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不知黑,焉知宇宙

2020-11-02

新晨 2020年5期
关键词:黑体暗物质物理学家

黑,一定是因为光的完全缺失。但是在物理学中,黑却有特殊的意义。如黑体辐射(black bodyradiation)、黑洞(blackhole)、暗物质(darkmatter)、暗能量(dark energy)。這些概念都与过去或者现在的重要科学谜团有联系。

几百年来,黑色的夜空让天体物理学家们魂牵梦萦;黑体辐射之谜是量子力学的起源;黑洞理论极具特殊性,在人们发现它的效应之前,天体物理学家就已经为之兴奋;暗物质是解决星系和星系团运动异常的假说;而暗能量则可以解释宇宙加速扩张的原因!

黑被归类为肉眼无法观察到的物理现象,这个特点因现象而异——天空的黑和暗能量的黑不同,黑体并不一定是黑色的,黑洞也与颜色无关:它只是无法被看到。观察的难度也会严重影响归类的结果。但是,一个概念被定义为黑并不是偶然的。

黑夜

人类的光明与黑暗交替的体验来自太阳的起起落落。天空的黑暗体现了宇宙无法估算的维度,它让我们感受到地球和恒星之间遥远的距离。

这个黑色是夜晚高空的颜色,是宇宙背景的半透明色,而不是覆盖在景象上,让人在道路转弯处摔倒的黑暗。黑夜是多情梦想的庇护者,但也是深度焦虑的埋伏者。

黑色的夜晚是双重性的,它可以转换成自己的对立面,它既残忍又温柔,时而危险又时而欢快。

黑体

所谓的黑体,是一个理想的物理对象,它能完全吸收从任何方向射来的任何频率的光(不限于可见光),并且它也是在这一频率上很好的发射物体。

太阳就是一个黑体。虽然好像和形容词“黑”的普通含义完全不符。黑体是完全吸收剂,他会吸收电磁光谱的所有光频,而不仅仅是彩虹上颜色的光频。他的黑暗不再是表面的、根据光照而改变的色调,而是他的本质属性、它的定义所在。为了保持平衡,黑体必须以辐射的形式将它所吸收的光频释放出来。因此,黑体不再是一个漆黑的缝隙,而是一个光明的使人目眩的深渊。

黑洞

黑洞是个宇宙学概念。在18世纪,“黑洞”曾被命名为“封闭星体”。20世纪,才有了黑洞这一名字。因为这颗星体已经发生了坍缩,它被称作“洞”;因为它会吸收物质和光,它被称为“黑”。

“黑洞”的神秘特征让科学家们为之疯狂。

爱因斯坦的广义相对论指出,黑洞引力的作用实际上是时空的几何表现,它本身是建立在物质和能量分配之上的,时空因它而变形、弯曲了。光虽没有质量,但也会受引力影响,或者更准确地说,是受时空的弯曲影响,它的轨迹在一个巨大的物体附近会偏转。

因此,黑洞附近的弯曲时空可能使得所有飞向黑洞的光子终结于该物体,或者自该物体出发的光不能够逃离。

而霍金曾提出了一个创造性的猜想:黑洞可以放射光线,甚至可以放射物质。但是,这一结论仍存争议。

暗物质和暗能量

暗物质和暗能量是当代宇宙学里最神秘的假说,它道出了我们平常所知宇宙不平常的一面:共同构成了整个宇宙的95%。大量研究数据表明,宇宙质量的绝大部分是很小或者不明亮的,因此无法被直接观察到。

暗物质既不发光也不同电磁辐射发生相互作用,因此是暗的。它或者是一种已知物质的不发光形式,或者是物质的未知形式,它是一种隐性的、不可触摸的、透明的物质。

暗能量则是更为神秘的存在,它是为了揭示宇宙加速膨胀而引入的。它既不是物质,也不是辐射。它是一种不可见的、并能推动宇宙运动的能量。宇宙当中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量来进行推动的。也正是因为它的存在,宇宙中的星系在高速的宇宙膨胀之下不会解体。

在科学世界里有一种非常有趣的现象,当科学家无法解释或描述某个东西时,在常见的词汇前加上“黑”或“暗”,就成为一种完全正确的表达。

事实上,在理解头顶上的星空这方面,物理学从来不孤独,它与艺术、诗歌、哲学之间的勾连,也远超我们现代人的认知。两种如今分道扬镳的文、理思维方式,在历史上并非如此这般割裂。换一种视角去思考头顶上的星空,你会发现物理学不一样的浪漫或暗黑表现。

正如罗兰·勒乌克和文森特·博滕斯的跨界联谊,一个物理学家,一个哲学家,为现代人书写了一本《给好奇者的暗黑物理学》,围绕着当今宇宙科普中五个格外吸引人的主题:黑夜、黑体、黑洞、暗物质、暗能量。为什么物理学家这么爱用“黑/暗”来形容这些晦涩的科学发现呢?

通过追溯这几个物理学概念的发展演变史,你会知道“黑/暗”在物理和人文领域分别代表了什么,这些概念有什么样的科学含义和文化隐喻。里面提到的很多东西是我们所知、所学过的,但不曾想,它们之间也存在着这样奇妙的关联。

若提及2018年的科普畅销书,我们绝对绕不过《给忙碌者的天体物理学》。该书自出版以来,在美国乃至全球,它持续在刷榜、刷屏,10个月销量就超过了100万册,创造了一个出版奇迹,在《纽约时报》非虚构排行榜和Goodreads(美国豆瓣)科技类排名上都是当仁不让的第一位,至今已售出了38国版权。

未读·探索家推出了该书的中文版——《给忙碌者的天体物理学》,一经上市,也引发了广大关注,激起读者对星空的好奇和兴趣。

关于宇宙,我们有太多未解之谜:黑夜、黑体、黑洞、暗物质、暗能量,这些当前天文领域最热门的词汇,都与“黑”密切相关。

黑色的夜空,几百年来让天体物理学家们魂牵梦萦;

黑体辐射的研究孕育了随后的量子革命;

黑洞一直是宇宙中最富魅力的独特存在;

暗物质与暗能量则是当代宇宙学里最神秘的假说。

……

黑体、黑洞、黑夜——为什么物理学家喜欢用“黑暗”一词来形容这些晦涩的科学发现呢?未读·探索家推出的科普重磅图书《给好奇者的暗黑物理学》将向读者解释这一有趣的宇宙现象。

罗兰·勒乌克和文森特·博滕斯两位作者,通过追溯这些物理概念的发展演变史,深入探究“黑/暗”在不同的领域分别有什么样的科学含义和象征意义,试图在物理的复杂性中驱散黑暗,使人从物理学的“黑概念”里得到收获与启发。

正如书名所言,这是一本给好奇者的物理知识入门书。和晦涩的物理知识不同,它轻松愉悦,两位作者各持一方,用优美的和弦奏出悦耳的歌声。罗兰·勒乌克、文森特·博滕斯从两个不同的角度切入,将目光锁定在深邃的夜空中。

这是科普与人文跨界呼应的产物,综合哲学、艺术、文学的新视角,用文科生看得懂的语言,使你获得科学与人文素养的双重提升。翻开《给好奇者的暗黑物理学》,既有爱因斯坦的相对论,也有保罗·萨特的哲学,既有有霍金的黑洞,也有波德莱尔的诗句……让读者在艺术、科学、文学的魅力中,感知黑暗的魅力。

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