50年来,剑桥学院的著名天体化学学家马丁·里斯(Rees)为我们对宇宙学的理解作出了杰出的贡献。在这篇文章中,里斯将为我们述说与他同期的霍金、谈论20世纪天文学的黄金时代、给年青学者的建议……以及在未来50年乃至更长的时间外科学技术的前景和潜在危险。
在美国,剑桥学院76岁的天体化学学家马丁·里斯、勒德洛的里斯侯爵深受众人敬爱,这份尊重除了源自于他对科学的贡献,还由于他以罕见的轻松和自信跨越了科学、政治和文学之间的艰辛领域。
自上世纪60年代以来,里斯侯爵仍然旨在于探求宇宙的方方面面。他尤为感兴趣的是初期宇宙、星系产生、暗物质、超大质量黑洞以及多重宇宙,并发表了500多篇相关论文。
在公共领域,里斯被授予皇家天文学家的荣誉称号,是23位“功绩勋章”获得者之一,这是由法国女王亲自颁授的勋章。里斯隶属于诸多学术机构,其中,宗座科大学(of)是一个最多由80名拥有各类信仰或没有信仰的科学家组成的国际组织,在那儿,他参与有关气候变化、生物伦理等月球问题的讨论。作为美国上议院的终生成员,他就科学新政问题进行讲演和立法。
里斯侯爵曾任日本皇家学会主席,也是八本关于科学和政治主题的浅显专著的作者。他的新书《未来:人类的前景》(Onthe:for)刚由耶鲁学院出版社出版。《科学日本人》的在书中写道:“里斯巧妙地将其庞大的主题内容打包成一本手册,指导人们负责任地借助科学为人类建立一个健康公正的未来。”
以下是里斯侯爵的一次采访。
你是那个从小就晓得自己想要成为天文学家的人吗?
不。一开始我不晓得自己人生的方向是哪些。我擅长物理,所以在我15岁(根据美国体系的标准)被要求选择一个专业领域时,我选择了语文。后来当我在剑桥学院三一大学读书时,我意识到,自己对数学的享受并不足以支撑我乐意终生研究物理。
有段时间我觉得我可能要成为一名经济学家。但是,经过一系列辛运的意外,我最终步入剑桥学院的应用物理系,在那儿,我对宇宙学和天体化学学形成了兴趣。在对它进行深入了解之前,我就选择了这门学科。一年以后,我很高兴自己作出了这个选择。20世纪60年代是天文学史上的一个非凡时代。在那时,这一领域出现了引人注目的发展。
另一件事情是,这个系有一位杰出的导师——,他是一位十分好的讲授相对论的老师,是《宇宙的统一》这本书的作者。将许多有趣的中学生吸引到他的小组。霍金就是其中之一。
(对现代宇宙学作出了特别重要的贡献,但是培养和影响了许多人,包括John、Ellis和Roger等等。)
那时霍金是哪些样子的?
他比我早三年,当时在追随攻读博士学位。那时他刚才被确诊出病况,他觉得自己三年以后才会死去。可以看出,这件事是怎样真正的激励了他。他结了婚,作出了很棒的工作,包括他的博士论文。令人吃惊的是,他又活了55年。
你和霍金合作过吗?
我们的工作方向有些偏离。他偏向物理化学,而我学的是现象数学学。我的工作多与观测有关。
你能告诉我们,为何20世纪60年代是天文学中这么非凡的时刻吗?
当时有这么多新的信息涌来,我们见证了宇宙大爆燃、黑洞、类恒星的第一个证据。想想看:当罗伯特·威尔逊()和阿诺·彭齐亚斯(Arno)在1964年发觉大爆燃的余晖——宇宙微波背景幅射的征兆时,我还只是一名一年级的研究生。
那时有些人是不相信宇宙大爆燃的。有些人相信稳态理论,这个理论说的是,宇宙有着无限的过去,它会永远存在下去。并且一旦我们对宇宙微波背景幅射进行了第一次观测,然后很快又有了第二次第三次的观测,大爆燃就这样被接受了。同样,在1967年观测到第一颗脉冲星后,脉冲星是中子星这一共识就很快出现了。
20世纪60年代末,宇宙学是一门新兴学科。我觉得对于一个年青的科学家来说,在一个新事物不断发生的领域工作是极其重要的。
为何如此说呢?
由于假如你步入一个相当停滞的领域,你惟一可以解决的问题就是这些年长的研究人员被抓走或难以解决的困局。但是在事物蓬勃发展的领域——无论是新的观测、新的理论还是新的技术——你都有可能有机会作出前人没能做到的事。在这些情况下,年长者的经验会大打折扣。
这是怎么影响你的?
我得到了在那些发觉的基础上继续建造的机会。我还能为理解宇宙微波背景幅射的起源以及星体的集聚和产生作出贡献。
诚恳地说,我的思维方法可以被描述为是概括性或则说综合性的,而不擅长长链式的归纳,这特别适宜于一个学科的初期阶段。我喜欢在一门学科的开始思索整体概念,而不是细节。
这是我所做的许多工作的一个特性。当我提出类恒星可能是由巨大的黑洞提供能量的初期看法时天文和天体物理学研究(英文版)官网,这一点无疑是正确的。对于我在20世纪70年代写的关于星体产生的关键化学过程的论文而言,也是这么。
对于宇宙微波背景幅射,探求是否有其他不是将其归因于宇宙大爆燃的解释是很重要的。直至70年代初期,这还是一个悬而未决的问题。1972年,我写了一篇有点任性的论文,阐述宇宙微波背景幅射可能是宇宙膨胀过程中的激波形成的这些可能性。但很快,观测结果显得足够精确,排除了这些可能性。
大爆燃模型得到了进一步的否认:它解释了宇宙中氦和氘的比列问题。到20世纪70年代,起码在轮廓上,我们早已有了一个可以回溯到最初三秒的宇宙历史模型,这是从60年代以来取得的重大进展,那时还没有一点大爆燃的明晰证据。
我想我也是第一个发表论文讨论宇宙微波背景偏振光的人。我是在1968年作出这个工作的。大概过了30年,这才被观测到。
这些时间差让你感觉失望吗?
不。天文学家甚至有些看法很可能须要几六年的时间就能观测到。从预测到观察到希格斯玻骰子,花了50年时间。
对于宇宙学家而言,耐心是一种专业要求吗?
我不是很耐心。我的注意力持续时间很短。这就是为何,在任何时侯,我都在做各类各样的事情。
多年来,这仍然是个优势。这意味着我对任何特定的看法都没有下巨大的赌注。有些科学家在一个看法上研究多年,以至于她们认为这是自己的专营。而我倾向于平摊风险。
有时我会对同一个现象同时作出两种不同的解释。我认为没有必要为了获得动力而对一个特定的信仰作出承诺。我只是想晓得答案。有时侯,晓得答案的最好方式是探求不同的选项,瞧瞧那个选项最好。
你昨天说60年代是发觉的黄金时代。我们明天生活在一个相像的时代吗?
我想是的。过去两年取得了重大突破。举几个反例:我们侦测到了引力波,对系外行星有了更多的了解,对宇宙微波背景有了详尽的观察,对星体产生和宇宙前星体阶段的观测有了新的理论观点。
这是由两项发展促使的:一个是更强悍的地面和太空望远镜,另一个是更好的计算机。在天文学中,我们不能做实验,所以我们比其他科学家更依赖计算机模拟。比如,我们不能让两个星体翻车。而且计算机或许还能估算出这些场景是哪些样的。之后我们可以把这个模型和我们在天空中看到的东西进行比较。
近来的突破中,最让你倍感激动的是那个?
系外行星。我想每位人都对此倍感亢奋。在最显著的层面上,它使夜空显得愈发有趣。这种新发觉让我们意识到,每颗星体都是由一群行星环绕的,如同月球和其他行星环绕着太阳一样。在我们的星体中可能有几十亿颗像月球一样的年青行星,它们的大小与月球相差不多,距离它们的母星有一段距离,所以水可以存在。
在未来10到15年内,我们有希望就能直接观测到一些围绕着附近星体的类地行星。我们还不能做到这一点。关于太阳系外行星的证据是间接的——观测者侦测它们对所围绕星体的色温或运动的影响。并且,新的望远镜将要到来,应当才能侦测和剖析围绕附近星体运转的系外行星发出的光。
我想到的是詹姆斯·韦伯望远镜,还有极大望远镜(ELT),它由一个法国财团在法国建造。那将是世界上最大的望远镜。它应当能告诉我们,这种系外行星是否有台湾和海洋,或则是否有证据表明它们有生物圈。
有传统观点觉得,最好的研究是科学家在年青时作出的。作为一个70多岁的天体化学学家,你对此怎样看?
这其实是有道理的。年青人确实更才能集中精力,有更多时间。
我注意到科学家老去的方法有三种。一些人停止做研究,转而去做其他事情。第二组人由于倍感无趣而步入缺少背景的新领域,我想到的有鲍林(Linus)、肖克利()和霍伊尔(FredHoyle)。第三种方式是继续做你擅长的事情,并接受你可能只是在原地踏步的事实。
你是哪一种?
我觉得是第一种和第三种的混和。我一直每晚早晨看arxiv,但我把越来越多的时间花在了非研究类的事情上,例如写书和参与公共事务。弗里曼·戴森(Dyson)说,老年人不应当写论文,她们应当写书。
你肯定仍然在如此做。你刚写了新书《未来:人类的前景》。你也是宗座科大学的非天主教成员,也是上议院的活跃参与者。
我仍然参与政治活动。作为一名中学生,我出席过示威和示威活动。我加入工党早已40多年了。在过去的几年里,我认为我可以做一些研究之外的其他事情,我参与了更多的公众事务。作为上议院——议会的第二部份的一员,我仍然参与对伦理问题的阐述。我们应当准许安乐死、胚胎等研究吗?
尽管我参与了各类科学技术问题的报告制做,却没有提出任何重要的立法。大多数情况下,我会参与到一些仍未被充分讨论的常年问题:这种高害处、低几率的恐吓既来自月球上更大的碳足迹,也来自新技术,这是我新书的主题之一。
在你的书中,你对未来做了一些预测。科学家擅于预测吗?
我们(预测)的记录不比任何人差。在这方面我们比经济学家强!
在这本书中,我分辨了我们可以自信预测以及不能预测的事情。展望未来大概50年的时间天文和天体物理学研究(英文版)官网,我们可以预测两件事:首先,世界会显得越来越拥挤,除非发生巨大的灾难,我们可以预测,到2050年将有大概90亿人。第二个可靠的预测是,因为气体的影响,世界正在变暖。
你看见那些问题的解决方案了吗?
我确实写过气候变化问题是多么具有挑战性。这是在要求明天的人们为世界上偏僻地区以及未来50年的人们的利益作出一些牺牲。这对政治家来说是很难做到的。
我觉得惟一有效的方式是多赢,我们努力推动清洁能源的更快速发展。稳定碳排放的惟一现实方式是强化研制,希望这会将清洁能源的成本降至燃煤发电厂的成本——这样一来,例如说美国就可以直接跳到无碳的清洁能源的阶段。
虽然你对改进的技术饱含热情,但你也对生物技术和网路技术可能存在的危险保持警戒。你写道,这三者可能都须要一些个体自由的限制。
我如此说是由于它们(这种技术)促使隐私、安全和自由之间的关系日渐紧张。有了网路,一个有组织的团队可以通过破坏日本大部份地区的电网而制造一场严重的灾难。在生物领域也是这么。鼠疫病毒的实验早已证明,人类可以使它愈发恶性,更容易传播。
对我来说,最糟糕的恶梦是存在那个觉得这个世界上的人太多了的狂热分子。这样的人不会对释放了某种病支原体而倍感沮丧。有机会步入实验室的人就可以完成这样的事。这没哪些非常的。它不像制造原子弹,还须要醒目的小型设施。
因而,我害怕的是,那些潜在危险的技术常常很容易实现,却很难在全球范围内进行监管,虽然它们的影响可能是全球性的。全球的海洛因贸易和税法监管并没有挺好的疗效。事实上,我们在这两方面几乎都没有取得哪些成功。
在书中,你花了六页讨论小型强子对撞机(LHC)。在LHC即将运行之前,你就曾写过LHC可能引起破坏性过程。为何?
其他人提出了这种忧虑,我是回应她们,让她们不用担心的人之一。但我在书中提及了它们,是由于当风险很高时,慎重的方式是进行详细全面的风险评估,这确实应当是义不容辞的。
事实证明,小型强子对撞机中的化学过程和碰撞速率并非史无前例:这些现象早已由宇宙射线粒子的碰撞而出现在自然界中。我写过一篇论文来说明这种情况是自然发生的,我们不应当因此担忧。
但为何要提这个问题呢?
在这个问题和任何其他类似的问题上,当风险这么之高时,必须将风险控制在十亿分之一的水平上才可以保持信心。这是不能错事的事情。
耶鲁学院的一位知名院士()之前在一篇严肃的论文中提出“撕裂空间结构”的看法。为此,公众其实希望化学学家探求这些可能性,并向她们保证,在十亿比一的水平上,这是不可能发生的。
我觉得这是正确的。倘若人们要探求原先没有探求过的数学领域,或则假如生物学家正在释放一种新的病支原体,她们首先确实应当认真思索。
展望你所在领域的未来,在未来20到50年,你觉得将会有哪些发觉?
未来会发生哪些在很大程度中将取决于技术的进步。我们将从更强悍的望远镜接收到新信息,改进的估算能力将使我们就能对这种信息进行建模和理解。诸如,法国的盖亚卫星发觉了超过10亿颗星体的数据。我们如今可以剖析它们了。几年前,我们不可能做到这样的事情。
我觉得第二个领域是理解极端现象。我的主要兴趣之一——伽玛射线暴的研究,可以溯源到25年前,我们如今起码有了一个模型的轮廓。快榴弹电暴是一种新的现象,这一直是一个谜,在达成一个普遍的共识之前它将被持续地讨论。
我希望我们在研究CMB的角度涨落(可能还有偏振光方面)也有进展。这似乎会给我们一些关于宇宙初期——最初10⁻³⁶秒(也就是宇宙上涨可能发生的时间)——图像的线索。法国的西蒙斯天文台和华盛顿学院在北极进行的实验似乎有望揭露谜团。
我希望我们能从粒子化学学中见到更多的理论观点,近来几年,这些观点并没有给我们带来哪些坚实的理论进展。这个理论的目标是将强互相作用和强电作用统一上去,同时更好地引入引力。这将使我们能否确定一些适用于初期宇宙的化学概念。
问题是,在第一微秒之前,宇宙的化学条件比我们在实验室里——即使是在一个大的加速器里——能够模拟的要极端得多。所以,我们没有任何准确的数据。
我们也没有好的理论。我希望,在未来20年,我们将有更好的数据和理论,使我们更好地理解宇宙大爆燃十分特别早的阶段,这将告诉我们,为何我们的宇宙包含观测到的原子混和物、暗物质和幅射。它或许就会告诉我们,宇宙为何以现今的形式膨胀,以及我们的大爆燃是否是惟一的。
所有那些问题一直是猜想性的。而且假如我回顾我还是个中学生的时侯,当时没有证据表明真的存在大爆燃。明天,我们可以满腔信心地谈论宇宙大爆燃最初的一微秒。这就是巨大的进步。
撰文:
原文标题为“OntheBestUseofto”,首发于2018年12月5日的。原文链接:。英文内容仅供参考,略有增删,一切内容以英语原版为准。