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科学大浩劫-电子书下载

人文社科 4周前 (07-13) 49次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

简介

气候变化、核破坏、生物危险、大型强子对撞机,这些事物有什么共同之处?它们都有终结世界的潜力。人类每—项伟大的科学创造,都伴以同等程度的危险——没有什么进步不带冒险。为了追求知识,为了某些方面的好处,当今的科学研究将地球上的生命置于无情的险境!世界会灰飞烟灭吗?疯狂的科学或许比灾难片更震撼!
《科学大浩劫》以科学家的角度审视今日的疯狂科学,并告诉人们,科学家与科学的真实关系。作者还整理了历史上的六次大灭绝事件——寒武纪-奥陶纪、奥陶纪-志留纪、泥盆纪、二叠纪-三叠纪、三叠纪-侏罗纪、白垩纪-第三纪,警示人们第七次大灭绝或许行之将近,人们对待科学的态度必须严肃认真、小心谨慎。
书稿由10章200页构成,从9个方向为读者诠释科学是双刃剑,既能给人类提供便利,也能给人类带来浩劫。终篇总结并提出警示,只有正确认识科学、采用正确的方式对待和研究科学,才能在真正意义上促进科学发展,才能让科学造福于人类。
通过本书的阅读,读者可温习生物学、生命科学、物理学、化学等多方面的旧知,同时,从新的视角审视这些科学或将给人类带来的灾难。本书可让热爱科学的读者大饱眼福,拓宽视野,提高创新意识和探索精神。

作者介绍

布莱恩·克莱格,英国理论物理学家,量子物理学家,著名科普作家。克莱格曾在牛津大学研习物理,一生致力于将宇宙中奇特领域的研究介绍给大众读者。他是英国大众科学网站的编辑和英国皇家艺术学会会员。著有科普畅销书《量子纠缠》《量子时代》《十大物理学家》《宇宙中的相对论》《科学大浩劫》等。

部分摘录:
1988年,射电天文学家马丁·里斯在书眉上作出评价,指出我们永远不能在地球上创造出足够剧烈的环境以满足某些亚原子物理实验中所需的极端条件。那时,这个评价还算恰如其分。但20多年过去了,我们的粒子对撞机的能力已然超越了当时的一切可能。我们或许无法再创大爆炸那般规模的宇宙混沌(不过这也并没有什么妨碍),但我们仍能在小范围内接近极端条件。而这却又引起了人们忧虑,因为在粒子物理学实验中,某些元素足以将任何人渲染成科学怪人。
大爆炸警示——在众多宇宙诞生理论中,大爆炸只是其中一种,只是目前的证据大多支持大爆炸理论(为了迎合数据,这一理论也在被不断歪曲)。这些证据并非直接证据,与此同时,也有一些其他理论与这些证据相符。我提及此点的目的,仅为方便叙述,以便在后文中提到大爆炸时,各位读者会将大爆炸当作确实发生过的事件,虽然大爆炸的概念仍存有相当大的不确定性。
粒子物理学与科学狂人的形象被大人们联系在了一起,这并不令人感到惊讶。我们正在做一件事:将尚处于幼稚状态的科学与昂贵到遥不可及的玩具结合起来——人们很清楚这样的后果有多可怕。为何说幼稚?因为对小孩而言,处理无法理解的状况的办法只有拍打,然后观察会发生的结果。今天的我们也做着同样的事,我们通过破坏事物,进而研究事物的运转方式,还有比这更幼稚的吗?为了将这一观点阐述得更透彻,我们先还原18世纪哲学家威廉·巴莱(William Paley)的思想实验。
在英国,巴莱曾经过一片石楠荒地,他想象了研究钟表的过程。他认为,如果你从未见过钟表,你首次见到该物件时一定会仔细检查。你会发现它的工艺非常复杂,通过猜测其功能以及组装方式,你能推断出钟表绝非如石头之类的自然产物,也非如石楠一样的野生植物。你会意识到,钟表一定是人工设计出来的。我们可用归纳推理的方式来认定,钟表的存在意味着其设计师的存在。
在巴莱的观点中,该案例可类比至地球生命问题。在他的观点里,地球生命也存在设计师。他说:
夫发明设计,皆留表征与痕迹,见于钟表,亦见于自然;不同之处,乃见于自然之鬼斧神工,是为一切精密计算所不能及也。
对于巴莱在荒地里以钟表为模型得出的有关生命的结论,现代生物进化论背后的机制(包括自然选择)已将其证伪。在科学研究中,普遍采取的方法仍然是通过仔细分析钟表如何运转,进而判断这件东西为何物、作何用。然而,粒子物理学所采用的方法却截然不同。举一个粒子物理学研究的例子——科学家可能会用一个大锤使劲砸碎手表,同时飞速按下相机快门以抓拍齿轮、弹簧以及其他飞出的组件的轨迹。然后,他们会试着通过这些照片展开研究,看看在刚才的瞬间,这块手表发生了什么。
现代粒子物理学所进行的工作,就是寻找更强劲、更完善的方式让粒子相互撞击。这一领域的科学家们并不会小心翼翼地去尝试研究粒子的性质——这与某些工作截然不同,比如考古学家的工作,就是煞费苦心地替遗迹掸去古尘。如果让一个粒子物理学家去做考古学家的工作,他/她或许会用炸弹将那个遗址炸开。粒子物理学家们不顾一切地加速粒子运转,让它们接近光速,然后让它们互相迎面撞击,这一过程像极了小孩子的终极梦想。粒子物理学家小时候肯定也像这样碰撞过他们的玩具汽车,加之少年时代对大型机械和地下实验室特有的热衷——粒子加速员能造就一整套理想中的“詹姆士·邦德(James Bond)”系列电影。
要见识疯狂科学的极致潜力,我们必须去往一个偏僻的地方,它位于瑞士日内瓦(Geneva)附近,是欧洲核子研究中心(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN)的坐落处。CERN是个大型国际研究组织,它建造了人类所能设想出的最大机器——大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC)。“大型”这个词或许还太不贴切,LHC可谓“巨型”。不过,路人并不容易看到这台机器,因为科学家们将这台机器像《007》里的反派那样建在了地下。
想象一下,有一个17英里(27千米)长、2英尺(3.8米)宽的环形隧道,能轻易地容下一辆汽车在其中任性行驶。隧道中部,有一条巨大的金属管道,横跨瑞士和法国国界。通过这个管道所发生的迁移活动或许会让移民局的官员们犯愁,因为管道中的乘客能在1秒内无数次来回穿梭于两个国家之间。这个环形隧道是个非常棘手的传送带,隧道中有一些如房子一般巨大的电磁铁,它们将粒子在隧道中来回推搡。而这台机器所需的电量,大到能与整座城市的供电用度媲美。在环形隧道里,粒子一圈一圈地飞行,其飞行路径由电脑控制。最终,电脑会使这些粒子迎头撞上某一台房屋大小的粒子探测器。
早在2008年LHC计划提上日程之前,CERN就为众人所熟知了。CERN的员工之一,英国计算机科学家,蒂姆·伯纳斯·李爵士(Sir Tim Berners-Lee)曾想出了一个别出心裁的方式,即使用当时刚崭露头角的互联网在地理位置相距遥远的实验室之间进行信息共享。他将这项发明命名为“万维网”(the World Wide Web)。在当时,这或许有点浮夸,毕竟刚开始的时候只有几个站点。但现在看来,这位“狂妄疯癫”的科学家给他的这个发明随口一题的名字,实在太贴切。
此外,在那之后,还有一件事让CERN名扬四海,而促成这件事的人有些出人意料——他就是小说家丹·布朗(Dan Brown)。布朗的小说《天使与恶魔》(Angels and Demons)(于2009年制作成电影)中有部分内容就是在CERN发生的。这部小说讲的是一种可能造成世界灭顶之灾的源头——反物质。尽管很多人第一次见到“反物质”是在电影《星际迷航》中,反物质以能源的身份出现在观众面前,但反物质在现实世界里的确真实存在。反物质与其他普通物质并无二致,只是其组成粒子与传统物质的电荷相反。
比如,一个电子带有一个单位的负电荷,其反物质等价物反电子(通常也称正电子)却带有一个单位的正电荷。其他一些粒子也有类似的反物质。当两个电荷相反的粒子(比如一个单位的负电荷和一个单位的正电荷)相撞时,它们会相互吸引,彼此杂糅融合,最后湮灭。
粒子的质量转变成了能量,尽管电子等粒子的质量很小,但爱因斯坦的著名方程E=mc2告诉我们,粒子产生的能量等于粒子的质量乘以光速的平方。这就是个很大的数字了。1磅(454克)反物质与1磅普通物质湮灭时,释放出的能量大约等同于一个普通电站运行6年时间所产生的总电量。
在原子中,负电荷环绕正电荷运转。在这样的情况下,上述的爆炸并不会发生,因为有核力在其中发挥作用,阻止两者相互湮灭;然而,物质与反物质却没有核力阻止其相互碰撞。我们都没在地球上见过反物质,因为它转瞬即逝,同时湮灭掉等量的物质并引发剧烈的爆炸。但是,反物质可以在实验室中被制造出来——CERN就有这样的能力。
在丹·布朗的《天使与恶魔》一书中,CERN制造的反物质被用于生产毁灭性炸弹,宗教狂徒想用这个炸弹炸掉梵蒂冈。小说中提到,1克反物质产生的爆炸当量相当于第二次世界大战中摧毁日本广岛市的20000吨原子弹。
更夸张的是,小说或许还低估了反物质的摧毁能力,或许不到0.5克反物质产生的爆炸就已足够严重。要知道,一旦反物质和物质碰撞,每个原子的质量都会按公式E=mc2的描述转变为能量,非常庞大的能量。为了突出反物质武器的优势,小说描述反物质炸弹是无污染的,在爆炸过程中不会产生如同核弹,尤其是氢弹那样的放射性破坏。这似乎足以让一部分美国空军兴奋,在21世纪初,就有流言称美国空军正在制造反物质武器。
2004年3月24日,美国航空航天局先进理念研究所(NASA Institute for Advanced Concepts)会议在美国弗吉尼亚州(Virginia)阿灵顿市(Arlington)召开。这个会议本应像往常一样冗长而乏味,但“空军革新式武器小组”主任肯尼斯·爱德华兹(Kenneth Edwards)刚阐述完反物质的危险性,参会人员都猛然挺直了腰背,为自己的所闻错愕不已。
他向听众讲述了反物质(哪怕仅使用了微量)可能造成的破坏力。他举了一个生动的例子,讨论了1995年俄克拉荷马城爆炸事件,那次事件曾造成了168人死亡。他说,“要造成同样的破坏,只需五千万分之一克的正电子反物质,就能像蒂莫西·麦克维(Timothy McVeigh,俄克拉荷马城爆炸事件元凶)的炸弹一样,造成与2吨TNT同等威力的爆炸。
媒体一片哗然。4个月后,爱德华兹的小组仍旧在宣传反物质,并认为所有人都应为这一技术感到兴奋。而后,这一小组杳无音讯直至今日。这种只需要装备一个微小体积的能源就能达成巨大毁灭效果的武器会被开发出来吗?这会是一个让所有知情者都闭嘴的《X档案》(X-Files,美国科幻剧)式阴谋吗?不太可能!与此相反,人们由此更清醒地认识到,反物质炸弹或许只是一场幻想。
军方突然间对反物质用作武器的兴趣高涨起来,这与丹·布朗的《天使与恶魔》一书有不可分割的关系。人们对这个故事的兴趣使这本书大获成功,同时也让这本书的主角在作者的后续作品《达芬奇密码》(The Da Vinci Code)中继续出现。2009年,《天使与恶魔》电影上映后,同样的情况再次发生。但不幸的是,尽管电影中许多情节都以解谜和动作戏为噱头,但仍夹带了不少源自书中的“伪科学”。
我们可以原谅布朗在著书时对真理的粗心大意——毕竟这只是一部科幻小说。但该书的开篇就叙述了一个章节的“事实”,而该章内容与真实情况完全脱节。书中提到,“CERN最近成功研制出了第一批反物质粒子”。然而,事实并非如此。第一批反物质被研制出来的时间是1932年,那时,美国科学家卡尔·D.安德森(Carl D. Anderson)发现了反物质中的电子——正电子。布朗提到的“最近”,可能是指向的1995年,在《天使与恶魔》出版的5年前CERN制造出了反氢,即反物质“原子”,它与更易控制的带正电的反物质粒子(例如正电子)刚好相反。
布朗告诉读者,“反物质是人类所知的最强能量”。这句话本身没错,“仅1克反物质所蕴含的能量就能与20吨核弹媲美——相当于当初炸掉广岛市的原子弹的威力”。但严格地说,这句话半对半错,1克反物质只有在完全转变为纯粹能量时才能具有如此巨大的威力,但事实上这个过程并不会如此进行。人们必须使1克反物质与1克物质相结合,方能得到两倍的由质量转变而来的能量。那么,4年后肯尼斯·爱德华兹犯同样的错误是否巧合?或许不是!
即使我们作如下的假设:假设你是魔法师,魔法棒一挥就能拿出1克反物质,你也不一定能引起爆炸的发生。爆炸发生的条件并不仅依赖于足够的能量,还依赖于能量的释放速度,可控燃烧与爆炸的区别在于反应时间。足够量的物质全部瞬间燃烧成就爆炸,仅有能量的存在不能保证物质会发生爆炸。

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