一名物理學家的教育歷程有感

　　我想知道上帝怎樣創造了這個世界，對這樣或那樣的具體現像我不太感興趣。我想知道世界的內在規律，其余則是細枝末節。——愛因斯坦

　　童年的兩件趣事極大地豐富了我對世界的理解力，并且引導我走上成為一個理論物理學家的歷程。

　　記得那時我的父母不時帶我去舊金山游覽著名的日本茶園。我蹲在那里的一個小池邊，為慢慢暢游在水底睡蓮之中五彩斑斕的鯉魚所陶醉。這是我最快樂的童年記憶之一。

　　在那靜靜的時刻，我充滿了無限的遐想。我常常給自己提一些只有小孩才問的問題，比如水池中鯉魚怎樣觀察它們周圍的世界。我想，它們的世界一定奇妙無比！

　　鯉魚們的一生就在這淺淺的水池中度過。它們相信它們的“宇宙”就由陰暗的池水和睡蓮構成。它們大部分時間在池底漫游，因此它們只模糊地意識到在水面之上存在有另一個外部世界。我的世界的本質超過了它們的理解能力。我喜歡坐在距離鯉魚僅僅幾十厘米的地方，然而，我們之間卻如距深淵。鯉魚和我生活在兩個截然不同的宇宙之中，從來不進入對方的世界，我們之間被水面這一薄薄的“柵欄”分隔開來。

　　我曾想：在水底的魚群中可能有一些鯉魚“科學家”。我想這個鯉魚“科學家”會對那些提出在睡蓮之外還存在有另外一個平行世界的魚冷嘲熱諷。他們認為，唯一真實存在的事物就是魚兒們看得見摸得著的。水池就是一切。水池之外看不見的世界沒有科學意義。

　　有一次，我遇到了一場暴雨。我注意到成千上萬的小雨滴轟擊在池水的表面。池水變得混亂，水中的睡蓮在洶涌不息的水波沖刷下搖擺不定。在躲避風雨之時，我想弄清楚周圍發生的一切將會以怎樣的形式呈現在鯉魚們的眼中。在它們看來，睡蓮似乎是自己在運動，沒有任何東西沖刷它們。因為就像我們看不見我們周圍的空氣和空間一樣，鯉魚們也看不見它們賴以生存的水，它們為睡蓮自己能夠運動而困惑不解。

　　我想，鯉魚“科學家們”將會聰明地杜撰某種虛構的東西——它被稱為“力”，來掩蓋自己的無知。由于不能理解在看不見的水面上存在的水波，它們將得出這樣一個結論：睡蓮之所以能夠不被觸摸而運動，是因為有一種看不見的神秘力在對它起作用。它們可能給這種錯覺起一個高深莫測的名稱（如超距作用，或沒有任何接觸睡蓮即會運動的能力）。

　　我曾想，如果在池水中抓出一個鯉魚“科學家”，事情將會怎么樣呢？放回池水之前，它可能隨著我的查看而狂亂掙扎。那么別的鯉魚又將怎樣看待這件事呢？對于它們而言，這確實是一件可怖的事情。它們第一次意識到有一位鯉魚“科學家”從它們的宇宙中消失了。就那么簡簡單單，沒有留下任何蹤跡。不管在它們的宇宙中怎么尋找，就是沒有這條丟失的鯉魚的蹤影。然而，就那么幾秒鐘，當我把它放回池水之后，這位鯉魚“科學家”便突然冒了出來。對于別的鯉魚而言，這真是一個奇跡。

　　待神智鎮定之后，這位鯉魚“科學家”就會講述一個真正令它們驚詫不已的傳奇故事。它說：「突然之間，不知怎的我就被拉出了咱們的宇宙（池水），投進了一個冥冥世界，那里有令人目眩的強光和我從未見過的奇形怪狀的物體。最奇怪的是那個抓住我的生物竟然一點也不像魚。更使我震驚的是，無論如何也看不到它的鰭，但是沒有鰭它還是能夠運動。我感覺到熟悉的自然規律不再適合于這個冥冥世界。隨后，我發現自己突然又被扔回了咱們的世界。」（當然，這個到宇宙之外一游的故事對于鯉魚是怪誕的，大多數魚都認為這完全是胡說八道。）

　　我常想，我們就像自鳴得意地在池中游動的鯉魚。我們的一生就在我們自己的“池子”里度過，以為我們的宇宙只包含那些看得見摸得著的事物。就像鯉魚一樣，我們認為宇宙之中只包含有熟悉可見的東西。我們自以為是地拒絕承認就在我們的宇宙跟前存在有別的平行宇宙或多維空間，而這些都超出了我們的理解力。如果我們的科學家發明像力這樣一些概念，那僅僅是因為他們不能用眼見演出充滿于我們周圍空間的不可看見的各種振動。一些科學家鄙視更高維數世界的說法，是因為他們不能在實驗室里便利地驗證它。（我們宇宙或許是無數個平行宇宙中的一個。每一個宇宙通過無窮多的蟲洞——連通兩個時空域的隧道——跟其他宇宙相連。在這些蟲洞之間旅行是可能的，但可能性又微乎其微。）

　　此后，我一直對存在高維世界的可能極感興趣。像許多孩子一樣，我貪婪地閱讀這樣一類歷險故事，其中講述的是時間旅行者進入別的多維空間，探索我們看不見的平行宇宙，在那里能很容易使通常的物理定律不再起作用。我長大后想知道，是否在百慕大三角洲神秘失蹤的船只進入了一個空間漏洞，我對阿西莫夫的《基地》系列驚嘆不已，書中超維空間旅行的發現導致了一個銀河帝國的興起。

　　童年時的第二件事也給我留下深刻的印象。我八歲時曾聽過一個故事，此后它一直留在我的腦海里。記得我的中學老師給班里講了一個已故偉大科學家的故事。他們及其崇敬地講到他，稱他是整個人類歷史上最偉大的科學家。他們說很少有人能夠理解他的思想，但是他的發現卻改變了整個世界和我們周圍的一切。我不理解他們想告訴我們的許多東西，但是最使我對此人感興趣的是他未能完成自己的偉大發現就撒手人寰。他們說他多年潛心于這個理論，但是他死之后，他的未完成的論文仍然擺放在他自己的辦公桌上。

　　我被這個故事迷住了。對于一個孩子，這是很神秘的。他未完成的工作是什么？他桌上論文的內容是什么？什么問題可能會如此難以解決而又非常重要，值得如此偉大的科學家把他的有生之年花費在這種研究之中？由于好奇，我就決定學習我能學到的關于愛因斯坦的一切以及他未完成的理論。我記得，我花了好多時間靜靜閱讀我能找到的關于這個偉人和他的理論的每一本書。這種記憶到現在仍然溫暖如春。我讀完當地圖書館的書之后，就開始在全市搜尋圖書館和書店，急切地查找有關線索。不久我就知道這個故事比任何神秘謀殺故事更加激動人心，也比我想像的任何事情都重要。我決定要對這一秘密刨根究底，縱然因此而必須成為一名理論物理學家也在所不辭。

　　不久，我就知道愛因斯坦未完成的論文就是他企圖構造的所謂的統一場論。這個理論能解釋所有的自然規律，從細小的原子到浩瀚的星系。然而，作為一個孩子，我卻不能理解，暢游在茶園池中的鯉魚和愛因斯坦桌上未完成的論文可能存在著某種聯系。對于用更高的維數可能是解決統一場論的關鍵這一點我不理解。

　　后來，在高中階段，我看完了許多地方圖書館中這方面的書，并且常常造訪斯坦福大學的物理學圖書館。在那里，我發現愛因斯坦的工作使一種稱為反物質的新型物質稱為可能。這種物質的作用形式與普通物質一樣，但與普通物質接觸之后它們將會湮沒，并且猛然釋放出能量。我也知道科學家已經建造了一些大型儀器，或者說是“原子對撞機”，這種儀器可以在實驗室里產生微量的這種奇異物質，即反物質。

　　年輕人的一個優點就是不會由于世俗的約束而畏葸不前，而這種約束對于大多數成年人而言通常似乎又很難超越。沒有考慮所要涉及的困難，我就開始著手建立我自己的原子對撞機。我一直研究科學文獻，最后我確信能夠建造一臺所謂的電子感應加速器，這種加速器能把電子加速到數百萬電子伏特（100萬電子伏特是指電子在100萬伏特的電場中被加速后所獲得的能量）。

　　首先，我購買了少量的鈉22，它是一種能夠自然地放射正電子（電子的反物質）的放射性物質。然后我建造了一個云室，在云室中可以看到亞原子粒子留下的蹤跡。這樣我就能夠拍下好幾百張由反物質留在云室中的精美照片。緊接著，我找遍周邊地區大量的電子倉庫，裝配必須的硬件設備，包括好幾百磅（1磅=454克）重的廢品處理鋼，在我的車間建造一個兩千三百萬電子伏特的電子感應加速器，這個加速器完全有能力產生一束反電子。為了產生電子感應加速器所必需的巨大磁場，我說服我的父母親讓他們幫助我在我讀高中的那個學校的足球場中纏繞22英里（1英里=1.61千米）長的銅線。我們把整整一個圣誕假日花費在這條50碼（1碼=0.91米）長的線路上，纏繞和安裝笨重的線圈，這種線圈將使高能電子的運動路徑發生彎曲。

　　當最后建成時，這個300磅重、6千瓦的電子感應加速器耗掉了我屋子中所產生的每一點能量。當我接通它后，通常總是燒斷每一根保險絲，屋子變得漆黑一團。在屋子周期性陷入黑暗的同時，媽媽常常在搖頭。（我想，媽媽對于他不能有一個在棒球場或籃球場玩耍、反而有一個在汽車間建造一架巨大的電子儀器的兒子而困惑不解。）使我感到欣慰的是，儀器成功產生了比地磁場強兩萬多倍的磁場，而這正是加速一束電子所必需的。