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[水煮物理]之五：偷窥上帝的秘密
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[水煮物理]之五：偷窥上帝的秘密
（上帝在天堂忙乎啥呢？）
物理学家们对于上帝及其相关问题一向来都很敏感，地球上最聪明的人爱因斯坦说过：“有一种超越一切的力量，支持著全宇宙的科学法则和自然界的运行变化。如果我们将这种力量称为上帝，那我就要向这位上帝低头。”而经典物理学里最伟大的牛顿同学的后半辈子的工作几乎只集中于一个课题——用数学方法证明上帝的存在性。有此等二位巨人牵头，上帝在物理学家的眼里，就显得异常注目。至于政治家，更是烦扰上帝许多年，比如老萨与小布的世代恩仇。
（老萨与小布：上帝都被炸动了！）
不过，并非所有的物理学家都对上帝如此敬畏，对上帝发生的第一次偷窥，大概在四百年前就发生了，而偷窥上帝第一人，正是我们聪明无畏的伽利略同学！伽利略·伽利雷 (1564～1642) ，意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。 单纯这几个“家”就足以让现代任何一个搞科学的人折服。也正是如此，我们在《水煮物理》当中要花几期功夫来介绍他一生中诸多重大的发现和科学成就。而偷窥上帝的秘密，便是伽利略的得意之作！
（伽利略铜像：手持偷窥上帝的工具）
话说整整400年前（1608年），荷兰的一位眼镜店老板Hans Lippershey在自己的店里摆弄几个镜片。因为据说三年前有一群孩子在眼镜制作车间发现了一个很好玩的事情：用两个镜片的组合可能看到一些不可思议的景象。这位眼镜店老板大概也是生意清淡，就和同事在柜台摆弄起眼镜，希望发现那帮孩子看到的东西。奇迹出现了，当他们把老花镜和近视镜叠在一起，只要拉开合适的距离，就能看到的远处的物体“仿佛就在眼前，伸手就能抓住似的。”后来，他们把这项发现提交给了荷兰政府申请专利。同时，我们的伽利略同学正在面临一个困扰他许久的问题。因为1604年的冬天，南方的天空出现一颗诡异而明亮的星，而在第二年秋天又神秘地消失，人们对这位漫漫天空的不速之客感到好奇而又担忧。伽利略也是其中之一，他意识到人类对自己所生活下的这片天空实在了解太少太少了。一晃五年到了1609年，伽利略得知荷兰人发明了“千里眼”——一个能看见远处肉眼看不到的东西的工具。聪明过人的伽利略立刻兴奋异常，尽管荷兰人的专利里面没有写清楚究竟怎么做的这东东（或许是当年科学成果发表并不严谨），但仅仅通过其中关于“镜管”的一个提示，天才的伽利略就琢磨出了他想要的东西——望远镜。在望远镜发明的最初，伽利略只是努力做好宣传工作，“一星期之后，就命我把望远镜呈献给议长和议员们观看，他们感到非常惊奇。绅士和议员们，虽然年纪很大了，但都按次序登上威尼斯的最高钟楼，眺望远在港外的船只，看得都很清楚；如果没有我的望远镜，就是眺望两个小时，也看不见。这仪器的效用可使50英里的以外的物体，看起来就像在5英里以内那样。”[伽利略给妹夫的信]。但伽利略与荷兰人不同的是，他看的更远更大胆。在把望远镜原物放大倍数提高到数十倍后，他把望远镜对准了深不可测的神秘天空，去窥视上帝的秘密。
（伽利略自制的两个望远镜，试图窥视上帝的秘密）
伽利略成功看到了许多令人惊讶的现象。比如月球的“豆豆”（陨石坑）、土星的“耳朵”（土环）、银河中的“星团”（星系团）、木星的“伙伴”（卫星）还有太阳的“雀斑”（黑子）等等。一系列令人想都不敢想的发现，在神奇的望远镜里成了事实。1610年，伽利略在威尼斯出版《星际使者》一书，当即轰动世界。然而，偷窥太多上帝的秘密，必然要触怒某些人。比如被伽利略拧疼鼻子的主教大人们，他们最终把伽利略送进了宗教监狱。伽利略人生最后的旅程便在囚禁和潦倒中度过，尽管他试图安慰自己：“教会的任务并不是描绘天堂是什么样子，而是应告诉人们如何升入天堂。”同时代的布鲁诺早被活活烧死，伽利略算是捡了条命，终老1642年。同年，另一个物理学伟人诞生了，他就是艾萨克*牛顿同学。
（伽利略月球观测手稿：满脸豆豆的月球）
人们常说：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。” 伽利略发明的望远镜，在后代成为人们认识自然的最重要工具之一。现在的天文望远镜，看到了更多更为壮观的宇宙图像。如下图的凯克望远镜和哈勃太空望远镜。他们能看到的是美丽的星系和星云图。像“蛋云翳”和宇宙“涅槃的凤凰”，是如此之美之壮观，恐怕是伽利略未曾想到的。
（凯克望远镜和哈勃太空望远镜）
（“蛋云翳”和宇宙“涅槃的凤凰”（两个星系碰撞））
现代与古代望远镜的最大区别在于，我们不仅仅是看肉眼能看见的光，更能“看”肉眼看不见的光。比如宇宙微波辐射和x射线辐射等。通过对这些不同频率的光的测量，我们获得了宇宙的许多认识。而望远镜，也不只是一两个圆筒样子了，它可以是一大堆雷达天线一样的阵列，也可以如太空中宇宙飞船一样。威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器在2006年给出了我们宇宙的微波背景辐射的全图，通过它我们发现原来我们的宇宙有70%左右的组成是暗能量——一种神秘到我们至今无法了解的物质。从伽利略的第一次偷窥上帝，到现在我们认识到上帝的广袤无垠，人类在一步一步走向真知。
（ALMA望远镜阵列与宇宙微波背景辐射各向异性图）
在2008纪念望远镜发明400周年之际，笔者非常幸运，有机会在人民大会堂和李政道等科学大师一起重温望远镜的发明及其对认识世界过程中起到的重要作用。我想，李政道先生的演讲题目非常恰当地描述了望远镜的作用——“以天之语、解物之道”。伽利略称为“近代科学之父”当之无愧！遗憾的是，在整个望远镜发明和应用历史中，很难看到中国人的身影。尽管中国神话传说早有“千里眼”之天神和“嫦娥奔月”的传说，尽管《易经》等已经对这个宇宙的运行规律做了探索，尽管我们有千年的观天象的历史，然而当我们面临神秘莫测的天空时，还是胆怯了。没有人敢触怒天威，一窥玉皇大帝和王母娘娘之秘密，也就让中国古代的科学更多地停留在了哲学思辨的层次。中国要想在科学崛起，或许就要像伽利略一样，敢于偷窥上帝的秘密，追求真理，一生不悔。
（下篇继续聊聊伽利略，请诸位莫要走开，谢谢！）
（“以天之语、解物之道”）
（中国古代神话里的千里眼）
（北京的古观象台）
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