,这种不公平也是硬币的另一面。就科学而言,电磁波望远镜只能看到宇宙中大约 4% 的东西。如果引力没能揭示出那些普通望远镜从不显现的天体,他会大为震惊。早期宇宙中的光被阻挡,直到几十万年后它才变得透明;引力波不会以同样的方式被阻挡。原则上,它们可以直接研究大爆炸本身。我们目前还做不到。光学天文学用了四百年才走到今天这一步。

他希望早期宇宙的图景能帮助解开一个物理谜题:我们为什么会存在。他说的并不是哲学意义上的问题。在实验室里,碰撞产生的物质和反物质一样多,它们相互湮灭,化为能量。早期宇宙本该如此,最终什么也不会留下。然而,我们看到的宇宙全部由物质构成,反物质只存在于实验室中。一定存在某种不对称,物质比反物质稍微多一点,而目前的物理学无法解释这一点。Fridman 问,反物质是否具有可以利用的引力场。Barish 说,原则上,反中子星会有不同的表现,但我们已经找得够努力了,无论看向哪里,遇到的都是普通物质。一项空间任务 eLISA 与其说是竞争者,不如说是互补的:三颗相距数十万公里的卫星,彼此之间用激光连接,观测一个三角形在较低频率下的形状变化,就像在伽利略的可见光之外,又加上了红外和微波。困难之处在于,要让卫星上的自由质量体彼此隔离。一次测试任务表明,相关工程技术已基本具备,目标是 2030 年代。Barish 又笑了,说:“这就是工程问题。”

10

黑洞是一个连光都逃不出去的区域,也是两大理论必须相遇的地方

从物理上讲,黑洞是这样一个区域:时空弯曲得极其强烈,连光在内的任何东西都无法逃出。光在引力场中本来就会弯曲;如果时空弯曲得足够厉害,光就会被困在里面。这是概念,还不是黑洞的起源。最常见的说法是恒星之死。像太阳这样的恒星,通过核聚变产生热和光,先烧氢,再烧氦,然后是更重的元素,直到铁,此时聚变已经不再有利可图。恒星一直处在燃烧产生的向外压力与引力向内的拉扯之间。燃料耗尽之后,它会坍缩,也就是超新星爆发;如果母恒星足够大,剩下的质量会被挤压到小得多的空间中,形成黑洞。太阳太小了。通常的门槛是至少 3 个太阳质量。双星系统中的黑洞可以来自双星。这是第一种解释。但它不一定就是 LIGO 所观测到的。

谜团在于质量。他们观测到的系统有 140 个太阳质量。人们认为,这么大的恒星在它们所处的环境中并不稳定,因此它们不应当作为母恒星存在。也许较小的黑洞相互吞并,于是越长越大。也许有些黑洞是原初的,形成于大爆炸,是披着同样引力外衣的另一类天体。如果这样的天体数量很多,它们就可能解释部分甚至全部暗物质。引力波可以开始区分这些不同的故事:质量分布、自旋、系统是否摇晃,以及随着观测时间向更早推进,这类天体的数量如何变化。位于我们银河系中心的超大质量黑洞,很可能是通过另一种方式形成的,与星系的形成过程有关。“黑洞”这个词掩盖了不止一种起源。

Fridman 觉得无限致密、连光都吞噬的天体令人不寒而栗。Barish 却把它们看作机会。物理学有一桩尴尬:两个都很出色的理论。量子场论在欧洲核子研究中心的实验里,几乎能解释你能撞出来的任何东西。广义相对论在高速和长距离上表现极好。但事情本不该如此;我们想要的是一个统一的物理理论。几十年来,人们一直在尝试统一它们,但大多停留在纸面上。Barish 持有物理学界的常见看法:我们需要实验线索。在欧洲核子研究中心的实验里,引力无关紧要。在普通的黑洞天文学中,粒子物理无关紧要。而在黑洞内部,两者都必须同时成立。他认为我们离答案还很远。弦理论是最受欢迎的候选者:数学很美,却几乎没有预测能力,因为它生活在十一维之中,多出来的七维必须卷曲在无法观测的极小尺度上,而且卷曲的方式并不唯一。如果不能从理论唯一地推导出我们的世界,就无法做出预测。暗能量至今无人理解,也许有朝一日会提供线索。以他目前能看到的前景,他无法想象这两个理论如何结合。

11

单程火星之旅已经不远;殖民地看上去仍像南极站

人类会殖民银河系,或者能接近甚至超过光速旅行吗?Barish 说这太超前了。单程火星之旅其实并不遥远,问题是是否会有人去。他认为,探险者一定会去。他并不设想文明大规模殖民,而是更像南极那样的存在:我们没有殖民南极,因为那里是冰天雪地,但我们在那里维持着一个能够自给自足的科考站。他去过。作为美国国家科学委员会的成员,只要身体条件允许,他就能乘坐贵宾航班:从美国飞到澳大利亚,再到克赖斯特彻奇,然后搭乘七到八小时的军机前往海岸边的麦克默多站(McMurdo Station),那里大约有一千人。他们没法预测降落时的天气。飞到一半时,机长宣布要“折返飞行”,于是他们折返,在克赖斯特彻奇等待,然后再试一次。随后,他们才飞往南极点。

南极点的夏天,气温是零下 51 摄氏度,湿度为零,海拔约 11,000 英尺(约 3,350 米),因为那里从来不够暖和,雪不会融化;虽然很少下雪,积雪却不断堆积。你降落时身处高海拔、低温和干燥的环境中,身体必须慢慢适应。那里的人很少,不到一百人;他去的时候大约五六十人,冬季只有一半左右。在海岸边,麦克默多站有温室,能够自给自足。而内陆的定居点并没有发展得太远。Fridman 用计算机的异地备份做类比:如果地球毁灭,火星不像南极,它将是人类物种的一个备份。Barish 没有反驳。他只是还无法想象人们像住在城市里那样住在火星上,而不只是住在一个科考站里。这又把他带回了德雷克方程中那个未知的因子:文明能持续多久。我们才刚刚学会利用电和磁进行通信。他对近期比较乐观,但对未来几千年则不确定,比如我们自己制造的病毒,相当于核战争,是我们无法控制的东西。

12

意义是超越自我的正面影响,《白鲸》(Moby-Dick)让他没有成为小说家

Barish 先想当作家,然后才想当物理学家。家里没有人上过大学;他没有导师,但总是随身带着一本平装书。母亲爱读侦探小说,他读得厌了,大约在十二三岁时,找到了他所说的真正的文学。当然,没有什么比俄罗斯文学更好。Fyodor Dostoevsky 的贡献有两方面:他是第一位以多重叙述者、复调手法写作的严肃作家,也开启了存在主义文学。在疫情隔离期间,Barish 重读了Albert Camus 的《鼠疫》,发现这是一本关于对人类之爱的书,正适合在疫情之年阅读。与大多数存在主义者不同,Dostoevsky 至少部分是有宗教信仰的。Barish 最喜欢的是《白痴》。梅什金公爵是一个近似基督式的笨拙者,有些不食人间烟火。Barish 常自嘲是白痴,因为他觉得自己对世界过于天真,或许是天生的;他与那个角色有精神上的共鸣。

Aleksandr Solzhenitsyn 给他的感受,更接近 Viktor Frankl:人性中的残酷与冷漠,以及人在极小的快乐中找到幸福的能力。他说,描述一个人在劳改营里熬过一天、还真能从中找到乐趣,这一点相当了不起。政治上的教训更加尖锐。斯大林很可能相信自己是在为世界做好事。作恶最好的方式,就是相信自己在行善;否则,作恶就太难了。古拉格体系是对此最清楚的描绘,而 Solzhenitsyn 是最有资格把它揭示出来的人之一。Barish 提到的最近的一本书是非虚构作品:作者是一位在过去五年内获得诺贝尔文学奖的女性,她访问了各个年龄段、各种职业的人,询问他们在苏联体制下的生活。最让他印象深刻的是,很多人回首往事,都觉得以前更好。他说,在美国,我们以为自己知道建设更好世界的正确答案。他对此并不那么确定。

他承认,给年轻人的建议并不深刻:要有梦想,尽力去追逐;并且要乐在你大部分时间所投入的工作中。他没有追随最初的梦想。大约十五岁时,他上了高中里最严肃的一门文学课,而《白鲸》治好了他想当小说家的念头。他记得有一章读起来像一百页那么长,极其详尽地描写白鲸的鳍。他心想,如果这就是伟大的文学,那就算了吧。三四十岁时再读,他才找到了问题所在:不同于写实的俄罗斯小说,《白鲸》是一个巨大的隐喻,而十五岁的他大概还不认识“隐喻”这个词,更不明白自己为什么要在乎一条鱼。老师给他的书也许选错了,也许选对了,因为他最终投身物理。

至于哲学层面的“为什么”,也就是我们为什么会在物质与反物质之外存在,他说自己大概不太擅长。简单地说,个人层面的问题是:除了你自己之外,你是否对别的什么有过积极的影响:对别人,或者对像引力波这样的发现,只要它对别人有意义,就超出了作为一个个体而存在的范畴。他并不是真的害怕死亡,但对此感到伤感。他年纪已经够大,知道自己大半生已经过去;他喜欢活着;他能想象自己病得很重、不想再继续,但他现在还不是这样。他希望这趟美好的旅程能再长一些。他并不害怕死亡本身。让他难以处理的,是意识之谜,也就是我们能够思考这件事本身。被问到希望百科全书如何评价他时,他说,他希望自己帮助推动了科学前进,也希望自己是一个在如何生活上足以作为榜样的人。Fridman 又补充了仪器的比喻:这台仪器与其说是人造的,不如说是许多人的集合,是人类最好的样子。如果人类无法长久,至少我们建造了这样的东西。Fridman 最后引用 Werner Heisenberg:宇宙不仅比我们想象的更奇怪,它比我们能想象的还要奇怪。

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Lex Fridman· 2026年9月16日播客精神病学至今没有属于自己的青霉素主持 Lex Fridman历史学家 Andrew Scull 与 Lex Fridman 谈到,这门学科对症状有所缓解,但没有哪一种重大精神疾病真正被根治;过度自信的时候,代价要由病人来扛。Mental HealthPublic HealthNeuroscience
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Lex Fridman· 2026年8月26日播客 · 2 人对谈DHH 没有亲手写一行 Omarchy Quattro 的代码嘉宾 DHH · 主持 Lex Fridman与莱克斯·弗里德曼一次充满怀疑的对话过去十三个月后,Rails 的创造者讲述了 Opus 4.5、一群编码智能体(Agent)和一个一分钟的 Linux 安装器,如何结束了他一凿一凿手写 Ruby 的时代。编程智能体Vibe Coding智能体工程+3
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Lex Fridman· 2026年8月12日播客 · 2 人对谈一个冷水澡,二十位冠军:Khabib Nurmagomedov 是如何炼成的嘉宾 Khabib Nurmagomedov · 主持 Lex Fridman在马哈奇卡拉的一间学校体育馆里,七十个人共用一个淋浴间,而且只有冷水。Martial ArtsCombat SportsCoaching+3
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Lex Fridman· 2026年7月28日播客 · 2 人对谈抽掉奴隶制,就没有美国内战嘉宾 Gary Gallagher · 主持 Lex Fridman1860 年,美国奴隶主名下的奴隶价值,超过了全美所有铁路和工厂的总和。Political PhilosophyLeadershipHistory
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Lex Fridman· 2026年6月30日播客 · 2 人对谈46% 的皇帝被暴力推翻,帝国照样延续下来嘉宾 Anthony Kaldellis · 主持 Lex Fridman历史学家 Anthony Kaldellis 与 Lex Fridman 一起走过 2200 年的罗马史,并主张我们所说的拜占庭,其实就是罗马本身。Political PhilosophyGeopoliticsLeadership
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Lex Fridman· 2026年5月29日播客 · 2 人对谈月亮一直在下落,却总也落不到地球上嘉宾 Biggest Mysteries in Physics · 主持 Lex Fridman费米实验室(Fermilab)物理学家 Don Lincoln 在与 Lex Fridman 的对谈中说,物理学的历史就是一部统一的历史;反物质(antimatter)、暗能量(dark energy)和万物理论(theory of everything)依然远在我们能做的实验之外。Quantum MechanicsScience CommunicationPhilosophy of Science