作者:贾文毓 来源:科学时报 发布时间:2009-8-28 0:48:25
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贾文毓:科学研究中的“极地”探“险”
 
地球上的南极和北极充满着神奇,吸引着古往今来的世界各地的探险家不畏艰辛,前赴后继。早在2000多年前,古希腊的毕则亚斯(pyzheas),即开始了人类历史上第一次北极探险;但直到1909年4月6日,美国人罗伯特·皮尔里(Robert Peary,1856~1919)历经艰难才到达北极点。1768年,英国的詹姆斯·库克(Captain James Cook,1728~1779),首次环绕南极航行,成为南极探险的先驱;1911年12月14日,挪威探险家罗阿德·阿蒙森(Roald Amundsen,1872~1928)勇克难关,成为人类第一个登上南极点的人。两极探险故事,动人心魄,惊险传奇。科学研究中“极地”探“险”,也饶有趣味,迭现奇异。
 
科学研究中的极“地”有多处,且各处景致有别。人们一旦深入靠近,则瑰丽可赏。第一类是“至微之地”。1955年,日本物理学家坂田昌一(Sakata Shyoichi,1911~1970)认为,一切基本粒子都是由质子、中子、λ超子及其反粒子组成的。1964年,美国物理学家盖尔曼(Murry Gell-Mann,1929~ )提出夸克理论,用3种夸克代替质子、中子和λ超子作为基本粒子,认为一切基本粒子都由夸克组成。现在夸克已经增加到“6种味道、3种颜色”。据现代粒子物理学中的“夸克禁闭”理论,夸克必须禁闭在强子内部,故而人们不可能看到单独出现的夸克,自然也见不到夸克所带的颜色。目前认为,物质最基本的组元共有48种:除去18种被禁闭在强子中的夸克外,还有6种轻子,以及对应的反夸克和“反轻子”。至微之“地”,诡异神奇。
 
第二类是“至大之地”。现代宇宙学认为,“我们的宇宙”起源于大约137亿年前的一次大爆炸,由1250亿个星系组成。从大爆炸的那一刻开始直至今日,整个宇宙仍处在不断膨胀之中。宇宙今后的命运如何,是永远膨胀下去还是到一定时候再收缩,或者是其他的命运?宇宙整体的命运就像磁石一样,吸引着天文学家们进行不懈的孜孜求索,抒写着壮丽的科学诗篇。至大之“地”, 奇幻无限。
 
第三类是“至寒之地”。如绝对零度:0℉(即-273.15℃)。热力学第三定律说:绝对零度不可抵达。然而,物理学家们制造的低温已到达绝对零度之上的10亿分之20度。在超低温状态下,物质性质会发生奇特变化,如“超导现象”——金属电阻为零,超流现象——流体内部完全没有黏滞等。至寒之“地”,奇妙无穷。
 
第四类是“至坚之地”。地球上,我们目前已经发现了100多种元素。在这些元素组成的物质中,密度最大的是金属锇,其密度为22.6×103kg/m3。但这绝非“密度大王”。在茫茫宇宙中,白矮星的密度是3.0×1010 kg/m3 ,中子星的密度达1016kg/m3,脉冲星的密度更是高达1018kg/m3~1cm3物质质量为10亿吨。新发现的“黑洞”密度更大,根据计算,质量和太阳一样大的黑洞,其密度可达5×1019kg/m3。“至坚之地”,奇特难描。
 
其他如,“至暗之地”——宇宙的暗物质,“至速之地”——近光速世界,至热之“地”——天体中心的温度、宇宙大爆炸开始时的“奇点”,等等。至者,极也。汉武帝赞泰山曰:“高矣,极矣,大矣,特矣,壮矣,赫矣,骇矣,惑矣!”科学上的极“地”,犹如科学王国中的“天下第一奇山——泰山”;科学家的“极地”探“险”,在一定的意义上说,就是登泰山以览胜景,攀极峰观赏日出。所感所受,如唐代诗人杜甫《望岳》诗云:“岱宗夫如何?齐鲁青未了。造化钟神秀,阴阳割昏晓。荡胸生层云,决眦入归鸟。会当凌绝顶,一览众山小。”
 
南宋朱熹《偶题》云:“步随流水觅溪源,行到源头却惘然。始信真源行不到,倚筇随处弄潺湲。”追根寻祖、穷源极委,是人类的一种心理追求和心理满足。科学研究中的极“地”探“险”,乃是人类“觅源”天性的一种表露和表征。极地探天险,壮士鏖战急;水穷云起处,在在显神奇。
 
(作者为山西师范大学副教授)
 
《科学时报》 (2009-8-28 A4 周末评论)
 
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