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哥伦比亚教授Brian Greene:人类可战胜时间穿越未来,但回到过去还没有理论证明

费倩文 2019-11-03 22:28:41

DoNews11月3日消息 (记者 费倩文)11月3日,2019腾讯科学WE大会正式召开,在大会前夕,美国哥伦比亚大学数学及物理学教授Brian Greene接受了DoNews等媒体采访时称,科学家比较认同人类能够战胜时间穿越到未来,但目前理论还不足以证明,人类能够穿越回过去。

屏幕快照 2019-11-03 下午10.27.52.png

Brian Greene表示,人类可以跨越时间维度从科学上来说,这是一个假设,但是科学家们在这方面倒没有什么分歧,大家都认同这样的一个事情。所以,从物理上来说,能够战胜时间,穿越到未来,这个事是大家比较认同的。

“但是穿越时穿回到过去,这倒是没有听说过,而且以目前已知的理论来看,这也是不可能实现的。”Brian Greene称,“如果说通过宇宙弦、虫洞等等不同的架构去实现,我自己的直觉是:这些做法应该是不能够奏效的,因为就我对物理学的了解来说,这种物理理论还不足以让我们能够回到过去。”

Brian Greene是美国哥伦比亚大学数学及物理学教授,弦理论研究的领军人物,他的代表作《宇宙的琴弦》《宇宙的结构》是科学爱好者的必读书。Brian Greene认为弦理论的提出,是一项科学创举,它要把过去这百年来的物理学最重大的理论归为一统,即在宏观层面上,把爱因斯坦的广义相对论和引力学说,与微观层面的量子力学,整合在一起。

中国著名科幻作家刘慈欣曾在《三体》里面提到未来的宇宙战争可能是降维打击,即高维的生物通过降低维度消灭低维的生物。对此,Brian Greene表示“关于降维打击方面我真的一无所知。”

此外,Brian Greene还在采访中建议,中国可以建设更大的对撞机、加速器。这样中国可能会在粒子物理学这方面完全颠覆科学已有的成果,可能会远远领先于美国等其它国家,因为中国有这方面的人才、资源。中国做这个研究,可以成为世界各国的“磁铁”,由中国牵头汇集全天下英才,共同从事这样的全人类事业。(完)

附Brian Greene采访实录:

提问:1、在未来几年当中有没有希望通过实验或者宇宙观测,去证明弦理论?2、在高端物理界有一个沙漠理论,认为在这个方面的重大发现还要再过几十年,因为现有的加速器和我们需要的加速器之间的能量差别非常大,这个能量的缺口达到12个数量级之多,您对这样的一个说法如何看待?

Brian Greene:首先,弦理论的提出可以说是一项雄心勃勃的科学创举,要把过去这百年来的物理学最重大的理论归为一统,一方面在宏观尺度上,爱因斯坦的广义相对论和引力学说,另外在微观尺度上的量子力学,要把这两大物理学的理论合在一起。

可以说,让这两个尺度合为一起所需要的能量级非常之大。您第一个问到有没有可能在未来的几年当中通过实验或者观测证明弦理论,如果答案是肯定的,那我非常的希望是这样的,但是如果从务实和理性的角度来讲,如果能够证伪这个理论,未来的几年如果能够发生的话,都是让我觉得惊奇的事情。

如果在现在基础上提升12个数量级,现有的设备做不到,我们能想像到的设备、预见到的设备现在也还是做不到的,但是我们下一个阶段的重大发现必须要求我们从实验当中获得启发。那也许需要一个国家或者几个国家有这样的远见和资源能够去领导世界,开发出下一代的科学仪器,不一定说一下子就要一步到位做到12个数量级的提升,也许先提升一个数量级、两个数量级。

那也许这样的国家就在此地,中国。我想总会需要那么一些国家能把我们带到下一个阶段,目前来讲的话,这个方面的进展还是难以预测的。

提问:您所研究的这个理论,未来可能帮人们战胜时间吗?能不能让人们跳跃一个时间维度,回溯到过去?另外,我关注过您过去一直向公众科普这些晦涩难懂的理论知识,也有人评价是现实版的"谢耳朵",会不会介意这样的称呼?

Brian Greene:自从1905年以来,大家就知道怎么能够战胜时间,迈向未来,可以说这个事100年前我们就知道了,但是还没有进入大众的视野,不过这个理论是清楚的,爱因斯坦就告诉我们怎么样通过宇宙的运行,然后跨进到未来。比如你到黑洞的边缘,就有可能走向未来。

从科学上来说,这是一个假设,但是科学家们在这方面倒没有什么分歧,大家都认同这样的一个事情。所以,从物理上来说,能够战胜时间,穿越到未来,这个事是大家比较认同的。

但您问的问题更复杂,就是我们怎么能够回到过去,比如说通过宇宙弦、虫洞等等不同的架构去实现。我自己的直觉是,这些做法应该是不能够奏效的,因为就我对物理学的了解来说,这种物理理论还不足以让我们能够回到过去。

就今天而言,我们看到回到过去的这扇门是关上的,但是我想回到过去的机会之窗还是小小地打开的。但我猜虽然有这么一个机会之窗,但是我们还是做不到这一点的。

第二个问题您说到在《生活大爆炸》当中,我客串了一个小角色,我以往倒没有听说有人把我叫做"谢耳朵",但是就算这么叫了我也完全不介意。我们希望让科学的概念融入到大众文化中。

在过去几十年来有这么一个问题,科学存在于大学、学术期刊这些象牙塔当中,它是一个孤岛,并没有能够融入到大众当中,这些地方并不是大众休闲会常去的地方。

因此,我觉得如果能够让科学的语汇、科学的概念进入到大众文化中,任何的事业我都是支持的。

提问:请问您认为向公众进行科普是科学家的义务吗?对公众进行科普,或者说把复杂的科学理论解释得简单易懂,您是否有什么技巧呢?

Brian Greene:首先,我认为不是说所有的科学家都有义务向大众普及他们的科学知识和理念,我甚至觉得这样做对某些科学家来说是不利的,倒不是说因为他们可能解释的方法不好,而是因为他们的才华用在实验室、计算机房可能会更好。如果他们自己不觉得自己有必要对公众进行科普的话,我认为也不应该说他们有义务进行科普,或者说被迫进行科普。

如果说我能够向有意进行科普的科学家提一些建议的话,有一个技巧,就是他对要讲的这个事情一定是很有激情、有热情的,这样才能够把心中的情感和能量带入到他的讲述当中。公众在看科学家的时候,往往觉得他们大脑非常发达,认知能力很强,但是科学家为什么做科研呢?并不只是说想去发挥认知的能力,而是他心中有这么一团科学求知之火,他希望能有一个重大的发现,重塑我们的世界。

所以说,如果科学家进行科普的时候缺乏这份激情,他可能把科学讲成一个枯燥的事情。

提问:我粗浅的理解弦理论就是万物皆源于振动,前段时间的时候,在中国无锡因为一个大货车,使一个桥倒塌了,有一种说法是超载,另一种说法是这个大货车通过的时候,振动的频率和这个桥振动的频率一样,所有造成了桥的坍塌。我以前看过一篇报道,日本的地震特别多,在同样的时候,有的建筑物会倒塌,有的建筑物没有倒塌,它的建筑强度是一样的,地震波的震源、振频和这个建筑物的振频如果相符,它就会倒塌,我不知道这个理论有没有基础?比如说刚才说的桥的倒塌是由于振频相同,有没有一个科学的基础?

Brian Greene:这个新闻我不了解具体的情况,所以没有办法说是不是因为共振,导致了这个桥的倒塌。

但是,我了解在美国有一个更极端的例子,当时有一个大桥桥上什么都没有,就是狂风吹过,风的频率和桥的振动频率产生了共振,当时从影像记录上也能够看到不可能的事情发生了,虽然这个大桥结构非常坚固,但是它摆动的情况就像小孩荡秋千一样,一开始小,但是越荡越大,最后导致了倒塌。

也就是说,环境的频率和某一个结构物的频率之间可能会产生共振,这个共振可能会大到导致灾害事故的发生,是有这么一个可能性的,这种解释是可能成立的。但这个解释是不是可以用来解释您说的这个事故,我还不知道。

提问:现在建筑物越来越多,每个建筑物都有自己的振频产生,是不是在以后我们对自然灾害的防治里应该增加对于周围振频的测试,以防振频相同而使建筑毁坏的情况发生。

Brian Greene:具体到这么细的问题您问错了人,不过我可以给您举另外一个例子来解释一下。一年半以前,引力波的观测发现轰动世界,这是科学界努力了几十年以后的重大成果。当时为了建设引力波观测仪器,当时要求要防止环境当中任何的振动干扰这个仪器。当时采取了各种各样的减振措施,确保环境当中不管怎么振动,不管是卡车开过去,还是树倒了,不管怎么振动,这个仪器都不会受到干扰,不会有晃动。

这个技术当时有一部分是怎样的呢?观测的镜片是用线吊起来的,吊这个镜片的线再用别的线去吊它,也就是说如果这一根线是用这个频率振动的话,吊着这根线的线就是用别的频率去振动,这样的话振动和振动可以相互抵消,有效地实现减振。

您的另一个问题是在我们的建筑规范和环境勘测当中,尤其是在可能会有地震或者其它自然影响的环境观测当中,要不要采取相关的避震措施,我想这个需要一个工程师回答,这个方面工程师比我懂得多得多。

提问:您现在担不担心有"萨根效应"?您写了很多科普读物,您在写作当中有什么样的体会?

Brian Greene:曾经有一段时间如果一个科学家离开了实验室,把科学带给大众,这样的人会在科学界被人看不起。您所讲的萨根,应该叫卡尔·萨根,他是美国一个非常出色的天文学家,研究的是行星等科学理论,同时也参加过外太空探索计划,包括把探测器发射到星系当中。

他当时做了很多科普工作,也启发了我作为一个爱科学少年的求知之心。不管在美国还是其它国家,现在科学家们已经得到了显而易见的结论:如果大众对科学没有热情,科研经费就无从谈起;如果大众不关心科学,就没有意愿建设大型的科学仪器;如果大众不爱科学,也不会产生学习理工科、探索科学前沿的下一代的后来者。

所以,科学界有一个共识,就是我们要通过科普争取民心。在我们现在这个时代,在美国这个国家,当领导人觉得科学没有价值、真理没有价值、事实没有价值的时候,科学界需要用科学之光点亮这个世界,引导我们去探索这个世界的真知。

提问:2015年、2017年还有今年诺贝尔奖都颁给了天体物理相关的人,这个也是非常难得的,您是从事这些方面的科学家,能不能给我们预言接下来在天体物理领域会有哪些重大的突破?比如跟黑洞有关还是和什么有关,能够取得这样的突破,科学家们努力的方向是什么?除了和重大仪器的研发有关,还会依靠什么?

Brian Greene:我觉得我如果能回答您这个问题就太好不过了,我很希望能答出来,因为我如果知道下一个突破来自于何处的话,我自己马上就着手去做了。我也不知道科学下一个突破到底会出现在什么地方。但如果让我猜一下的话,我觉得黑洞的可能性会比较大,因为去年春天,我们第一次取得了黑洞的所谓照片,也就是通过天文望远镜给它做了一个图片出来。

在黑洞这个方面,我们说它是个最强大的物理实验室,能够把我们很多的思想推向极致来去加以研究;在黑洞研究这个方面,观测手段上有了突破,同时从理论探索上,大家又有强烈的意愿,因此它就具备很好的条件,能够在相对较短的时间当中取得重大的突破,能够让我们更深入地了解宇宙。

提问:1、您是否建议中国建设对撞机?如果我们建了一个的话,您期望从中看到什么?2、弦理论是最前沿的理论,同时量子计算机是最复杂的计算设备,您觉得哪个更难?是不是弦理论可以帮助我们开发量子计算机?量子计算机是不是能够帮助我们检验弦理论?

Brian Greene:回答第一个问题,如果说中国能够建设下一代的大型对撞机,将是中国对于世界做出了一个极为重大的贡献。

另外您问能从里面找到什么。也许能够找到超对称粒子,或者是宇宙的额外维度,这些是弦理论提出的概念。但是我们不需要在这里坐而论道去猜想,也许我们找到的东西是我们根本没有想到的,也可能是我们没有听说过的东西,是能够去挑战人类想像极限的东西。

所以,我们要探索未知领域,去探索的时候,并不是说我们到未知领域找到一个已知或者已经设想到的事情,而是到未知领域找到我们没有想到的、让我们感到特别惊奇的事情,这才叫探索未知,这才是我们期望这个设备能够发现的东西。

量子力学这样一个科学理论的提出是1920年代,当时提出这个理论之后,大家觉得这个学说特别的荒诞,可是就这么一个荒诞的奇说,现在演进到能拿它指导量子计算机的开发,而量子计算机能够解决传统计算机上万年也难以解决的问题。

所以,从实验的角度来讲,它也能够给我们一些贡献,实验观测的仪器或者手段提高会不会反过来带动理论的精进呢?我想这个无疑是会发生的,也就是说理论、想法提出来之后,我们拿它去开发建设一些实际的东西,这个实际的东西会再反哺理论,丰富我们对于理论的知识。这个就是科学最佳的境界,理论和实践携手共进,共同推动科技的进步。

提问:您出了很多科普读物,您在电影、电视剧里也扮演一些角色,您也去很多国家做科普讲座,您如何分配您的时间,给出足够的时间做研究,以及您上述的这些像摇滚明星一样的行为是否会耽误您做更深一步的研究?关于弦理论,除了用于宇宙研究之外,中国有个名词叫"心弦",它可能是世界上最细的一个弦,我不知道这个弦和您的弦理论是否可以交叉应用,比如说能够运用于爱情、情感交流等事情上?

Brian Greene:对我个人来讲,要想平衡时间的分配确实是重大的一个挑战,但是我想除了研究之外,我还有热情干很多别的事情,比如科普、公开活动上发言等等。假设一天下来,我盘点觉得今天做的这个事情有价值,可能会产生一些影响,有满足感的话,这一天我就算过得值了。人生苦短,我们也很难预测到底最重大的影响产生于什么地方,可能我做的科学突破会有重大的影响;可能我的科普启发了一个热爱科学的孩子,他以后有一个重大的突破;可能通过我的这种努力促成国际合作,建设下一代的对撞机,都有可能。

所以,最终就是这一天我跟着感觉走,感觉怎样过是有价值的,这一天就怎么度过。

关于抽象的科学原理、科学突破和具象的人文关怀之间有什么联系,我觉得是有联系的。我们讲人际之间有联系,而且人要立身处世,要考虑各个方面,而且我们要在政、商、学、企等各个方面游刃有余,存活于这个世界上,这样的话也都需要我们有各方面的联系。

具体讲到弦理论本身对人生有什么样帮助的话,弦理论作用的空间尺度和芸芸众生每天生活的尺度差别太大了,尤其中间的联系更多是诗意的联系,或者是比喻层面的联系。我想如果有朝一日,微观世界和宏观世界之间能够通过理论把它联系在一起,这样的话整个世界不同的尺度就可以万法归一了,当然这个事也许1000年以后才会出现。

提问:1、复杂性科学一直在研究关于秩序这个问题,他们在研究秩序是如何形成的,但是他们一直困惑的是秩序为什么可以累积而不会倒塌,请问弦理论可以回答这个问题吗?2、弦理论已经提出50年了,现在您也提到它的状态需是需要时间去验证,我不知道这个理论已经完善了、只待验证,还是说仍有自己的新进展,您个人在这方面的工作重心是什么?3、这个理论还没有被验证,这个理论是在静止等待被验证,还是说它已经基于计算、理论在现实中有所应用了?

Brian Greene:第一个问题关于您说的复杂性科学,它其实研究的是一些很深刻的问题,比如说熵的累计,秩序的造成以及复杂的结构如何来长期地保持。

一个例子,我们的生命就是一个很复杂的结构,而且可以长时间的去累计,不会太快地衰变。在这个方面,虽然说它是很重大的科学领域,但是弦理论本身对它没有什么太多直接的贡献。

有关弦理论,看您怎么计算,它提出的时间不只50年,但是目前从理论建构来说,它还仍然处于理论发展的早期。在过去50多年当中,我们看到这个理论已经取得了很多进展,比如说我做学生的时候,觉得我们不可能参透的事情,现在已经变成已知的科学了。

但是,这个理论还没有完全地理解一些基本原理,我们现在做的事更多像搭积木,这儿一块、那儿一块,而没有看到这个理论的全貌。在我们能够看到这个理论的全貌之前,我们都说这个理论还处于发展的初级阶段。

我个人来讲,我研究的重点是一个非常奇怪的东西,就是如何预测我们这个世界不只是三维的,而是有更多的维度,额外的维度是什么样子,在数学上有什么样的性质?这是我长期以来孜孜以求的方面。

而且我这个研究是高度地得益于一位中国著名科学家,叫做丘成桐,他是我在哈佛念博士后时的导师。从数学、物理上来讲,目前这个理论还在发展的过程当中。

提问:刚才您说到您对多维度有比较深入的研究,您认为将来人类除了漫威英雄以外,有没有可能通过时间旅行,或者其它方式,到达其它维度?您之前有一个演讲提到现在多元宇宙在加速扩张,在您看来多元宇宙的加速和扩张有没有一个边界?在这些多元宇宙之中,是不是只有我们所处的小宇宙才适合人类和生命的生存?

Brian Greene:您说能不能在多元宇宙中跨宇宙旅行,这个取决于您到底谈论哪一个版本的理论,或者哪一种科学理论。比如说我几年前写了一本书解释多元宇宙,每一个章节对应的是基于不同的理论解释宇宙,比如有基于量子力学、宇宙大爆炸、扩张宇宙的,还有基于弦理论的,它提出来说有多次的大爆炸,不只是一次,每一次都会形成不同的形态,包括弦的样态等等。

另外还讲到"膜",它形成了多元宇宙,也就是说每一重宇宙都生存在整个空间的不同切片上,我们要讲到能不能在宇宙之间穿行。你要了解到底讲的是哪一种不同的宇宙,至于在不同的宇宙之间是不是存在一个可以穿越的路径,确实有信号有可能从一个宇宙发到另外一个宇宙当中,但是遗憾的是没有一种信号是人体的组成部分。

也就是说,虽然有这么多种不同的版本、宇宙,但是不太可能在不同的宇宙之间搞一个公交系统,让大家往来无阻。

我们所熟悉的这些结构,不管是日月星辰也好,还是人体等等,这个结构都是存在于宏观三维的空间当中,如果还有这么一个宏观四维的空间、里面粒子可以自由的游走,即使有这种结构它也会崩塌。

也许还有其它的可能吧,其它不同存在的形式,但是肯定不是以您或者我这种形态存在的,因为我们这样的一个生命样态是在宏观三维的世界当中,通过不断的进化,然后才形成目前可以存活的状态。

提问:您办了11年的世界科学节,对WE大会有没有比较成熟的建议和经验分享?

Brian Greene:我们在纽约、布里斯班搞世界科学节,有一个重大的体会,即大众既有意愿又有能力,去了解超出科学家、企业预想范围之外的抽象科学知识、科学理念。

比如说我们请宇宙学、神经科学、纳米科学、医学等前沿的科学家,去讲科学当中前沿的突破,大众能够直接与科学家对话,会感到非常兴奋,在腾讯搞WE大会的时候,应该也会有同样的感受。

也就是说,我们让大众直面大科学家,是一个很好的机会,也许这样的机会不应该只是一年搞一天,而是可以更加常态化、更加经常地运行。

如果某一天腾讯有意愿搞一个北京版的世界科学大会,我们会很愿意过来。

提问:1、引力波的发现会用来验证存在或者不存在平行宇宙吗?2、中国有一个著名的科幻作家叫刘慈欣,他在《三体》里面提到未来的宇宙战争可能是降维打击,在您的理解中未来有可能出现这种情况吗?就是高维的生物通过降低维度消灭低维的生物。

Brian Greene:引力波或者额外维度并不是我们新观测手段第一次使用的案例,可以说整个宇宙学的发展史就是观测手段不断地丰富、我们的发现不断累积的结果。我们知道最开始的时候,古人研究天文就是用肉眼去看,然后记录下来,这是我们祖先观测的方式,他能够观测到的就是人眼看到的。

后来发明了望远镜,可以拓宽我们的视野,能够看到更多的可见光谱范围之内的事情,让我们能够观察日月星辰的运行、宇宙的活动等等。

再往后有射电望远镜、红外望远镜等等利用电磁手段去观测、记录电磁信号的方式。

每一次的观测手段革新都会给我们带来惊喜的发现,我们用不同的角度、不同的手段观测宇宙时,就会看到一个不同的宇宙。

现在我们有了引力波去作为又一重不同观测的角度,这是一个全新的观测方式。如果我们不能获得惊人的发现,那这件事才是惊人的,所以这个就是我们感到兴奋的所在。

另外关于降维打击方面我真的一无所知。

提问:1、科学家往往思路清晰,不同于大众,您怎么能够在在做科普的时候心中不忘大众,能够带着我们想像这个十一维的世界?2、我看过你的一个TED演讲,里面讲到验证的方面,不知道验证到什么阶段,3-5年当中会有什么重大的突破?

Brian Greene:我倒不觉得科学家的思路和大众有太大的差别,其实差不了多少,有些人可能善于这件事,有些人可能善于那件事,大家各有长短之处。但是爱因斯坦可能高高在上,我们这些人可能在下面。

虽然思路没有什么不同,但是科学家日常使用的理论工具、思维工具可能是不同于寻常人的。我觉得不能只靠技术工具、数学工具,我在这个基础之上还发展了一种形象化的思维,这样在做科普的时候,往往是把这些形象传达给公众,用我的语言描述我头脑当中的形象。但是形象思维的基础依托是技术、数学当中所取得的知识,所以这个可能是相同或者不同的一些地方。

你问到的TED演讲,这个时间比较早,2005年的时候讲的,当时我们想说是不是可以通过日内瓦那个大型对撞机的对撞,找到一些额外维度的证据,但是最后没有找到,其实有点失望,但是也并不意外,因为它的思想是通过对撞,质子相撞击之后有碎片,能够把它放射到其它的维度当中,然后加以证明。也许那个机器很强大,但是还不够强大,不足以让我们把碎片发射到别的维度当中。

我们还可以建设更大的对撞机、加速器,比如在中国就可以搞,比原来那个可能要强大10倍、50倍,超过瑞士、日内瓦的对撞机,但是不能说这样就一定能够找到额外维度,这个我不能确定。

之前问到我这个方面的问题,可以说这就是一个未知的领域,还没有足够技术能力的领域,我们的探索还是不够的。一方面即使你建设了更大的设备,还是不够让我们找到额外的空间,另外还有一种可能性是我们可能找到了比额外维度更惊人的科学发现,这都是有可能的,这个就是基础研究的魅力、本质所在。

提问:中国是不是最好的选择呢?

Brian Greene:我看到在中国这边,大家有这个兴趣和意愿去领导这个世界,去不断地推进科学研究的前沿。而且别的国家这个方面已经做了一些初步尝试,中国如果再做的话,就是站在别的国家努力的基础上,在别的国家巨人的肩膀上去做自己的工作。

中国这边可能会在粒子物理学这方面完全颠覆科学已有的成果,可能会远远领先于美国等其它国家,因为中国有这方面的人才、资源,而且中国在做这个事情的时候,可以不是单打独斗,可以成为世界各国的"磁铁",由中国牵头启动这项工作,汇集全天下的英才,共同从事这样的全人类事业。这个全人类事业可以在中国启动来做,但是它是一个全人类的事情。


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