正文 真空態-(1988)-Vacuum States

(美國)傑弗里·蘭迪斯 Geoffrey A.Landis——著

楊文捷——譯

傑弗里·蘭迪斯(1955——)是一位美國科學家,同時也是雨果獎得主。作為科學家,他曾在NASA工作,致力於火星探測器的設計。他的第一篇科幻小說《基本知識》()於1984年發表於Analog雜誌,讓他迅速在科幻界嶄露頭角。《狄拉克海上的漣漪》(,《阿西莫夫科幻雜誌》,1988)用極為人性化的手法探索了時間旅行和數學的關係,獲得星雲獎。雨果獎獲獎作品《追趕太陽》(,《阿西莫夫科幻雜誌》,1991)講述了一位飛行員跟月球撞擊之後的故事。《逼近黑斑》()則雄心勃勃地探討了一連串由探索黑洞而引發的意外,引人深思。這些故事許多都被收錄於《衝擊參數》(,2001)中,充分顯示了蘭迪斯融合「硬科學」概念和複雜人性的高超能力。

蘭迪斯的第一部長篇小說《火星穿越》(,2000)獲得過軌跡獎。這部小說依然忠於科學,情節卻更似傳統的懸疑故事。蘭迪斯作為科幻詩人也曾兩度獲得雷斯靈獎。他有數首詩歌被收入了合集《時間範圍:幻想詩集》(,1991),但《鋼鐵天使》(,2009)是他第一部個人詩集。

1988年,《真空態》發表於《阿西莫夫科幻雜誌》,對推測性物理的風險提出了一系列尖銳的問題。它一如往常地展示了作者對宇宙之精密和科學發展之複雜的好奇和思考。

真空態里必然有多個瞬態粒子在劇烈波動……真空所含的能量是無窮的……

——P.A.M.狄拉克,《量子力學》

你忐忑地打開門,步入一間實驗室,裡面的兩位科學家正在等待你的到來。他們似乎認識你。或許你是一名妙筆生花的科普作家,再晦澀難懂的科學發現都能被你寫得生動有趣。或許你不過是他們的一位老朋友。這都沒關係。

年齡更長的那位科學家一看見你便露出了笑容。她是一名頗負盛名的物理學家,觀念激進,幾乎戲謔地推翻了之前所有的理論,並創造出了一套符合她個人審美的理論。有人說,隨著她年齡的增長,她逐漸變得保守,不似以前一般願意接受新的猜測。她的頭髮修得很短,開始微微透出灰白。就叫她西莉亞好了。不管她是什麼身份,她都是你的朋友。你們倆之間無所謂稱謂,也從不會連名帶姓地稱呼彼此。

年輕的那位則還帶著象牙塔里的青澀,正處於滿腔熱忱、精力充沛的階段。他是新一代的改革者,提出的理論與傳統的知識系統背道而馳,已經獲得了「下一個愛因斯坦」或是「下一個狄拉克」之類的讚譽。也許他身材細瘦,頂著一頭桀驁不馴的黑髮,身著灰色T恤,上面畫的薛定諤之貓格外醒目;也許他一絲不苟地穿著一整套西裝——製造出這種劇烈的反差反而讓他覺得很有意思。

他們第一次見面的時候你是在場的。或許正是你介紹了他們認識,因為你希望能夠見證他們之間碰撞出的火花。如果是這樣的話,當時的你恐怕有些失望,因為他們很快便開始用另一種語言對話了。從「希爾伯特空間」到「逆變衍生」,這語言在你耳中陌生得像是來自某一個遠古時空。

不過他們之間的確產生了火花,儘管你無法看懂。他們其中一個開始追尋那火光。

「我儘快趕來了。」你說。

年輕的科學家抓住你的手,緊緊地握了握。他的名字好像是大衛。「對對對對。」他說,「我知道你一定會來的。你一定想要看看這個……驚天動地的東西。」他咧嘴笑著。

「你熟悉GUTS嗎?」年長的那位問。

「是的。」你對著那個好像叫大衛的年輕人說。然後你轉頭對另一位說:「GUTS,你是說大統一理論(Grand Unification Theories)嗎?我只知道些皮毛。」

「那你肯定知道量子真空里有巨大的能量吧?」她用輕微的英式口音問道,「也就是說,根據量子力學的理論,哪怕是空無一物的空間里,也必然有很大的『零點能量』。」

「而那裡面則充滿了虛擬的粒子。」他打斷道,「它們不斷地飄來盪去,在海森堡極限以下衍生再湮滅,周而復始,奔騰涌動,創造出大量的能量。」

「是的。」你慢慢說道,你以前試圖學習一些量子力學,但似乎一直不得要領,「但這些能量並不是真實存在的,對吧?」

「沒錯。」她說,「大多有地位的物理學家都會告訴你,零點能量是一種數學上的假象,是只存在於理論中的臆想。」她說「有地位」這個詞時,聲音裡帶有明顯的厭惡。

「至少主流的看法是這樣。」他說,「可不管怎麼樣,它還是存在的。」

「也許吧。」她的語氣波瀾不驚,「你應該去展示一下那儀器。」

「對,沒錯,跟我來。」他轉過身,腳步雀躍地穿過房間,壓根兒沒管你到底有沒有跟在身後。你跟著他來到了隔壁房間,裡面有一台看上去十分複雜的實驗儀器。它尺寸可觀,幾乎佔滿了整個房間。

儘管你並不願承認這一點,但所有的物理實驗儀器在你眼中其實都差不多。不鏽鋼的真空腔體光澤鋥亮,旁邊放著巨型的液氮和液氦儲存容器;機架上堆滿了各種儀錶,還有幾台示波器;五顏六色的電線搭得密密麻麻,一台大型電腦坐鎮中央。「真美!」你讚歎道,希望他聽不出你違心的奉承。所有實驗學家都覺得自己的儀器是最美的。「這是什麼?」

「這是一台能從真空中提取出能量的機器。」她說。

「什麼?」

「一種取之不盡的能量源,一台能無中生有的機器——跟永動機差不多。」

「哦?」你很是崇拜地問,「能用嗎?」

兩位科學家對視一眼。大衛嘆了一口氣:「我們還沒試過。」

「為什麼?」

「我們有一個問題還沒有達成共識,希望可以徵求一下你的意見。」西莉亞語速緩慢。有那麼一瞬間,你覺得這十分滑稽——你難道可以回答出他們都無法回答的問題嗎?隨後,你意識到事情並沒有那麼滑稽,再然後,你開始意識到事情的嚴肅性了。你保持沉默,等她說完:「這是一個哲學問題:如果我們把真空里的能量都提取出來了,那剩下的是什麼?」

「還是真空!」他還沒等她說完,就急切地插話道,「真空有對稱性。由於零點能量無窮大,不管提取出多少能量,剩下的依然是無窮的。」

「至少主流的看法是這樣。」她輕聲回答,「可是,這個『無窮』是重整化後的『無窮』,所以問題的重點在於前後的能量差。如果我們從真空中提取出了能量,那這個真空中的能量肯定會減少。

「因此,如果我們能夠從真空中提取出能量,那物理意義上的真空就是偽真空。」

她語氣嚴肅,似乎這是世界上最為重要的事情一般。

「真空還分真偽?」你說。

「對。」她說,「很簡單,真實真空的定義是一個空無一物的空間。只要往裡面放任何物質,它的能量就會增大,因此也就不再是真實的真空。別忘了,物質只要有重量就有能量。」

你驀然倒坐在一張實驗凳上。這凳子形狀細長,圓形的金屬座位上刷了光滑的漆,是一種曖昧不清的淺棕色。儘管隔了一層牛仔褲,你依然能感覺到凳子在臀下的冰冷觸感。你輕輕地前後晃動著,像是一根找不著北的指南針。

「大統一理論假定,在宇宙形成後不久,曾出現過一種我們現在稱作『真空』的真空。它同樣空無一物,卻處於更高能量態的真空。這種偽真空此後逐漸衰退,通過一個叫作『自發對稱性破缺』的過程演變成了現在的真實真空。」

她的同事靠在一個堆滿了儀器的機架上,淺笑著。他似乎很樂意讓她來解釋這一切。她掃了一眼手錶:「時間不多了,請仔細聽好。

「舉個例子。假設你有一燒杯完全沒有雜質的水,這杯水有完美的對稱性,也就是說,你從一個水分子往任何方向看過去,找到另一個水分子的可能性是一模一樣的。你將這杯水不斷冷卻,直至低於凝固點,只要這水的純度夠高,它其實並不會凝固成冰,而會變成一杯過冷水。這是因為冰的對稱性比水要低,也就是說,它從不同方向看過去是不一樣的。有的方向是順著晶軸線,但有的不是。純凈水沒法從不同的方向中優先『選出』一個結晶的方向,因此無法結晶。

「接下來假設你往裡面放一塊小小的冰晶,再小都可以,只要放進去一顆種子,你就會發現這一整杯水會刺啦一下瞬間全部結晶,釋放出能量。這個過程叫作『爆炸性結晶』。

「這就是對稱性破缺。

「其實,真空的空間里也有對稱性,只不過更為抽象。根據大統一理論,宇宙大爆炸也是對稱性破缺造成的。在此之前,整個宇宙極小並極熱,可它空無一物,裡面的一切都是超對稱的,四維力 完全相同,所有

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