第八日——艺术家访问科学家实验室
创世说（二）中国科学院理论物理学研究所
时 间 ：2012年7月24日下午2：00-6：00
地 点 ：中科院理论物理研究所
主讲人：李淼（中科院理论物理研究所）
活动策划 ：桔子、付晓东
参与艺术家：陈督兮、陈 杰、陈天灼、陈 熹、陈 卓、仇晓飞、刁 伟、董大为、高海清、顾 亮、郭 浩、郭浩赟、郭鸿蔚、郭立军、郭 玲、郭 惟、何 伟、胡 伟、胡晓媛、黄静远、赖 巍、李 刚、李姝睿、梁 冰、刘光光、刘菱子、刘正勇、卢 曦、陆 超、罗 鑫、孟柏伸、欧阳潇、饶一帆、沙子鉴、斯然畅畅、佟大壮、万 杨、
王凤鸽、邬建安、谢墨凛、徐小国、杨 鑫、叶 楠、 苑 瑗、张 巍、 周思维
主讲人李淼
北京大学天体物理学士和中国科技大学理学硕士，于丹麦哥本哈根大学波尔研究所获博士学位。毕业后，他先后在美国圣塔芭芭拉加州大学、布朗大学任研究助理、研究助理教授；在芝加哥大学费米研究所任高级研究助理。留洋十年后他返回祖国，任中国科学院理论物理研究所研究员，理论物理前沿重点实验室副主任，致力于弦论和宇宙学的研究。生活中，李淼热爱写作，常将对物理的思考借文字传播给公众，还参与诗歌创作。生活中他也喜爱工艺品，喜养鱼；也对古典音乐有浓厚兴趣。
他分享给我们的，不仅有最新的物理学知识，还有他爽朗的性情和广泛的爱好。
讲座题目：《我们眼中的宇宙》
内容提要：
高更提出过三个问题，我们从哪里来，我们是谁，我们往哪里去。人类一直相信，借助科学，答案会越来越明晰。可到了今天，我们又能交出怎样的答卷？我们仍然不知道自己在宇宙是不是孤独；不知道世界宏观和微观层面的精妙运作，到底是巧合还是必然；我们甚至不知道自己亲眼看到的三维世界是不是骗局，生物的存在是不是阴谋……
如果世界真的有据可循，那么，理论物理学家便是直指那个本原的人。跟随他，深入到表象的背后。
如果存在是一场游戏，那就让我们玩到底。
前记：
李淼老师的办公室位于中科院理论物理研究所一座灰色小楼里，可能因为正值暑期，院内非常安静。桔子和李淼老师早早就赶到这里，等待着艺术家们的到来。
炎热的夏季午后，艺术家们守时的等候。步入教学楼，大家开始纷纷在牛顿、爱因斯坦等科学名人像前合影。
第一阶段：讲座阶段桔子：这期活动我们邀请了李淼老师为我们讲座。这个活动会长期做，这样大家能把不同的学科体系进行比较，可能会有更深层的感受，了解不同学科是如何看待世界的，或许将来能产生新的想法。我们可以给大家牵线搭桥，联系实验室。
下面介绍一下李淼老师，他不仅是位科学家也是一位诗人。他热爱音乐，是一个特别感性和浪漫的人。李淼老师头脑开放，可以和艺术大家谈笑风生，和完全没有专业背景的人对谈也非常耐心。
李淼老师：理论物理学家关注所有实验，但自己不做实验。我具体从事的研究学科今天的讲座都会涉及，例如引力、宇宙学、弦论。我们今天的研究主要在两个方面：一个是宏观的，例如宇宙；一个是微观的，例如粒子。宇宙学不可能在实验室造出来，研究宇宙主要依赖望远镜和射电天文学。现在使用的方法主要和电磁学有关，包括光学、射电、高能伽马光子、X射线等。天文学为我们开辟了新的方法，比如用中微子来观测暗物质，用引力波探测宇宙。
研究粒子物理主要依赖"放大镜"，例如电子显微镜。我们观测亚原子核，大概有10-14 cm³，可以用对撞机轰来得到。大家知道，量子力学中有一个"测不准"原理，要想看到极小的物体就需要极大的能量。粒子物理学更偏实证，它可以重复，经过实验反复检验结果。今天，我们主要从宏观、微观两个方面来进入。
首先，人类一直在思考一个问题，"我们从那里来、我们是谁、我们向何处去"。这是一幅高更的名作，画的是一个人从出生到衰老的过程。宇宙诞生时也有一个膨胀期，目前理论研究还没有确定。明年，将会发射一个探测器，探测宇宙微波辐射，可以看到宇宙最早留下的遗迹。即使是用最精确的时钟都无法测量准确暴涨期的时间，暴涨期时间长度估计是10-33 s。这个具体数字有待宇宙观测学家告诉我们。
宇宙从极其微观突然长大到1028倍，结果就变成大概1厘米左右。那时候宇宙非常致密、能量非常高，大概有一公斤重。这些能量转化成物质，这些物质温度非常高，但温度不确定。然后宇宙就开始冷却、膨胀。物质开始创生，包括反物质，一开始正物质和反物质一样多。慢慢正反物质开始湮灭，变成光子，最后只剩下正物质。然后出现核反应，这时候温度可以计算，我们可以通过计算氦，氢、氘、锂元素所占的比重，与天文学观测对比。得出的结论证实理论物理学家的推论是对的，大爆炸理论是可以检验的。
当这些元素变成原子，宇宙就不再发光了。自诞生到38万年左右的时间，宇宙是不透明的，我们看到的微波背景辐射其实都是光子。从38万年开始，宇宙开始变得透明。所谓的透明是指几乎每个光子不再和物质发生任何作用。接下来是黑暗时期，大约几百万年的时间。五百万年到八百万年左右形成恒星。宇宙的形成是从小到大，恒星是最小的结构。现在看到的最古老的恒星是从宇宙刚诞生到六百万年左右。那时的恒星，氢的元素含量比较多，这和太阳不同。太阳是相对年轻的恒星，大概有五十亿年，宇宙从大爆炸到现在大概是137亿年。在太阳诞生前，还有2次恒星阶段。恒星燃烧完塌缩，塌缩后再爆发，形成分子气体、原子气体，又再次踏缩。太阳可能是第三代恒星。
我们身体中有很多钙元素，这些重元素在早期恒星里面是不存在的。重元素是在超新星爆发的时候合成的。这是非常诗意的。人身上很多的物质是在宇宙诞生早期很短的时间内合成的，像"炼金术"的产物。地球诞生到现在大概有四十五亿年左右，这是考古探测的结论。
我们从哪里来？可以看这个螺旋图。6500万年前恐龙统治地球。之后，发生了一次生物大灭绝。有颗大概100公里左右的小行星撞击了地球，撞击地区大概在墨西哥。科学家们发现墨西哥地区含铱元素很丰富，科学家推测这种高含量的铱元素就是那颗撞击地球的小行星带来的，冲击石英就是在撞击过程中形成，时间是6000多万年前。
生物大灭绝很迅速。如果没有生物大灭绝就没有人类产生。生物大灭绝发生时，全球出现了核冬天。首先是植物灭绝、接下来以植物为食的大型恐龙灭绝、然后是食肉恐龙灭绝，最后只有小型哺乳动物活下来。因为没有天敌所以很快成长。4500万年前出现了大型哺乳动物，2000万年前出现了类似猩猩的动物。400到500万年出现古猿人，200万年出现直立人。智人出现在20万年前的非洲。
我们知道线粒体可以研究人类的起源。母亲的线粒体只传给女儿。研究的结果是，所有人的线粒体可以追踪到一位非洲古猿"夏娃"。她的女性后代占领了地球。很多人会问中国人是从哪里来？这涉及到人类迁徙的过程。不到10万年前，非洲人到澳洲和欧洲，一部分人又从澳洲向北，直到黄河流域，这就是中国人的祖先。欧洲人相信自己有7个女性祖先。当然，我们也可以从男性的角度追。但科学上的那个"亚当"比"夏娃"稍微晚点，他们可以不是同一个时代的人。
我们的基因从1万年左右基本没有变过。生命的增长是因为医学的进步。地球上单细胞生物是最简单的。细胞可以永远不死，一直分裂。那第一个单细胞是怎么来的？有说是偶然产生的，有说是从地外传来的。在什么条件下生物可以从宇宙来到地球？生物学也有所谓的同源说，所有生命都是从一个单细胞产生。有点像童话故事，但确是科学。
我们知道地球是碳基构成，那么你可以问两个问题？一、宇宙中有没有类似的条件可以产生地球上的碳基生命？二、有没有其他类型的生命，如硅基生命。我始终认为地球是唯一的。
也许你会问："存不存在外星生命？"这就是费米悖论。费米悖论认为应该会在其他星球上有生命。为什么我们没有看到？从银河系的一端到地球，光速要10万年。比我们诞生早的智慧生命，我们应该可以看到。
通过公式可以计算出，生命的发展是非线性的，人更是如此。大刘的《三体》里有个"黑暗森林"理论，是说如果我们暴露自己可能会引来毁灭，因为别的族群会认为我们是威胁。银河系中有很多恒星。为什么我们没有看到？有人就用"黑暗森林"来解释。对此，我非常反对。我认为，如果存在智慧文明，他们之间自然会找到一个平衡点，就像现在世界上各国。去觉得产生智慧生命是非常偶然的。人类存在必须要有重元素产生。这是巧合。宇宙中有70%都是暗能量。如果它再大点，银河系就不存在了。人类也会失去存在的前提。因为第三代恒星的爆发产生了重元素，人类才有条件存在。理解宇宙是非常了不起的事。
有人曾问，自由意志存在么？我们今天对话的可能性是不是100万年前决定的？还是今天早上决定的？我认为自由意志是存在的。理论物理学家对宇宙有很多猜测。我们知道弦论，这是最高级的理论，但还没有被验证。弦论一派认为存在很多宇宙，只是我们这个宇宙偶然具备了让人类存在的条件。除了多元宇宙的观点，弦论还会讨论虫洞理论。
桔子：虫洞是连接多元宇宙的么？
李淼老师：对，虫洞是连接多元宇宙的通道。我学生写过一篇文章，探讨引力的问题。现在有观点认为引力不是基本的，是熵改变的结果。发现黑洞的熵与表面积而不是体积成正比，所以我们的世界表象是三维的，其实是二维的。由于我们可以用这个结论推导出爱因斯坦方程和牛顿方程——是对这个猜想的佐证。
下面谈粒子微观结构。7月4日，科学家宣布发现上帝粒子或希格斯粒子。在理论物理学中，有个最基本的概念叫粒子物理标准模型。在模型中有一些基本粒子，如光子、电子、
夸克、胶子、中间玻色子。我们的身体有很多中微子，每秒钟、每厘米有650亿个中微子通过我们的身体。给所有基本粒子质量的粒子就是希格斯粒子。我们还在找新的粒子。
理论物理界有一派认为，我们看到的世界只是一半，每一个粒子都有一个操作伙伴，因为它们很重，所以没有看到。
关于希格斯场的解释，可以这么理解，由于有希格斯粒子的存在，中间玻色子变得很重，所以和我们身体里的粒子之间的相互作用很弱，很容易穿过身体。太阳把很多中微子传到我们身上，但我们身体没事，也是一样的道理。所以希格斯粒子对我们起到了间接的作用。
大型对撞机中产生很多千万量级的中微子反应，要从中间挑出你想找的粒子非常不容易。我们没有办法直接看到希格斯粒子。它是不稳定的，会衰变，我们靠测量其它粒子来检测希格斯粒子。
我认为物理学还处于一个大发展时期，还是有很多知识等待去发现。虽然有我们知道粒子有28个参数，但是还有很多问题没法解释，还需要进一步的研究。
第二阶段：讨论阶段桔子：非常感谢李淼老师的讲座。很多艺术家来之前都会问，听不懂怎么办？其实没有关系。大家了解了理论物理关注的问题是什么就可以。
简单梳理一下李淼老师的讲座，首先介绍了物理学的发展。虽然科学家研究了很多，但还是有很多开放性的问题。后面主要涉及两个层面，一个是现代物理对宇宙的看法，另一个是对物质结构（就是微观世界）的看法。对宇宙的看法又包括多元宇宙、平行宇宙、虫洞等概念，跳过了一段是"未来光锥"的部分内容（可通过网络了解"未来光锥"的活动），即这个世界究竟是三维的还是二维的全息图？在当时的演讲中，李淼老师论证说，引力可能是物体在二维曲面上位置变化所产生的结果，后面对物质结构的猜测中涉及一个重要的基本概念——粒子动物园。我一直觉得理论物理学家特别执迷于"分类"和规则。比如他们画了这么一个表格，这个粒子动物园里有很多粒子其实是推测出来的，就是根据对称性和推理，觉得那里应该有这么一些粒子，然后再去找它们到底存不存在。希格斯粒子就是如此
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