一凯：欢迎收听跨国串门计划。这是一档专注于让中文听众无障碍欣赏全球优质外语播客的节目。通过先进的AI声纹克隆技术,我们不仅将内容翻译成中文,还完美保留了原主持人和嘉宾的独特声音,为您呈现全球顶尖的AI财经、健康与科技领域精品内容。我是主播一凯，一位热衷于AI领域的产品经理，很荣幸能为您搭建这座跨越语言障碍的桥梁，接下来让我为您简单介绍本期我们克隆的这档节目，并分享几句非常精彩的原话，本期我们克隆的是Lex Fridman Podcast的一期长谈，这是一档以科学技术哲学和人类未来为核心的深度访谈节目，主持人Lex Fridman对话，Fermilab粒子物理学家Don Lincoln，他长期工作在高能物理前沿，也是一位很擅长把复杂物理讲清楚的科普，作者节目里有几句原话很有力量，科学所做的事是弄清楚，自然已经摆在我们面前的力量，如果你不感到困惑，那你就没有在做你的工作，对我来说绝对没有什么比面对一个难题，然后把它弄明白更有意思，生活中没有什么可怕的东西，只有需要理解的东西，这些话背后是一场关于宇宙物质和人类好奇心的漫长对话，那我们就一起来听听这期完整节目，接下来是我和Don Lincoln的对话，他是Fermilab的粒子物理学家 [00:01:33]
Lex Fridman：几十年来一直工作在高能物理的前沿，这是一场让人震撼也很受启发的对话，Don后来成了我最喜欢聊物理的人之一，他真的是一个很独特的头脑，有Richard Feynman那种能力，能把非常复杂的想法讲得很简单，同时又不丢掉这些想法，核心里最关键最精彩的洞见，现在亲爱的朋友们，有请Don Lincoln，在描述物理学中，寻找万物理论的过程时，你说过物理学的历史，其实可以很有效的，讲成一部统一的历史，几个世纪以来，人们一直在努力证明，那些看起来彼此不同的现象，其实是有某些统一的底层原则联系在一起的，甚至从Newton开始，我们就可以把物理学的努力，看成是在试图统一自然法则，所以我想问，我们能不能沿着统一这条线 [00:02:23]
Don Lincoln：梳理一下物理学的历史，做物理当然有很多不同的方法，但如果说粒子物理学家和宇宙学家在做什么，我会说，他们其实是在寻找支配自然法则的底层原则，假设我们回到大概1650年代左右，你是当时最聪明的人之一，然后你注意到了两件事，第一件事是你半倒的时候会摔下去，这就是我们每天都能体验到的重力，但另一边还有天文学，你仰望天空看到星星在天上移动，看到行星穿过星空，那些现象看起来和你把三明治掉到地上，狗马上把它叼走这件事，完全没有关系，Newton非常了不起的地方，就在于他看着这些现象，想到了一种可能，也许月亮也在下落，只是它一直没有撞上地球，所以在大概1650年，我们可以说有两套东西，天上的重力法则，也就是支配天体的重力，以及地上的重力，也就是地球上的重力，现在我们已经不再这样想了，我们只把它叫做重力，但在当时这一点完全不是显而易见的，事实上，如果你去看书，Newton的理论叫做，Newton的万有引力定律，里面有万有，这个词原因就是他意识到,这两件看起来毫不相干的事情其实是同一件事,这真的是极其了不起,Newton,可以说是我知道的人类历史上最聪明的人之一,不管怎么说,这是物理学里第一个比较容易描述的统一例子,而且可以用现代人也能理解的方式讲清楚。当然你还可以往更早追溯，比如人们讨论化学，讨论原子的本质，你可以追溯到Democratus，他在很多事情上都错了，但他认为物质存在最小的颗粒形式，这个想法是对的，这挺有意思的，你读化学书的时候会看到书上说，原子的概念可以追溯到Democratus，他的想法是，比如油有一种最小的油原子，它是光滑的，它当然是光滑的，因为油就是光滑的，醋也有一种最小的醋原子,，因为醋是酸的,，会刺你的舌头,，所以醋原子就是又小又尖的东西,，所以它在很多地方都错了,，但它关于存在小颗粒的想法是对的,，而我们现在知道的概念和它的概念已经非常不同了,，所以你当然可以追溯到更早,，但如果说统一,，还有更多例子,，比如回到大概1830年前后,，科学家当时在试图理解,，那时候发生了很多事,，人们也确实理解了不少东西，但在当时，有两类我们今天很熟悉的现象，一类是磁铁，当时的磁铁大多只是被磁化的小铁块，可以吸在钢上，另一类是电，当时人们能制造出小火花，拿来摆弄娱乐，或者更宏观的说，就是一道闪电划过天空，所以你想想那道闪电和那块小磁铁，看起来真的毫不相关，但在整个19世纪，很多科学家都在研究其中的一些小方面，比如当你让电流通过一根导线时，它似乎会产生磁场，他们做了大量实验，也有很多人的名字参与其中，到了大概1860年代，James Clerk Maxwell，把此前50年里，一直在酝酿的那些想法整合起来，写出了他的电磁学定律，这些定律真的很迷人，如果你去看电磁学定律，他们是微分方程或者积分方程，但基本上他们说的是，一边有一堆包含电的像，中间是等号,另一边是一个和磁有关的东西。所以如果先不管所有数学符号,，你看到的就是电这一边等于磁那一边,，电等于磁,这是一个非常惊人的概念。闪电和把你孩子的画贴在冰箱上的那块磁铁,，本质上竟然是一回事。这又是一个统一的例子,电和磁被统一成了电磁学。所以现在我们有了两个例子,，一个是引力的统一,，把地球上的引力和天体之间的引力统一起来，另一个是电和磁的统一，我一会儿还会讲更多例子，但有一点很重要，因为我们的目标当然是统一一切，如果我能做到我想做的事，我会得到某种统一理论，能解释所有能量物质空间和时间的全部行为，这是一个宏大的目标，我们也应该说 [00:06:48]
Lex Fridman：也许科学更广泛的目标之一，甚至不只是在物理学里，就是构建能够概括世界的模型，比如你看达尔文进化论，那是一个非常漂亮的理论，它抓住了现实的另一个层面，也就是我们在地球上看到的，这种现象是怎么发生的，所以当我们谈物理学里的万物理论时，它抓住的是另一个抽象层面，关于宇宙是如何运行的，对整个达尔文进化论 [00:07:15]
Don Lincoln：还有我们的基因和香蕉的基因，有大量重叠，这件事本身就很惊人，很不可思议，它居然是这样运作的，这很了不起，但至少对我这类科学家来说，我们会想，生物学当然很有意思等等，可是说到底，生物学里发生的一切，都是由分子的运动造成的，然后你会说这当然很好，但分子之所以会那样运动，是因为它们由原子组成，再下一步就是原子，当然也很好，但原子之所以那样运作，是因为有原子核和电子，原子核又由质子和中子组成，所以有一些人包括我自己，想一直挖到最最底层，弄清楚自然界最小的构建是什么，所有这些更复杂，更有趣，更抽象的东西，都是从它们构成的，我们想知道最最底层到底是什么，还有一点也很重要，就算你知道最小的构建是什么，也还不能说明整个故事，这就像你有一大堆乐高积木，却不知道怎么把它们拼起来，你还需要知道它们怎么相互作用，怎么运作，所以我们研究力，我们熟悉的各种亚原子层面的力，就是这样来的，比如电和磁是电磁学的组成部分，电磁学又支配了很多东西的行为，这很神奇，电磁学当然解释了电解释了磁，但它也解释了光是怎么工作的，还解释了化学中很大一部分是怎么工作的，1860年或1870年前后的电磁学，最美妙的一点是，如果你拿Maxwell方程组来做一点微积分，很容易看到电的定律和磁的定律结合在一起，会形成所谓的波动方程，这个方程说明电场和磁场会震荡，它们会变化，如果某个东西是波，而这个波会传播，那么你做一下数学计算就会发现，这些波传播的速度就是光速，所以人们会说，哇光速竟然从这些方程里冒出来了，我觉得这一定非常有说服力，当然电磁学在化学里也起着非常重要的作用，毕竟原子是由电磁力结合在一起的，原子的运作还有更多内容，比如所有那些量子力学的东西，但如果没有电磁学，或者如果电磁学非常不一样，原子也会非常不一样，所以它在把我们维系在一起，这件事上作用非常大，能对这些行为有很好的理解，是科学上的一次惊人进展，当然能够驯服电磁学，也是为什么你做播客，使人们能听到你的声音，因为有互联网的奇迹，或者说就只是电在驱动计算机，这就是一个例子，请允许我稍微站上讲台说两句，当年有人会说，你们为什么要摆弄磁铁和火花，谁在乎这个，但这种对自然定律非常基础的探索，会带来副产品，而且确实带来了副产品，其中一个巨大的副产品，就是我们的整个技术社会，如果不能控制电，我们也许仍然会有农民邪将和城市，但我们肯定不会拥有今天这一切，好我从讲台上下来了，但这件事真的很美，它展示了对那些深层基础，尚未理解，充满神秘的问题进行探索，如何在一百年或两百年后改变世界，以我现在做的这种科学来说，人们常常问，知道原子内部如何运作有什么用，知道夸克内部如何运作有什么用，我不知道答案，但稍微现实一点说，如果我回到大约一百年前，当时人们正在试图理解，园子里的质子和中子，是怎么结合在一起的，它们怎么裂变，怎么组合等等，这些研究后来带来了核能，不管你怎么看核能，有些人喜欢，有些人不喜欢，但它确实很强大，它能为人类提供能量，而且当我们逐渐不再，从地下开采化石燃料时，这也许会成为我们选择的一条路，无论如何，人类都需要能源，没有人会回到18世纪，那种生活方式，如果我们愿意选择，有一个巨大的能源来源就在眼前，那就是改变原子核，它本来看起来好像和现实生活毫无关系，可它却给了人类一个机会，当然，这要求我们认真思考该怎么做，以及我们到底要不要这么做，但它确实给了我们以前没有的东西，很明显核聚变和核裂变，会释放出巨大的能量 [00:11:42]
Lex Fridman：而这种能量是一个文明繁荣所需要的，但那几乎还算是比较近的未来，更长远一点，你可以想象一些别的东西，我们会谈到暗能量危机，也会谈到反物质，也许如果你解开反物质周围的一些谜团，它同样会带来能源来源，带来产生能量的方法，它也可能带来一些反直觉的推进系统，让我们人类能够穿越宇宙，现在看起来，这似乎很遥远，太昂贵，太复杂，也太困难，但理论物理上的突破，可能会开启一些不可思议的能源来源，开启不可思议的技术，让人类能够探索宇宙，当然我们也应该提到，技术总是有两面性，它很可能也会带来更危险武器的发展，或者其他形式的伤害，然后我们作为一个文明，就必须在这条线上行走，并希望自己能弄明白 [00:12:33]
Don Lincoln：怎样用我们造出的技术多做好事，稍作花一丝，不过我们真的要记住，虽然人们担心核武器，而核武器确实非常危险，也担心核能，因为它有废料必须处理，但科学所做的事是弄清楚，自然已经摆在我们面前的力量，这并不是新情况，火也是这样，火可以烧掉你的房子，也可以帮你煎牛排，力量本来就是这样，作为人类，我们必须理解这一点，这也是为什么我们谈科学时，必须让整个社会都参与进来，进行一场广泛的讨论，因为科学家能做的是，弄清楚世界如何运转，而社会必须决定，我们希望怎样使用这些知识，或者是否不使用这些知识，另外解开宇宙的奥秘和谜题，本身就他妈的太酷了，我是说这在某种程度上 [00:13:26]
Lex Fridman：真是让我们成为人类的东西，我们看着一个东西，然后说这东西是怎么运作的，然后一群猿猴聚在一起，戳一戳它摇一摇它，再过一段时间，你就有了飞向太空的火箭，你建起道路和桥梁，你建起互联网，总之我们谈了牛顿，也谈了麦克斯韦，按照统一理论这条线，这就把我们带到了20世纪，有一个人叫爱因斯坦，你写过一本书
Don Lincoln：他在统一这件事上推进了很多，爱因斯坦是个非常了不起的人，1905年是他的奇迹，年内一年，他写了多篇论文，大多数人知道的那篇，是关于狭义相对论的在里面，他展示了一件事，如果你没有非常深入的研究过，就会觉得完全不合常理，那就是两个人对时间的体验是不一样的，时间是一个非常迷人的东西，我们其实并不真正理解时间是什么，这很奇怪，你会以为这是我们应该非常了解的东西，但其实并不是，我们知道很多关于时间的事，但要说真正理解它并没有那么多，牛顿认为时间对所有人都是普遍一致的我的时间，你的时间，火星上某个人的时间，或者半人马座，阿尔法星上某个人的时间，大家经历的时间都是一样的，爱因斯坦证明情况并非如此，相对于彼此以不同速度运动的人，会以不同方式体验时间，这绝对是一个让人震撼的概念，现在大多数人以为，爱因斯坦接着就说他发明了时空，说空间和时间是同一种东西，说空间和时间是同一种东西，而这是他的洞见，但真正提出这个洞见的，是他的一位老师，名叫Minkowski，他看了爱因斯坦的方程，Minkowski在数学上，比爱因斯坦更偏数学一些，他看到如果你观察这些方程，基本上会发现，一个人的空间和时间，等于一些数字，乘以另一个人的空间和时间，所以这是一件非常惊人的事，这就是爱因斯坦和Minkowski，真正提出那个，不可思议概念的地方，空间和时间，其实几乎是同一种东西，这和我们对世界运作方式的理解是冲突的，因为时间就是在流动，它是连续的，我们在直觉层面，在经验层面知道它是什么，我们也许无法在形式化层面理解它，但我们知道时间是什么，它让今天成为今天，而不是昨天或明天，空间有点不一样，你可以走到某个地方，也可以走回来，可以到处移动，你在空间中移动的自由，比你在时间中移动的自由要大，你总是可以在时间中向前走，只是向后走，结果会稍微困难一些，但爱因斯坦理解到事情确实如此之后，让所有人都开始，以非常非常不同的方式思考世界，那是在1908年，门考斯基真正用严格的时空形式，把它阐明出来，这也带来了关于狭义相对论的工作，并引出了一个速度上限，也就是光速，这是一个前提，它有两个前提，一个是自然规律，对每个人都一样，所以如果你以某个速度运动，或者我以某个速度运动，我可以说，我没有动，是你在以某个速度运动，这一点没有争议，我们把它叫做伽利略相对性，几百年前就有了，但爱因斯坦提出的有争议的一点是，无论我们彼此之间怎么运动，每个人测到的光速都一样，你会测到光速是某个数，我也会测到光速是同一个数，这和牛顿伽利略，或者那些早期科学家的说法，非常非常不同，正是把这两件事放在一起，才产生了狭义相对论里，所有那些奇怪的现象，那你当然也可以很容易的说，第二个前提，也就是每个人测到的光速都一样，这简直太蠢了，但这件事是可以检验的，所以这就是检验相对论的地方，爱因斯坦的方程包含这两个假设，而他对所有东西的行为，都做出了非常准确的预测，后来我们确实做过实验，可以说光速对每个人都是一样的，不过一开始并不是这样验证的，一开始是这个假设会导出一些预测，而这些预测是真的，所以这个假设也是真的，对于你的观众里那些想问，那你怎么测量光速对每个人都一样的人，粒子物理学家确实会做这件事，方法是这样的，有一些亚原子粒子在衰变时会发出光，光就是它们的衰变产物，所以你让两个东西相撞，这样你就知道粒子是什么时候产生的，然后你用探测器包围碰撞点，测量光到达探测器需要多长时间，结果确实就是光速，也本来就应该是这样，不过在这些碰撞里，有时候你制造出来的一些亚原子粒子，会以非常高的速度飞出去，它们可能以光速的95%，97%，或者非常大的光速比例飞出去，然后衰变成光子，于是你测量这个光子，到达探测器需要多长时间，结果显示光就是以光速传播，如果爱因斯坦的猜想不对，那一个接近光速飞出来的粒子，又衰变成一个以光速传播的粒子，那么这个粒子按理说，就应该以两倍光速之类的速度传播，所以它到达探测器的时间，应该只有一半，但事实并不是这样，所以这是一个严肃而扎实的测量，它说明我们可以测量光从一个静止产生的粒子里出来时的速度，结果是光速，然后我们也可以测量光从一个正在运动的东西里出来时的速度，结果仍然是光速，这就是实际的测量，不过在爱因斯坦那个时代，这种事还做不到，但现在可以，稍微岔开一下，在物理学所有怪异的事情里，如果给怪异程度排个名，光速这个速度上限到底有多怪，我得告诉你，我第一次接触这个概念的时候，觉得他真的怪的不得了，简直把怪异指数打满了，但你越熟悉，他就会越能接受这个想法，要记住的是，光速是在时空中的光速，一旦你接受了这一点，他就变得非常说得通，突然之间很多事情都会各归其位，我觉得存在一个终极速度，这件事本身并没有那么令人震惊，他只是说这是空间的一种性质，就像空间可以传递某种强度的电场，可以承载某些东西，无论空间到底是什么，我们并不知道空间是什么，但不管它是什么，它有能力让这些东西，以同一个速度穿过空间或者时间，其他所有问题都来自于，我们坚持把空间和时间分开看，我是这样理解的，至少对我来说，一旦我接受了这一点，所有事情就都变得很自然了 [00:20:20]
Lex Fridman：所以我这个问题真正想问的其实会一遍又一遍的出现,我想试着共情,试着把自己放到那些生活在空间和时间还没有统一成时空之前的人们的位置上,真正去体会去想清楚。这一步跨越到底有多难?我之所以这么说是因为我们现在生活在21世纪,当然我们未来也必须做出类似的跨越,那么有哪些统一是我们明明就在眼前却还没有看见的?，比如在你的研究和讲座里，有很多这样的例子，Paul Dirac认真看待反物质，看着数学显示出来的东西，然后说我真的认为这个东西存在，这听起来确实很疯狂，所以我觉得这是一个很好的热身，空间和时间的统一，是我们走进20世纪时，一个很好的热身，因为在我看来，后面的东西会越来越怪，甚至在爱因斯坦本人那里也是如此 [00:21:13]
Don Lincoln：我给你举一个更基础的例子，钠和氯钠是一种会剧烈反应的金属，你把它放进水里会很有意思，它不至于真的爆炸，但会发热，到处蹦，氯是一种气体，会要你的命，所以这两样东西都很危险，都很可怕，可是把它们混在一起，你就会把它撒在食物上，那就是盐，对吧，这就是一个例子，所谓统一以及更深层的理解，在这里就是化学理解，两个危险的东西，怎么能结合起来，变成一种不但无害，而且对人类生命必不可少的东西，所以你描述的这种情况并不罕见，你仔细想想，先别管别的，光是我们会告诉小孩子，世界是由原子组成的，这件事本身就很疯狂，大多数人从来没见过原子，可现在几乎没人真的怀疑这一点，我觉得这就是熟悉程度的问题，然后文化慢慢接受它，于是它就变成真实的了，哪怕没有亲眼看到证据，事实上你刚才提到的一门课叫，我们如何知道我们所知道的，我觉得这是个合理的问题，我们怎么知道有原子，当然我们确实有办法知道，顺着这一点我很想一路讲下去，讲我们是怎么知道宇宙里的基本构建的，直到讲到夸克，你提到的那门课里 [00:22:35]
Lex Fridman：最迷人的一点就是这种，关于原子的哲学，原子这个想法已经存在了很久，后来你把它具体化真的能证明，或者有很强的观测表明，原子确实存在，然后又有原子核，有电子，有光子，有夸克和氢子，我的意思是，它变得越来越怪，现在我们面对的谜题是，还有没有比这些，更小的基本构建，不过说回爱因斯坦，他其实不只是提出了，狭义相对论，顺便说一句，我真的觉得，他应该拿三次诺贝尔奖，他因为光电效应，拿了诺贝尔奖，但他没有因为，广义相对论得奖，这简直是反人类罪，我不理解，他显然应该因为广义相对论得奖，也应该因为狭义相对论得奖，我的意思是从诺贝尔奖的角度看，狭义相对论和广义相对论，是两件可以分开的成果，所以广义相对论也是另一种同意，对没错，爱因斯坦意识到 [00:23:29]
Don Lincoln：如果你在一艘火箭里，而这艘火箭非常安静，并且正在加速，你会感觉自己像是在经历引力，所以就像你说的，当他意识到加速度和引力，给人的感觉非常相似时，那是他最快乐的时刻之一，让我惊叹的是，这个想法本身已经很妙了，可不知怎么的，他又引导他把时空这个想法，和加速度引力这个想法结合起来，并意识到他可以把引力，描述成时空的弯曲，时空像东西南北那样成为一个整体，这已经够难理解了，可现在他说，你拿起你的地图，把它弄皱弯折诸如此类，而这就是引力，这是一个惊人到，让人脑子炸开的想法，我想请你谈谈，你觉得产生这种想法的过程，是什么样的，在爱因斯坦的例子里，可能得从一个念头开始，如果引力本身就是时空几何呢，你必须有这样一个想法，对吧，对我觉得是这样，科学里有很多东西，首先当然是要知道，前人做过什么，还要种数学，因为数学能让你，推导出自己理论的含义，还要有纪律性，能跟自己争辩，也能跟别人争辩，因为大多数想法都是错的，但除此之外，还有你刚才说的那种直觉的火花，这种东西非常非常难创造出来，我们之所以崇敬这些人是有原因的，因为这是一种不寻常的特质，大多数人一辈子就算有这种，哈时刻也只有一次，这里还有一个微妙的问题，我相信你也一样，我也收到很多来信，来自一些很有创造力的思想者，但他们并不具备完整的历史知识，数学训练，以及必要的自我批判能力，所以他们会提出一些想法，而很多时候，你很容易看出这些想法，为什么走不通，因此，如果你想成为那个改变，我们看世界方式的人，光有想法本身是不够的，这些创造性的想法本身还不够，你还需要纪律性和批判能力，正是这些东西混合在一起，才会让你成为历史记住的天才，但问题是，在一群你可能会忍不住 [00:25:39]
Lex Fridman：称为疯子的人里面，可能真的有天才，很难分清谁是谁，我们也应该提一下，爱因斯坦自己一开始，也没看出量子力学里的天才之处，或者更准确地说，他没看出他是正确的
Don Lincoln：所以他能看出引力弯曲时空，这种疯狂想法的意义，但量子力学对爱因斯坦来说太怪了，公平地说，确实如此，对我来说也很怪，但问题是，即使这是真的爱因斯坦，也许在生命最后几年，一直想把电和磁，引力统一成一个东西，他没有成功，但他仍然是量子力学，非常非常有价值的批评者，不是说他不懂量子力学，他其实懂，他思考了他的含义，思考了量子纠缠这些东西，不是全部，但他会说，如果你们是对的，那就会推出这个结果，后来人们真的去实验，发现爱因斯坦从量子力学，推出的那些含义是真实的，于是他们可以说，看量子力学是真的，所以他是在非常深入的思考，他做的正是我刚才说的那件事，一边有那种灵光一线的想法，另一边也有批判，如果你能批判一个想法，你可能会把他杀死，每次我有一个自认为很brilliant的想法，结果被杀死，当然总是很沮丧，但一个想法被杀死，总比让他留在那里继续浪费时间要好，所以在这个例子里，他不是在提出那个eh moment，而是在说，好，我们拿你这个eh moment来看看，如果它是对的，那意味着什么，它意味着这个，这样别人就能去检验，所以他对科学进步的另一部分，做出了非常关键的贡献，科学进步不只是灵光一线，还要把想法反复敲打，测试它，批判它，确认它是真的，只有这些都做完之后，你才真正能确信自己是对的，这就是为什么科学是这么强大的工具，它包含那种对抗性的，甚至有点讨人嫌的批判，大多数人不喜欢这种东西，不喜欢别人说你的想法可能是错的，但这很关键，这是科学过程里关键的一部分，另外还有另一边的一句名言，我听你提过大意是，我相信你的想法很疯狂，但它够疯狂吗，我一直很喜欢这句话，对我们都同意你这个疯狂想法确实疯狂，但它够疯狂吗，所以确实需要在某种程度上 [00:28:02]
Lex Fridman：做这种疯狂的跳跃，但它必须有严谨性支撑，这些统一的努力也继续推进，我们一步步走向标准模型，而标准模型是20世纪物理学里，极其了不起的一部分
Don Lincoln：那你能描述一下这种统一吗，我们现在差不多要跳到1930年代左右，到那个时候，人们已经意识到，有四种彼此看起来没有联系的基本力，第一是引力，第二是电磁力，这两个大家相对熟悉，但还有另外两种力，只有在原子核内部才真正重要，所以大多数人对它们没有什么直接经验，一个是强核力，它把原子核束缚在一起，另一个是我们所说的弱核力，它负责某些类型的放射性，因为大多数人不会去摆弄原子核，也不会去摆弄放射性，所以他们不知道那是什么，但到30年代，科学家已经做了足够多的实验，也做了足够多的理论工作，可以说存在这四种力，这本身已经是一个胜利，我们在追求万物理论时，当然希望存在一种力，这就是我们说的统一，也许这四种力，只是看待同一种底层力的不同方式，但在30年代，我们当时的认识就是这样，有四种力接着往前走，到50年代末和60年代初，有些人在想，也许弱核力和电磁力，其实是同一种力，所以他们试图把这两种力合在一起，证明它们有关联，后来这件事成功了，他们能够证明，弱核力和电磁力，其实是同一种力的两个不同侧面，我们现在把这种力叫做电弱力，现在你在文章里读到的故事，也就是关于人们所说的，Higgs boson或者上帝粒子的故事，通常被讲得非常非常简化，因为在1964年，有三个小组六个人，提出了重要论文，讨论所谓的Higgs field，我一会儿会回头解释它是什么，Higgs field很重要，Higgs field很重要，但直到1967年，也就是三年后，Steven Weinberg和其他一些人才，真正把电磁力和弱核力统一起来，Sheldon Glashow，Abdus Salam和Steven Weinberg，成功统一了电磁力和弱核力，说明在高能量下，这两种力会合并成单一的电弱力，对吧，对那是在67年，大家都说这件事发生在64年，但其实并不是，它实际上跨了好几年才完成，不过好，你刚才说的是真的，Weinberg-Glashow和Salem证明了，在高能量下，电磁力和弱力是同一种力，但这里有一个问题，问题是电磁力的作用范围是无限的，我们知道这一点，是因为我们能看到，几百万光年之外的恒星，这说明这种力的作用范围，本质上是无限的，可是弱力基本上，在原小于质子大小的距离上，就已经不存在了，所以你说，他们是同一种力，可是一个能跨越整个宇宙，另一个连原子都出不去，这就太说不通了，最直接的想法就是，那我们刚刚已经证明，整个想法都很蠢，扔掉算了太荒唐了，也正是在这里，1964年的那些想法派上了用场，那么电弱粒是真的，电磁粒和弱粒却表现得这么不一样，这怎么可能同时成立呢，可能的方式是，这些粒是由一个粒子传递的，从一个亚原子粒子，传到另一个亚原子粒子，对电磁力来说，这个粒子是光子，对弱力来说，我们现在叫它们W和Z粒子，所以Higgs和他的同事提出的想法是，好电弱力是真的，那要怎样让它后来分成电磁力和弱力呢，答案是电磁力的传力粒子没有质量，弱力的传力粒子有质量，于是他们假设存在一个场，一个额外的场和电弱场有点不同，我们把它叫做Higgs场，Higgs场弥漫在整个空间里，关键在这里，有些粒子会和这个场相互作用，有些粒子不会会和这个场相互作用的粒子，就获得质量，不和这个场相互作用的粒子就没有质量，所以这个想法就是Higgs场给弱粒，粒子质量，但是光子像是在嘲笑Higgs场一样，它看不见这个场，所以它没有质量，我在这里也补充一下，用Perplexity查到的大图景是，Higgs场是一个充满整个空间的量子场 [00:32:24]
Lex Fridman：它通过和许多基本粒子的相互作用，给它们质量，就像你刚才说的那样，Higgs boson是和这个场里的联一，或者说激发对应的粒子，在现代粒子物理里，每一种粒子都对应一个无处不在的场，Higgs场就是这样一种标量场，意思是在空间中的每一个点，它只有一个数值，而不是一个方向，Higgs场和大多数其他场不同，因为即使在空的空间里，顺便说一句，这里的空是打引号的，空的空间里，它的平均值也不是零，这个非零的真空值，让它能够赋予粒子质量，我们讲一个更熟悉的东西 [00:33:03]
Don Lincoln：给这些话找一点直觉上的抓手，就在我们面前，现在有一个引力场，你看不见它，但它就在那儿，就在那里，看好了，如果我拿个东西，比如一支笔放在那里，它会感受到一个力，然后掉下去，很有动见，对吧，我知道，所以我们有引力场，也有这只有质量的笔，质量和引力场相互作用，于是它掉下去，现在，如果我们还有另一个东西，我这里有给你一个物体，好，威廉斯，很棒的行为艺术，来了太好了，这个东西有质量，我们把它放手，真神奇，它掉下去了，但当我们退一步，想想真正发生了什么，其实是这个东西的质量，和这里这个看不见的场，发生相互作用，这才给了它重量，现在我这里有一个粒子你看不见，但它在那里它没有质量，我把它放在那里，因为它没有质量，所以它感受不到引力，它还飘在那里，Higgs场本质上也就是这么回事，有些粒子，实际上有一种你可以叫做Higgs charge的东西，会和这个场相互作用能看见，这个场另一些粒子不会，这基本上就是你刚才读的那段话的意思，这件事挺有意思，因为在日常状态下，那里就有一个Higgs场，而且Higgs场不是零，就像引力不是零一样，粒子会获得质量，但在超高能量下，Higgs场的强度会变成零，所以不管粒子有没有质量，不管它有没有Higgs charge，只要Higgs场是零，它们就不会相互作用，也就没有质量，这大概就是，Weinberg, Salam和Glashow说的，在非常高的能量下，Higgs场是零，因为Higgs场是零，弱力粒子感受不到质量，所以它们可以像光子一样，以光速运动，这样一切就都说得通了，宇宙在大爆炸之后冷却下来时，情况就是这样，早期宇宙非常热，能量非常高，什么都没有质量，后来宇宙冷却到了某个温度，Higgs场打开了，在它打开的那一刻，它给弱力粒子赋予了质量，但没有给光子赋予质量，这就是我们说的电弱对称性破缺，这个词很闹口，但他说的只是在宇宙历史早期的某一刻，也就是大爆炸后10的-12次方秒，Higgs常打开了，粒子获得了质量，整个想法就是这样，还有一个很有意思的点，电弱对称理论本身不需要Higgs，因为它真正适用的是非常非常高的能量，但是为了让它在低能量下也能成立，你就需要修补这个理论，你修补它的方式本质上就是给这个理论贴上一块创可贴，Higgs理论就是贴在电弱对称，理论上的一块创可贴，正是这块创可贴把它修好了，因为它让粒子在低能量下获得质量，那么Higgs这块创可贴，也就是这个场，以及Higgs boson在实验这边，在证据这边是怎么起作用的，在发现这边它到底是什么，这个Higgs boson到底是什么，很好，我们从来没有直接看到过Higgs场，Higgs场是一个假想的理论上的东西，不过我们大多数厂其实都是这样，我们也从来没有看到过电磁厂，没有看到过引力厂，我们看到的是这些厂产生的效应，所以这些理论现在都叫量子厂，论量子厂的核心想法是，如果你有一个量子厂，这个厂可以像骨面一样振动，它不是真的和骨面完全一样振动，但它会在局部振动，也就是说你可以有一些特定的局部的振动，这些特定的局部振动，就是粒子，在电磁场里，这种振动就是Photon，在Higgs场里，这种振动就是Higgs boson，所以我们不能直接看到这个场，但我们可以激发这个场，让它振动，然后探测这些振动，Higgs boson，这个想法是1964年预测出来的，1967年它开始变得有用，然后科学家就开始寻找它，到2000年代初，人们开始觉得，我们已经建造出一部分，足够强大的粒子加速器，或者说强大到足以产生这些震动，并且探测到他们当时正在运行的加速器，是芝加哥附近Fermilab的一台大型粒子加速器，叫Tevatron，我们在那里让质子和反物质质子，以接近光速在非常高的能量下相撞，Top Quark就是1995年在这台加速器上发现的，但后来我们升级了设备每秒的碰撞次数，增加到10倍，能量也稍微提高了一点，我们让质子和反物质质子相撞 [00:37:40]
Lex Fridman：希望真的能找到Higgs boson，你能不能稍微往回退一点，从更大的途径来看，Fermilab有这台传奇的加速器，而且你和他也有一段个人故事，因为我有太多问题想问你了，其中一些我们等会会问，所以加速器这个想法，加速器的设计和物理原理，到底为什么能帮助我们理解和发现，粒子物理里的不同方面，你问这个我太高兴了，这个问题非常迷人 [00:38:08]
Don Lincoln：所有人都听过爱因斯坦的方程，E等于mc平方，可是没人真正知道它是什么意思，也许他们听说过，能量等于质量，质量等于能量，我也不知道，但大家都听过这个方程，这是整个科学里最有名的方程，但这个方程里面，藏着一个非常迷人的概念，能量和物质是等价的，实际上，你可以把运动的能量转化成质量，这件事我们已经知道很久了，基本上是在1928年，就被预测出来了，所以那是很久以前了，差不多快一百年前，而且它一点争议都没有，我们一直都能做到，最简单的情况，是拿两个没有结构的粒子，也就是说，最接近真正数学意义上的，小钢珠的东西，如果你让这两个东西相撞，一个方向带着巨大的能量冲过来，另一个方向也带着巨大的能量，冲过来两个方向相互抵消，所以整体的动量，也就是这套系统的静运动是没有运动的，你有两个东西带着完全平衡的能量冲进来，如果它们碰撞,它们可以停下来，那这些能量必须去某个地方，这些能量可以真的创造出质量,创造出粒子，当然,如果两个东西碰到一起并产生一个粒子，这里面有一些特殊规则，它必须同时产生一个反物质粒子来平衡，这就是自然法则的规则，为什么会这样?，我们有一些想法，但在很多层面上答案就是，因为宇宙的法则就是这样，而这正是我们试图理解的东西，但这件事绝对是真的，所以粒子加速器做的事情之一，就是把能量转化成粒子，基本上任何自然界里不存在的粒子，我们都可以用这种方式制造出来，你可以制造反物质电子方法，就是拿两个粒子让它们相撞，能量停在那里，然后它会产生一个电子和一个反物质电子，它就是会这样发生，我们知道反物质电子是在1932年发现的，这些都很简单，反物质质子是1955年在Berkeley-Bavatron发现的，所以这就是我们做的事，你可以把能量转化成一对物质和反物质粒子，反过来也成立，这是我们可能会谈到的另一件事，你可以把物质和反物质放到一起，它们会产生能量，这个过程可以双向发生，能量可以产生物质和反物质，物质和反物质也可以产生能量，这就是真的，我们一直在做对此没有任何疑问，我们也应该提一下，这就是为什么Fermilab会有一批不错的反物质，粒子库存，作为副产品你也可以用这种方式收集反物质，当然你可以制造反物质，但成本极其高，非常非常高，在Fermilab的机器上，我们得把十万个质子，撞到某个东西上，才能制造出一个反物质质子，所以这确实要花不少功夫，有没有某种极其精确的配方，可以用来制造特定种类的粒子，诸如此类，当你把两个东西撞在一起的时候，你能不能准确控制自己，想产生哪一种粒子，如果你想制造反物质电子，只要在某个特定能量下，把粒子撞在一起就行，电子更容易，因为据我们所知，电子内部没有别的结构，所以它们很简单，有一个确定的质量就是这样，所以只要用合适的能量，把粒子撞在一起，就能很容易地产生它们，这有点像老式收音机，要把旋钮调准，调到电台上，你就能听到信号，偏一点就不行，像质子这类东西，问题在于它们不是点状粒子，它们有点像装满东西的垃圾桶，所以制造反物质质子非常困难，当然，如果提高两个粒子相撞时的能量，你可以得到更多反质子，如果能量低于某个域值，比如你用比较低的能量，让两个质子相撞，那就没有足够能量制造反质子，所以它不会发生到了，某个能量，你刚好能制造出来相撞能量越高，制造出来的就越多，大致就是这么回事，能量越高越好，那如果比较CERN和Fermilab，我这里可能查一下 [00:42:24]
Lex Fridman：Perplexity CERN的加速器，也就是大型强子对撞机LHC，是世界上能量最高的质子对撞机，而Fermilab现在和规划中的加速器，重点是为中微子物理提供高强度质子素，对吧
Don Lincoln：不是去冲击绝对能量前沿，这里的绝对能量前沿，意思就是把质子撞在一起时，尽可能达到最高能量，对我们刚才说的是积累反物质，是的，那通常指的是制造反质子，而不是泛泛地制造所有粒子，所以我们先聚焦在反质子这件事上，Fermilab现在已经不制造反质子了，我们在2011年停止了，因为我们关闭了大型加速器，转而专注粒子物理的另一个方向，不过在当时，我们会用能量为120Gbps的质子去撞击，在这个过程中制造反质子，所以那是非常高的能量，没错，CERN的那台大型加速器，现在能量比当年的Fermilab加速器高很多，这没问题，但他们不是用那台机器来制造反质子，所有这些大型数流实验室都不是只有一台加速器，在Fermilab当时有五台不同的加速器，它基本上像开一辆老式手动挡汽车，你不能在一台加速器里直接从零加速到超高速，必须从一台换到另一台能量一级一级提高，在CERN他们用的基本上是整个大型加速器系统里的二挡，来制造反物质质子，那台加速器只有26GW，而Fermilab当年是120GW，Fermilab现在不运行了，但它运行的时候，能量大约是CERN，现在用来制造反质子的四倍，为什么会这样呢，这是因为CERN，现在需要做的事情，不是像Fermilab当年那样，制造那么多反质子，他们现在的实验项目，非常不一样，他们在做一个，很有意思的实验项目，其中包括想弄清楚，反物质在重力下，是往上掉还是往下掉，这挺有意思的，其实我们大概知道答案，不过那是另一件事，不管怎样，回到反质子这件事，Fermilab现在不做了，它当年是老大，现在不是了，现在唯一真正大型的反质子制造装置，是CERN的一台小型加速器，这就是反质子这边的情况，如果我们再回到反物质，还可以继续聊，因为那真的很酷，但你刚才问题的另一部分，是关于制造高能的未知粒子，这个问题上，越大越好，LHC确实是一台能量非常高的机器，从每次碰撞的能量来看,它大约强7倍,它每秒的碰撞次数也大约是Fermilab那台机器的100倍。所以确实,LHC能制造出更大更重的粒子,这是老Fermilab的Tevatron永远做不到的,这是真的。所以如果你想研究高能的东西,那现在当然要去CERN,这也是为什么我很多同事包括我自己,，在我们觉得已经用Fermilab加速器，完成了所有能做的前沿测量之后，就看到了这台更大更强的机器，它的能量是7倍，每秒碰撞次数是100倍，我们就说，那当然要去做这个，给你一个尺度感，Top Quark是迄今发现的最重粒子，1995年在Fermilab被发现，当时有两篇发现论文，其中我共同署名的那一篇，我们花了大概六个月到一年，收集碰撞数据，碰撞很多，我们的论文里有38个，Top Quark候选事件38个，而且我们知道其中一半是垃圾，因为你做这种探测器的时候，会有所谓的背景，所以你有背景，也有真正想要的信号，我们知道大概是一半对一半，所以在花了六个月到一年，收集数据之后，我们可能只有19个Top Quark，但现在在LHC，我们每秒都能产生一个Top Quark，这就是更高能量，每秒更多碰撞能带来的结果，能量多出来以后，你超过了预值就能大量产生它们，把1995年的Fermilab加速器，和现在CERN的加速器相比，现在每秒碰撞次数大概是1000倍，所以它从过去那种像拔牙一样，艰难的筛出来，变成了现在TopCore，反而成了背景，我们还得想办法把它们去掉，它们太多了，会妨碍我们寻找真正想找的东西，也就是说30年前，顺便问一下，这里的信号处理，是不是也很有讲究，比如你怎么去掉噪声，怎么去掉背景，怎么判断哪个粒子是哪一个，这里面可能有很多非常细的门道，哪怕已经超出我们这次谈话的范围，我先抛几个数字，CERN的加速器运行的时候，碰撞发生的速率非常惊人，我们每秒大约有十亿次碰撞，十亿是billion，这个量级每一次碰撞都，哇对对，我当时也是这么说的，哇实际上有些碰撞是同时发生的，所以每秒大概有四千万个时间点，你可以理解成拍一张照片的瞬间，而在这个瞬间里面可能有二十次碰撞，所以这样加起来就到了十亿，但你能不能把每一次碰撞单独定位出来，某种程度上可以，人们想到树流的时候往往会想到激光束，但粒子束其实不是那个样子，粒子束更像一小根意大利面只是细得多，没有意大利面那么粗，在LHC不同加速器情况不一样，它们大概有这么长，于是有一束充满质子的树流往一个方向走，另一束充满质子的树流往相反方向走，然后它们彼此穿过，当它们穿过彼此的时候，你可以把它想成一群蜜蜂，对这里是一群蜜蜂，那里也是一群蜜蜂，大多数蜜蜂只是互相穿过去，什么也不发生，但偶尔会有几只蜜蜂，正面撞上鼻子，条纹翅膀全撞在一起，非常精彩，到处都是东西，很精彩很精彩，所以当它们彼此碰撞穿过的时候，一次碰撞在这里，一次碰撞在那里，还有一次在那边横向上，你看不出太多，因为树流非常小，差不多只有一根人的头发那么粗，但沿着树流方向你能看出来，长度大概就是这个量级，我们在周围放上探测器，真的可以看到粒子是从这里来的，粒子是从那里来的，这很惊人，所以在任意一次数流交叉里，可能有20次碰撞，现在大多数碰撞都非常无聊，之所以无聊是因为，它们体现的是，我们已经非常了解的物理，我们已经测了几十年，全都知道了，也就不关心了，我的意思是，我们可以很平淡的说，哦对，我们每秒制造，10亿个亚原子粒子，那又怎样，因为这就是，前沿科学家的状态，你真正需要做的，是挑出那些有意思的，奇怪的，以前没人见过的事件，所以这些树流发生碰撞，而我们在巨大的探测器里，把碰撞点包围起来，LHC有两个极其巨大的探测器，一个叫CMS，也就是我所在的那个，另一个叫Atlas，那是另一个，我们一般不提它，因为开玩笑，它们两个都非常了不起，很高兴知道，就算在CERN内部，也有这种友好的竞争，是的，这很棒，事实上他们两个都非常了不起，绝对非常了不起，探测器对吧，不过CMS只是比另一个稍微酷一点，对对我的意思是，在粒子物理里，我们真的非常希望竞争对手做得特别好，只是不要比我们做得好，明白了，好所以这两个巨型探测器，对不过其中一个我们的探测器，CMS探测器是小的那个，它长70英尺高50英尺宽50英尺，它有五层楼高，重14000吨小的那个Atlas，实验室长150英尺，直径80英尺，但只重7000吨小菜一碟，你可以把Atlas探测器，放到一个soccer或football球场上，放四个就能把球场填满，只在边线还留一点空间，给啦啦队递水的人教练之类的，这就是它们有多大，所以这些探测器真的是巨大无比，基本上它们就是相机，能每秒拍4000万次照片，所有数据都会从探测器里源源不断地流出来，而我们不可能全都记录下来，这些数据会把我们的磁带全塞满，而且里面大多都是我们不关心的无聊事件，所以我们的做法是，当两束粒子相互穿过时，我们会训练探测器，让它只挑出某些可能有意思的形态，比如探测器里出现一大团能量，或者一边有一大团能量，另一边什么都没有，或者出现四团能量之类的，这些东西叫triggers，所以我们有一套高速电子系统，会从每秒4000万张可能的照片里判断，大概有10万张，很有意思，值得再看一看，然后它不会把4000万张全传下去，而是把这10万张传到下一层，下一层是商用处理器，上面跑的基本就是我们最终的分析，代码只是做了优化，可以跑得非常非常快，他们会做一次非常快速比较粗糙的分析，进一步筛选什么，值得保留什么不值得保留，然后这个计算机系统，每秒大概接受1000次碰撞，我们会把这些记录下来，留作后续分析，所以真实发生的事情就是这样，每秒5000万次可能的碰撞里，先由高速电子系统，再由计算机挑出其中1000次，然后我们把这些事件送进分析软件，再交给研究生，让他们一个个翻找，去找出那少数几个，可能通向下一个诺贝尔奖的事件，这套流程就是这么运作的，而且这真的非常惊人，我向建造加速器的人，建造探测器的人，让软件正常运行的人致敬，还有那些让数据在全世界无缝流动的人，那不是Gigabytes，也不是Terabytes，而是Petabytes级别的数据，真的很了不起，我非常感激，带我回到2012年7月4日，Higgs boson被发现的那一天，这件事特别有意思，因为寻找Higgs boson的人，其实是一个共同体，整个共同体都知道，LHC要上线了，所以虽然我们很多人，一直在Fermilab的加速器上工作，但也有很多人，正在转到CERN的加速器上，所以我们处在一种，很奇妙的状态里，一方面戴着Fermilab探测器，团队的帽子，拼命想在Fermilab，找到Higgs boson，另一方面又戴着CERN的帽子，知道如果Higgs boson存在，CERN是有能力找到它的，所以我们有点神经质，我们既希望老设备能成功，而两个实验里又都有非常多的人参与，你当时有没有感觉这两个地方里会有一个先找到Higgs，第一你觉得Higgs boson存在吗，第二你觉得这些加速器有机会找到它吗，我很清楚，Higgs boson也可能不存在，但当时有很多证据都指向它可能存在，我知道Fermilab加速器和CERN加速器这两个实验，如果Higgs存在，要么能找到它，要么能把它排除掉，排除掉，对，这也是一种可能，也许Higgs理论是错的，在你真正知道它存在之前，它就有可能是错的，就像暗物质，大家都在谈暗物质，但它也可能不是真的，我是说它很可能是真的，但也可能不是，所以你知道，在这些能量水平下，你们应该能够找到Higgs boson，对，没错，这类物理好就好，在这里因为有一个理论，而这个理论会给出预测，当然理论里有一些参数，比如如果质量是这个数，我们会看到这种东西，如果质量是那个数，我们会看到那种东西，但我们可以对每一个能想到的Higgs质量都做计算，然后我们就可以去搜，比如说假设Higgs的质量是某个单位下的100，我们在那里看到了吗，没有，那它就不是100，那再看103，它在那里吗，没有我们就可以这样做,两台加速器都可以找到它,或者明确排除简单Higgs理论的预测,这一点是百分之百有把握的,但是CERN的加速器每秒碰撞次数是10倍,能量是3.5倍,所以还记得我说Top Quark的时候吗?那大概是19个时间要跑6个月,而另一个是一秒一个,毫无疑问,形式已经很明显了。LHC找起来会轻松得多，如果它是真的的话，但是我是Fermilab的科学家，我们希望Fermilab赢，我们当然希望Fermilab赢，所以我们非常拼命，我们已经做了，我刚才说的事排除了一些区域，我们有一些质量范围，知道它不在那里，最后我们说，如果存在Higgs boson，而当时我们还不知道它是否存在，那么它的质量，大概在某个范围里，我记得好像是在120到145之间，其他范围我们都排除了，所以戴上CIREN的帽子，我们会说，好，那我们会在那里找到它，但我们当时真的非常非常努力，想在Fermilab做到这件事，如果当时Fermilab的加速器，还能再运行两年或者三年，Fermilab本来就会发现，或者排除掉西格斯波色子，按后来结果看，是会发现它，因为它是真实存在的，我们肯定能找到它，这一点毫无疑问，但在2012年7月，我们的数据还不够，我们还需要再多几年，不幸的是，或者也可以说幸运的是，LHC在2008年启动了，后来它坏了，必须修好，然后在2010年再次启动，2011年它运行的不太好，到了2012年，他们就撸起袖子说，来吧干这件事，于是它真正跑起来了，所以Fermilab当时知道，如果现在还没有结果，那就太晚了，到了2012年，CERN的发布会是在7月4日，大概两天前Fermilab做了一次测量，说我们可以排除某些区域，但还有一些区域排除不了，但我们知道一件重要的事，如果希格斯波色子存在，它一定就在这个区域里，而这个区域我们当时还没有能力排除，所以在LHC说我们找到了之前两天，我们就处在这个位置，那一天是2012年7月4日，所以探测到希格斯波色子就确认了，希格斯场的存在，也就是在标准模型里，电子夸克这些基本粒子，获得质量的机制，对不过我们要说得非常准确，我们当时找到的是一个，与希格斯波色子存在相一致的粒子，当时还有其他理论，预测的不是一个希格斯波色子，而是多个希格斯波色子，比如有一个叫超对称的理论，它说不是一个，而是五个希格斯波色子，最初的1964年标准,希格斯理论说只有一个,所以我们当时真正知道的,只是我们找到了一个例子,我们并不一定已经确认希格斯是对的。我们找到的数据表明看起来希格斯是对的,但在继续运行更久之前,我们还没法排除其他替代理论。情况就是这样，现在随着时间过去，毕竟已经过去大概14年了，我们基本上已经能够排除，其中一些其他可能，到现在我们已经验证了很多东西，我们测出了这个粒子的质量，我们知道，希格斯波色子的自旋，它的自旋是0，我们也发现了希格斯波色子的衰变，它倾向于衰变成在能量守恒，允许范围内最重的粒子，它不能衰变成顶夸克，因为它太轻了，没法衰变成顶夸克，但它可以衰变成底夸克，它可以衰变成，W和Z粒子，也可以用一种很奇特的方式，衰变成光子，原始希格斯理论假设的，所有衰变方式，我们都去寻找过，而且我们验证了，它确实会按那些方式衰变，衰变率也符合理论预测，所以到了现在，我可以比较放心地说，Peter Higgs，Robert Braut，Francois Englert，和他们的同事，在60年代就是对的，但在7月4日那天，我们还不能确定，我们当时只知道，我们找到了一个相一致的粒子，关键是这类发现，往往只是刚刚够得上发现，要做更复杂更细致的测量，需要时间，我们后来做的就是这些事，我记得当时它被称为上帝粒子，你还俯修过神学，所以把这些放在一起看 [00:58:59]
Lex Fridman：叫它上帝粒子，是在强调发现这个粒子的重要性，或者潜在的重要性，你觉得这种说法在某种程度上合理吗，如果我们看他对物理学史的巨大影响，找到他并证明希格斯场是真实存在的 [00:59:11]
Don Lincoln：到底有多重要，我不认为他像爱因斯坦的一些成果那样重要，我的意思是，他是一个重要的预言，就像夸克的预言非常重要，非常有意思一样，验证希格斯有点像验证，夸克确实存在，他是一个重要的台阶，我绝不想以任何方式贬低它，但有些发现会改变我们看待世界的方式，就像爱因斯坦做的那样，希格斯不是那一类，这里还有个有趣的故事，之所以叫它上帝粒子，是因为Leon Letterman写的那本书，如果你读他的书，他会说我们叫它上帝粒子，但其实应该叫它该死的粒子，因为我们为了找他吃了太多苦头，Leon曾经领导Firma Lab，他还给我的一本书写过前言，我和他聊过，他是个非常有意思的人，真相其实是那本书叫上帝例子，真相其实是那本书叫上帝例子，是因为他的出版商觉得这样能卖出更多本，但这个叫法后来进入了记者等等人的思维里，于是大家就叫他上帝例子，Leon本人从来没有真的觉得他和宗教有什么关系，甚至可以说他就是一个特别爱开玩笑的人，说他是该死的例子，它确实是我们宇宙模型里非常重要的一部分，也就是说存在这样一个场，它让一些粒子获得质量，而另一些没有，对这是一件大事，但它是标准模型的一部分，标准模型里有已知的粒，有已知的粒子，有所有这些东西，关于希格斯波色子，有一点是真的，它是标准模型里最后一个还没有被验证的部分，标准模型并不能回答所有问题，这也是为什么物理学里还有未解之谜，但它像是大约50年发现和寻找历程里的一个句号，我们终于能够说，标准模型虽然不完整，但就它覆盖的范围来说，基本是对的 [01:01:07]
Lex Fridman：现在朋友们回到我和Don Lincoln的对话，我们快速回顾了一遍，物理学史还稍微岔开讲了，希格斯波瑟斯这个惊人的发现，但我们还没有讲到尽头，这里还有一个梦想，就是大统一理论，GUT
Don Lincoln：它是通往TOE，也就是万物理论的一部，所以我们能不能先聊聊，GUT里到底包含什么，GUT是Grand Unified Theory的缩写，也就是大统一理论，我们前面说过，已知的亚原子作用力有四种，电磁力引力强力和弱力，电弱对称统一，把弱力和电磁力合并成了电弱力，所以GUT想做的，就是把电弱力和强力，合并成一种大统一力，这会把引力留在外面，因为引力看起来在根本上，和其他作用力很不一样，之后人们希望，在更高能量下，我们能把所有已知的亚原子作用力，也就是强力弱力电磁力，再加上引力，合到一个万物理论里，所以就像你说的GT，有点像通往终点路上的一个中转站，这就是目标，不过到目前为止，我得说，我看不到短期内会有很快的进展，我觉得我们离那一步还很远，你是说在引力这方面，也许我们会想出，某个特别酷的东西，我们在80年代初，确实有过一些想法，也做了检验，但结果没有成功，说到这个，你指的是弦理论，对吧，弦理论认为粒子，是非常微小的振动弦，这里说的微小，是极其微小小 [01:02:38]
Lex Fridman：到普朗克长度这个尺度，另外还有一些主要候选理论，比如圈量子引力，也可能还有一些，正在发展的替代理论，所以你能不能再多讲一点，你觉得万物理论，真的存在吗
Don Lincoln：我个人认为确实有一些规则，支配着物质能量空间和时间，这些规则大概还包括一些，我不了解的现象，但我确实相信，有某种规则在支配现实，所以从这个意义上说，一旦我们理解了支配现实的基本规则，那就会是一个万物理论，当然有些东西是我们无法知道的，比如黑洞里面是什么，我们不知道，但这并不意味着黑洞里面没有东西，所以我们能知道什么和真相是什么，这是两回事，我确实相信存在这些规则，也相信只要有足够的时间，技术和努力，我们最终能把这一切弄明白，但这不会发生在我的有生之年，也不会发生在我孙辈的有生之年，甚至不会发生在他们孙辈的有生之年，等等等等，这可是一个很强的判断，对吧，你等于是在说，我们离找到万物理论，还有50年到100年，从统一引力到统一电磁学花了200年，从统一电磁学到统一电热力又花了100年，你可以说从200年变成100年了，所以速度在变快，但问题也在变难，因为统一尺度大约是10的15次方，算一下的话，那就是比我们今天能建造的最高能量加速器，还高1000万亿倍，这已经不是同一回事了，我们正在遇到收益递减，粒子加速器的能量，大概每20年提升7倍左右，而现在我们要达到1000万亿倍，如果你真的相信，每20年提升7倍，那我们说的就是大概500年，但这有点像摩尔定律，不可能永远持续下去，我们不可能每20年都再提升7倍，所以是的，我认为这会是非常非常久以后的事，这是我的预测，当然有些人乐观的多，我们也可以聊这个，我们其实也应该提一下，你这个直觉背后，不只是说我们能不能提出一个 [01:04:48]
Lex Fridman：漂亮的看起来内部自洽的理论，还必须有一个理论，能给出可以证伪，可以测试的预测，对吧，而且还得有一种工程上可行的装置，或者一种方法能设计实验，去检验那个预测 [01:05:02]
Don Lincoln：所以我觉得你说这可能是，50年100年200年以后的事，这个直觉也许更多是在说，后半部分你需要有实验，是的，不过说到Superstrings，我还没有回答那个问题，这个先放一下，Superstrings是一个很迷人的想法，我不相信它，但我喜欢它，我希望它是真的，有一句很实在的格言，说你绝对不该相信，自己以为是真的东西，所以就算你觉得Superstrings是真的，也不该相信它，因为它还没有被检验，假设Superstrings是正确的，我的意思是作为假说，它正确百分之百正确，但我不知道它正确，所以我不在乎，它可能是对的，但在得到验证之前，它只是一个很大胆的猜测，所以我们必须有办法验证它，因此经验检验这一面很重要，你明天醒来，可能想出了一个完美理论，但如果我没法证明它，我就不在乎，如果我们沿着The Great Course里，关于现代物理证据的思路来想，我们谈的是能级，还有极其微小的粒子 [01:06:07]
Lex Fridman：到了那种程度，我们要做的预测，可能就不是加速器类型的预测了，所以要建一个加速器来探测类似string的东西，可能是不可能的，那就必须对宏观尺度上的行为做预测，那是另一种可能，这是一种不同类型的预测，我们甚至有没有直觉知道这类预测会是什么样，当然其中一条直觉线索跟黑洞有关，在起点那里，黑洞物理把广义相对论和量子力学的某些元素结合在一起，所以在那里也许可以做出某种预测，但你没法真的去摆弄一个黑洞，你不可能在实验室里造一个黑洞
Don Lincoln：而我们说的那些能量，那些尺度位于黑洞内部，那里本质上是你永远看不到的地方，你只能看到黑洞外部，看不到黑洞内部，你刚才说了一件极其重要，也极其正确的事，它大概不会发生，但仍然是一个好方向，所以谈superstrings的时候，我们有两个选择，第一种，SuperString是正确的，它在Planck能标上做出预测，那我们就得想办法，建出能产生Planck能量的设施，第二种，这个理论目前只适用于Planck能标，但有人想出办法，把那些方程拿来用某种方式求解，比如预测出电子的质量，这件事很难，我不是String Theorist，所以我不能告诉你这有多可能，但我可以告诉你，他们从80年代就开始做这件事了，到现在还没走出多远，另外,我觉得可以公允地说,String Theory仍然是一个比较模糊的想法。这么说不太公平,但我解释一下为什么这么说,因为他们手里有的是近似方程的近似解光。这一点就说明,我们离真正掌握它还差得很远。当然也许外面有某个聪明的年轻人，可能此刻正在听这个播客，他能想出办法，把Superstring Theory，用可处理的方式求解，让他从目前适用的尺度，一路给出今天可测尺度上的预测，如果那真的发生，那我可能会收回我的疑问，或者说收回我的看法，但我有理由认为，那大概不是真的，大概行不通，这个我很喜欢，我们先往回说，我给Oxford写过一本书叫，Einstein's Unfinished Dream，Einstein未完成的梦，就是提出一个，Theory of Everything，之所以叫未完成，是因为它确实还没完成，那本书副标题的后半句是，通往Theory of Everything的实际进展，重点在实际，因为当你读关于，Theory of Everything的书，看播客，听YouTube视频之类的内容时，他们往往是理论家写的，理论家是有大想法的人，他们非常非常聪明，但他们常常缺少一种务实感，他们会说Superstrings里面有这些微小的振动东西，这不是很酷吗，可是你必须走到下一步，你真的知道它吗，所以我们假设Superstring Theory，或者某个类似的理论是正确的，它应该出现的能标，大约高出我们现在能达到的能量，10的15次方，也就是10的19次方，Ego，我们现在大概能做到10的4次方，上下差不多，所以差距是10的15次方，也就是高出一千万亿倍的能量，我们现在做的事，是用我们最好的测量去观察世界，然后把结果外推到高出一千万亿倍的地方，试图找出一个能解释一切的理论，我有几个类比，但我喜欢这个，假设你是两百万年前，在非洲的某个南方古园，在肯尼亚某个地方到处走，你的身高大约一米，所以你能走一米，一米尺度就是你的尺度，你也可以向各个方向走十米，那是30英尺没问题，你可以走100米大概300英尺，可以走1000米大概半英里，可以走1万米大概6英里，10万米就是10的五次方米，这就不太可能了，但我们要从现在能看到的尺度走到Planck，尺度差的不是10的五次方，而是10的15次方，所以在我的类比里，想象一下这个在非洲四处行走的人，如果他走个100英尺之类的地方，看到的东西大体还和原来差不多，他可以对自己会看到什么做个预测，等他到了那个新地方，大概率也还说得过去，但如果他开始往东走500英里，那他在非洲中部走来走去，根本不会有印度洋这种概念，他绝不会预测到抹香经或者克拉肯，他也绝不会预测到海洋深处是什么样，如果往北走他人在非洲，绝不可能对阿尔卑斯山或者南极洲有任何概念，哪怕距离小一点，比如往上走一英里，情况不会差太多，但如果往上走十英里，他会无法呼吸，还会冻僵，如果往上走一百英里，他会死，如果往下走两英里，他会被烤熟，重点是，我们就像那个南方古猿，我们有一个自己能研究的范围，甚至可以在某种程度上预测，如果离开这个范围，一段距离会发生什么，但我们走得越远，我们基于本地经验做出的预测，就越不能代表那些更遥远尺度上的真实情况，所以基本上，它关于世界的理论会完全不靠谱，就算它有最好的理论，它的理论也预见不了，阿尔卑斯山预见不了企鹅，对吧，火烈鸟也不在那，事实就是这样，现在我们做的事情也是这样，我们拿着某些东西，确实有理由理解我们已经知道的内容，也可以预测十倍或者一百倍之外的情况，但我认为，如果以为凭我们现在从测量中得到的理解，就能把它外推到比现在能看到的能量高一千万亿倍的地方，那简直是傲慢到了极点，所以我的看法是，这也部分，因为我是实验物理学家，想要朝万物理论取得真正实际的进展，正确方式是去看那些我们现在还没有答案的问题，比如有没有比夸克更小的东西我不知道，暗物质是真的吗，我不知道，如果它是真的，那它是什么，我不知道暗能量是真的吗，是的，大概是真的，但我不知道空间和时间的本质是什么，但这些问题是我们可以探索的，我会预期，而且这是我的预测，我们会把现在能做到的事情，提高十倍或者一百倍，把一些问题弄清楚，我们也许能在我孩子们的一生里，做到这一点，但如果要让我们预测到，一千万亿倍更高的尺度，我相当确定，超弦理论是错的，不是因为那些人不聪明，而是因为中间一定会发生新的事情，我的意思是，如果你在谈化学，你绝不会预测到核物理，而那只是能量上的一小步提升，对吧，原子核里面有某种东西让太阳燃烧，这个想法本身就不是从化学里自然能推出来的，过去人们不相信是有原因的，他们算过太阳应该有多老，结果太阳应该只有一千万年，否则早就烧完了，可这显然是错的，而错的原因就是核物理，所以我才会相当有把握的说，有人可能会想，超弦也许是对的，或者类似的理论也许是对的，也许它确实是对的，我也希望它是对的，它要是对的那会非常棒，但问题是，你只拿着这么短的杠杆臂，却要外推到一千万亿倍之外，然后说是的，我们搞定了这个概率有多大，我的回答是，你开什么玩笑，当然我可能错，我承认我可能错，但这就是为什么我认为，真正的问题不在于人类够不够聪明，而在于还有一些东西我们没发现，我们不知道说个简单的例子，我说它简单，但其实并不简单，暗物质是什么，我们毫无头绪，真的毫无头绪，我们知道很多它不是什么，但我们不知道它是什么，所以你要谈超弦，好吧，也许暗物质能放进超弦里，也许暗物质受一种物理支配，而那种物理和超弦概念，完全背道而驰，这里允许我做一个小小的思想实验，一个简短的想法 [01:14:24]
Lex Fridman：我的直觉是，当你提出一个万物理论时，你想做出的那种预测，需要一种概念理解上的跃迁，就像爱因斯坦当年做的那种跃迁，比如你想提出类似时空这样的概念，然后说引力，当然会弯曲空间，弯曲时空，所以关键不只是，你有一个漂亮的数学框架，而是这个框架能让你重新思考自己如何看待现实，重新思考到足以对宏观世界做出预测
Don Lincoln：我的意思是，你得提出类似时空这样的东西，比如有一种想法说，空间和时间并不是真实的，它们是从商里涌现出来的，这就是一种新的思考方式，也许这里面有一定道理，我也希望有人去思考它，我也希望有人去思考它，但说到底它还只是一个想法，真正关键的地方就在这里，就像你说的，它必须和宏观世界联系起来，你必须验证它，如果不能验证，那它就是一个疯狂的想法，理论学家非常有创造力，很聪明，也非常有意思，但我不在乎这些，我想要的是一个测量结果，能验证这个想法，因为这样的想法太多了，你要是读期刊，会看到大量理论，论文里面全是各种很巧妙的点子，最后都死掉了，最近有一个我挺喜欢的想法，也许现在仍然可能是真的，他说的是暗物质，我们对暗物质的简单模型是，宇宙里有一种很重的亚原子粒子在到处飘，它产生了引力效应，但有人说，也许存在复杂暗物质，意思是可能有一整个暗部门，所以会有暗原子，它们彼此之间也会相互作用，这是个很巧妙的想法，我很喜欢它，曾经火过一阵子，我们也研究过它，也许仍然是真的，但那些简单版本基本上已经被否定了，因为我们测试过结果行不通，还有类似的例子，有人讲过大额外维度，为什么引力比其他力弱得多，一种说法是，也许引力可以溜进比其他力更多的维度里，它会泄漏到那些维度里，这是个很酷的想法，但重点就在这里，你会不断看到这些漂亮，很酷很有意思的想法，然后它们又不断死掉，所以我当然希望某个新的巧妙想法，就是那个正确答案，但我不知道怎么从这场错误想法的飓风里，把它挑出来，这其实就是科学真正的美，确实是这样，理论有时候会拿到一些荣耀，但真正的美来自实验，来自证明这个理论是正确的，科学有两个方向，你说的是自上而下，有人提出一个宏大的想法，而且这个想法可以测试，但科学推进还有另一种方式，不是先有一个理论，然后再去测试，而是有人说，咦这很奇怪，比如30年代的Fritz Zwicky，或者1970年代的Vera Rubin，他做的事情很简单，他问星系旋转得有多快，因为这是一件很容易计算的事，你真的可以用高中物理算出来得到一个答案，然后你去测量发现答案不对，于是你就会说，哇咦我不知道这是什么，正是这件事引出了暗物质假说，暗物质不是万物理论，但它是一条线索，是一条很强的线索，我们应该顺着这根线去拉一拉，也许我们整个理论大厦会因此散开，也许不会，也许它只是一个小毛刺，我们可以修补，现有理论，我不确定，所以另一种选择，就是去看很多非常精确的测量 [01:17:54]
Lex Fridman：找出那些结果和既有理论预测不一致的地方，那就是线索，在离开这个话题之前，我们得聊聊显理论，你怎么看它基本上已经死了吗?，按我的理解,，显理论的一个主要缺陷,，除了我们刚才说的无法测试实验之外,，还在于它依赖这些没有被观测到的额外维度,，原本大家希望它能以某种唯一的方式解释我们的宇宙,，但结果发现这里有所谓的景观,，也就是一个巨大无比的可能性景观,，至少在某种意义上,，这让这个理论基本上失去了预测能力,，因为它可以描述各种各样的宇宙,，所以你就可以选择调解它 [01:18:34]
Don Lincoln：让它描述我们的宇宙，我在一定程度上同意，但我会把问题拉回到我之前的反对意见上，超弦理论在目前的形态下，确实允许数量极其庞大的可能宇宙，除了额外维度这一点之外，那在某种程度上还算小问题，但如果我们能够把这些预测拿出来，并且以某种方式和物理测量联系起来，那我们就可以砍掉那些备选项，我们会把它们扔掉，说这些就像一个方程，比如x加5，我可以往里面放任何数，好像都无所谓，但如果x加5等于9，那我就排除了除4以外的一大堆数字，所以弦理论确实允许很多预测，但如果我们能通过和测量结果相连来排除它们，那它就不再会这样了，我们会修改弦理论，同时保留振动弦这个概念，我真的非常喜欢这个概念，我的意思是我真的很喜欢，但在我们能够验证它之前，我们做不到，所以你问，它死了没有，在我看来要杀死这样一个理论非常困难，我的意思是真正彻底的杀死它，因为杀死意味着它做出一个预测，然后预测失败，但可能发生的事也是正在发生的事，是人们从70年代就开始研究它了，也就是说大概已经有50年了，人们研究了50年，它还没有解决问题，所以我觉得现在发生的是，人们看着它，然后说，我想把一生都花在这个方向上吗，而且很可能三十年之后，我们也不会比现在往前走多少，这很像二十世纪四十年代，人们开始思考量子力学，到底意味着什么的时候，我小时候也就是七十年代，也想研究这个问题，但后来我读研究生时，意识到很多非常聪明的人，比我聪明的人，已经把大半辈子都花在这个问题上了，却没有取得确定性的进展，所以作为一个想回答问题的科学家，你必须做选择，我真的要去挑战一个，难道在我有生之年，都可能得不到答案的问题吗，我觉得很多超弦理论，现在就是这种情况，人们会说它真的很漂亮，也许是对的，但我不想把一生投入到一个，我可能一辈子都看不到进展的东西上，你怎么看那些替代理论，你觉得里面有什么有意思的吗，很多这类理论都有非常热情的支持者，他们有粉丝，很多人喜欢他们，但他们没有做到科学需要做到的事，也就是提出预测，不过loop quantum gravity有点不一样，它发展的更成熟一些，而且它不是万有理论，这一点我们要说清楚，loop quantum gravity不是万有理论，它只是一个量子引力理论，仅此而已，他并不试图把所有已知的力都包括进去，他只是想处理引力，现在的引力理论，本质上把空间看成平滑，连续的对你那些懂数学的观众来说，在爱因斯坦的广义相对论里，引力是可以无限细分的，没有最小的一份，所以本质上微积分的规律是适用的，但也有可能在足够小的尺度上，空间不再能用同样的方式继续细分，这就像你可以从游泳池里舀出一杯水，再舀出四分之一杯，以此类推，但最后，当你已经取出一个水分子之后，就不能再取出更小的水了，所以loop quantum gravity，试图把引力量子化，它做的就是这件事，这核显理论不同，显理论试图把引力和其他力放到一起，实际上，显理论之所以让理论物理学界如此感兴趣，一个根本原因是，显理论最初并不是作为万有理论发展出来的，它一开始是作为强相互作用理论发展出来的，它当时和QCD竞争，而QCD是现在被接受的强相互作用理论，后来这两个群体，也就是弦理论群体和QCD群体竞争了一段时间，弦理论基本上输掉了这场比赛，人们把注意力转向了量子色动力学，也就是QCD，但后来有人注意到，在弦理论里它预测出的一样东西，是一个零质量自旋为二的例子，而你可以证明任何零质量自旋为二的粒子，都是引粒子，所以如果你看到一个理论里有零质量，自旋为二的粒子，那它就成了一个把引力拉进来的候选理论，然后人们一下子非常兴奋，因为这个理论本来是在研究，其他量子力的方向上发展，却把引力也带了进来，于是它就成了万有理论的候选，但loop quantum gravity不是这样，loop quantum gravity，只是想理解空间本身的性质，这本身已经是非常了不起的事情，我也时不时会和Rovelli聊聊，我写过他的理论，也指出过这个理论的一些问题，但通常我都会落后大概两个月，因为他和他的同事，还在继续发展这个理论，其中一个问题是，最早的loop quantum gravity，预言光速并不是普世的光速，会取决于光的频率，高频光会以一种速度传播，低频光会以另一种速度传播，这基本上和光的波长与空间结构发生相互作用有关，所以这曾经是loop quantum gravity的一个问题，如果你看伽马射线暴，那是几十亿光年之外，甚至更远的天文事件产生的超级爆炸，它们会发出各种波长的光，如果loop quantum gravity的这个预测是对的，那么当你看到其中一次伽马射线暴时，不同波长的光会因为速度不同，在不同时间到达地球，但事实并不是这样，它们是同时到达的，所以我当时就说，这差不多已经杀死了，Loop Quantum Gravity，结果我收到Rovelli先生，或者说Rovelli博士，一封有点不高兴的来信，他说你知道吗，我们已经推翻了那个预测，我们修改了理论，那个说法已经不成立了，现在Loop Quantum Gravity，那个旧预测已经不再有效，所以对光速一致性的观测，不再能杀死新版的loop quantum gravity，它本来会杀死旧版，但没有杀死新版 [01:24:51]
Lex Fridman：顺便说一句刚才这个例子，你说不同波长对应不同光速，这个例子真的很漂亮，一个理论能提出这种，可以检验的东西很漂亮，这种东西如果它确实解释了那类现象，那就是这个理论的一个好信号，它做出了正确预测，最近还有另一个非常精彩的观测，我喜欢这个例子，还有引力波的观测 [01:25:15]
Don Lincoln：那次事件来自两颗中子星，它们相互绕转最后并合，所以它们产生了引力波非常精彩，但因为它们不是黑洞，而是中子星，所以它们撞在一起后发生爆炸，发出了极其明亮的一道闪光，于是天文学家看到了那道闪光，引力波天文学家看到了时空的涟漪，它距离我们一亿四千万光年，也就是说光要走一亿四千万年，才能到达这里，而这两个信号，光和引力到达的时间只相差1.7秒，这说明引力以光速传播，这是一次非常漂亮，非常精彩的测量，我们原本就认为引力以光速传播，但现在我们有了测量结果，证明了这一点，说真的，我太佩服了，我们的宇宙真是太迷人了，说到这里 [01:26:05]
Lex Fridman：既然我们提到了反物质，那就必须聊一聊它，你在好几场讲座里，从不同角度谈过这个问题，包括暗能量危机，也包括空无空间真空等等，那我们就从空无空间这个角度来看，结果发现空无空间其实并不空，没错，这一点其实挺怪的，你能讲吗，关于空无空间到底有什么构成，我们知道是什么，这是个非常非常难的问题
Don Lincoln：因为我们不知道空间到底是什么，但我们先从一个简单的地方开始，我们先假设空间不是量子化的，好吧，当然它很可能是量子化的,我也不知道,但我们总得找个起点,所以先从微积分离的那种空间讲起,也就是可以无限分割的空间,现代版的量子力学叫做量子场论,它先假定空间存在,然后它又假定在空间之中,每一种已知的亚原子粒子都有对应的场,所以有光子场,有电子场,有上夸克场,有下夸克场,还有所有这些场,这些场可以振动。当它们振动时，那些振动就是亚原子粒子，电子厂以某种特定方式振动，就是一个电子，但电子厂也可能不是，以那种特定方式振动，而是以另一种方式振动，它仍然在振动，但并不是一个精确意义上的电子，这就是我们说的虚粒子，虚粒子有很多种讲法，我现在这种讲法，是我们能给出的最正确，也最精细的讲法，等一下我会用更简单的方式，简短说一下帮助理解，但现在重要的是，要记住有这些场，特定的振动就是已知粒子，稍微不同的振动就是这些虚粒子，它们是不真正存在的粒子，所以这就是我们对空间的理解，空间里有所有这些场，它们都在轻微振动，如果你注入恰当数量的能量，就能让它以那种特定方式振动，从而产生那个亚原子粒子，但即使你没有这么做那些粒子，我是说那些场也在那里，而且它们在振动，这些振动就是我们所说的虚粒子，你的观众可能也听过，另一种关于虚粒子的说法，那种说法是空间本来是空的，然后会发生这样的事，物质粒子和反物质粒子，会短暂出现存在极短的一段时间，然后又重新合在一起消失，再回到场里，这两种说法其实都是对的，量子场论说的就是这样，这些涟漪会出现，或者说这些粒子会出现又消失，这听起来简直离谱，你看着空无空间什么都看不到，但这些事情发生的足够快，所以看不见，不过它们确实会产生后果，我能想到两个实验测量，能验证这件听起来很疯狂的事，确实在发生，其中一个叫Casimir效应，在这个效应里，你取两块金属板，两块平行板，把它们放得非常非常近，如果虚粒子真的存在，那么在两块板之间会有这些粒子出现和消失，在两块板外面也有粒子出现和消失，但是因为这两块板彼此很近，它们会限制两块板之间能出现的粒子的波长，因为这些粒子不能延伸到板的外面，所以短波长的粒子可以存在于两块板之间，但较长波长的粒子不行，可是在两块板外面没有这种限制，所以短波长和长波长的粒子都可以在那里存在，最终的静效应就是外面的虚粒子更多，里面的粒子更少，因此会产生一个静压力，把这两块板推到一起，这就是我们刚才说的那个预测，结果呢，真的发生了那两块板会被推到一起，所以这就验证了空旷空间里，确实存在这些粒子，还有另一个测量，也能说明这一点，它会改变量子，比如电子μ之类，粒子的磁性质，这件事是在1948年发现的，如果你用老派的标准，量子力学，你知道电子的自旋，你知道电子的自旋，也知道它的电荷，就可以算出它的瓷具，结果会得到一个数，可如果你真的去测量，就会发现测量结果和1930年代量子力学的预测，差了0.1%，这个差异是在1948年测出来的，大家当时的反应就是，怎么回事，这发生在纽约的Shelter Island会议上，回家路上有个人看到了这个测量结果，一路思考这件事，后来就发明了我们现在所说的量子电动力学，旧的量子力学把物质量子化，第二量子化则把物质和场度量子化，在这里就是把电场量子化，在这种量子化的场里，理论预言一个裸电子周围，比如一个正在自旋又带电的电子周围，会有一片粒子域，这些虚粒子会在它周围不断出现，又不断消失，所有这些不断出现和消失的粒子，整体上会改变你测到的这个亚原子粒子的磁性质，改变量就是0.1%，我们已经测过这件事，而且测的不是粗略结果，我们把电子和μ的磁性质都测到了12位有效数字，没错，12位有效数字，理论和数据在前十位上一位一位都对得上，到了最后几位理论和数据本身都有一些不确定性，这时他们才开始不一致，所以，也许那里有什么有趣的东西正在发生，但前十位都吻合，这实在太惊人了 [01:31:34]
Lex Fridman：虚粒子指的是物质粒子和反物质粒子短暂出现，对吧，我们能不能聊聊其中反物质的部分，这要从Paul Dirac说起，这是数学引出物理的最传奇粒子之一
Don Lincoln：数学暗示某种类似反物质的东西应该存在，而Paul Dirac认真对待了这个结果，最后也证明它确实存在，那么我们有哪些证据能说明反物质存在，反物质是在1928年被预言的，Paul Dirac当时想把量子力学和相对论结合起来，因为最初的薛定谔方程不是相对论性的，在这个过程中方程很复杂，但最后大致可以归结成，类似某个方程的平方等于1，你把两边开平方，就会得到这个方程等于正1，或者负1正1对应，电子负1是什么，当时没人知道，有一段时间大家讨论过，也许它可能是质子，但这看起来说不通，所以Direct坚持认为自己的方程是对的，也就是说应该存在一种反物质，他当时还没有把它叫做反物质，而是说电子有一个带正电的兄弟粒子，也就是我们现在所说的正电子，反物质电子，它先被预言，后来在1932年，由Carl Anderson和他的学生Seth Nedermeyer，发现他们看到了反物质电子，这非常了不起，所以就在那时人们知道它是真的，反物质被预言了，也被观测到了，到了1956年，反物质质子被制造出来，这需要大型粒子加速器，需要足够高的能量才能做出来，这件事是在Berkeley完成的，一年后，反物质中子也被发现了，到这个阶段再跳到现在，我们可以通过能量，也就是把粒子相互撞击，来制造反物质质子，也可以制造反物质电子，我们甚至已经做到制造反物质，氦原子核，也就是说我们把两个反质子和两个反中子结合在一起，做出了一个反物质氦原子核，这已经做到了，也已经被观测到没有疑问，在CERN他们甚至已经做到制造反物质氢，他们从一个较低能量的加速器里取出一束粒子，他们制造反物质质子，把它们收集起来，让它们减速，并把它们冷却到接近绝对零度，他们再用sodium R-tar来产生反物质电子，他们让这些反物质电子减速，把它们和反质子带到一起，让它们结合制造出真正的反物质氢原子，也就是一个反物质质子，外面围绕着一个反物质，电子他们做了非常惊人的测量，他们激发这些原子让它们发光，他们观察反物质原子发出的光，问题是反物质氢原子发出的光，光谱特征是不是和普通氢完全一样，我们的预测是一样，答案是确实一样，所以这些测试非常惊人,我们现在已经非常了解反物质清。最近说最近其实是2023年,我记得是CERN的一个叫Alfea的实验,制造了反物质清,把它放进一个瓶子里,然后释放出来,观察它会往哪个方向走,它是往上掉还是往下掉,因为你可能会觉得反物质也许会往上掉。这听起来好像有点道理，就像我们有库伦定律，电荷之间可能相互吸引，也可能相互排斥，不过从理论上讲，也有很多充分理由让人相信，反物质同样会往下掉，所以他们做了一个非常精彩的测量，他们先放入氢原子，并计算出，如果这样做，大概80%的氢原子会从瓶子底部掉出去，20%会从顶部出去，原因只是重力非常弱，原子会从各个方向逃逸，但会有一个偏向把氢原子往下拉，然后他们对反氢做了完全一样的实验，结果发现什么，他们发现反物质会往下掉，现在他们的测量还不够精确，不能说反物质感受到的重力，百分之百等同于普通物质，他们测到的是，反物质往下掉时，重力强度是普通物质的75%，但不确定性很大，实验本身带来的误差是正负0.13，实验做得很好，但并不完美，理论模型带来的误差是正负0.16，所以大概就是0.75，正负大约0.29，这意味着它很可能在0.5到1之间，也就是说它和1是相容的，所以他们还在改进测量，我想稍微顺着这个话题岔开一下 [01:36:02]
Lex Fridman：因为我之前看了一些关于反物质的视频，越看越深入，我的意思是，Fermilab曾经有相当长一段时间，是反物质生产的中心，是的，我看到NASA说，目前全球反物质生产速率的估计值，是每年一纳克，你能讲讲制造反物质到底有多难吗，另外你也在一个视频里提到过，如果物质和反物质相遇，会产生大量能量
Don Lincoln：我记得20颗反物质的爆炸能量，大约相当于100万吨级核弹头，所以把这些问题放在一起问，生产反物质到底有多难，难得要命，好事情是这样的，直到2011年，FirmaLab一直是地球上，最强大的反质子生产设施，每2.3秒，我们会把10的13次方个质子，打到一个靶子上，然后得到10的8次方个反质子，所以基本上，为了得到一个反质子，我们需要把10万个质子，打进材料里，每2.3秒，我们能得到大约，10的8次方个反质子，接下来我们会在，大约12个小时里，把它们收集起来，最后还要收集冷却等等，每12到24小时，大概能得到10的12次方个反质子，10的12次方听起来很多，确实很多，那是1万亿，但你要记住，1克反物质大约是10的23次方个反质子，这意味着一天之内，我们大概能制造出1000亿分之1克，所以如果这样做一年，大概就是1纳克左右，每年大约1纳克，上下差不多，这是个合理估计，伊纳克就是十亿分之一克，这意味着，按这个设施的速度要制造一克反物质，需要运行十亿年，而且几乎不能停机，如果你把一克反物质和一克普通物质结合在一起，释放出的能量，相当于广岛和长崎两次爆炸加在一起，所以这告诉你，如果你想要一百万吨级的威力，大概需要25倍的量，也就是说你得运行250亿年，才能得到100万吨级爆炸威力所需的反物质，我把这个完整说一下，因为我觉得这其实挺有意思 [01:38:13]
Lex Fridman：这是NASA对生产反物质成本的估计，如果把加速器成本和所有相关成本都算进去，要制造足够做一枚100万吨级反物质炸弹的量，假设这种东西有可能的话，大概就是我们刚才说的25克左右，按NASA的估计，这大概要花1.5千万亿美元，顺便说一下，NASA不是在谈炸弹，是我自己加上去的，NASA谈的是反物质成本，估计具体说是反氢，每克大约62到63万亿美元，我还看了一些估算，目前最好的估计是，制造一枚100万吨级核弹头，要花多少钱，在美国把所有成本合起来，大概是1000万到5000万美元，所以如果是同等威力的武器，你比较的是5000万美元，和1.5千万亿美元，对我来说有意思的是，武器只是这件事的一个体现，另一种可能性NASA也写到过，就是把反物质用于推进系统，就像你可以把核裂变用于推进系统，也许将来甚至可以把核聚变用于推进系统，我看到一种说法，一颗反物质可以帮助我们到达alpha centauri星系，如果我们能达到光速的0.2倍，用20年过去，也就是说到alpha centauri需要20年，这些有没有可能成为未来，比如用反物质来产生能量，因为我们应该提到，它极其紧凑，显而易见的缺点是生产成本极高，而且我们不知道怎么做到那种规模优点，是它很紧凑，而且能量非常强 [01:39:43]
Don Lincoln：所以简短回答是，这不是物理问题，而是工程问题，这方面我有别人负责，好吧，事实是，反物质如果能收集起来，并且储存好，那当然可以，你可以用反物质把普通物质加热，再从火箭后面喷出去，它就会像火箭该做的那样工作，让我们飞得很快，这没问题，也得说一下，你刚才提到的那点是对的，最大的挑战之一，就是约束它，因为反物质一旦接触到，普通物质就会出问题，对吧，如果你去Alpha Centauri的旅途中，哪怕有百万分之一秒，没能约束住它，碰，那就很糟糕了，这让我想起星际迷航里，Scottie说，船长，反物质舱快要失去约束了，要爆炸了，实际情况也正是这样，简短回答就是，是的，原则上我们可以制造反物质，并把它当作能源来用，但很可能有便宜得多的能源，这取决于你要做什么，Voyager探测器现在还靠PU再继续运行，虽然他们现在能量快耗尽了，但如果有需要，我们大概也能做得更好一些，所以我喜欢反物质这个想法，但现实问题是危险，不是武器那种显而易见的危险，而是如果你坐在一艘，有反物质驱动的飞船里，只要它泄露出来，你根本来不及知道事情就结束了，我觉得这件事很让人振奋，是因为反物质在物理学里有很多谜团，还有很多探索空间，它又和能源联系在一起，这意味着如果我们在反物质方面 [01:41:15]
Lex Fridman：取得一系列突破，可能会带来更好的推进系统，也可能带来更好的发电系统，Winterson可以，这里当然有工程上的组合问题
Don Lincoln：但也有一部分是对基础物理的理解，我的意思是，我们知道该怎么做，我们知道可以用能量制造反物质，你必须约束它，必须储存它，必须把所有困难的事情都做好，但如果有人说会有某种新的理论补充，让反物质的生产变得更容易，我会很惊讶，有意思，所以我们知道怎么用加速器制造反物质，你的意思是不太会有物理学突破，带来某种不同的反物质生成机制，你必须把能量集中起来，就是这样,如果还有别的办法能集中能量,那也行。而我们目前最了解的集中能量的方法就是加速器。记住,我们说的是把能量集中到质子大小的体积里。如果你只是把它集中到拇指大小,那真正关键的其实是密度,是局部密度。所以当你把两个质子撞在一起时,所有事情都发生在一个极小极小的体积里。关键就是能量的局部密度。如果你有很多能量装在一个顶针那么大的空间里，可能还是不够密，它真的必须非常接近才会发生这种事，发生之后就可以了，所以如果还有别的方法，我们现在知道，用加速器可以做到这种密度，如果有人有好点子，能制造出高度密集的能量，那制造反物质就很简单了，但关键就在这里 [01:42:52]
Lex Fridman：集中的能量，以及怎么用成本可承受的方式做到，而不是花几万亿美元，对，关于反物质，一个大谜团是更大的那个，为什么，本来应该存在的反物质去哪了，如果基本想法是，每当你生成物质，就会生成同样数量的反物质，可是当我们观察可观测宇宙时，看起来大体上并没有反物质，对吧，那我们对这个谜团理解到什么程度 [01:43:17]
Don Lincoln：关于为什么会这样，有哪些可能解释，有个东西叫Baryogenesis，也就是种子生成，就像你刚才说的，我稍微重复一下，这两件事都和爱因斯坦有关，爱因斯坦说，当你拿能量来生成物质时，会等量生成物质和反物质，爱因斯坦还说，大爆炸之后宇宙中有大量能量，这些能量本该生成物质和反物质，可我们只看到了物质，反物质去哪了，答案是我们不知道，不过有一些想法，也有很多人在思考这个问题，事实上，费米实验室现在正在用中微子做一个实验，试图更好的理解到底是什么，让物质和反物质没有完全一样，我们确实测量过这种差异应该有多大，而且这个方法挺有意思，我们可以通过数宇宙中有多少质子来做这件事，也就是观察星系之类的东西，然后我们还可以看宇宙微波背景，也就是大爆炸留下来的余波，我们可以数一数宇宙微波背景里有多少光子，再做一点数学计算，这样我们就能说，在早期宇宙里不知怎么的，有某种东西造成了一个极其微小的不对称，也就是说宇宙里每存在十亿个反物质粒子，就有十亿零一个物质粒子，那十亿个彼此抵消湮灭互相毁掉了，剩下来的那一个就是我们到底是什么，物理机制造成了这么一点点不对称，我们还不明白，有一些想法，一种想法是，宇宙形成的时候本来就是这样，本来就有不对称，它不是由物质和反物质后来产生出来的，另一种可能是有很多理论都归在，种子生成这个词下面，种子这个词来自Barian，基本上指的是质子这类粒子，Genesis是生成的意思，Genesis是生成的意思，我们这么说，是因为质子是最重的那类稳定物质粒子，所以种子生成，说白了就是物质的生成，量子力学里有不少理论认为，物质和反物质可以来回振荡，互相转化，而且这种转化过程里，有一丁点不对称，我们知道这在某种程度上是真的，我们在20世纪60年代就测到过，不过是在另一种物质上不是质子，而是一种只存在于，粒子加速器里的短寿命物质，所以我们知道物质和反物质之间，确实有一点差别，但这个差别还不够，它解释不了我们现在看到的情况，我们也还不确定，所以在Fermilab我们有一个想法，有点把问题反过来看，它不是重子生成，而是轻子生成，轻子包括电子，而Fermilab现在有世界上最强大的中微子加速器，中微子也是轻子，所以就有了这个想法，轻子生成非常复杂，但核心想法是，我们知道中微子确实会改变自己的身份，中微子有三种不同类型，打个比方，就像猫、美洲虎和老虎，如果你有一束全是猫的中微子，过一段距离，再看你会发现里面有猫也有美洲虎，然后还有老虎，接着又会变回全是猫，这种震荡现象叫中微子震荡，我们从1998年起就知道它是真的，我们现在研究的是，制造一束中微子，再制造另一束反物质中微子，然后研究它们两者的震荡行为，有一种可能性虽然不太可能，但确实可能就是它们会以稍微不同的速率震荡，如果中微子的震荡速率确实有一点不同，那么它再和另外几件概率非常低的事情联系起来，可能就能解释为什么宇宙里物质更多，如果让我压上全部身家去赌，我会赌它们的震荡速率一样，但我不知道，在你真正测量之前你就不知道，所以这就是我们正在做的事，现在还有其他一些实验也在尝试测量这个问题，所以Fermilab团队和日本的另一个团队之间，有一场很大的竞赛，看谁先做到，先完成这个测量我们会知道结果，如果最后发现，物质和反物质之间的振荡速率确实不同，那会成为这个极其困难谜题里的一个巨大线索，我希望我能告诉你我知道答案是什么，但真的没人知道，这就是像我这样的研究科学家的处境，如果你不感到困惑，那你就没有在做你的工作，所以这里有一种非常迫切，或者说不是迫切，而是非常令人兴奋的探索 [01:47:49]
Lex Fridman：去寻找这个微小的不对称，想到我们周围看到的一切，都是这个微小不对称的，结果实在太疯狂了，早期宇宙里物质和反物质，发生过一次巨大的湮灭，而我们看到的这一切，只是某个小小的意外，太疯狂了，这是一个幸运的意外，这真的完全疯狂，这是物理学里充满谜团的领域之一，那我们能不能顺着这条线再往下聊一点，我们来谈谈暗能量 [01:48:17]
Don Lincoln：谈谈它和空无空间的关系，也和我们刚才一直在讨论的内容有关，对暗能量最清楚最简洁的定义是什么，暗能量要么是空间本身的能量，要么是存在于空间中的能量，最常见的说法是空间本身的能量，它本质上是一种排斥形式的引力，我们相信它是真实存在的，我们相信它真实存在，原因来自观测，这就属于我们前面聊过的那类情况，我当时说你可以先在理论上思考，提出某种东西再想办法设计测量，也可以先做测量，看它和预测哪里不一致，然后让这个差异指引你往前走，20世纪90年代末，有一些天文学家在研究宇宙的膨胀速率，大爆炸发生之后，宇宙在膨胀，宇宙里充满物质，而物质会互相吸引，所以宇宙中物质造成的引力，应该会让宇宙膨胀慢下来，唯一的问题只是减速会有多大，当时有三种可能，第一种可能是引力太强，宇宙的膨胀会慢下来停住，然后被拉回到一起，形成一次大坍缩，第二种可能是宇宙会继续膨胀，也会慢下来，但永远不会真正停住，第三种可能是那个刚好临界的情况，膨胀会一直变慢，只在无穷远处趋近于零，但永远不会真正停下，也不会反转，所以当时的选项就是，一号门，二号门，三号门，他们做了测量，结果发现了什么，是四号门，宇宙不但在膨胀，而且膨胀还在加速，在引力会让膨胀变慢这个前提下，唯一能让这种事发生的办法，就是存在一种排斥力，我们给这种排斥力起的名字，就是暗能量，这其实是爱因斯坦在发展广义相对论早期，就提出过的东西，因为当时他知道自己的理论预言，宇宙会坍缩，但他相信宇宙是永恒的，而且是不变的，所以他需要某种东西来抵消这种坍缩，于是他发明了暗能量，当然他当时不这么叫，他叫他宇宙学常数，但几年之后，Edwin Hubble发现宇宙确实在膨胀，既然宇宙不再是静态的，爱因斯坦就说，不需要宇宙学常数了，于是又把他从理论里拿掉，他觉得自己当初把他放进去，是个愚蠢的想法，还为此感到尴尬，但是到1998年，人们清楚地看到，他最初那个想法，也就是应该存在某种排斥形式的引力，是真的，于是他又被放回了理论里，所以暗能量大概就是这么回事，到目前为止，我们相当有把握地认为，宇宙的膨胀正在加速，推动这件事的就是暗能量，那暗能量到底是什么我不知道，就像我说的，最常见的想法是，它是空间本身的能量，但至少也可以设想，在空间存在的地方，有某种场存在，而这个场再把空间往外推开，这是另一种可以想象的可能性，至于我们有没有足够的仪器，去区分这两种情况，我不确定，但这不是通常大家的想法，通常大家认为，它确实就是空间的一种属性 [01:51:27]
Lex Fridman：但这里有你称为，物理学里最糟糕的预言的那个问题，对，那是另一个问题，这也能让我们稍微看清一点，暗能量有多复杂，就像你刚才说的观测告诉我们，空空间有一个很小的能量密度，它会加速宇宙的膨胀，但是量子场论在和引力结合之后，对真空能量应该是多少的预言要大得多
Don Lincoln：所以这就造成了那个所谓的物理学里最糟糕的预言，你有一个视频讲过这个，你能解释一下这场危机吗，这里有一个测量结果，你可以测量宇宙膨胀的有多快，根据这个你就能得到暗能量的测量值，但是如果你接着说，假设暗能量来自空间里的场，那这就是量子场论了，而我对量子场论很熟，所以我们可以拿量子场论来算，量子场论会给出多少能量密度，基本做法是在一个体积里面，把所有波长都考虑进去，长波长短波长更短的波长越来越短，然后你把它们全都加起来，每一种波长都会贡献一定的能量，如果把这些全部相加，你就会得到一个数字，这个数字相当尴尬，是10的120次方倍，也就是一个1，后面跟着120个0，比暗能量的测量值还要大，这么多你看到这个就会觉得太糟糕了，一点也不好玩，这是因为方程会算到你能想象的最高能量，或者说最短波长的粒子，而且是四次方，任何东西，到了四次方都会变得很大，所以那个可怕的数字就是这么来的，现在如果事实证明，有某种新物理刚好出现在，我们能用最大粒子加速器测到的能量尺度附近，记得我之前说过，Planck scale，这个最高能量尺度，比我们现在能测到的能量，大时的15次方倍，那我们就假设不需要一直算到Planck scale，因为在我们现在知道的这个能量处，会发生某件事会有东西改变，那样的话我们就不需要积分到Planck Scale，我们只要积分到比Planck Scale，低10的15次方的能标，而这个量是4次方，所以10的15次方再取4次方，就是10的60次方，所以就算我们说Don太聪明了，他明天会在LHC找到某个东西，把整个问题都解决掉，好现在我们解决了情况好多了，差距只剩10的60次方，但这仍然大的离谱，所以简短说，很明显这里有东西不对，量子场论里有非常严重的问题，也许我们需要另一个场，去平衡这部分能量，把它抵消掉，这本身也不算特别离谱，你可以想象还有另一个东西，就像我们有物质和反物质，它们平衡的相当好，也许这里也发生了类似的事，你可以把它抵消掉，那就很完美，把某个东西抵消到零很容易，因为正1加负1等于0，正2加负2也等于0，但我们仍然有暗能量，暗能量还有一点点，所以如果发生抵消，它也不是精确抵消，因为还剩下了那一点暗能量，这本身又是一个有意思的问题，完美抵消很容易，理论物理学家早餐前都能做八次，不完美抵消就难多了，我想稍微展开一下，你觉得所谓解决暗能量会是什么样子，你可以假设存在另一个场，它对已有量子场产生相反的效应，但不是抵消到零，对不是抵消到零，如果它抵消到零，那当然也许有一个场，存在于非常高的能量上，我们还没有看到，我不知道，但它把这些东西抵消掉，那我们就没问题了，那我们要怎么证明那个场存在，就要看它给出什么预测，你甚至要怎么提出一个新的场，就像所有理论物理学家做的那样，往我的方程里加点东西看看会发生什么，我这么说有点轻浮，但这确实就是你要做的事，你会问，我们要改什么，我们有一个理论，它在很多地方都非常漂亮，但在这里失败了，我们需要加什么东西，才能在已经测量过的范围里，几乎不改变任何结果，同时又修好这个难题，所以你真的就是这样，是好，我需要加6之类的东西吗，只要它不会在已有测量，会出问题的地方造成变化，又能修掉那个大问题，那它至少就是一个候选理论，这不代表它是对的，但它至少能让你理解，正确答案大概应该长什么样，所以第一步就是，真正的答案应该是什么样，或者说，什么可能是真正的答案，等你大概知道这一点之后，其他人就可以说，好我来想一个理论，它大致具备我们需要的那些性质，能完成我们要它完成的事，所以这是一个多步骤的过程，但第一步是，我们怎么把这个问题控制住，同时又不提出那些非常糟糕，已经被排除掉的预测，这就是你要做的事，这确实是一种合理可行的理论工作 [01:56:35]
Lex Fridman：因为你必须去探索有意思的想法，暗能量特别有意思的原因之一，是它好像给了我们一种机制，让我们可以谈宇宙的遥远未来，我们有关于宇宙膨胀的观测，但暗能量也给了我们解释，这个现象的机制，对吧，所以我们可以讨论一些，奇怪之处，任何一个好的模型，只要能抓住暗能量的，一些怪异特征，可能就能让我们更理解 [01:57:03]
Don Lincoln：这一切会怎么结束，也就是宇宙会怎么结束，宇宙的遥远未来，会是什么样，对吧，当然，按目前的情况，如果暗能量是真实的，谁知道呢，如果它真的就像，我们测到的那样，那么随着宇宙，变得越来越大，暗能量在宇宙能量，收支里占的比重会越来越大，它会占据主导，并推动宇宙继续加速膨胀，如果暗能量因为某种，我们不了解的原因变低了，也许它会随时间变化变小，那事情就可能改变，如果它变大了，事情也可能改变，这就是一个重大的开放问题，它是不是随时间保持不变，对，最近有一个测量结果暗示，暗能量正在变小，不过这是一个新的测量，还没有确认，等等等等，大家不应该相信它，但它提供了一个线索，也许暗能量在变化，这本身就挺酷的，因为直到最近主流倾向，还是认为暗能量是恒定的，这里我想特别小心，因为这个说法容易误导，人们说暗能量是恒定的，但暗能量是一个密度，想想这一点，你先有某个密度，然后宇宙膨胀能量，等于体积乘以密度，如果宇宙变大而密度保持恒定，那就意味着暗能量在增加，它不只是作为一个比例在增加，并且压过普通物质，普通物质在宇宙膨胀时，密度会下降，因为物质量不变，而体积变大，所以密度下降，直到最近，人们认为暗能量的密度是恒定的 [01:58:34]
Lex Fridman：所以你说恒定的时候，隐含的意思是密度恒定，也就是说它实际上在增加，因为空间在增加，空间的大小在增加，对吧，这很有意思，所以这就是一个奇怪的地方
Don Lincoln：它又会牵涉到空间的本质，为什么会牵涉到空间的本质，因为如果暗能量是空间里的一个场，那你把体积变大，按理说能量密度应该会下降，但是如果空间在变大，而且空间是量子化的，当然我不知道它是不是量子化的，那也许发生的不是空间被拉伸，而是随着空间变大，一些小小的空间粒子出现了，就像出现了一个空间泡泡，每个泡泡里，都包含一定量的暗能量，所以这会让你觉得暗能量，更像是空间本身的一种属性，而不是空间里的一个场，但这些都非常粗略 [01:59:28]
Lex Fridman：非常像猜测，所以如果让你把所有钱都压上，你会说暗能量是一种，真实的物理存在吗，这话本身是什么意思，它是某种存在的东西，还是只是把宇宙学常数换了个名字
Don Lincoln：我觉得两者都是，它确实是在描述一个现实,，但它也可能在告诉我们一些关于空间的事情。字面意义上说是空间的一种属性。对,至少从它看起来像是恒定密度这一点来说,，它有点像是这样。不过我现在说的这些,没人应该相信,，拜托大家不要相信。但在我看来,它似乎指向这样一种想法。第一,暗能量是空间的一种属性。第二,空间是量子化的。第三随着空间膨胀，一个个小的空间量子会出现，第四每一个这样的量子，都和一定量的能量相关，这样就有点能解释，为什么密度是恒定的，但请注意，这不是任何人应该接受的东西，没人接受这个说法，这只是胡说而已，你刚才说的很多东西，应该都可以用实验来检验，也许可以设计实验，去研究那些泡泡，研究空间泡泡这件事，不过那些量子有可能是，Planck尺度的泡泡，对那些量子，它们会是空间量子，这个想法是，你看一座沙丘，它看起来很平滑连续，但你能看到一粒粒沙子，所以这个说法相当于说，当这座沙丘扩张的时候，新的沙粒会出现，而每一粒沙子，都是一个空间量子，那在未来几十年，或者几百年里，我们能做什么样的实验，来更好地理解暗能量，人们一直在讨论引力的量子纠缠，按照标准量子力学，一个粒子可以同时处在两个位置，好,现在你有两个粒子，这个粒子可以同时在两个地方，另一个粒子如果放在它附近，也可以同时在两个地方，如果它们彼此接近会有某种引力，如果它们相距很远也会有某种引力，如果一个近一个远又会有另一种情况，你可以计算引力的效应，看看它如何作用在发生量子纠缠，同时处在两个位置的粒子上，人们正在讨论做这样的实验，想看看通过这种测量，是否能明确判断引力到底是量子现象，还是连续现象，这可能是在不久之后就能完成的测量，因为最近所有这些量子力学研究中发展出来的技术，正在让人们有能力制造足够精密的仪器，去做这种测量，这不会告诉我们量子引力到底是什么，它不会告诉我们那些具体内容，但它会告诉我们引力是不是量子化的，只要知道这一点，首先它就会排除掉一整类连续引力的可能，理论界接下来就会把注意力转过去，不再考虑这边的东西，而去思考那边的东西，这并不能告诉你空间是量子化的，但如果结果成立，它会告诉你引力是量子化的，如果引力是量子化的,，人们就会开始更多的思考空间是不是量子化的。 [02:02:34]
Lex Fridman：我必须问一下,，因为你提到暗物质也许比暗能量还要神秘,，你能不能帮我们建立一下直觉,，为什么它更神秘?，暗物质到底是什么?，天哪,暗物质是什么?，第一,我不知道。
Don Lincoln：第二,它极其迷人。首先也是最重要的一点,，因为我是实验物理学家。第一个问题是我们为什么相信有暗物质?，原因是天文观测和牛顿理论相对论，给出的预测对不上星系转得太快，星系团运动得太快，还有近处星系的引力场，会让非常遥远的星系图像发生扭曲，而这种扭曲和我们根据可见物质预测出来的结果不一致，所以我们有三个非常不同的理由，说明我们对某些东西的理解出了问题，要么是我们对物理定律的理解有问题，要么是我们对宇宙中物质总量的估计有问题，最容易讲的是旋转的星系，我现在说的并不是只有旋转星系才有这种问题，只是它最容易讲清楚，我们观测到星系的自转速度，比它们暗里应该有的速度更快，把我们能看到的引力都加起来，按道理说，星系转得这么快，应该会把自己甩散，但它们并没有，那答案可能是什么，一颗恒星要绕圈运动，需要一个力，引力也提供一个力，这两者之间用一个等号连起来，可预测结果错了，所以要么是引力那一项错了，要么是做圆周运动所需要的力错了，要么是那个等号错了，说真的，这件事可以说得非常简单，这里面一定有一样东西错了，一种可能是牛顿的万有引力定律，也就是质量乘质量除以r的平方，再乘上常数这个公式本身就是错的，另一种可能是，我们在入门物理课里学到的牛顿，第二定律，F等于meh，是错的，这两种可能性在这里都完全说得通，也许我们不理解引力，也许有更多质量是我们看不见的，这件事好的一点是，你可以把它看得非常简单，然后列出一张清单像菜谱一样，一项一项去测试，我们也确实这么做了，我们问可能性有哪些，最明显的可能性是，有更多质量是我们看不见的，比如黑洞，比如我们看不见的氢气，或者别的什么东西在那里，这是第一个想法，于是你去找，结果没有那样的氢气，因为我们可以通过无线电波看到它，所以不是这个，90年代我们去寻找黑洞流浪行星之类的东西，它们确实存在，但数量不够，所以也不是这个，于是现在剩下的可能是有某种我们看不见的物质，或者我们不理解引力，或者我们不理解惯性，如果你在25年前问我，我个人会说，最可能的答案是，我们不理解惯性或者引力，20年前25年前，我会毫不犹豫这么说，不过后来有几项观测改变了我的想法，现在我认为暗物质更有可能是真的，其中一个叫子弹星系团，子弹星系团里有两个巨大的星系团，而在这些巨大的星系团里，任何一个星系都包含几个组成部分，星系本身包围星系的氢气，也许还有暗物质，如果暗物质是真的，或者暗物质不是真的，你会得到不同的结果，如果这两个星系团彼此穿过，星系本身应该会互相穿过去，基本上不会发生相互作用，真正关键的是气体云，如果有很大的气体云，当星系团彼此穿过时，这些云会相互作用，气体云会停在中间，并且变得非常非常热，所以如果没有暗物质，你会看到一个星系团，另一个星系团，中间是一大片气体云，而且因为中间那大片气体云的质量，远远大于星系本身，你会预期在中间看到我们称为，暗物质畸变的引力透镜畸变，但如果暗物质是真的星系，彼此穿过气体云停下来，暗物质不和气体云相互作用，所以暗物质会穿过去，在这种情况下，你会预期畸变出现在星系所在的位置，我们看到的正是这样，所以在我看来，这是很强的证据，子弹星系团是强有力的证据，说明暗物质是真实存在的，还有另一个例子，最近得多，子弹星系团是比较早的观测，这个例子叫Dragonfly，星系有Dragonfly 2和Dragonfly 4，这些星系的旋转完全符合牛顿定律，所以它们完全按牛顿定律旋转这一点，说明让星系转得过快的东西，并不是物质本身的一种属性，但如果有一个星系因为某种原因没有暗物质，比如暗物质被剥离掉了，那就能解释，这里有一个很有意思的反讽，一个没有暗物质的星系存在，反而是暗物质真实存在的很强证据，因为你可以把暗物质拿掉，所以DFR和DF4，也让我觉得暗物质是真实的，当然我们仍然可能需要修改惯性定律，或者需要修改引力定律，这些可能性依然存在，但在我看来，这只是DONG的观点，不过大概也是大多数科学界人士的看法，暗物质很可能是真实存在的东西，好，我已经把你带到了暗物质这里，接下来你会问我，你会说Dawn，暗物质到底是什么，我会说我不知道，但我知道它不是什么，我知道它不是黑洞，我知道它不是流浪行星，我知道我们已经做过测量，几乎在所有质量范围内寻找过致密天体，并且把它们排除了，所以如果暗物质是真的，它不可能由这些东西组成，那么剩下的想法，就是暗物质是一种粒子，这也是我们一直在考虑的方向，很长一段时间里，我们给这种暗物质粒子，起的名字叫IMP，也就是弱相互作用大质量粒子，过去30年左右，我们一直在用各种方式寻找它们，我们可能通过三种方式，看到暗物质，第一种是直接方式，也就是说暗物质真的存在于各处，就在这个房间里，就在我们的实验室里，暗物质像一阵风一样穿过地球，我们架设探测器试图看到它们，我们做过这样的实验，但什么都没看到，我们应该说中位子，我们确实已经这样探测到了，我们也用这种办法，找过很多不同类型的暗物质，我们就是把探测器，放在地下很深的实验室里，里面确实能看到Neutrino，Neutrino也是弱相互作用的，而且也有质量，但是质量不够，所以WIMP的重点是要重，对吧，对Neutrino在某种意义上，确实也算WIMP，不过我们说，WIMP的时候要小心，它的意思是，弱相互作用大质量粒子，但我们可以计算，Neutrino的质量就是不够，明白了吧，所以我们需要另一种形式，目前我们完全没有看到，暗物质像风一样，穿过地球的证据，另一种可能是，去看暗物质可能集中的地方，比如星系中心，如果暗物质存在，而且还有反暗物质形式的暗物质，也许它们会湮灭，产生Photon，所以我们会去找Gamma Ray，以及暗物质湮灭可能留下的各种其他信号，但这方面总是不断有人宣布说，我们看到了，然后又说没看到，问题在于，用这种方式找暗物质很难，因为还有别的过程也能产生Gamma Ray，比如Neutron Star之类的东西，你必须非常非常透彻的理解，细细的细节，才有理由相信，那真的是暗物质，最后一种办法就是我做的事，我们把粒子用很高的能量撞在一起，试着造出暗物质粒子，如果你造出了暗物质粒子，因为它们除了gravity以外，几乎不相互作用，它们会直接逃出探测器，所以你希望看到的是这样一个事件，粒子相撞后，一个暗物质粒子逃走了，你看不见它，但因为动量守恒，你能在另一边看到反冲，也就是说这一边有一团能量，另一边什么都没有，也许那就是暗物质，但Neutrino也会造成这种现象，所以你必须把Neutrino的所有背景都弄清楚，计算应该看到多少这样的事件，然后希望看到的数量更多，那多出来的部分也许才是暗物质，不过这条路也还没有成功，所以我们已经排除了一些暗物质粒子，但问题在于如果暗物质是粒子形式，那么可能的质量范围太大了，可行的暗物质质量从差不多一颗小行星的质量，到远远轻于一个electron，中间所有范围都有可能，我们已经找过，也在这个参数空间里排除了一些小区域，但这个范围真的非常大，真的有可能漏掉一个小行星那么大的粒子吗，天文搜索对这种尺度的暗物质还没有那么敏感，不过你会预期太阳系里应该有一些这样的东西，如果它们像我们想象的小行星之类的东西，那太阳会把它们加热，最后我们应该能看到它们，但如果它们真的是暗物质，真的不和普通物质相互作用，那就意味着它们不会吸收太阳的能量，所以它们会非常暗，我不知道，也许它们就在那，但我们唯一用来搜寻它们的办法，叫做micro lensing，如果有一个大质量物体，一个远处的恒星，还有一个大质量物体，从那颗恒星和你的视线之间经过，那颗恒星会短暂变量，所以你就去找这些所谓的microlensing event，数一数有多少，我们确实看到过一些，比如black hole，从恒星前面经过，我们也观测到了，但我们看到的数量就是不够多，对于质量很低的粒子，比如小行星那种，它们造成的变量效果不够强，我们看不到，所以存在一个最低的变量灵敏度，我们当时的灵敏度大概是月球质量的三分之一，也就是我们的月球质量的三分之一左右，我觉得其实没有多少人真的认为，这些低质量的东西是最可能的答案，大家更可能认为，它们只是还没被看见的black hole，我当时觉得这完全合理，这说得通，后来这个可能性也被排除了，我就想好吧，也许是modified gravity或者modified inertia，但现在bullet cluster和dragonfly，似乎又把这类解释也排除了，所以在我脑子里，我现在卡在这里，暗物质看起来是真的存在，而我们不知道它是什么，而且它占了宇宙中物质的很大比例，是的，它比ordinary matter多五倍，这太不可思议了，真的太不可思议了，这太迷人了，这就是它很酷的原因，如果有年轻人想进入这个领域，想弄懂暗物质，那这是一件大事，它比ordinary matter多五倍，但问题是就像我刚才说的，如果质量范围从一颗小行星，到远远轻于一个electron，而你参加的实验，只看其中很小的一段质量范围，也许你就不是那个，刚好测到正确位置的幸运儿，这也是为什么我觉得它很迷人，但我自己不做暗物质实验的原因之一，因为如果你做一个，只搜索某个质量范围的实验，它对另一个质量范围就是盲的，所以你需要很多团队，做各种完全不同的实验，探索各种参数空间，话虽如此，在你真正看到它之前，仍然有可能是我们还不理解gravity，或者inertia，你不能把这种可能性排除掉，如果外面真的有暗物质，你希望它somehow是可以被探测到的，我不知道它到底是什么，我觉得这太酷了，非常非常迷人，我真的希望在我有生之年，这件事能被弄明白，因为我想知道答案，而且这件事确实有可能亲眼看到发生发生，不过你得走运，你得在正确的地方找，不管它到底是什么，想象一下，或者你得提出一个特别漂亮的理论想法，而这个想法过去被所有人都忽略了，这也是一种可能，现在也有人非常坚决地讨厌暗物质，很大程度上是因为我们已经找了这么多年，找得这么努力，今天的实验灵敏度，比我刚开始当学生时，高了一百万倍，可我们还是没有看到任何东西，这就是为什么有些人，这就是为什么有些人，真的讨厌暗物质，我的意思是，有些人觉得我们现在 [02:15:12]
Lex Fridman：早就应该看到它了，但我也不知道，我是很迷，直接观测的人，间接观测当然也很棒，但直接观测不一样，想象一下，把望远镜指向某个方向，然后借助某种技术手段，能够直接探测到
Don Lincoln：大量某种东西，而且你可以说那就是暗物质，你会看到它绕着别的东西运行，或者别的东西绕着它运行，或者它会遮挡它前面的东西，对而且是很明显的那种
Lex Fridman：因为你刚才提到的DFR和D4那些，都是非常漂亮的间接推断，说明应该存在某种像暗物质这样的东西，但如果能看到很明显的遮挡，掩蔽之类的现象，那就不一样了
Don Lincoln：我们在90年代做过这类事，有一些实验叫Metro-Ugo，还有其他实验，他们寻找的是你看不见的黑洞，黑洞本来就看不见，所以它是暗物质的完美候选者，如果宇宙中有足够多这样的黑洞，记住它们的数量得是恒星的五倍，那就意味着外面会有多得吓人的黑洞，我们本该看到它们，但我们没有，这真是一个宏大的谜题 [02:16:23]
Lex Fridman：我们已经聊了好多这样的谜题，我还能再跟你聊一千个小时，当然如果可以的话，我想问一点更个人的问题，你的人生故事很鼓舞人，你的父母没有上过大学，你能不能讲讲你的童年
Don Lincoln：你是在哪里发现自己对物理和科学的热爱的，还有在你出生的那个环境里，你是怎么走上成为物理学家的道路的，我是在偏僻乡下长大的穷孩子，我的父母很好，但他们没法在学业上给我太多指导，不过他们非常养育我，支持我，我妈妈会笑着说，大概到六七年级以后，她就没法再帮我做数学了，但他们一直支持我，我觉得有两三件事，共同促成了这一点，第一，我小时候读书读得非常凶，我喜欢科幻小说，我一天能读一本书，这把我妈妈逼疯了，因为她想，对我好，给我买一本书，我说谢谢，第二天就读完了，她真的完全受不了，不过，科幻小说很适合培养想象力，它对我起到的正是这个作用，除此之外，更严肃的科学也是从这里开始进入我的生活的，70年代有一些很棒的科普作家很受欢迎，Isaac Asimov，Carl Sagan，还有一位叫George Gamow的人，他们写面像普通人的科学书，我那时只是个孩子，肯定没法读教材并理解它，但我能读这些书从中稍微感受到科学是什么，再加上我像大多数后来成为科学家的人一样，对一切都有压不住的好奇心，我也有点准哲学式的头脑，我的意思是，我对一些问题感兴趣，这些问题在过去属于神学问题，后来属于哲学问题，而现在更多成了科学问题，比如宇宙是怎么产生的，为什么宇宙是现在这个样子，为什么宇宙规律会是我们看到的这样，宇宙将会怎样，它是被创造出来的吗，它会怎样被毁灭，这些都是大问题，困扰人类已经几千年了，所以你刚才说，我大学时俯修过哲学和宗教，确实如此，因为我对这些问题好奇，我希望学习这些历史，能帮助我理解这些问题，也是在大学里，我开始意识到，我想寻找的那些答案，不在这些方向里，但我还是学到了过去的人们，是如何提出这些问题的，所以我成了一名科学家，唯一的问题是，我到底要成为宇宙学家，或者天体物理学家，还是成为粒子物理学家，我必须做这个决定的时候，已经是八十年代中期了，当时宇宙学的测量要少得多，那时候关于宇宙的思考很多，但测量太少，相比之下，粒子物理真的可以做实验，吸引我的地方就在这里，你真的有机会得到答案，而不是只是在脑子里，反复琢磨答案可能是什么，所以我成了粒子物理学家，这条路并不容易，因为我没有家庭里的导师，也没有类似的资源，但我还是走过来了，这其实也是我今天会在这里，也花了不少时间写书之类的原因，我总觉得在Iowa，Kansas，Montana，或者某个小镇上，一定还有别的孩子，他们接触不到很多资源，不像那些父母受过高等教育的孩子那样方便，我希望他们当中有人读过我写的东西，然后找到自己的路，因为这些年来，我觉得这条路给了我很大的回报，我做这件事已经够久了，所以我确定这是真的，曾经有孩子在实验室走到我面前说，嘿，我现在是暑期实习生，因为我看了你的视频或者读了你的书，类似这样的事，所以我知道，至少我产生了一点小小的影响，当然我总是希望能做得更多，也很感谢你给我机会，让你的观众听到这些，因为我觉得谈这些问题很重要，这些问题真的很酷，也很迷人，他们还没有答案，正等着年轻人来花时间思考，因为你的观众里，也许就有人会回答这些问题 [02:20:27]
Lex Fridman：而这些问题已经拦住了，很多非常聪明的人几十年，我们也应该说一句，你是真正的科学家，我们会提到Sean Carroll，他也是真正的科学家，真正的物理学家，同时也是很好的科学传播者，不管怎样，我想提一件事，我不知道这是不是准确，但我听你讲过类似的经历，你刚到Fermilab的时候，好像工作时间特别疯狂，非常拼，从早上八点一直干到半夜，首先我很喜欢这一点，你能不能谈谈是什么驱动了，你在那种环境里，努力工作的价值是什么，尤其是在职业早期，当你发现一件 [02:21:05]
Don Lincoln：自己真正热爱的事情时，当然显然聪明很重要，如果你是爱因斯坦，也许可以稍微偷点懒吧，虽然他其实也没有这么做，但我不是爱因斯坦，事实是我年轻的时候，没有什么牵挂，没有家庭，没有孩子之类的，我想不出还有什么事，是我更想做的，有些人想去俱乐部，有些人想踢足球，或者做别的事，但我想做测量，想理解，想学习，这太棒了，所以读研究生的时候，这并不适合所有人，但我真的工作得很夸张，从周一到周六，我都会自愿待在实验室，因为我就是想在那里，从早上八点待到半夜，周日我会从八点工作到大概五点，因为五点到半夜这段时间，我得洗衣服买菜，还有处理这些生活上的事，我很喜欢那样，我现在也仍然喜欢，只是我现在做不到了，但那只是因为我有了其他责任，就算我很有钱，我也会做同样的事，这真的是我发自内心热爱的东西，对我来说，绝对没有什么比面对一个难题，然后把它弄明白更有意思，这种工作态度很重要，聪明人和真正的科学家之间，有几件事会把他们区分开来，因为所有科学家都聪明，但很多科学家还有一种驱动力，还有真正的韧劲，对我来说，对我认识的很多科学家来说，你想测量一个东西，结果它就是不工作，这会让我很恼火，我不会让宇宙，或者我实验室里的设备，或者任何东西把我打败，有些人遇到东西坏了，就会说，哎呀这没成，很多人会说，我要回家了，我受够了，但我不会，那只会让我更生气，然后我会投入更多力气，当然不是，每个人都这样，好吧，我当时是有点疯狂，工作时间非常长，但我觉得，真正擅长做这件事的人，也会付出很多，也许不会到我那种程度，有些人需要比那更好的生活，但他们还是会付出很多，因为你无法想象，自己竟然不知道答案，当你年纪大一点之后，看到那种状态，可能不会要求对方，也到同样程度，但你能看到那种驱动力，那种强烈的想找到答案的尽头，你就会知道，这个人会有出息，所以如果有哪个学生在听，如果这件事不能给你带来快乐，就像那位日本女性说的那样，如果她不能让你感到快乐，那她可能并不适合你，那你可以做一个读科学，关注科学，参与其中的人，但如果你想成为真正的科学家，她就必须成为你这个人的一部分，顺便说一句，这确实是一种辛苦的生活，但也非常有成就感，为了自己热爱的事情，努力工作，是一种很充实的活法，我觉得艺术家也是这样，或者音乐家也是这样，音乐家会不停练习，因为那就是他们自己，我很高兴，有像你这样的人，在我很敬佩的Fermilab工作 [02:24:06]
Lex Fridman：Fermilab是美国，也是世界上众多，把伟大科学和伟大工程，继续向前推进的地方之一，谢谢你所做的一切，谢谢你在线上做的所有教学，也谢谢你在Fermilab，做的那些了不起的物理工作，非常感谢你今天来聊天，谢谢你邀请我，感谢大家收听我和，Don Lincoln的这场对话，你也可以在简介里，找到联系我的链接，向我提问，给我反馈等等，最后我想用，Marie Curie的一句话，作为结尾，她两次获得诺贝尔奖，第一次是物理学奖，第二次是化学奖，生活中没有什么可怕的东西，只有需要理解的东西，感谢收听，希望下次再见