未來總是超出我們的想象

李淼

人類在預言未來這個問題上，永遠想象力不足。當我們利用已知的知識做預測的時候，這種預測往往是保守的，就像當年人們通過火車來想象汽車。

2018年，是改革開放四十周年，中國在過去四十年取得的經(jīng)濟成就舉世矚目。未來，我們期待更加了不起的成就，這些成就將不僅僅是經(jīng)濟的。那么，再過20年中國會是什么樣子？中國的科學會是什么樣子？很難預言，我不如談談和預言相關的另一件事。

人類在預言未來這個問題上，永遠想象力不足。比如說，在蒸汽火車出現(xiàn)之后，有人曾經(jīng)想象過，城市的街道上也將出現(xiàn)蒸汽機驅(qū)動的動力車，他們將街道上跑的這種動力車想象成火車的翻版。誰也沒想到，出現(xiàn)的居然是汽車。

2017年年底，《科學》雜志評選出全球十大科學突破，前三名和物理學與天文學有關。赫然排在第一位的，是美國科學設備LIGO對雙中子星合并時輻射出的引力波的探測；而排在第三位的是，美國人用一種重量僅僅和一臺微波爐相當?shù)谋銛y式探測器捕捉到了中微子。這項成就有多了不起？要知道，過去物理學家為了捕捉中微子，往往需要利用成千上萬噸的水。比方說，中國大亞灣中微子實驗每個探測器重110噸，這在同類實驗中已經(jīng)是很小的探測器了。為什么探測中微子這么難？因為中微子參與的物理過程都非常微弱，這類物理過程的專業(yè)術語叫弱相互作用，在地球的自然物質(zhì)中，這些過程僅僅發(fā)生在原子核中。誰能夠想到，物理學家們?nèi)ツ昃湍苡靡慌_微波爐大小的探測器探測到中微子呢？

其實，幫助物理學家們探測到中微子的物理學原理早在43年前就被理論家提出來了。本來，我們探測中微子的過程可以叫做反貝塔衰變，這是什么意思呢？原來，原子核釋放出中微子的多數(shù)情況是通過貝塔衰變：原子核中的一個中子變成了一個質(zhì)子加一個電子加一個中微子。那么，反貝塔衰變就是一個質(zhì)子吸收了一個中微子后變成了一個中子加一個正電子。我們知道，水分子中的氫原子的原子核就是質(zhì)子，所以，這個原子核吸收了一個中微子之后，變成了一個中子和一個正電子，正電子遇上電子就會變成光子，這些光子會被探測器探測到。以上描述的探測中微子的過程是多數(shù)中微子探測器的原理，那么，43年前提出的原理是什么？這個原理和反貝塔衰變完全不一樣，在這個過程中，中微子根本沒有被原子核吸收，只是通過某種過程輕輕地推動了一下原子核。

說起來好像很簡單，但是，在過去幾十年中，沒有人會想到這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)。我說了《科學》雜志評選出來的第三大科學突破，也提到了第一大突破：LIGO探測到中子星合并發(fā)出的引力波。為什么我會同時提這兩個突破？因為，我也期待有一天，人類會用很小的探測器探測到引力波，而不是像LIGO這樣有幾公里大小的龐然大物。

劉慈欣在他的科幻小說《三體》中幻想過引力波天線，他的引力波天線比LIGO還要厲害，不僅能夠接收引力波，還能夠輻射引力波，需要一個巨型星艦來運載。我在科普著作《三體中的物理學》中曾經(jīng)預言過LIGO將在2016年探測到引力波，當然，我也討論了劉慈欣的引力波天線是否可能。我當時的結論是，人類也許需要數(shù)百年才能積累足夠的科學技術實現(xiàn)引力波天線。我在那本書中沒有列出需要數(shù)百年的理由，但我確確實實通過材料科學以及引力波物理學粗略地估算過。

但是，去年探測中微子的突破讓我重新思考這個預言，所謂“理性”的預測真的可信嗎？也許我還是過于保守了，當我們利用已知的知識做預測的時候，這種預測往往是保守的，就像當年人們通過火車來想象汽車。endprint