夜晚的纽约百老汇,一位风度翩翩的中年男子走进电视节目《扣扣熊晚间秀》的剧场。他身穿一套深蓝色西装,在舞台上与主持人侃侃而谈。突然间他跑上二楼,做起了扔水壶的重力小实验,风趣直白的解说引起一阵阵笑声和欢呼声。不认识他的人可能会以为,这是哪个学识渊博的脱口秀主持人。
《扣扣熊晚间秀》节目现场
他并不是娱乐明星,却自带明星光环。人们赋予他众多头衔:当今理论物理最前沿理论——弦理论研究的领军人物、哥伦比亚大学物理系和数学系教授、全球影响最大的科学盛事“世界科学节”创始人、入围“普利策奖”的科普畅销书作者、拿下“皮博迪奖”的科普纪录片主持人……
他就是Brian Greene,世界顶尖的理论物理学家。今年,他将来到腾讯科学WE大会的舞台,和观众们讲讲一点都不“玄”的弦理论。
领航弦理论,探寻万物之源
1963年出生在纽约的Brian,自幼展露出极高的科学天赋。五岁那年,他用满满一墙的草稿纸徒手算出三十位数的乘法;小学六年级,他的数学老师发觉已经教不动这个小天才,留下一张小纸条让他去隔壁的哥伦比亚大学找博士生做辅导。后来,他以优异成绩考入哈佛物理系,毕业后拿到被誉为“全球本科生诺贝尔奖”的罗德奖学金直接进修博士。随后,他仅用两年便取得牛津的博士学位并回到哈佛念博士后。33岁时,他成为哥伦比亚大学数学和物理系的正教授。
让他的学术道路一直开挂的,就是物理学界的千年奥秘——弦理论(String Theory)。
弦理论究竟是什么?
长期以来,弦理论一直被认为是艰涩难懂的话题,普通人对此一无所知,科学家们也很难准确地描述这个无法用实验预测的抽象理论。而Brian在一段采访中的回答却简短有力:“‘弦理论’就是在讨论一个两千多年来大家都在问的问题——这个世界的最小组成元素是什么?”
弦理论是爱因斯坦一个没做完的梦。梦中,我们都生活在一个现实与科幻交织的十一维宇宙中,而组成世界万物的最小粒子是一种细小的弦。也许是从小就接受音乐熏陶的缘故,Brian巧妙地将弦理论与乐器联系在一起阐述。在他的成名作《宇宙的琴弦》中,这些弦化身为宇宙乐团的大提琴之弦:“想象宇宙间有无数的琴弦振动产生音符的共鸣,谱写出一曲宏大的生命交响乐。” 在Brian的笔下,弦理论第一次变得生动形象起来。
Brian与弦理论
但是,为什么我们在现实生活中只能看到一维的时间和三维的空间?剩下的维度都去哪儿了呢?
这与Brian在哈佛的博士后导师、著名数学家丘成桐研究的理论有关。丘成桐认为,剩下的维度发生了蜷缩,形成一个人类暂时看不到的蜷缩空间——卡拉比-丘空间。
这神秘的空间大大勾起了Brian的好奇心。他想,两个形状不同的铜管乐器偶尔也会发出一样的声音,不同形态的空间会不会也有振动相同的弦呢?于是,Brian和他的伙伴开始了大量的理论计算,最终成功找到了第一组“镜像对”,证明了卡拉比-丘空间存在“镜像对称性”,为科学家们研究蜷缩空间提供了一条捷径。
除了镜像对称性,Brian还发现了空间的众多奥秘,发表的研究包括空间拓扑改变、锥形奇点等,帮助科学家攻克了卡拉比-丘空间和额外维度的众多难题,为弦理论以及天体粒子研究开辟了重要道路。
神秘的蜷缩空间
弦论非玄学,让所有人读懂宇宙
在弦理论上取得了一系列突破性的发现后,Brian察觉到公众对此的反应竟然十分淡漠。因为读不懂科学家发表的长篇大论,人们对这些前沿科学的抽象概念敬而远之。但在Brian眼中,弦论并非玄学,反而十分有趣。他认为,“科学思想的戏剧性不亚于任何一部小说,额外维度、空间撕裂,都是天然的科幻素材”。他开始思考,怎样才能将真正的科学传播给普罗大众。
1999年,Brian出版了第一本科普读物《宇宙的琴弦》,用通俗易懂的笔触代替严谨沉闷的论文腔调,融汇了诗歌、音乐和个人轶事,把多维宇宙的平行时空向大众娓娓道来。这本书一经问世便吸引了各个年龄段的天文爱好者,全球销量超过300万;不仅入围普利策奖的最终评选,还得到《纽约时报》的高度称赞:“霍金为黑洞所做的事情,格刘在弦上都做了。”此后,Brian在科学传播上花了很多心血,出版了《宇宙的结构》《隐藏的现实》等畅销全球的科普读物,影响了亿万读者。
1999年出版了新书的Brian,摄于哥伦比亚大学
“Brian Greene是世界上最擅长解释深奥理论的人。——华盛顿邮报”
而对Brian来说,遇到妻子Tracy Day,就像是遇到另一个镜像对称的卡拉比-丘空间。Tracy是一名资深媒体人,在各大电视台制作新闻节目和纪录片。在Tracy的鼓励下,Brian在美国公共电视台(PBS)改编的《宇宙的琴弦》系列纪录片中过了一把主持人的瘾,首次将弦理论通过纪录片的方式展现在观众眼前。为了让男女老少都能轻松理解弦理论,Brian绞尽脑汁:你能想象西装革履的Brian在黑板前,一本正经地给狗讲解弦理论的场景吗?最终,该片斩获了全球广播电视界最权威的皮博迪奖。
《宇宙的琴弦》纪录片中,Brian在给狗讲解弦理论
渐渐地,两人的跨界结合发出更多相同频率的音符:让科学流行起来。2008年初夏,两人在纽约创办了第一届“世界科学节”(World Science Festival),至今,这个全世界最有趣的科普盛会已经在纽约和布里斯班举办了11年。
科学节与哥伦比亚大学、纽约大学、大都会博物馆、昆士兰博物馆等重要的文化教育机构合作,每年都是全明星阵容:物理学家霍金、诺贝尔物理奖得主Kip Thorne(PS: 两位都来过WE大会哦)、“DNA之父”James Watson、诺贝尔奖华人物理学家朱棣文、奥斯卡获奖明星Alan Alda、好莱坞著名编剧Charlie Kaufman、华人大提琴家马友友……各行各业的名人跨界带来“科学饶舌”、“即兴演出”等耳目一新的表演,还有包括Brian在内的科学大咖亲身示范做实验,每年都吸引超过20万人次参与其中。可以说,世界科学节真正让科学走进了人们的生活。
世界科学节盛况
斜杠学者,魅力不止在实验场
“记住,要学会从不同角度观察世界。”在Brian的成长道路上,这是当作曲家的父亲说得最多的一句话,他一直铭记于心。
Brian享受尝试新事物的过程。他在哈佛出演过音乐剧;求学牛津期间跟随音乐家学习钢琴;每周坚持上三小时的表演课,在戏剧社参加排练。他非常喜欢如此丰富的校园生活:“这个世界是多么有趣啊,每天都有这么多新鲜事物等着我去挑战。”这些表演的经历潜移默化地提高了他的表达能力,为后来的公众演讲和电视演出打下了基础。
幽默风趣的解说是Brian的招牌,很多听众都评论:听他的演讲就像坐上太空飞船,跟他畅游浩瀚的宇宙。出色的演讲功力还让Brian成功“进军演艺圈”,不仅成为好莱坞电影的科学顾问,还以物理学家的身份本色出演了《黑洞频率》《移动迷宫》等著名影视作品。
演讲中的Brian
在《生活大爆炸》第四季中,他作为“格莱博士”惊喜现身,将量子物理的海森堡不确定性原理比作中国餐馆点菜方式,让观众恍然大悟。
《生活大爆炸》中,Brian用形象的比喻解释不确定性原理
“相信我,从疑惑到理解某个事物的过程是一段珍贵而令人兴奋的经历,它会大大增加你的自信心。——Brian Greene”
11月3日,这位地球上最懂“弦外之音”Brian Greene将来到腾讯科学WE大会的现场,带领我们一起拨动美妙的宇宙琴弦。你要来“听听”吗?