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原创科幻·未完成|终星幻惑End Star Perplexity

2023-08-04 17:09 作者:精细结构常数-alpha-  | 我要投稿

(按:本篇是我初二时写的一篇没写完的科幻短篇,虽然没写完且漏洞百出,不过看上去很硬核,让我都有点为自己初二时的科学知识感到赞叹,更别提它还创造了H-BAR这一物理学圣地。我把当时的故事梗概放在了后面,读者可以看到整个故事)




终星幻惑

End Star Perplexity

 

    城市的夜。

    楼宇间灯光汇聚的星河遮盖了跨越千万时间距离自真正的星河而来的光。随着现代化带来的严重光污染,城市的头顶只有这么几颗孤星在闪耀:-1.44等的天狼星,-0.6等的老人星,-0.1等的大角星。在二月份,全年星空最亮的四颗星除了-0.3等的半人马座α星以外在北半球都能看见,也只能看见这三颗星。

    天体物理学家诸葛云天刚刚收起他的望远镜。今天不适合天体观测,因为赶上市中心一个大型的灯光表演,高亮度的平行光打在漆黑的天幕上,将天染成半红半白的诡异色彩。天顶的星座,诸如双子座,踪迹全无。诸葛云天目前在事件视界望远镜组(EHT)位于上海的观测台工作,但这台有6台分布在世界各地的望远镜组成,口径相当于地球半径这么大的望远镜对准的是遥远黯淡的黑洞,而非明亮炽热的恒星。但黑洞是死亡的恒星,恒星是壮年的黑洞。诸葛云天喜欢恒星,就像他着迷于黑洞。他相信在某种程度上,黑洞和恒星是完全相同的一回事。

    他将望远镜放好,转身准备回屋。

    就在此刻,天上突然出现的异象吸引了他。

    超新星!

 

    一颗超新星爆发了。这是诸葛云天在电视,新闻,天文台反复查询才确认的事实。超新星位于人马座,目视星等可以达到-1等。此事一出使原本平静的天文学界沸腾起来,天文学家们守着各自的望远镜/射电天文台/天文卫星,争着做第一个观测到此次超新星爆发产生的伽马射线暴的团队/个人。贵州的FAST也在努力工作,试图通过寻找超新星遗迹中可能的脉冲星信号来确认超新星类型。不止是天文学界,整个社会都因为这次不同寻常,百年不遇的天文奇景而兴奋。一时间超新星成了各网络论坛的主题,成了每个人茶余饭后离不开的谈资。像卡尔·萨根一样致力于公众科学普及的天文学家们的身影又开始频烦出现在电视上。但魔鬼仍然出没在世上,网络上自然而然地出现了有关超新星辐射危害人类,超新星预示世界末日之类的谣言。前者一看就是著名作家辛辞鎏小说中的古怪创意,后者更加明显就是无稽之谈。这让卡尔·萨根们又肩负起一项辟谣的使命。但这些风波,与高能天体物理学界的轩然大波相比,还只是一点涟漪。

    这件事情,要从一群物理学家说起。

    有这么一群高能天体物理学家。所谓高能天体物理学,研究的是高能的天体活动,比如宇宙射线,脉冲星一类的高能天体,中子星,夸克一类的可能表现出量子效应的天体。超新星爆发可以产生高能宇宙线,超新星遗骸可能会是脉冲星,于是那些高能天体物理学家开始反复巡天,寻找古代的超新星遗迹,以发几篇影响因子高的论文,争取能评上个教授,拿点奖金。经过几年锲而不舍的努力加上众多业余天文学家的帮助,终于确定了几个超新星遗迹。其中一个就在人马座,和此次超新星爆发的位置,一丝不差,完全吻合!物理学家们的头顶笼罩起了一片乌云。同一颗超新星怎么会爆炸两次?此事一出,立刻在高能天体物理学界卷起滔天巨浪,让众多学者寝食难安。

    消息开始在高能天体物理以外的领域迅速蔓延,天文学家拍案而起,一致认为是超新星现有的模型出了问题,但修正现有模型的错误是物理学发展的一条可行的道路,最为典型的例子是费曼的QED,对此前的量子电动力学进行修正解决了兰姆位移后成为描述电磁相互作用的标准理论。学界掀起了一阵超新星研究的热潮,许多人,不管处于哪个领域,只要是能与超新星扯上半分钱关系的,都积极投身相关研究,一如QED理论刚发表的那几年。

    诸葛云天也不例外。他在家里来回踱步,思考自己将来的研究方向。过了一会儿,他似乎是艰难地下了决定,给一个人打了电话。

    “好,我们约在浮岛。”电话那头的人说。

 

    CCTV常言道:当今世界在经历百年未有之大变局,国际形势错综复杂,日渐紧张。资本主义国家联合打压,毁谤社会主义国家,社会主义国家拉帮结派抵制反对资本主义国家。久而久之形成了这样一种局面:国际交流逐渐变成了口头战争,一国人民仇视另一国人民,到最后直接不交流为好,各国封闭不与外国纠缠。但科学家不是政客,极其需要国际协作,学术交流,并不关心民族仇恨。于是一项重大公程立项了:在太平洋中央填海造岛,岛上建科学城,供科学家进行国际学术交流。填海造岛可比造加速器省时省力省钱,于是过不了几年科学城就建成了,被科学家们称为“浮岛”。

    飞机降落在浮岛上。诸葛云天几乎是一落地就看到了他:理查德·克劳斯勒,来自德国哥廷根镇的粒子物理学家,又称高能物理学家,因其痴迷立体几何故有一外号名曰Dr.多面体。曾因CEPC的规划来到中国在中科院高能所任职,现在在CERN研究粒子物理唯象学。有点中二,有时自称“机关特务,”,以“宇宙之核”代称自然规律。这是诸葛云天发现难以与他交流的原因之一。

    不过,对于最近发生的这件事,他需要找一个高能物理方面的专家交流。

    “真是奇怪呀!你竟然会主动请我聊?莫非是黑暗魔王的诡计?”多面体笑着说。两人没有握手,像老朋友一般相视而笑。

    “都是大人了,你怎么还停留在17岁时的状态?”诸葛云天问道。

    “这叫特色。”多面体像个孩子似地天真地笑了,“干我们这行的都会明白。比方说夸克分六味,上下奇粲底顶,每种味分三色红黄蓝……”

    “真有特色。”诸葛云天礼貌地打断了他的列举。似乎全宇宙的科学家在这一点上都是相同的,谈到自己的专业时都会滔滔不绝。他自己也不例外。当谈到恒星时,他会忘乎所以地把这颗恒星的类型,星等,位置,质量甚至史瓦西半径一字不差地报出来。

    “我们去H-BAR喝点什么吧。”

 

    他们在科学城的一家酒馆坐下了。据多面体介绍,这是量子物理学家经常光顾的地方,从名字里就能轻易看出。

    “算术普朗克常数,h/2π,自旋的基本单位。”多面体举着冒泡的希格斯香槟,“看上去实在无理不好计算,但我们粒子物理学中为了方便,常令ℏ=c=1。比如费米子自旋1/2,其实是1/2ℏ,也就是h/4π……所以你找我来,是为了超新星?”

    “你怎么知道?”

    “全世界的人都在关心这件事。你是有什么想法了吗?”

    “还没有。我在想我们之间有没有合作的可能性。我量子力学没学好,也不想学。但后来研究黑洞时我就后悔了,面对奇点你必须考虑量子效应。要是统一场论能成功就好了,用张量表示电磁力……”诸葛云天喝了一口波函数威士忌,“这酒真好,但这名字我不喜欢。”

    “宇宙之核是不会把它的秘密轻易透露给世人的。”不知是醉酒的反应还是正常行为,多面体的神色像是自言自语,“现在我明白了,它不是人类智慧所能理解的,我们只能通过一个个模型接近它的不同侧面,以解决各种实际问题。”

    诸葛云天明白。像他这样的粒子物理学家,用极高能的粒子对撞机,试图证明一个个欲统一物质与力,统一四种基本自然力的模型,但一无所获。于是有些人就此沉默,在幻灭的绝望中沉默,将研究方向转向如中微子等实际一点的方向,然后如往常一般研究,只不过缺失了当年大一统的豪情。另一些人,仍然不放下大一统的执念,奔走忽悠各国投资建造更大的对撞机,留下浪费资源进无底洞的骂名。牛顿,麦克斯韦的时代已经过去,统一似乎成了一个遥远的梦。

    “统一和解决问题,究竟哪个才是物理学发展的正确道路呢?”多面体喃喃地说,声音很轻,带着酒气,“有些根本的问题还没有很好的答案:什么是空间?什么是时间?什么是物质?什么是力?……”

    “超新星研究与大一统无关。”诸葛云天不知道他的意图,是真心吐露还是转移话题。他只想要一个回复。

    多面体放下喝了一半的希格斯香槟,似乎回过神来:“我当然愿意与你一起研究。只不过,别在我面前提大一统的事。”

    他们愉快地达成了协作,在H-BAR待到了晚上7点。诸葛云天明白了他们之间的隔阂:多面体心中大一统的梦想已然泯灭,而他的没有。

 

    北京市海淀区中关村,中科院物理所的大楼内,薛齐鲲院士正焦急地来回踱步。他刚刚合并了所有做原子分子物理的实验室,成功当上了中科院物理所所长——国内所有做凝聚态的实验室都是他的了。这本是一件值得庆祝的事,但一个消息使他的心情无法庆祝。

    “先导科技要向我们定做量子通讯卫星。”门开了,领导中国量子通讯技术工程的潘剑炜院士走了进来,面容与薛齐鲲一样焦虑,“限期一周!规格更高!你说我现在该怎么办?”

    “限期一周?”薛齐鲲震惊地看向潘剑炜,“你问一下杨彦鸿,他是不是认为我们能量产量子星了?告诉他,我们没法完成这一需求。”

    “我看过图纸,商用波段,技术要求不严,重点是,付给我们的钱可以抵掉一年的预算,据说今年高能所有很大的规划……”

    薛齐鲲沉默了。他转过身,目光转向墙上的一幅书法。墨香,宣纸,红印……古朴苍劲的毛笔笔迹却书写着一行英文:More is different。这是他上任所长时带来的书法。多则异,复杂的系统往往会表现出与组成系统的单位不同的性质。凝聚态物理学家信奉着这一条原则。与附近中科院高能所所长王宜方办公室墙上的书法“无穷握掌中,须臾即永恒”相似,它标志着中科院物理所属于凝聚态阵营。“高能所又要有什么规划?”

    “好像又是什么对撞机,不过这次不一样,用的方法巧,不需要达到TeV的能量规模,就能测到希格斯场的不少性质。”

    “预算大概是多少?”

    “几十亿的样子,但实际上可能需要100亿多”

    薛齐鲲的神情突然严肃起来:“潘剑炜啊,你现在,立刻,马上,和你的团队准备起来。这个单子,我们接下了。”

 

    “据网上一则消息称,中科院高能所正在计划秘密研制时间机器。”浮岛,一栋建筑上的巨大屏幕上,多面体的身影出现在了专栏节目“前方高能”的直播间内,声音回荡在每一条街道,“这种消息一看就是假新闻,因为时间机器不属于粒子物理学的研究范围。在亚原子世界中,波函数时间反演不会有任何改变。但有些科学家猜测,如果同时进行电荷共轭,镜像反转,时间反演,即把粒子换成反粒子,进行镜像反转更改宇称、再取时间逆行,情况可能就与未经更改时的状态不同。这就叫CPT联合作用破缺,如果证实这一效应,将会是粒子物理学的一大突破。”他眨了眨眼睛:“这不是当年《命运石之门》指控我们CERN在做的事情吗?这么做,显然是利用这部动画的知名度,误导大众认为中科院高能所要统治世界,从此博取关注度。这种谣言也太容易被识破了。”

    街边,商店“宇宙贸易港”内,诸葛云天看向店内转播着“前方高能”专栏节目的电视屏幕,手中旋转看一个玻璃球。玻璃球的内部是一团混悬液体,一道道光在颗粒悬浮的水中交织,打出一个清晰的黑洞影像。他放慢转速,黑洞逐渐变亮,事件视界慢慢缩小。黑洞变成了恒星。在浮岛上,有许多家售卖科学周边产品的商店。他停下玻璃球,恒星散作星云。“物理学,作为我们认识世界的方式,而我们的世界,有太多谜题。”

    “统一和解决问题,究竟哪条才是物理学发展的正确道路?”

 

    几天后,仍然是在H-BAR,诸葛云天和多面体再次聚在了一起。不过,这次聚会的还有另外两人。

    “你们看上去很是烦躁,江瑟,莉莎,能告诉我发生了什么吗?”多面体问。

    “别提了!”计算机科学家,可编程量子计算机系统的开发者江瑟面露愁容,“量子力学不符合混沌理论,莉莎的理论完了,诺贝尔奖委员会犯下了有史以来最大的错误!”

    三个人的目光顿时移向了一个人。莉莎·法拉达,有史以来最年轻的诺贝尔物理学奖得主,天才的英国量子物理学家,提出了一个数学自洽并可被实验检验的量子混沌理论,并因此解释了量子纠缠的机制。“量子计算机上的模拟实验显示,一个量子系统的无序度随时间增加而减少。”莉莎的脸藏在低垂的流海的阴影中,只有右眼上单片眼镜的镜片反射着头顶上幽蓝的灯光。

    诸葛云天和多面体震惊了。他们可以从江瑟的语气,莉莎的神情中看出,这将会是物理学的另一朵乌云。“能把这件事从头到尾仔细地讲一遍吗?”诸葛云天的目光扫过面前两人的沉默。

    江瑟用极其不耐烦的声音回答道:“中科院物理所的团队用那台128Qbit的超导量子计算机模拟了一个非强纠缠的量子系统,通过一系列复杂的量子门操作反向运行电路,在测量一个Qbit的偏振破坏信息后正向运行电路。按照混沌理论,系统原来的信息将无法恢复,但模拟的结果是,量子系统之前存储的信息都可以恢复!这完全不符合莉莎的理论计算的结果。完了。就这么简单。这将成为科学史上最大的闹剧!”

    “不可能就这么结束的,要知道与那台计算机连接的整个量子通信网络都是在她的理论基础上建立的……你肯定是漏了什么细节。江瑟,你回去时排查一下这个程序的问题,看看有没有环节出错。”多面体的神情从未如此刻般严肃。

    “先是超新星,后是这个……”诸葛云天感慨道,“物理学的天空上又笼罩起两片乌云!”

    “所以,诸葛云天,对超新星的事,你怎么看?”江瑟问。超新星仍在天空中闪耀,让不管哪行哪业的人都牢记它的存在。

    诸葛云天拿出了一个小球:“我目前的思路是这样的。”他将小球放在桌面,开始让它旋转。“这是一颗恒星。恒星诞生于星云之中,气体分子在引力作用下互相吸引、收缩,形成恒星,”小球的内部,浑浊的、悬浮着尘埃的液体正逐渐汇聚,最终在中央形成一个亮点。“这是我在宇宙贸易港买的纪念品,用自转速度指代引力,模拟恒星的演化。”球在桌面上平稳地旋转着,但球的内部并不平静——恒星突然迅速膨胀,在顷刻间放出耀眼的光,随着大量物质的抛出,原本的恒星荡然无存,在恒星遗迹的中央,一颗中子星正飞速旋转。“一颗恒星的生命及宿命只取决于它的质量——至少以前人们是这么想的。近几年,天文学家们发现了一些怪异奇诡的超新星,显示了恒星一生谢幕的故事比现有理论所演绎的更加精彩。有一种发生在8-10倍太阳质量的电子俘获超新星或10-20倍太阳质量的Ⅱ型核坍缩超新星上的现象可以很好地诠释现在的现象——有时超新星爆炸时内核的中子星或黑洞的喷流会引爆这颗恒星。现在的情况,有可能是一颗质量过大的恒星曾经发生过爆炸,但并没有完全爆炸,而是抛射出外层物质,围绕着内核的恒星部分没有爆炸。然后由内核中子星喷流作为引擎,点燃下一次爆炸。但这模型有一个很大的问题……”

    “时间。”一向沉默不语的莉莎开口了:“两次爆炸不可能相隔这么久。”

    “是的,所以这只是一个初步的猜想。至于更好的理论……”诸葛云天瞟了一眼多面体,“就交给这位蜚声海内外的优秀粒子物理学家了。”

    “是被规范场选中的物理学家!”多面体孩子般地大笑,“不过,最近我得应付一件怪事,就是有人造谣中科院高能所在秘密研究时间机器以统治世界,有些人听信谣传,甚至找到高能所门口惹事,使所内科研人员无法正常工作。”

    “先是CERN,然后是高能所……”江瑟忍不住偷笑,“不会都是被你的中二病毒传染了?但物理所那边也有些棘手的事情。昨天我从薛院士那里得知,先导要向他们定制量子通信卫星,这几天潘院士和他的团队一直在忙,应该是已经开工了。先导那些人准是认为超新星辐射会引起大面积网络瘫痪,而量子星不受影响,从而大发灾难财……荒唐至极!量子通信只能保证通信内容无法被窃听,无法保证不受高能辐射影响,纠缠态还更容易被破坏。现在的人,遇事不用逻缉思考,别人说什么就信什么……杨彦鸿应该给自己配一个科学顾问!”

    “公众对于超新星的看法还不够科学全面,”多面体突然沉吟道,“事实上,他们对很多事情没有充分了解,容易偏听偏信。就像这次高能所……”

    “这说明我们科普的力度还不够。”诸葛云天说,“这次超新星爆发百年难得一遇,亮度堪比第谷超新星,引起了公共的广泛关注。对于我们,是一个向公众普及天体物理的大好时机。”

……

 


 

附上当初的故事梗概:

 

中心:1.本体论与实体论的对立与物理学的方向

           2.知沟的存在与舆论影响事件发展

 

    一颗超新星重复多次爆炸,引发全球高能天体物理学界轩然大波。原本无话可讲的高能物理学家多面体和天体物理学家诸葛云天因此反常地开始考虑合作。

    同时,微观物理学界也风波不断。先导科技出巨资向中科院物理所定做量子星,使学术界为技术垄断担心。而网络上传出高能所秘密研究时间机器的消息,使多面体忙于向公众澄清事实。而薛齐鲲院土的与江瑟合作研制的128Qbit量子机上模拟实验产生的非混沌结果,使发展了量子力学混沌表述的莉莎受到各方质疑。

    此时正在研究宇宙学常数理论与测量值之差的波尔刚做完一系列烦琐的重整化计算,听了诸葛云天的研究报告后突然有了思路,刚写完论文标题(……)就发现有如下舆论传播:超新星,反蝴蝶效应,时间机器,量子星……背后的原因只有一个——中科院高能所要战胜中科院物理所的阴谋!

    多面体清楚王宜方正在广东江门忙着搞中微子没心思搞事……于是不怎么在意(机关特务清楚研究出时间机器统治世界的将是CERN……)但诸葛云天看国内研究环境不好要和多面体回哥延根见多面体全家老小,在那里他听到国外学者议论高能所因被杨振宁说没有前途在做重死挣扎终星幻惑而实施制造混乱的“朱诺计划”(推翻世界秩序,制造混沌之人——风凰院凶真!)甚至把多面体一家的事拿来当证据。多面体知道这些话没一句是真的,所谓“朱诺计划”只不过是江门中微子实验罢了CJiangmen Underground Neutrino Observatory ;JUNO)

    此时江瑟为保全莉莎的脸面正努力给量子机Debug,薛齐鲲潘剑炜一边造量子星一边给公共辟谣忙怀了也没用。眼看高能所就要变成CERN第二,江瑟在Debug时无意发现的Bug成了解决一切的关键:将模拟粒子系统进行CPT变换,则结果出现混沌。

    莉莎随即提出一个理论,认为粒子的系统的熵正向增加,由于费曼QED定义反粒子为逆时而行的粒子,反粒子系统的熵减少。(因为熵其实是一个时间变量)。此理论一举解决了这个问题,并将热力学,量子力学,混沌理论,时间箭头统一在一起,顺带证明了CPT联合对称破缺。这不禁让人想起《信条》,也加重了高能所的嫌疑(时间机器图纸出现了!)

    王宜方心急如焚连忙去找薛齐鲲。薛齐鲲有个爱好叫吃实验室,王宜方便恳求他吃掉高能所,这样他就可以推掉自己作为高能所所长的责任。薛齐鲲说我吃不了,也不想担你的责任。最终两人商议决定吞掉天琴计划把太极号对准超新星,于是可怜的李淼就这样不明不白地被薛齐鲲吃掉了。李淼团队用太极号探测到了极其异常的引力波信号,让人迷惑不解。

    在这一结果发布后,云天天和多面体恍然明白发生什么了:黑洞也是恒星的一种形式,也会死亡,有的黑洞会以蒸发的形式平静地结束自己的一生,而有些黑洞会以爆炸结束自己的一生,具体条件视黑洞表面积大小(见黑洞熵公式)。此次所谓超新星实乃上一次超新星爆炸后留下的黑洞爆炸的结果。两人在上海天文馆超新星报告厅向整个学界报告这一结果连带小说中出现的所有科学理论,顺带点明中心主旨。所有问题都解决了,学术界小朋友们收获了成就,收获了一连串影响因子,也收获了由王宜方薛齐鲲潘剑炜联合颁发的“科学英雄”锦旗。薛齐鲲吃掉了高能所及一大研究所,当上了中科院院长~~!

HAPPY ENDING!

 

补记:

    当时这篇小说因为科学设定上的逻辑问题以及七年级的我无法很好地将要表达多个中心同本来就挺复杂的情节协调好而没有写下去,现在看来,这篇文章即使看起来很硬核,其实设定上存在很多科学上的谬误。现在小说主角几人的设定也有所改动(比如我安排莉莎去整合圈量子引力的数学理论——这玩意至少比弦论靠谱,还有主角几人生活的时代量子计算机至少得4096Qbit,不过本文故事发生的时间大概是现在左右)。不过在我看来,这篇文章的价值在于它的形式——几个科学家对一种新现象进行一系列学术讨论,最终解释了这一现象,发现了新的科学规律。这种形式类似上世纪我国科幻小说,但在科学方面比其他任何科幻小说都高。我个人很喜欢这种纯学术讨论的形式,类似的我看过的有《天堂的喷泉》,《星之继承者》(但是是基于作者虚构的现象进行科学的推理),杰弗里·兰迪斯的《真空态》,朱柏青的《黑漆》(极为抽象硬到看不懂的数学科幻)。

    文中薛院士吃实验室一事来源于我的父亲大学时曾经待过的实验室后来被薛院士的现实原型合并的事。曾经它叫“原子分子物理实验室”,后来改称“低维量子物理实验室”,看上去高级了许多。不过需要指出,文章和梗概中出现的描述皆为幽默夸张化手法,在现实中绝无可能发生,文中提到的各位院士皆为虚构人物,与他们的现实原型无关。

    在重新翻阅这篇小说时,我曾经想过无视科学漏洞将其写完投稿给《科幻世界》校园之星的念头,心想“这篇文章已经看上去很硬核了其他同学写不出这么硬核的文章况且科幻世界的编辑和读者也不会去揪里面的科学问题大多数读者也不是专业人士看不出来有什么问题”,但转念一想,如若所有科幻作家都这么想,科幻的科学严谨性就会淡化,变成表面卖弄高大上科学名词,内里却错误百出的东西。

    现在好像不论国内还是国外的科幻都有这个趋势,看上去各种技术词汇眼花缭乱,实际上经不起推敲,而出版社仍将其宣传为“硬科幻”,不明就里的读者还觉得作者很专业(点名《闪烁者》)。而反观黄金时代作家如阿瑟·克拉克,不论是否经得起推敲,他的作品即使是技术细节描写也平易近人,导致我初次看《天堂的喷泉》时竟对其充实的技术细节描写毫无发觉。

    希望包括我在内的有写科幻的人,在产生上述念头之后能够三思吧。


附上小说中主角几人的画像:


以及当年为这篇小说画的印象海报:


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