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，在蒸汽火車出現之后，有人曾經想象過，城市的街道上也將出現蒸汽機驅動的動力車，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的便攜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術語叫弱相互作用，在地球的自然物質中，這些過程僅僅發生在原子核中。誰能夠想到，物理學家們去年就能用一臺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情況是通過貝塔衰變：原子核中的一個中子變成了一個質子加一個電子加一個中微子。那么，反貝塔衰變就是一個質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實現。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，人類也許需要數百年才能積累足夠的科學技術實現引力波天線。我在那本書中沒有列出需要數百年的理由，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