特别远,非常近

作者:马良骥来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-12-15

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  用这个题目,可能很多人都会有些摸不着头脑:远近本是一对反义词,究竟是什么东西距离我们既特别远,又非常近呢?在远近之间细细琢磨,其实不难猜到,它就是科学。这里的科学既包括致力于社会进步与发展而在科研之路上孜孜以求的科学家,也包括造福于人类的科学发现。事实上,对于一个善于发现且勤于思考的人来说,科学灵感的捕捉并非难事,它往往存在于生活的细微处,距离我们很近;然而想要成长为一名优秀的,伟大的科学家则是长路漫漫。正是这一“矛盾”构成了科学的远与近,同时也引起了我们对科学及科学事业的思考。下面我将用三个小故事来和大家分享我的这种体验。

  第一个故事是关于灵感的产生与交流。1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星在苏联发射成功。消息一出,全球震惊,世界各大报刊纷纷在显要位置用大字标题报道这一重大新闻。与此同时,这则消息也吸引了两位年轻人的注意,他们就是在美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室里工作的圭尔(Guier)和维芬巴赫(Weiffenbach)。这两位热衷钻研而又思想前卫的年轻人生发出一个大胆的想法——监听这颗卫星!这并非空谈,他们对此进行了热烈的讨论。其中有一个人说,“有谁想过监听这个东西吗?你知道,人造地球卫星在太空,显然在广播某种信号。如果我们调对频率,我们也许可以听到它。”

  恰巧,维芬巴赫是一个微波接收专家,在他的办公室设了小天线与放大器,因此他们回到维芬巴赫的办公室,开始试着与卫星联接。几个小时过去了,他们居然真的找到了信号!当这两个家伙正沉浸在初步成功的喜悦中时,听闻消息的人们也都纷纷赶来,争抢着想要听听人造卫星发出的“哔哔”声。兴奋之余他们也意识到,这会是历史性的一刻,他们可能是在美国听到它的第一批人。他们迅速冷静下来,并开始了对卫星运行轨迹的研究,其理论依据就是多普勒效应。(音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大,改变就越显著,后人把它称为“多普勒效应”。)

  在不断的争取与努力下,他们得到了使用新UNIVAC计算机的许可,这有利于他们精确地进行更复杂的运算。在大约三,四个星期后,仅凭监听卫星信号,他们竟计算出了卫星的精确轨迹。几星期后他们的老板说:“你们已经从地面上的已知位置找到了卫星未知地点。你们能反方向去做吗?如果你知道卫星的位置,能找出地面上不明地点吗?”他们想了想说,“也许可以,请给我们一点时间。”年轻人说干就干,没用几天他们就出了成果。他们用实际证明如果已知卫星位置,可以很容易推算出接收器的位置。

  这项研究成果率先被美国太平洋的潜艇使用,它就是现在为我们所熟知的GPS技术。30年后罗纳德·里根将其公开,使其成为一个开放式平台,任何人都可以借此创造和革新,建立新的技术。而这一切,是基于两个年轻人大胆猜想所激发出的灵感。

  第二个故事,是关于严谨与精密。从远古时代起,地球上的人类就以太阳东升西落来计算时间。也就是说,把以太阳为参考点的地球自转周期作为人们生产生活的时间判断标准。这一标准在19世纪以前从未遭受过质疑;但是随着科技的进步和人们对时间精度准确性的要求提高,这一被称作“世界时”的时间计量系统渐渐不再能满足需要。尤其在航空航天、无线通讯等对时间精确度要求极高的领域更是如此。基于此,1948年,英国制造出世界上第一台“原子钟”,取微观世界的铯原子两个超精细能级间跃迁频率9192631770周来定义1秒。由于原子内部震荡不受外界环境影响,因此非常稳定和精确。以这种固定秒长计量的时间,其精确度每天快慢不超过千万分之一秒。

  为了在这两者之间达到平衡,“协调世界时”的概念被引入,并从1972年1月开始正式成为国际标准时间。它是以“原子时”的频率标准为基准,在时刻上尽量接近于“世界时”,代表了国际原子时和世界时两种时间尺度的结合。当两者的“钟差”超过0.9秒时,“协调世界时”将停下来等待一秒,使其与“世界时”更接近,这就是通过“闰秒”来实现的,从1972年至今,每一到两年左右调整一次。而最近的一次闰秒发生在2015年6月30日(格林尼治时间),中科院国家授时中心与世界各地的授时中心同步协调,使全世界的钟表都拨慢一秒钟。这也就意味着,2015年的这天就比平常多出一秒来。

  也许你会说:“自己的手表快慢个几分钟实在是太正常了,谁会在意呢?”但千万不要小看这“滴答”一秒:对于航天、电子通信、全球定位系统等领域而言,即使几十亿分之一秒的误差也可能导致重大问题。比如北京的电子对撞机计时系统是以万分之一秒来计算的,一秒的误差可能会影响到一个计划的全盘成败。如果不进行“闰秒”调整,随着年月累计和科技进步对时间精度的要求越来越高,与世界上其他国家的“时差”和由此而来的蝴蝶效应也将日益显著。

  授时中心的科学家们,作为时间的守护者与发布者,哪怕即使对于短短一秒,甚至百万分之一秒,也怀着无比的虔诚与严谨。科学理当如是。

  第三个故事,是关于奉献与牺牲。第二次世界大战结束后,世界局势仍然紧张,当时的中国被笼罩在了巨大的核阴影下,正因如此,无数科学家们隐姓埋名,从事核工程研究。不能发表学术论文,不能公开做报告,不能随便跟人交往……一切行动上不告父母,下不告妻儿——他们就是凭着奉献自我的精神,在最艰苦的条件下,用最短的时间硬生生地造出了原子弹。

  1961年3月,钱三强把刚刚回国的王淦昌约到时任二机部部长刘杰的办公室。刘杰开门见山地问王淦昌,愿不愿意领导研制原子弹。面对突如其来的艰巨任务,王淦昌惊讶之余也感到了沉重的压力。他沉吟了一下,继而坚定而深沉地说:“我愿以身许国。”短短的六个字,是王淦昌对祖国和人民许下的一句承诺,也是为我国国防事业带来的一线希望。而对于王淦昌个人而言,他要放弃的实在太多太多:1960年当苏联专家撤离中国时,王淦昌正在苏联杜布纳联合原子核研究所从事基本粒子研究。1960年3月,他领导的物理小组发现荷电反超子-反西格马负超子,这一发现震惊了世界,也使王淦昌在苏联名声大噪。然而,这六个字一出口,王淦昌便瞬间从世界物理学界消失了,此时在中国的核研究基地多了一个化名王京的老头。有人向王淦昌的老伴儿打听,王淦昌到哪儿去了。他老伴儿幽默地说:“调到信箱里去了!”的确,就连作为老伴儿的她,也只是仅仅知道王淦昌的一个信箱啊!

  我们所熟知的邓稼先,在接受任务的那晚也是辗转难眠。他的妻子许鹿希忍不住问丈夫,到底出了什么事呀?邓稼先说:“我要调动工作了。”许鹿希问:“调到哪儿去?”他说:“不能说。”“干什么工作?”“也不能说。”“那怎么联系,你给我一个信箱号吧。”“还是不行。”沉默了良久,邓稼先说:“这个工作如果干好了,我这一生就过得很有意义了,就是为它死了也值得。”一语成谶,邓稼先先生为中国的核弹事业做出了卓越的贡献,但同时他也殒命于长年的射线辐射。邓稼先在去世前,嘴角出血与杨振宁合影,这唇边的一滴血是老先生的壮志已酬,得其所哉的欣慰,这是对他至高无上的褒奖,也是世上最美丽的勋章!夫人许鹿希说,那时稼先已是全身大出血,擦也擦不干,止也止不住。高强射线导致的不治之症,老先生自己又怎会不知道呢?但他还是义无反顾的投身于这项以生命为代价的科研项目,这是何等壮烈!何其伟大!

  战争的硝烟已离我们远去,但是大到国防事业,甚至人类发展,小到日常生活,科研无处不在也的确不可或缺。现在的科学家可能觉得自己已经不需要为国家献身,然而能做到为科学献身的又有几人呢?物质的欲望胜过研究的快感,利益与虚名胜过科学本身的价值,科学的光辉被金钱与名誉的尘烟掩盖,捏造、剽窃,种种学术不端行为层出不穷……这还是一个伟大的科学家应该做的事吗?当科学的意义指向满足个人私欲,科学研究就变成了一种谋利手段。商业化的科研是可悲的,这样的人也绝不能称之为科学家。科学技术日新月异,但老一辈科学家的精神一定需要我们牢记并传承!

  以上的三个小故事,都是为了鼓励和警醒,像我一样的,想成为科学家或工程师的人们。科学很近,只要认真观察生活,灵感就会涌现,再与其他人互相交流,好的创意就形成了,发明创造也就成功了一半。但同时,科学也很远。严谨细致,淡泊奉献,这样的科学精神对一个优秀的科学家来说是必不可少的。我们缅怀从前的那些大师,很大程度上就是因为如今的科学工作者,已经丧失了这种科学精神。而这种精神,才正是科学能够越走越远,长足发展的重要动力!

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