一个没上过大学的穷艺术生自学了大学物理,发现了爱因斯坦的数学错误,被薛定谔推荐进入剑桥大学,成为剑桥大学800年历史上第一位没有本科学位的博士。 后来他还提出了与爱因斯坦相反的变光速理论,成为填补大爆炸理论体系缺陷的有力人选。
参考文献回写等
编译奇骏
将科学带回家的来源(ID:)
约翰·莫法特的人生经历将打破你对世界的许多先入之见。
莫法特1932年出生于丹麦,他曾经是一名贫困的艺术生,高中成绩也不是很好,在数学或科学方面并没有表现出任何特殊的天赋。
莫法特的父母也不是教育家。 他的母亲是丹麦人,父亲是英国人。 他的父亲是苏格兰小号手,母亲是合唱团成员。 结婚前,他们无法理解对方的语言。
莫法特有一个非常动荡的童年。 他在第二次世界大战期间长大。 小时候,他在上学的路上随时可能遭到纳粹的袭击。 他本人在伦敦轰炸中差点丧命。 他就读于 13 所学校,他的教室经常是防空洞。
16岁时,莫法特从哥本哈根高中毕业。 最初,莫法特想上大学。 但在二战期间,如果你想上大学,你必须去预科学校()。 预科学校有一次面试,但莫法特遇到的面试官是一位数学家。 这次采访很糟糕,数学家羞辱了莫法特。
当时,预科学校的面试官嘲笑他:“莫法特,我可以保证你不会成为一名数学家。” 就这样,莫法特彻底失去了上大学的希望。
更不幸的是,他的父亲在喝了肺结核患者的咖啡后染上了肺结核,无法工作。 于是莫法特只能做送信童、擦窗户、送花等多种工作来贴补家庭收入。 对自己的未来感到迷茫的莫法特想成为一名画家,于是他攒了钱去巴黎学习绘画。
1949年,17岁的莫法特来到巴黎,找到了已经著名的画家谢尔盖·波利亚科夫(Serge)作为徒弟。
俄罗斯画家谢尔盖·波利亚科夫和他的作品
@
但在见到波利亚科夫本人后,莫法特才意识到,其实波利亚科夫虽然出名,但他仍然生活贫困,卖不了几幅画,甚至晚上还得弹吉他、去咖啡馆表演。 ,唱俄罗斯民歌赚钱。
更为悲惨的是,莫法特的绘画生涯并不成功。 钱全部烧完后,他回到了哥本哈根。
一次偶然的机会,他读到了物理学家阿瑟·爱丁顿( )所著的《世界论》(The of the World),爱丁顿是英语世界第一个引入相对论的人。
莫法特说,爱丁顿的书“打开了他大脑的开关,让他产生了了解宇宙真相的冲动”。 他从哥本哈根大学图书馆借了很多相关书籍,开始了本科阶段的自学。 物理。
爱丁顿的书似乎也打开了他对数学的视野。 两周内,他学会了微积分,并很快自学了大学水平的物理。 然后,他对爱因斯坦的统一场论产生了兴趣。
当时量子力学的主流学派指出,在观测之前,粒子的位置是不确定的,只能用概率来描述。 人类的观察决定了粒子的位置。
但爱因斯坦不承认量子力学,也不相信世界是基于人类观察的。 他认为量子力学本质上是无效的,“你相信月球只有在人类观察到它时才会出现吗?” 因此,爱因斯坦想建立自己的理论,统一重力和电磁力两种基本力,挑战量子力学。 世界的非理性。 这就是统一场论。
由于学得很快,在英国驻哥本哈根大使馆助理约翰·佩奇的帮助下,莫法特被安排会见了爱因斯坦的老对手、丹麦物理学家、诺贝尔奖获得者尼尔斯·玻尔。
正如爱因斯坦没有拒绝量子力学一样,玻尔也没有拒绝爱因斯坦的理论。 在这次采访中,玻尔直接表示,爱因斯坦已经成为炼金术士,并且在错误的道路上越走越远。 玻尔还警告莫法特:“沉迷于爱因斯坦的想法是浪费时间。”
但由于对这个年轻人的印象很好,玻尔允许莫法特在他的研究所做统一场论的报告。 然而在场的物理学家们却不太友善,纷纷批评莫法特。
得到批准后,莫法特的心情并不好。 1953年,20岁的高中辍学生莫法特一时冲动写信给普林斯顿大学的爱因斯坦,“我在那里演讲的主要目的是打击我的自信心”,并附上了他的两篇论文。 莫法特在信中指出了爱因斯坦描述电磁力的数学公式中的错误。
让他没想到的是,爱因斯坦用德语回答了。 由于他看不懂德语,莫法特请了一位讲德语的理发师为他翻译。 理发师告诉他:“看来爱因斯坦先生很重视你。”
在信中,对于数学公式的错误,爱因斯坦表示莫法特是对的。 他将莫法特视为“知识分子同行”,并在接下来的六个月里与他保持着通信。
对于他拼命尝试发展统一场论,爱因斯坦在回信中写道:“亲爱的莫法特,我们目前的情况是这样的。我们站在一个无法打开的盒子前面,努力猜测盒子里装的是什么。”没事没事。”
事后看来,爱因斯坦在这个盒子里挣扎了20年,这是毫无结果的20年,因为他拒绝承认量子力学,而且缺乏终极理论的两个要素。
从20世纪30年代开始,爱因斯坦正在研究的统一场论试图统一宇宙的两种基本力:引力和电磁力。 但后来物理学家发现,宇宙中实际上还存在另外两种基本力,即形成原子核的强相互作用和弱相互作用。 换句话说,爱因斯坦做的这道菜缺少了两种基本成分,所以当然不会有正确的味道。
四种基本力(左右):电磁力、弱相互作用力、强相互作用力、重力
然而爱因斯坦的答复让莫法特信心大增,他开始希望走上认真的学术生涯,成为一名注册物理学家。
随后,当地一家报纸报道了莫法特、爱因斯坦和玻尔。 英国驻哥本哈根领事馆的人士看到了这份报道。 他们联系了位于伦敦的英国科学与工业研究部,并向英国驻哥本哈根领事馆举报了莫法特。 带他去都柏林高等研究院见薛定谔,所有路费都包含在内。
莫法特回忆说,当他到达时,薛定谔恰好患有支气管炎。 另外,他的妻子和女朋友在厨房里争吵(你没看错),气氛很尴尬,于是生病的薛定谔决定躺在床上,通过圆框眼镜观察这个自学成才的年轻人。
薛定谔
起初他们聊得还不错,但一提到爱因斯坦,薛定谔就生气了。
薛定谔其实很生自己的气,因为十年前他和爱因斯坦一样,试图提出统一场论,但失败了。 但现在爱因斯坦又想犯同样的错误,你生气吗?
不过薛定谔骂完人后,给莫法特写了一封推荐信。 在薛定谔的背书下,现代宇宙学创始人、霍金的导师丹尼斯·沙玛也提供了帮助。 就这样,剑桥大学向莫法特发出了offer,允许他在没有本科学位的情况下到剑桥大学攻读博士学位。
莫法特一路作弊,进入了剑桥大学。
莫法特在剑桥大学三一学院攻读博士学位
@
在此过程中,他结识了当时世界上和物理学史上最著名的物理学家,如量子力学研究先驱、诺贝尔奖获得者物理学家沃尔夫冈·泡利,以及物理学创始人之一的保罗·保罗。量子力学。 狄拉克、原子弹之父奥本海默,成功地与他们有说有笑。
1958年,莫法特成为剑桥大学800年历史上唯一一位在没有本科学位证书的情况下获得物理学博士学位的人。
毕业后,莫法特在英国、美国、欧洲核研究中心(CERN)等研究机构工作了一段时间。 1963年,31岁的他在多伦多大学获得了教职。 一年后,他成为终身教授,并在多伦多大学呆了40年。
退休后,莫法特成为世界著名物理研究所加拿大周界理论物理研究所的研究员。
史蒂芬霍金周边理论物理中心
莫法特一生的大部分时间都在挑战自己的现状和舒适区,这使得他的职业和理论显得有些离经叛道。
我们来说说一个比较有名的吧。 根据爱因斯坦的相对论,光速是守恒的,但莫法特提出,光速并不总是现在的样子,光速是可变的。
事实上,这要从一个大爆炸理论无法解释的现象开始——视界问题(the n )。
事件视界问题最早由德克萨斯大学达拉斯分校的物理学家于1956年发现。如果你家里也有天文望远镜,也可以检测到视界问题。
@
你可以在天球上随机找到一个区域,找到一个距离我们130亿光年的星系,然后在相反的方向找到另一个地方,观察同样遥远的区域。
这两个相反的星系相距 260 亿光年,你看到的它们就像 130 亿年前的样子。 此外,如果光想要从一个星系传播到另一个星系,则需要260亿年的时间。 光速守恒。
然而,宇宙的年龄还不到140亿年。 根据相对论,无论物质还是信息都可以以超过光速的速度传播。 这样一波推理,得出了一个奇怪的结论,那就是你随机找到的两个星系从来没有发生过物理接触或相交,因为即使是光也无法到达其他东西无法到达的地方。
所以呢? 这很奇怪,因为宇宙微波背景等观测数据指出,宇宙各处都是均匀的,星系的分布和温度都相似。
那么问题来了。 用伦敦帝国理工学院物理学家若昂的话说,“星系在整个宇宙中分布相对均匀,温度也相同。如果它们没有接触,为什么会发生这种情况呢?”
比如说,如果你和世界另一端的一个人长得一模一样,你能说你们没有任何关系,没有同一个父亲吗?
这个问题让物理学家们绞尽脑汁,也因此成为我们宇宙形成的主流理论——大爆炸理论(基于广义相对论的宇宙形成理论)中的一个系统性bug。 后来,许多物理学家提出了各种版本的补丁。
著名的补丁之一称为宇宙暴胀 ( )。
宇宙膨胀理论指出,宇宙最初只有质子那么大,物质之间是相互接触的。 然而,在宇宙诞生后10-36秒,宇宙爆炸(暴胀)两次,变得比之前大1026倍。 这些区域相互分离,最终成为我们现在的宇宙,这可以解释宇宙的同质性。
宇宙暴胀是目前解决视界问题的主流补丁,但它也存在很多问题。 最大的问题是缺乏证据。
于是其他物理学家想出了另一个补丁——可变光速,或者VSL。
光速变理论指出,如果宇宙诞生时的光速与现在相同,那么宇宙两端的物质就不可能混合,就像茶和牛奶不能混合一样。混合起来,不可能成为现在这样同质的宇宙奶茶。 光速变理论则提出,在宇宙诞生之初,光速比现在更快,达到3×1030公里/秒,然后慢慢回落到现在的状态,这可以解释地平线问题。
但如果光速变了,很多物理常数将不再是常数,洛伦兹变换和黑体辐射都得改变,物理学的基础就会动摇。 难怪有些人一开始就说 VSL 理论是一个非常愚蠢的理论。
1993年,莫法特向《物理评论D》(D)提交了一篇论文,解释了他的光速可变的想法。 当时所有的评论家都反对他的理论。 毕竟太可怕了,所以他的理论无法发表在这家知名期刊上。
无奈之下,他只能将论文发表在意大利一家名不见经传的杂志上,而论文发表后的几年里也没有得到任何回应。
但1999年,马古尤和加州大学戴维斯分校的物理学家也提出了光速可变的理论,并将其提交给《物理评论》。 但这一次,他们的文章却真的发表了。
不过,由于莫法特的论文并不是很有名,他们并不知道在他们之前就已经有人提出了可变光速。 看到马古约的摘要后,莫法特很快联系了他们,在最后一刻,马古约在论文中引用了莫法特的理论。
由于的论文爱因斯坦的资料,的论文受到了巨大的关注,目前已获得超过400次引用。
后来,喷这个版本的 VSL 补丁的人就少了爱因斯坦的资料,因为物理学家找到了支持证据。 证据之一是精细结构常数(fine-)。
精细结构常数与电子的电荷、光速和普朗克常数(量子力学的基本常数之一)有关。 一些证据表明精细结构常数随时间变化,因此光速可能是可变的。 自此,VSL理论开始受到物理学家的关注。
总之,只有这个大人物才能向别人吹嘘:“我是因为画画不好才来学物理的”。
《科学美国人》诺贝尔奖获得者
古典文选
热销