科学|不要再被复杂的现象骗了,科学其实很简单( 三 )


这次偶然的发现支持了宇宙的“热爆炸”模型——宇宙最初非常小 , 炽热且致密 , 然后逐渐冷却并向外膨胀 。 他们“听”到的嘶嘶声是宇宙大爆炸的余辉——物质冷却后 , 在浩大的宇宙空间中被稀释所形成的遗迹 , 这在天文学中被称为“宇宙微波背景辐射”(cosmic microwave background) 。 科学家将宇宙最初的形态简化为了一个密度很大的点——奇点(singularity) , 类似于物理学中把一个物体看作一个质点 , 它们都符合物理学模型的基本特点之一:简单 。

科学|不要再被复杂的现象骗了,科学其实很简单
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不过 , 科学家也不总是从一开始就能想到“简单”的理论 。 当爱因斯坦试图将引力纳入相对论时 , 他一开始在模型中使用了非常多的参数 , 力图将所有已知的信息整合到模型中 。 然而 , 十年来在复杂方程式中的苦苦挣扎却以失败告终 , 爱因斯坦最终还是拥抱了“奥卡姆剃刀” , 把他的方程改得尽可能地简单、优雅 , 最终得到的理论日后不断被观测所验证 。
那么我们现有的其他物理理论足够简单吗?为什么在粒子物理标准模型中的粒子中有17种之多?如果宇宙是简单的 , 为什么每秒钟都有万亿个几乎没有质量、又是电中性的中微子穿过我们的身体?中微子会不会是需要被“剃掉”的不必要实体?另一个不必然实体或许是神秘的暗物质 , 我们目前没有观测到任何直接证据表明暗物质存在 , 这会不会又是一个将来会被证明为虚构的物理模型?
事实上 , 中微子和暗物质的提出正是因为我们观测到了旧有的简单理论解释不了的新现象 。 上世纪20年代的物理学家困惑于β衰变过程中能量不守恒的现象 , 从而提出存在一种新的粒子 , 从反应中带走了部分能量 , 中微子就这样被发现了 。 在将这个新现象纳入已知信息后 , 存在中微子的假说依然是能够解释已知物理现象中最简单的 。
暗物质也是如此 。 上世纪70年代 , 天文学家发现大量星系边缘的旋转速度比引力理论的预测要更大 。 于是天文学家猜测 , 可能存在我们看不到的物质 , 它们包裹着星系 , 提供了额外的引力 , 让星系自转速度保持在较高水平 。 暗物质正是为了解释旧有的引力理论无法解释的新现象而加入到粒子物理模型中 。
当然 , 科学没有尽头 , 目前的标准模型也并不是我们宇宙的终极答案 。 未来的科学探索 , 一方面将会发现更多现有理论解释不了的现象 , 促使我们一步步调整理论 , 增加一些“必要的”实体;另一方面 , 基于目前已经观测到的现象 , 科学家依然可以尝试建立起更简单的模型 。

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