看科学家这样“捉妖”

赵君鹏

传说妖魔鬼怪具有超自然的力量，所以现实中有些人会将自己解释不了的问题归结为“鬼怪”在作祟。有时，科学家也会假定某种“妖魔”存在。在捉拿这些“妖魔”时，科学家的贡献无可替代。

开除物理“妖”

通过牛顿运动定律，人们大大加深了对客观世界的理解，进而认为可以借此解释一切。法国天文学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯认为，宇宙中的一切都是确定好了的，按照牛顿运动定律可以预测各种事件，只要数据足够丰富，并且计算能力和分析能力足够强大，就能够洞悉一切。1814年，他提出：“假如有这样一个精灵，它精于计算，长于分析，还知道宇宙中每一个物质确切的动量与位置，并且懂得牛顿运动定律，那么它就能展现宇宙中所有事件的整个过程，知道宇宙的过去、现在和将来。”

拉普拉斯关于宇宙的观点就是决定论，又名拉普拉斯信条，他所设想的洞悉一切的精灵被称为“拉普拉斯妖”。

决定论曾风靡一时，包括爱因斯坦在内的许多科学家都“信仰完备的规律和秩序”，而量子力学的出现改变了人们对这一观点的看法。量子力学研究的对象是物质世界微观粒子的运动规律。研究量子力学的科学家发现：微观世界的物质具有不确定性，在宏观世界普遍适用的“牛顿三大定律”无法解释微观粒子的运动规律。换句话说，即使牛顿复活，他也无法预测薛定谔的猫是死是活，所以“拉普拉斯妖”并不存在，也不可能存在，用决定论来解释客观世界会走进宿命论和机械主义的死胡同。

寻找隐形“妖”

1922年，荷兰天文学家卡普坦通过星体系统的反常運动，推断在星体周围可能存在不可见的物质。此后，人们陆续发现太空中存在违反万有引力等现象，这表明卡普坦的推断不无道理。

据科学家推测：宇宙中除了星云、恒星等可观测物质之外，可能也存在大量暗物质，它们不发光，约占宇宙总质量的85%，不属于人类已知的任何一种物质，基本不与其他物质发生反应。

精确测量宇宙线粒子是探测暗物质的重要手段，因为当暗物质衰变，或者当一对暗物质粒子发生碰撞时，它们可能会释放出正负电子、伽马射线等宇宙线粒子，如果能探测到这些粒子的信息，就能根据能量守恒原则反推出暗物质的“真容”。

2015年12月，我国发射了暗物质粒子探测卫星“悟空”号，它运行在距地面约500千米的轨道上，每95分钟绕地球飞行一周，用“火眼金睛”在茫茫宇宙中探测可能来源于暗物质的高能粒子。

发射至今，“悟空”号搜集到超过100亿个关于宇宙线粒子的数据。科学家通过这些数据描绘出疑似暗物质产生的部分粒子的分布状况，这标志着我国在探测宇宙高能粒子方面跻身世界前列。目前，“悟空”号是世界上观测能段范围最宽的、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星，而中国正在研制下一代空间望远镜，对伽马射线等高能粒子的探测能力将比“悟空”号提高50倍以上，从而更有力地帮助人类寻找暗物质的踪迹，研究宇宙起源、演化等问题。

锁定气象“妖”

2021年，北美和欧洲地区出现罕见的高温天气，多地如同被扣进高压锅。当地有人认为这是妖魔在作祟。

研究人员发现，导致这一现象是地球大气的急流发生了“交通堵塞”。大气急流是环绕地球运动的强劲气流，它对地球气候影响巨大，但有时它会运动反常，从而产生大气阻塞现象。气象数据显示，如同车流过多导致公路堵塞一样，大气急流的“流量”也有上限，超出界限就会堵塞，大气阻塞可以和高速公路的交通堵塞用同样的方程来描述，并且北极和大气阻塞现象关联密切，北极变暖有利于大气阻塞的维持，北极变冷则不利于大气阻塞的维持。

全球气候变化会影响大气急流的形势，可能会使大气阻塞更加频繁，从而导致更多的极端天气。它出现在北美和欧洲地区的概率更高，可能会导致洪水及极端炎热、寒冷与干旱天气。2004年，阿拉斯加出现了罕见的高温天气，导致冰盖融化、森林大火，背后作祟的就是大气阻塞。

化学中的“鬼火”，光学中的“海市蜃楼”，地理学中的“魔鬼城”……许多“妖魔鬼怪”曾经让人谈之色变，而随着科学家的研究，它们逐一现出原形。“莫道浮云终蔽日，严冬过尽绽春蕾。”边“打怪”边“升级”，正是在“捉妖”的过程中，科学技术在不断发展。

（源自《知识窗》，余娟荐稿）

责编：马京京