以下為李劍龍演講視頻:
以下為李劍龍演講稿:
研究物理的看不起研究化學(xué)的 科學(xué)家之間竟然也有鄙視鏈?
大家好,我是李劍龍。
我學(xué)習(xí)的專業(yè)是理論物理學(xué),就是愛因斯坦、玻爾、霍金研究的那種很玄乎的東西。這就是為什么在看過(guò)美劇《生活大爆炸》之后,我給自己起了個(gè)代號(hào)叫Sheldon。
大家看這幅圖,這是我翻譯的一位國(guó)外物理學(xué)家Tegmark的論文插圖。我把它稱為自然科學(xué)鄙視鏈。怎么個(gè)鄙視法呢?
比方說(shuō)在電視劇《生活大爆炸》中,Bernadette和Amy在這個(gè)位置,Howard在這個(gè)位置。Raj和Leonard大概在這兩個(gè)位置。而Sheldon呢?他學(xué)習(xí)的是超弦理論,所以他在鄙視鏈的頂端,在這個(gè)位置。
當(dāng)然,剛才幾位老師(畢導(dǎo)、天師卡贊、Dan · Ariely 、史軍、蘇萌、邱仁宗老師)也可以放在這個(gè)鄙視鏈中,比如,邱仁宗老師在這兒,史軍老師在這兒,畢導(dǎo)和蘇萌老師在這兒。我做科研時(shí)的研究方向,跟Sheldon有點(diǎn)兒類似,所以我在這兒。(笑聲)這是開玩笑啊,請(qǐng)大家不要當(dāng)真。
為什么所有的這些學(xué)科都匯聚到了一起呢?這是因?yàn)椋?/span>許多科學(xué)證據(jù)表明,每一種自然科學(xué),原則上都可以還原成它的上一級(jí)。比如,許多生物學(xué)過(guò)程,原則上都可以還原成一堆化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)呢?原則上可以還原成量子力學(xué)。
如果你一直向上還原,就會(huì)來(lái)到廣義相對(duì)論和量子場(chǎng)論的交匯處。這個(gè)交匯處是一個(gè)問(wèn)號(hào),因?yàn)榇蠹疫€沒有研究出來(lái)。這就是愛因斯坦在晚年追求的大統(tǒng)一理論。霍金研究的黑洞蒸發(fā),實(shí)際上就是在朝著這個(gè)大統(tǒng)一理論努力。
這就是為什么Sheldon那么崇拜霍金,為什么Sheldon不但鄙視Penny,甚至連其他物理博士也鄙視。因?yàn)椋?dāng)一個(gè)人第一次發(fā)現(xiàn)他和愛因斯坦、霍金成了同行時(shí),肯定會(huì)覺得自己特別了不起,肯定希望大家都知道他為什么特別了不起。所以,《生活大爆炸》中的Sheldon會(huì)到處講物理。
其實(shí),后面幾季的《生活大爆炸》中,Sheldon講物理的場(chǎng)合越來(lái)越少了。因?yàn)镾heldon是一個(gè)虛擬的人物,他講不講物理不是他說(shuō)了算,而是編劇說(shuō)了算。
但我不一樣,我是一個(gè)真實(shí)的、有講物理強(qiáng)迫癥的人。我的講物理強(qiáng)迫癥嚴(yán)重到什么程度?在2013年的時(shí)候,我把我心目中最理想的生活改編成了菠蘿科學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上的一個(gè)小節(jié)目,請(qǐng)兩位配音老師商虹和季冠霖幫我演了出來(lái),請(qǐng)看大屏幕。
當(dāng)然,這是我理想中的生活?,F(xiàn)實(shí)生活沒有這么理想化,我在家也會(huì)給我老婆講物理,只不過(guò)不是白天講,是在她晚上失眠的時(shí)候講。據(jù)她反饋,一聽就困,特別管用。(笑聲)一開始我還不信。有一次我特意在白天的時(shí)候,給果殼網(wǎng)的創(chuàng)始人姬十三講了一次物理,結(jié)果他也睡著了。(笑聲)
講了那么多年物理,不能只當(dāng)安眠藥使
其實(shí),我并不是不懂得怎么講物理。我講物理已經(jīng)講了10年了,在這10年中,我翻譯過(guò)科普書、寫過(guò)科學(xué)報(bào)道、做過(guò)活動(dòng)的科學(xué)策劃、也做過(guò)線下演講活動(dòng)。
其中最值得拿出來(lái)炫耀的是,在劉慈欣老師寫《三體III》期間,他通過(guò)電子郵件跟我討論過(guò)幾個(gè)理論物理學(xué)的問(wèn)題。所以,有科幻界的老師跟我開玩笑,私下里封我為劉慈欣的科學(xué)顧問(wèn)。
那么,為什么我講了那么多年物理,只能當(dāng)安眠藥使。為什么《三體III》問(wèn)世沒多久,我發(fā)現(xiàn)很多對(duì)物理根本不感興趣的人,也開始問(wèn)我什么叫量子糾纏,什么叫高維空間了呢?
后來(lái)我想明白了,那是因?yàn)椤度w》里面有好看的故事,我講的物理里面沒故事。喜歡聽故事,是所有智人的本性。這就是我得到第一個(gè)啟示,要想講物理,至少得先學(xué)會(huì)講故事。
后來(lái),我又想明白另一個(gè)道理,光學(xué)會(huì)講故事還不夠。因?yàn)槲淖殖休d的信息是很有限的,有些事情靠文字說(shuō)不清楚。比方說(shuō),我們經(jīng)常會(huì)說(shuō),無(wú)圖無(wú)真相啊!所以,圖像比文字更能說(shuō)明問(wèn)題。
這是人類在一萬(wàn)多年前在拉斯科洞窟畫的壁畫。你看,我一句話都不用說(shuō),你就知道一萬(wàn)多年前的那位藝術(shù)家想要對(duì)你說(shuō)什么。這就是畫面的力量。
當(dāng)然,講故事、畫畫和物理一樣,都需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的訓(xùn)練才能掌握。在這方面,我恰好有一些積累。我上小學(xué)的時(shí)候,就喜歡看漫畫書(《七龍珠》《圣斗士》、《機(jī)器貓》還有蔡志忠漫畫)。
看多了以后,我就忍不住開始自己畫,我喜歡把老師、同學(xué)都編進(jìn)我的漫畫里,比如:
所以,我把物理、故事和漫畫結(jié)合在了一起,和幾位朋友一起組建了Sheldon科學(xué)漫畫工作室。我們工作室成立了兩年多,已經(jīng)完成了160篇漫畫,11個(gè)動(dòng)畫視頻和8本兒童科學(xué)繪本。
我們的工作可以概括成這么一個(gè)公式:
科學(xué)論文+公式+圖表→(簡(jiǎn)化)→比喻+故事+漫畫
中國(guó)人拿的第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),
竟然是因?yàn)檫@個(gè)常識(shí)。
那么,實(shí)際效果如何呢?今天,我就給大家用這種方法強(qiáng)行講一次物理。我要講的題目叫作弱相互作用中的宇稱不守恒問(wèn)題。為了保證效果,我先問(wèn)一下,大家昨晚都睡好了吧?現(xiàn)在沒有要補(bǔ)覺的吧?
好了,沒有就好。我為什么要講這個(gè)題目呢?因?yàn)闂钫駥幒屠钫老壬ㄟ^(guò)研究這個(gè)問(wèn)題,獲得了1957年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
2017年的時(shí)候,網(wǎng)上爆出來(lái)一條關(guān)于楊振寧的新聞。我一看好啊,大家終于開始關(guān)心物理學(xué)啦。結(jié)果我發(fā)現(xiàn),大家都在網(wǎng)上八卦楊先生的私生活,根本沒有人討論物理。于是,我的講物理強(qiáng)迫癥發(fā)作了,當(dāng)場(chǎng)和我的同事合作,用漫畫講了一個(gè)楊振寧和李政道是如何獲得諾貝爾獎(jiǎng)的故事。
有一天,我的朋友山小魈在往板凳上擰一個(gè)螺絲,它擰了半天也擰不上,就讓我?guī)兔?。我一看就笑了。原?lái),螺孔里的螺紋是右旋的,它拿的螺絲是左旋的,能擰進(jìn)去就見鬼了。
這是因?yàn)?,我們用的大部分螺絲和螺紋都是右旋的,只有少數(shù)螺絲才是左旋的。這可能是因?yàn)榇蟛糠秩硕枷矚g用右手,往右擰順手,往左擰不順手。
同樣的道理,大自然也會(huì)在左和右的問(wèn)題上有偏好。例如,生命的DNA螺旋大都是右旋的。順著剛才那個(gè)自然科學(xué)鄙視鏈,我們自然會(huì)想到一個(gè)問(wèn)題:在已知的最基本的物理定律中,有沒有類似這樣的左右對(duì)稱的現(xiàn)象?這個(gè)問(wèn)題就叫作宇稱守恒問(wèn)題。
在楊振寧和李政道之前,大部分物理學(xué)家的回答是:沒有!所有基本粒子的反應(yīng)都是左右不對(duì)稱的!大家看,在基本的物理定律中,一共只有4種不同的相互作用,也叫作4種基本力,它們是引力,電磁力,強(qiáng)核力和弱核力。弱核力就是我們要說(shuō)的弱相互作用。
每過(guò)一秒鐘,我們身上都會(huì)大約有3000個(gè)鉀-40原子會(huì)通過(guò)弱核力,發(fā)生放射性衰變。如果左右是對(duì)稱的,那么每發(fā)生一種左邊的反應(yīng),一定會(huì)發(fā)生一種右邊的反應(yīng),而且,兩種反應(yīng)發(fā)生的概率應(yīng)該是相等的。
但是,楊振寧和李政道查閱了大量實(shí)驗(yàn)資料發(fā)現(xiàn),這個(gè)判斷下得太絕對(duì)了。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家根本就沒有做實(shí)驗(yàn)研究過(guò)弱核力的左右對(duì)稱性。他們建議,可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)試試看,說(shuō)不定在弱相互作用中,左右就是不對(duì)稱呢。
楊振寧和李政道的論文一發(fā)表,物理學(xué)家就紛紛搖頭。他們誰(shuí)也不相信在基本粒子中真的會(huì)有左右不對(duì)稱的現(xiàn)象。物理學(xué)家費(fèi)曼還拿出50美元打賭說(shuō)絕對(duì)不可能!就算真的有可能不對(duì)稱,楊振寧和李政道也沒辦法證明。因?yàn)樗麄兌硕际抢碚撐锢韺W(xué)家,都不會(huì)做實(shí)驗(yàn)。
本來(lái),楊振寧剛開始到美國(guó)讀博士的時(shí)候,是想往實(shí)驗(yàn)發(fā)展的,結(jié)果他做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果總是不理想。當(dāng)時(shí)他的朋友圈流傳一句話:Where is Yang,where is bang! 哪里有楊,哪里就有爆炸!(笑聲)
李政道倒是沒有這方面的障礙,可是他也是一位理論物理學(xué)家。雖然他跟導(dǎo)師學(xué)過(guò)做實(shí)驗(yàn),可是他沒有自己的實(shí)驗(yàn)室,想做也做不成。
所以你看,楊振寧和李政道提出了新的觀點(diǎn),可是自己沒法做實(shí)驗(yàn)。由于大佬紛紛表示不看好,有些會(huì)做實(shí)驗(yàn)的人也不愿意抽空幫他們做實(shí)驗(yàn),他們可能覺得做不出來(lái)浪費(fèi)時(shí)間。
這時(shí),一個(gè)關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家出現(xiàn)了,她是一位女性,是一位中國(guó)人,也曾是我的校友,叫吳健雄。吳健雄做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷很有意思,她本來(lái)已經(jīng)買好票了,打算跟她的先生一起去國(guó)外旅游。
可是當(dāng)吳健雄聽說(shuō)楊振寧李政道需要幫忙做實(shí)驗(yàn)時(shí),就一個(gè)人留下來(lái)做實(shí)驗(yàn),讓她的先生一個(gè)人happy去了。再插一句八卦,她的先生也是一位華人物理學(xué)家,叫袁家騮(liú),袁家騮的爺爺叫袁世凱。
賣了這么多關(guān)子,我們可以說(shuō)說(shuō)吳健雄的實(shí)驗(yàn)。吳健雄用的實(shí)驗(yàn)材料叫鈷-60。鈷-60跟鉀-40有點(diǎn)兒類似,都會(huì)通過(guò)弱核力放出電子和反中微子。結(jié)果吳健雄發(fā)現(xiàn),當(dāng)她讓鈷-60整整齊齊排列好以后,在朝上放出的電子少,朝下放出的電子多。如果讓它們都左右翻轉(zhuǎn)一下,大家覺得應(yīng)該怎么變化?應(yīng)該還是朝上放出的電子少,朝下放出的電子多。但是實(shí)際上,這樣的現(xiàn)象是不存在的。經(jīng)過(guò)左右翻轉(zhuǎn)以后,鈷-60會(huì)變成這個(gè)樣子。
這說(shuō)明了什么問(wèn)題?這說(shuō)明鈷-60參與的這個(gè)弱核力反應(yīng),不滿足左右對(duì)稱性。用行話說(shuō),正是楊振寧和李政道論文的預(yù)言:在弱相互作用中宇稱不守恒,而且是嚴(yán)重地不守恒。
后來(lái)的結(jié)果大家都知道了。楊振寧和李政道在那一年的冬天獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),或許是史上最快獲得諾獎(jiǎng)的研究之一。費(fèi)曼賭輸了50美元。吳健雄雖然沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng),但她后來(lái)成為美國(guó)物理學(xué)會(huì)首位女性會(huì)長(zhǎng),成為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士,還有一顆小行星以她的名字命名。
所以,我要總結(jié)一下。當(dāng)你下次擰螺絲的時(shí)候,注意觀察,絕大部分螺絲是不是都是右旋的,你給它照鏡子,鏡子里的螺絲都是你沒見過(guò)的。這跟中國(guó)人獲得的第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)是同一個(gè)道理。
如果你看懂了我講的故事,恭喜你!因?yàn)檫@個(gè)道理物理系是在研究生階段的量子場(chǎng)論的課程中才能學(xué)到。在10分鐘之內(nèi),你已經(jīng)從科學(xué)鄙視鏈的最底端,一下子躍升到了這個(gè)高度。(笑聲)
在火星上跑步,會(huì)遇到什么困難?
類似這樣的科學(xué)故事,我們已經(jīng)講了100多個(gè)。如果你對(duì)科學(xué)的漫畫故事有興趣的話,可以關(guān)注我的頭條號(hào),叫 Sheldon。
創(chuàng)作這些故事的過(guò)程是非常困難的,因?yàn)椴皇敲總€(gè)故事都在我所學(xué)的專業(yè)范圍內(nèi)。大部分時(shí)候,我需要現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣,我要自己讀論文,自己概括,自己簡(jiǎn)化,自己寫腳本,自己編故事,自己設(shè)計(jì)畫面,然后再請(qǐng)我的同事畫下來(lái)。完成這樣一個(gè)流程通常需要十幾天。
其中最快的記錄是3個(gè)小時(shí)多一點(diǎn)兒。那是在2018年10月1號(hào)下午6點(diǎn)不到的時(shí)候,諾獎(jiǎng)委員會(huì)宣布,兩位科學(xué)家因?yàn)榘┌Y免疫治療方面的研究,獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。那個(gè)消息放出來(lái)的一刻,我對(duì)這個(gè)研究幾乎一無(wú)所知。
到了晚上9點(diǎn)11分的時(shí)候,我們的漫畫預(yù)覽鏈接就已經(jīng)做好了。那篇漫畫當(dāng)晚在果殼網(wǎng)首發(fā)了。
從一無(wú)所知到完成漫畫,我們一共花了不到4個(gè)小時(shí)。不吹牛地說(shuō),我們可能是世界上唯一一個(gè)能在4小時(shí)內(nèi)完成諾獎(jiǎng)研究漫畫解讀的工作室。
其實(shí),在我們工作室的作品中,快速解讀諾貝爾獎(jiǎng)還不是最困難的。因?yàn)榇蠹叶际浅赡耆耍紝W(xué)過(guò)數(shù)理化,我講一個(gè)成年人能聽懂的故事還是有辦法的。在我心目中,是如何把科學(xué)的知識(shí)編成故事,畫成漫畫,講給小孩子聽。
例如,我們?cè)?jīng)把上??萍拣^的專家講座的內(nèi)容,改編成給小學(xué)生看的科學(xué)故事繪本。比方說(shuō),我們把歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士關(guān)于探索火星的講座,改編成了這樣一本故事繪本。
這個(gè)故事繪本的難度在于,我必須用一個(gè)小學(xué)生能聽懂的故事,把歐陽(yáng)院士講到的火星知識(shí)串起來(lái)。
而且,這個(gè)故事的節(jié)奏必須足夠快,因?yàn)檫@是一本繪本,不是漫畫書,基本上每翻開一頁(yè),情節(jié)就要向前推進(jìn)。情節(jié)推進(jìn)既要合理,都要把歐陽(yáng)院士講到的知識(shí)自然地引出來(lái),而且不能讓小學(xué)生覺得是在說(shuō)教。
歐陽(yáng)院士講到了哪些知識(shí)呢?他講到了火星的引力場(chǎng)、火星的大氣、土壤、地貌、磁場(chǎng)強(qiáng)度、自轉(zhuǎn)軸還有來(lái)自火星的隕石,當(dāng)然,他還透露了一點(diǎn)點(diǎn)中國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃。怎樣才能把這些知識(shí)串在一個(gè)故事里呢?
很幸運(yùn),我想到了一個(gè)辦法。我設(shè)想了一個(gè)少年航天員在火星上迷失方向的故事。利用歐陽(yáng)院士講到的知識(shí),他最終成功地學(xué)會(huì)了辨別方向,徒步走到了目的地。這個(gè)故事叫作“火星上沒有北極星”。
由于時(shí)間關(guān)系,故事的具體情節(jié)我就不給大家透露了。我可以跟大家透露一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):整個(gè)故事都是在火星上走路時(shí)發(fā)生的。所以,如果我要講好這個(gè)故事,就必須搞清楚在人類的航天員到了火星以后,會(huì)如何走路。
而且,所有的故事,所有的知識(shí)點(diǎn),都要在走路的過(guò)程中展開。大家可能會(huì)問(wèn)了,走路誰(shuí)不會(huì)呢?對(duì),誰(shuí)都會(huì)走路,但不是誰(shuí)都會(huì)在火星上走路。
不信的話,請(qǐng)大家看一個(gè)視頻,這是一個(gè)叫火星研究院的機(jī)構(gòu)模擬的航天員在火星走路、跑步的視頻。
好,看來(lái)在火星上走路、跑步?jīng)]有我們想象的那么輕松。這就是為什么航天員上火星之前,需要經(jīng)過(guò)大量訓(xùn)練。這也給我們的故事提供了一個(gè)很好的切入點(diǎn)。
我們一共做了8本這樣的故事繪本。其中有恐龍的故事,有長(zhǎng)江的故事,有青藏高原的故事,還有微生物的故事。
每一個(gè)故事的創(chuàng)作過(guò)程都很艱難。每一個(gè)故事都限定了主題和知識(shí)點(diǎn),為了搞清楚這些知識(shí)點(diǎn),我自己查了許多論文和資料,然后我設(shè)計(jì)了各種可能的故事方案,然后把不好玩的故事統(tǒng)統(tǒng)刪除,把其中最有意思的、能最大程度還原專家講座內(nèi)容的故事挑出來(lái),再設(shè)計(jì)每一頁(yè)的畫面,然后請(qǐng)同事畫成了繪本。
我們?cè)趧?chuàng)作過(guò)程中,光是做失敗的草稿就有這么多。
當(dāng)然,過(guò)程再困難,我和我的同事也會(huì)繼續(xù)堅(jiān)持,用漫畫為孩子們講科學(xué)的故事。在未來(lái),我們計(jì)劃創(chuàng)作更多給孩子看的科學(xué)漫畫、科學(xué)動(dòng)畫和科學(xué)故事繪本。我們不是想把科學(xué)知識(shí)都統(tǒng)統(tǒng)塞到孩子們的腦子里。我們是想讓每一個(gè)孩子都能親自去體驗(yàn),原來(lái)科學(xué)是一件有意思的事情!
來(lái)源 | 海綿演講
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