F类或者几个世纪以来,科学家们通过研究光来理解可见世界。为什么东西是彩色的?彩虹是什么?我们的眼睛是如何工作的?光本身是什么?这些问题自亚里士多德时代以来就一直困扰着科学家和哲学家,包括罗杰·培根、艾萨克·牛顿、迈克尔·法拉第、托马斯·杨和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。
但在19世纪末,一切都改变了,这主要是麦克斯韦的所作所为。这是一个时期,物理学的整个重点——当时仍然作为一门独特的科学学科——从可见转向了不可见。光本身对这一变化起到了推动作用。光的组成部分不仅是不可见的“场”,而且光被揭示为彩虹的一小片,延伸到看不见的地方。
物理学从未回头。如今,它的理论和概念主要涉及不可见的实体:不仅是看不见的力场和不可见的射线,还有即使用最先进的显微镜也看不见的小粒子。我们现在知道,我们的日常感知只允许我们接触到现实的一小部分。对无线电波、红外辐射和X射线作出响应的望远镜极大地扩展了我们对宇宙的视野,而电子显微镜、X射线束和其他自然粒度的精细探测器则揭示了隐藏在我们视觉敏锐度之外的微观世界。物理学最前沿的推测理论将这个不可见的宇宙充实为平行世界,并以其极不可见的神秘实体命名:暗物质和暗能量。
这一超越可见的行动已经成为科学叙事的基本部分。但这是一个比我们通常想象的更复杂的转变。理解“光以外”看不见的东西,在人类经验中有着更长的历史。在科学有手段探索这一领域之前,我们不得不接受神话和民间传说中的故事。这些故事并没有随着科学的进步而被淘汰;他们只是被彻底改造了。站在隐形领域最前沿的科学家将始终面临知识、理解和实验能力方面的差距。面对这些限制,他们无意识地借鉴了旧故事中的意象。这是科学的一个必要组成部分,这些故事有时会暗示出真正富有成效的科学思想。但危险的是,我们将开始从表面上相信它们,把它们误认为是理论。
回顾看不见的历史,可以看出神话和民间传说的叙事和比喻是如何刺激科学的,同时也表明真相可能会变得比这些古老的故事所能容纳的更加陌生和出乎意料。
隐形灯
1908年,英国物理学家埃德蒙·福尼尔·德·阿尔贝(Edmund Fournier d'Albe)提出了一种理论,认为人类灵魂由被称为“心理分子”的无形粒子组成,具有基本的智力,现在谁会支持他呢?他估计了单个灵魂中这些粒子的质量(约50毫克),并建议他的假设可以解释鬼魂和仙女等超自然现象,甚至可能是摩西燃烧的灌木。当然,这听起来很疯狂,但福尼尔·德·阿尔贝(Fournier d'Albe)是一位受人尊敬的无线电通信研究者,他坚持认为,鉴于最近的发现,如X射线和电子,仅仅因为我们无法直接看到某些东西,就对其进行折扣是不明智的。
“我们必须坚决抵制这种倾向,即在可见之外寻找看不见的东西,”福尼尔·德·阿尔贝(Fournier d'Albe)写道。“看不见的一切都与我们有关……光波范围中的一个八度音阶给我们的视网膜留下了深刻印象,揭示了一个装备更完善的智能所能看到的很小比例。”
换句话说,他和他的同时代人坚持认为,天堂和地球还有更多。
我们看不见或摸不着的东西曾经属于神秘的领域。这仅仅意味着它们是隐藏的,而不一定是超自然的。但神秘学成了各种想象中的超自然现象的藏身之地:鬼魂、精灵和恶魔、心灵感应和其他“精神力量”。这些东西现在似乎是科学的对立面,但当科学第一次开始关注看不见的实体时,许多顶尖科学家认为,这种神秘概念与硬科学之间没有明显区别。他们创造了精彩的故事来联系和解释它们。维多利亚时代的物理学家们尤其容易受到影响。有人猜测在亚原子或宇宙尺度上存在着智慧的、看不见的生物。其他人推测,可见范围以外的高频波可以在大脑之间传递思想,或者不朽的灵魂符合热力学定律。当我们意识到自己的无知时,一切似乎都是可能的。
这转向了看不见的东西,开始于理解古老的问题:什么是光?在19世纪初,法拉第引入了场的概念——一种无形的、无处不在的影响——来解释电和磁的本质。在19世纪60年代,麦克斯韦写下了一组方程,说明了电和磁是如何相互关联的。麦克斯韦方程组表明,这些耦合场中的振荡——电磁波——将以光速在空间中运动。很快,这些波浪事实上是灯光。
但是,在可见光的波长约为4亿到8亿分之一毫米的地方,麦克斯韦方程表明电磁波的波长没有明显的限制。它们可能存在于可见范围的上限和下限之外。
这些预测很快得到了证实。1887年,德国科学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)证明,电流的波动会产生长波辐射,这种辐射后来被称为无线电波。意大利的古列尔莫·马可尼花了不到十年的时间证明无线电波可以用于远距离传输信息。
现在很难理解这是多么具有革命性,不仅在实践上,而且在概念上。此前,超过喊叫范围的信息必须通过物理信件或电脉冲通过电报线发送。电报已经够特别了,但它仍然需要发送方和接收方之间的物理连接。有了收音机,人们可以交流无线地通过“空白空间”
许多顶尖科学家认为神秘科学和硬科学之间没有明确的区别。
这些发现发生在维多利亚时代对灵性主义的热情达到顶峰之时,这绝非巧合,灵媒声称能够接触死者的灵魂。这两种趋势相互支持。新物理学暗示了思维转移的解释,无论是来自他人还是来自精神;人们普遍相信无形的影响和智力创造了一个接受物理思想的环境,而这种环境似乎也不那么令人难以置信。如果无线电波可以在广播设备和接收器之间进行隐形传输,那么不难想象人类的大脑——毕竟是由电神经信号加速的大脑——可以充当接收器。
那么,发送者是什么呢?科学家们现在已经熟悉了看不见的领域的概念,并开始推测居住在看不见存在层面上的非物质生物。麦克斯韦的朋友彼得·古思里·泰特(Peter Guthrie Tait)和鲍尔福·斯图尔特(Balfour Stewart)都是物理学教授,他们出版了看不见的宇宙(1875年),他们在其中提出以太,假设是携带麦克斯韦波的稀薄流体,作为物质世界和精神世界之间的桥梁,他们认为这两个世界都充满了智慧。电报的一些先驱者已经将其与精神主义划上了等号,他们称之为“天体电报”。现在,无线技术产生了一种空旷空间的景象,即存在着看不见的生物的踪迹。你所要做的就是收听广播,就像无线电爱好者扫描电波,寻找赫尔辛基或慕尼黑发出的零碎、半途而废的信息片段一样。鲁迪亚德·吉卜林(Rudyard Kipling)的短篇小说《无线》(Wireless)(1902年)描述了一名因肺结核而发烧的男子,他成为济慈诗歌片段的接收者,而在房子的其他地方,一群业余无线电操作员从附近的船上收听广播。虽然媒体在新闻中传播的精神“电报线”为逝去亲人的话语提供了安慰,但无线似乎反而使精神世界成为了一个无个人情味、往往毫无意义的信件的来源,这些信件散落在一个无人理睬的宇宙中。
1895年,威廉·伦琴发现了X射线,这进一步激发了人们的想象力。很快就清楚了,X射线是无线电光谱另一端的不可见射线,其波长比光的波长短得多。他们的发现是对铁水电极发射的“阴极射线”实验的一个分支,铁水电极在1898年被发现是带电的亚原子粒子流,称为电子。
使X射线如此令人惊讶和动人心弦的是,它们不仅不可见,而且显示看不见的东西,尤其是我们肉体下的骨头,令人不安地预感到死亡。19世纪90年代,人们成群结队地在柏林的《天王星》(Urania)或纽约的托马斯·爱迪生(Thomas Edison)舞台眼镜等节目上举行公众示威,观看他们的骨架出现在荧光、X射线感应屏幕上。X射线摄影似乎是19世纪70年代和80年代流行的“精神摄影”的直接延伸,该摄影声称通过伪造或真正无意的双重曝光来揭示鬼魂。它证实了感光乳剂是一种“敏感介质”,可以使不可见的物体可见。其他人声称看到了照片中记录的新型隐形射线的证据,甚至能够拍摄“思想形态”和灵魂。
在fin-de-siècle,看不见的“射线”无处不在,任何要求都不过分。有阴极射线和阳极射线,完全虚假的辐射,如N射线和“黑光”(尽管紫外线也有这个名字),最著名的是,亨利·贝克雷尔在1896年发现的“铀射线”来自铀盐。这些能量以一种不受控制的、不可抑制的方式流动,表明存在着巨大的隐藏能量来源,通过皮埃尔和玛丽·居里、欧内斯特·卢瑟福等人的工作,最终追踪到原子的核心。居里夫妇将这些射线重命名为“放射性”
有一种古老的文化先入为主的观念认为,看不见的“散发物”可能具有增强生命的作用,无论这些是中世纪草药的“美德”,还是18世纪德国医生Franz Anton Mesmer的“动物磁性”或“催眠力”。因此,我们不应该感到惊讶的是,放射性被广泛认为具有神奇的治疗能力。1905年,诺瓦塔镭疗养院公司(Nowata Radium Sanitarium Company)发布广告称:“无论你有什么病,请来信告诉我们。”。“治愈病例的证明将寄给您。”“治疗性”镭被添加到牙膏和化妆品中,温泉镇自豪地宣传其水中的放射性(来自天然氡)。直到20世纪20年代,放射性元素对健康的影响才被证明是完全相反的:挽救玛丽·居里本人或一些镭女孩工厂的工人为时已晚,他们已经用蘸有放射性涂料的漆刷舔了十年的手表表盘。
幽灵工厂
19世纪末这些发现的关键信息之一是,我们所感知到的宇宙只是宇宙的一小部分。“精神世界”的传统由来已久,至少可以追溯到中世纪,那时我们周围潜伏着看不见的、恶意的恶魔,这是司空见惯的事。这些信念为理解新的“无形宇宙”提供了无意识的模板。受人尊敬的物理学家威廉·巴雷特(William Barrett),他于1882年共同创立了心理研究学会,并在书中提出论看不见的门槛(1917)认为存在着类似人类的无形“元素”
这是当时最杰出的“心理学”科学家之一威廉·克鲁克斯(William Crookes)的观点。克鲁克斯是一位化学家和企业家,在1913年至1915年间担任皇家学会主席,1861年他发现了新的化学元素铊,从此成名。然而,他似乎特别轻信精神主义者的主张,甚至可能与他们勾结。他被包括著名的佛罗伦萨·库克在内的几个媒体所欺骗。像许多灵媒一样,库克是一位引人注目的年轻女性,她发现很容易操纵维多利亚时代高龄绅士的判断。克鲁克斯坚信“存在着无形的智慧生物宣称成为死者的灵魂。”(他显然认为这是一种怀疑的观点。)为了研究他认为媒体所控制的“精神力量”,克鲁克斯发明了一种称为辐射计或“光磨机”的装置,在这种装置中,密封玻璃灯泡内的枢轴上附着的精致叶片在受到光照时会旋转。虽然旋转的原因并不像最初所想的那样,是由于光本身施加的“压力”,尽管没有质量,但光线可以对它们撞击的表面产生一点冲击力,这种压力是一种真实的现象,辐射计帮助建立了这种现象。因此,一种基于超自然信仰的仪器促使人们对光的特性进行了有益的科学研究。
克鲁克斯的“辐射物质”也可以这样说,据称它是介于普通物质和纯光之间的“第四种物质形式”。克鲁克斯在用气体放电管进行重要工作时发现了这种物质,在气体放电筒中,带电电极使蒸汽电离,使电流通过蒸汽,产生辉光。1879年,他声称辐射物质存在于“已知和未知之间的阴影地带”。他怀疑它可能像以太一样,是通往精神世界的桥梁。
辐射物质是克鲁克斯过于活跃的想象力的又一虚构。但这也带来了成果。他用辐射物质来解释放电管内一个称为“暗空间”的神秘区域。但事实证明,这个暗区域是由阴极射线引起的,克鲁克斯对此现象的研究最终导致了电子和X射线的发现,再加上马可尼的无线电广播,电视的发展。事实上,一些早期的电视先驱都受到了他们超自然同情的激励,无论是克鲁克斯改进阴极射线管,福涅尔·德·阿尔贝(Fournier d'Albe)设计了他自己独特的电视技术,还是通常被视为该设备的约翰·罗吉·贝尔德(John Logie Baird)真实的这位发明家相信自己与托马斯·爱迪生逝去的灵魂有着精神上的接触。
无线电通信和电视都是全部的现代媒体是鬼工厂,永远制造着1886年心理学研究者弗雷德里克·迈尔斯(Frederic W.H.Myers)称之为“活人幻影”的东西:我们的无实体复制品,随时准备代表我们说话。收音机可以让人产生这样的幻觉:首相或电影明星在你的起居室里显露无遗,尽管像幻影一样虚无。那么,一旦你既能看到也能听到这种电子鬼魂的声音,这种幻觉就更加强烈了。将早期电视机的双重图像称为“幽灵”,这似乎足够自然和无害,因为电子束的接收不良或同步性差,但这个术语表达了一种普遍的怀疑,即你在屏幕上看到的数字可能并不总是与真人相对应。毕竟,他们可能已经死了。1953年12月,新闻记者蜂拥至长岛的杰罗姆·E·特拉弗斯(Jerome E.Travers)的家中,目睹了一位不知名的女性的脸,她出现在屏幕上,即使在电视机被拔掉电源的情况下也不会消失。(这家人把屏风对着墙,好像很丢脸。)
几位早期电视先驱的动机是超自然的同情。
这些媒体似乎将我们的存在传递到了不可能到达的时间和空间,并将我们的形象和声音保存到了死亡之外,从而颠覆了几个世纪以来限制人类互动的法律,因为这些法律要求信件的物理传输或人自身的存在。我们接受这样的错觉:我们心爱的人的声音从手机中发出,屏幕上出现的Skyped图像(现在是通过发光二极管而不是电子轰击的磷光体)是肉身上的远亲。
那么,谁会惊讶于互联网上充斥着鬼魂呢?正如民俗历史学家欧文·戴维斯(Owen Davies)所说,“网络空间已经成为闹鬼地理的一部分”;在这里,也有人说,假名身份是从坟墓之外说出来的。甚至比电话和电视更重要的是,互联网,这种无形的声音,似乎几乎是为了容纳灵魂而设计的,毕竟它并不比我们自己的网络存在更空灵。
我们一次又一次地看到,技术本身并没有消除民间信仰和迷信,它只是为它们创造了新的环境。也许这并不奇怪,因为技术进步本身并没有在人们推理或评估证据的能力上产生任何普遍进步。但是,科学一定会推倒无知和迷信的乌云吗?是的,确实如此。然而,这并不是说,今天的科学家们比他们的前辈们更不容易产生想象力丰富的幻想。谢天谢地,科学不仅需要冷静的逻辑,还需要想象力。但就像维多利亚时代一样,有时很难区分幻想和事实,因为两者都是用当时的行话表述的。
隐藏的世界
以量子力学的世界解释为例。关于如何解释量子理论在微小尺度上告诉我们的现实本质,目前还没有达成一致意见,但《多世界解释》有很多有影响力的拥护者。它假设存在平行宇宙,这些平行宇宙包含描述量子系统的方程的许多可能解的每个可能结果。麻省理工学院的物理学家马克斯·特格马克(Max Tegmark)表示,“它预测一个经典现实会逐渐分裂成许多这样的现实的叠加。”这一想法源自物理学家休·埃弗雷特(Hugh Everett)在20世纪50年代的工作,但埃弗雷特本人从未说过“许多世界”
当时,量子理论的主流观点是,当你对量子系统进行测量时,这只会选择数学实体中列举的一个可能的结果,称为波函数,这个过程称为“瓦解波函数”问题是,理论上没有任何东西会导致这种崩溃,你必须“手动”将其放入。埃弗雷特提出了一个看似无害的建议,即也许没有崩溃:所有其他可能的结果也都有真实的物理存在。他从来没有提到哪里其他州居住。但他的一些继任者在他们周围建立了一个完整的宇宙,除了这一方面外,在各个方面都与我们自己的宇宙相同。每一个量子事件都会导致这些平行宇宙的扩散,因此“做出决定的行为会导致一个人分裂成多个副本”,根据特格马克的说法。(更确切地说,这些替代宇宙一直存在,只是每一个宇宙中的事物进化不同。)
但当你真正尝试用有情众生来填充多个世界时,这个想法本身就崩溃成了不连贯。这并不是(正如Tegmark可能在上面暗示的那样),在这许多世界中都有我们的替代版本——它们是全部的从某种意义上说,我们是这样的,但我们显然独特的意识并没有放在哪里。这个难题的出现并不是(正如一些追随者坚持的那样)作为“认真对待数学”的必然结果,而仅仅是因为一种冲动,这种冲动既不受实验也不受理论的驱使,使每一个形式化的数学表达式都成为一个自己的完整世界,从这个世界中看不到。这并不是因为任何科学原因,而是因为在未知的情况下,我们一直都在这样做。在中世纪,磁性等无形力量的有形证据使得恶魔等无形生物似乎更有道理。X射线、无线电波和放射性的发现同样支持了人们对人口众多的“看不见的宇宙”的信念。波函数的明显崩溃确实是一个深奥的谜,那么,我们应该惊讶于一种反应是建造无形的宇宙来进行补偿吗?
互联网,这种无形的声音,似乎是为了容纳灵魂而设计的。
同样的考虑也适用于“膜”(简称膜)世界的概念。这源于弦理论最先进的变体,该变体试图用被称为弦的超微小实体来解释所有已知的粒子和力,这些超微小实体可以被设想为延伸成振动的小股的粒子。该理论的大多数版本都要求方程中的变量似乎在空间中具有额外维度的作用,因此弦论假设的不是(时间和空间的)四个维度,而是11个维度。正如物理学家兼作家吉姆·巴戈特指出的那样,“这些假设没有实验或观测基础”——“额外维度”只是方程的形式方面。然而,该理论的最新版本表明,这些额外维度可能非常大,构成了额外维度的膜,这些膜是与我们自己的宇宙分离的潜在储存库,就像书中堆叠的叶子一样。不可避免的是,人们有一种强烈的冲动,去想象这些地方也可能会有有知觉的生物,尽管这是可选的。关键是,这些膜世界只不过是推测方程中的数学实体,可以说,它们是作为无形的平行宇宙而存在的。
暗物质和暗能量更直接地由对现实世界的观察所激发。显然需要暗物质来解释引力效应,这些引力效应似乎来自太空中没有可见普通物质的部分,或者不足以解释拖船。例如,除了可见恒星和气体外,旋转星系似乎还有一些额外的引力来源,阻止它们飞散。远距离天体物理物体因时空引力扭曲而扭曲的“透镜效应”似乎也需要这种看不见的物质形式。但暗物质并不存在于通常意义上,因为它还没有被发现,也没有任何理论能够令人信服地解释或要求它的存在。暗能量也是解释宇宙膨胀加速所需的一种“物质”,这是天文学家在20世纪90年代中期观察遥远天体时发现的。但它只是一个谜题的名称,没有任何直接检测。
看起来很有可能暗能量,也许还有暗物质,最终会变成克鲁克斯的“暗空间”和“辐射能”:不完全是物质,而是一些迄今为止未知的物理原理的症状。这些联系是菲利普·普尔曼在他的黑色材料《三部曲》中,一种叫做“尘埃”的神秘物质是暗物质和巴雷特准感性心理的混合物(仅书名就提供了线索),普尔曼的另类蒸汽朋克牛津大学的科学牧师们给出了一种精神解释,他们用明显基于克鲁克斯轻磨的仪器来感知它的存在。
当然,科学家们不仅仅是在编造事实,还依赖于所谓隐形的便利性。他们正在使用暗物质和暗能量,以及(如果有人是仁慈的话)量子多世界和膜,以及其他无法察觉和假设的领域,来执行一项基本任务:用他们能够掌握的概念来填补他们知识中的空白。
如果科学不想因其缺陷而脱轨或士气低落,那么就需要这些临时的修复和发明。当这种情况发生时,似乎不可避免的是,这些发明将以熟悉的形式出现——它们将取自旧概念甚至神话,它们将是“神秘的”粒子或射线,甚至是充满居民的整个想象世界。这些可能被证明是完全错误的概念,但它们使我们的无知具体化,并使我们能够思考如何探索它。
当我们在知识的前沿工作,思考我们很难直观或想象的时间和空间问题时,冷酷的逻辑和严格遵守实验和可证伪性可能是不够的。但接下来的诀窍是在不忽视事实的情况下进行发明和想象,这就是我们正在做的。我们可能会发现我们的发明是错误的,正是因为它们往往来自古老的经典。但希望他们会以一种好的方式错了,并照亮了深入理解宇宙的道路。
菲利普·鲍尔(Philip Ball)是许多关于科学及其对更广泛文化影响的书籍的作者,包括生命矩阵:水的传记;石头的宇宙;音乐本能;好奇:科学是如何对一切产生兴趣的;和为帝国服务。他的书临界质量被授予2005年安万提斯科学图书奖。他的下一本书是看不见:看不见的危险诱惑。
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