看科學家這樣“捉妖”

趙君鵬

傳說妖魔鬼怪具有超自然的力量，所以現實中有些人會將自己解釋不了的問題歸結為“鬼怪”在作祟。有時，科學家也會假定某種“妖魔”存在。在捉拿這些“妖魔”時，科學家的貢獻無可替代。

開除物理“妖”

通過牛頓運動定律，人們大大加深了對客觀世界的理解，進而認為可以借此解釋一切。法國天文學家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯認為，宇宙中的一切都是確定好了的，按照牛頓運動定律可以預測各種事件，只要數據足夠豐富，并且計算能力和分析能力足夠強大，就能夠洞悉一切。1814年，他提出：“假如有這樣一個精靈，它精于計算，長于分析，還知道宇宙中每一個物質確切的動量與位置，并且懂得牛頓運動定律，那么它就能展現宇宙中所有事件的整個過程，知道宇宙的過去、現在和將來。”

拉普拉斯關于宇宙的觀點就是決定論，又名拉普拉斯信條，他所設想的洞悉一切的精靈被稱為“拉普拉斯妖”。

決定論曾風靡一時，包括愛因斯坦在內的許多科學家都“信仰完備的規律和秩序”，而量子力學的出現改變了人們對這一觀點的看法。量子力學研究的對象是物質世界微觀粒子的運動規律。研究量子力學的科學家發現：微觀世界的物質具有不確定性，在宏觀世界普遍適用的“牛頓三大定律”無法解釋微觀粒子的運動規律。換句話說，即使牛頓復活，他也無法預測薛定諤的貓是死是活，所以“拉普拉斯妖”并不存在，也不可能存在，用決定論來解釋客觀世界會走進宿命論和機械主義的死胡同。

尋找隱形“妖”

1922年，荷蘭天文學家卡普坦通過星體系統的反常運動，推斷在星體周圍可能存在不可見的物質。此后，人們陸續發現太空中存在違反萬有引力等現象，這表明卡普坦的推斷不無道理。

據科學家推測：宇宙中除了星云、恒星等可觀測物質之外，可能也存在大量暗物質，它們不發光，約占宇宙總質量的85%，不屬于人類已知的任何一種物質，基本不與其他物質發生反應。

精確測量宇宙線粒子是探測暗物質的重要手段，因為當暗物質衰變，或者當一對暗物質粒子發生碰撞時，它們可能會釋放出正負電子、伽馬射線等宇宙線粒子，如果能探測到這些粒子的信息，就能根據能量守恒原則反推出暗物質的“真容”。

2015年12月，我國發射了暗物質粒子探測衛星“悟空”號，它運行在距地面約500千米的軌道上，每95分鐘繞地球飛行一周，用“火眼金睛”在茫茫宇宙中探測可能來源于暗物質的高能粒子。

發射至今，“悟空”號搜集到超過100億個關于宇宙線粒子的數據。科學家通過這些數據描繪出疑似暗物質產生的部分粒子的分布狀況，這標志著我國在探測宇宙高能粒子方面躋身世界前列。目前，“悟空”號是世界上觀測能段范圍最寬的、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星，而中國正在研制下一代空間望遠鏡，對伽馬射線等高能粒子的探測能力將比“悟空”號提高50倍以上，從而更有力地幫助人類尋找暗物質的蹤跡，研究宇宙起源、演化等問題。

鎖定氣象“妖”

2021年，北美和歐洲地區出現罕見的高溫天氣，多地如同被扣進高壓鍋。當地有人認為這是妖魔在作祟。

研究人員發現，導致這一現象是地球大氣的急流發生了“交通堵塞”。大氣急流是環繞地球運動的強勁氣流，它對地球氣候影響巨大，但有時它會運動反常，從而產生大氣阻塞現象。氣象數據顯示，如同車流過多導致公路堵塞一樣，大氣急流的“流量”也有上限，超出界限就會堵塞，大氣阻塞可以和高速公路的交通堵塞用同樣的方程來描述，并且北極和大氣阻塞現象關聯密切，北極變暖有利于大氣阻塞的維持，北極變冷則不利于大氣阻塞的維持。

全球氣候變化會影響大氣急流的形勢，可能會使大氣阻塞更加頻繁，從而導致更多的極端天氣。它出現在北美和歐洲地區的概率更高，可能會導致洪水及極端炎熱、寒冷與干旱天氣。2004年，阿拉斯加出現了罕見的高溫天氣，導致冰蓋融化、森林大火，背后作祟的就是大氣阻塞。

化學中的“鬼火”，光學中的“海市蜃樓”，地理學中的“魔鬼城”……許多“妖魔鬼怪”曾經讓人談之色變，而隨著科學家的研究，它們逐一現出原形。“莫道浮云終蔽日，嚴冬過盡綻春蕾。”邊“打怪”邊“升級”，正是在“捉妖”的過程中，科學技術在不斷發展。

（源自《知識窗》，余娟薦稿）

責編：馬京京