智慧的灵光-第58章
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惠勒（1911——），美国物理学家。早年在巴尔的摩学院和霍普金斯大学学习，1933年获博士学位。曾在哥本哈根大学从事核物理研究，在核裂变研究领域取得创造性成果，确定铀为制造原子弹的原料。他是第一位从事原子弹理论研究的美国科学家。曾任美国物理学会主席。著有《几何动力学》、《引力理论和引力坍缩》、《黑洞、引力波和宇宙学》等。
我们能否希望终有一天抓住宇宙构造的中心原理呢？不错，爱因斯坦曾用一句名言向我们说过：“这个世界上最不可理解的事情就是世界是可以理解的。”
爱因斯坦逝世24年以来，我们取得了多少进步呢？粒子物理学的巨大发展，统一自然力方面的某些进展，等等。但是到头来我们必须说，所学越多，所知越少。在发挥这个主题之前，让我试着概述一下将要讲的东西。我要提起那条古代的物理学原理，“没有悖论，就没有进步。”此处我用“悖论”一词指的是困难、明显的不一致、所期望与所发现的东西之间的歧异等等。没有悖论，我们就不能得到任何真正新的东西；而有了悖论，我们就有了一点希望。为了取得进步，需要有两种因素既相对抗又相平衡。
今日物理学使我们面临着两个悖论的挑战。没有比它们更大的阴影了，但由于它们是破坏和建设的结合，也没有比它们更充满希望和鼓舞人心的了。第一个悖论是破坏性的，它声称物理学在时间的大门口——大爆炸、大坍缩和黑洞——走到了尽头；但另一方面，尽管有那么多表面上的变化，物理学在人们心目中始终仍在走着它的永恒之路。所以说，物理学停止了，但是物理学在进步，这就是第一个悖论。怎样消除这个困难呢？我想指出在物理学的描述中，“时间”不是一个原始范畴。因此我们使用时间已临近“时间的大门口”这一观念是错误的，正是这个错误才使我们陷入了第一个悖论。
第二个悖论是建设性的。它和量子力学有关，即与基本的量子观测行为——更确切地说是记录行为——在“造成”对象方面所起的作用有关。悖论何在呢？我们历来相信，物理学也总是预先假定：世界是存在于我们之外的，不依赖于任何观测行为。然而量子力学却告诉我们，世界并非存在于我们之外和独立于所有的观测行为。这就是第二个悖论。
这些悖论的教训是什么呢？可以用三句乩语式的格言来表达：“必须构造！确在构造！怎样构造？”没有什么东西能逃得脱第一条教训：“必须构造”。大爆炸告诉我们，无论粒子、力场还是自然规律都不可能永久存在，它们必定都有开端。
第二条教训是量子物理学的中心教义。每做一次基本的量子观测，我们就“构造”了一个我们称为实在的微观小体。第三条隐语“怎样构造？”概述了一个中心问题：怎样使一加一等于二？既然自然界已经通过基本的量子行为向我们显示了一条我们用以“确在构造”的途径，那么我们又何须另外去执行“必须构造”的律令呢？然而，不计其数的基本量子记录行为究竟是怎样结合在一起构造成大尺度水平上的实在呢？对此我们还根本一无所知。“怎样构造”这条隐语就是旨在号召我们解开这个谜。
我们并没有接触粒子和场物理学（这是当代进展所开拓的一个极宏伟的领域）中的奇妙发现，却怎么能够径直达到中心点呢？答案是简单的：所学越多，所知越少。
孩子们都喜欢送给他们中国套箱作为礼物。揭开一个，露出一个，揭开一个，又露出一个，直至最后露出那个秘藏的珍品。然而，要是这一列套箱没完没了，孩子们终究是会失去兴趣的。这难道就是我们在粒子物理学中的处境吗？我们从分子开始，然后是原子、核子、中子和质子，再后是各种各样的夸克。我的一位在这一领域贡献颇多的杰出的同事认为，我们能够做的只是设计更高能量的加速器，以便打开通向更小尺度的道路，去发现粒子世界更深层次的结构。我们距离那个古老的梦想——找到一种基本的单元，一种最终的粒子，一种其他所有一切赖以构成的魔术般的建筑砖块，依然和过去的人们一样遥远。
如果根本不存在处于物理学最底层的魔术般的粒子，那我们为什么不能转而用一种魔术般的力场来解释一切呢？在全部物理学中，再没有比电磁场、引力场与所谓场——米尔斯夸克束场的“三和弦”更优美的东西了。人们相信这最后一种场把夸克集在一起构成了中子、质子以及其它的基本粒子。这组“三和弦”解释了物体运动的所以然。
能否将这些力统一起来，作为单独一种场的诸方面呢？在过去若干年里，某些最有才能的物理学家已经向这个目标迈出了意义深远的步子。然而，不管我们是把这三种场看作彼此独立的，还是设想它们处于某种尚有待发现的统一之中，我们在今日的场与一百年前的弹性之间发现了某种相似性。只需要假定物体是匀质和各向同性的，人们就能够用简单的对称性论证表明弹性是仅仅由两个常数就能充分刻划的。在这个基础上，当时的物理学家建立了一个完备的理论，有定理，有分析方法，也有工程上的应用。但是弹性对于物质的本性却没有提供任何线索。对弹性进行一百年的研究也没揭示出分子与原子的存在。同样，对分子、原子之间的力作一个世纪的研究也不会揭示出它们仅仅是建立在正负电荷之间的力以及薛定谔波动方程之上。我们先得知道，不能用弹性来说明电子运动，而应该用电子运动来说明弹性。在这个意义上，我们发现理解的方向不是从表面的对称性指向内部机制，而应该反过来，从内部机制指向表面的对称性。
（童世骏 陈克艰 译）
空间科学为人类服务
作者：冯·布劳恩
冯·布劳恩（1912——1977），美国航天科学家。生于德国。早年就读于瑞士苏黎世技术学校。1932年毕业于柏林工学院。1934年获柏林大学物理学博士学位。1932年起在德国陆军军械部从事火箭研究。第二次世界大战期间，他到美国陆军装备设计研究局工作。1950年到红石兵工厂研制弹道导弹。1958年任美国航空航天局的领导成员。1969年领导研制土星5号火箭，第一次把人送上月球。著有《火星计划》、《高层大气物理学和医学》等。
我们现在有证据说明：我们有能力把空间技术用来为地球上的直接的永久的利益服务——空间科学为地球、生态学和能源服务，如果你希望的话。
拿地球资源技术卫星来说吧，到今年年底，这种主要为观察地球表面而设计的飞船，将绕着地球进行摄影达7000圈。自从去年7月发射以来，它已经用无线电发回1亿零115平方英里山脉、草原、沙漠和海洋、湖泊、江河、水库以及森林、牧场、农场和城市的实况。100多万张照片已经分发给美国的312个调查机构和36个其他国家。从地球资源技术卫星1号所获得的情报和资料看，监视城市发展和计划未来土地利用是可行的。我们还可以估计庄稼产量，查清木材资源情况。地球资源技术卫星1号还帮助我们确定空气污染和水污染的地方，绘制露天矿和森林火灾痕迹的地图。它正在发现线性地形特征，这种地形特征已经导致一些令人惊异的考古学发现。它帮助我们以现代化方式绘制地图、海岸图和领航图。此外，地球资源技术卫星1号还能监视火山，调查迁移性水鸟的繁殖地，研究水灾危险，确定海洋生物分布。
我们发射地球资源技术卫星1号，路子确实是走得对的。最新的气象卫星“雨云5号”也是如此。它每天都在测量所有海洋上的雨量分布，这种资料是从来没有得到过的，而对于长期预报又非常重要。但是资源管理系统要有意义，就必须在全世界范围内使用。一切希望从它的巨大潜力中得到好处的国家都应该参加。即使在当前紧张、冲突的世界形势下，我还是认为，在切实利用有效的全球性公共服务系统方面，国际航空线树立了良好的榜样。
首先，我认为，我们必须强调空间计划对解决世界面临的最大问题所能作出的贡献。除了核武器造成的大破坏以外，这个最大的问题就是人口爆炸。我们手头有使人信服的证据说明，空间计划未来的重大贡献之一将是帮助更加有效地管理世界资源的利用。
让我们看看原始事实吧：从耶稣降生到1700年，世界人口增加一倍。1700年至1900年又翻了一番。根据联合国粮食及农业组织的最新统计资料，当前世界人口估计为30亿多一点，到本世纪末将大大超过60亿。假设增长率不再提高——这是不大可能的——到2025年，地球将必须养活100亿到120亿人，等于今天人口的4倍。除非我们找到解决这种局面的灵丹妙药，否则我们的子孙所生活的世界；对于人类的绝大多数来说，将只是一个为生存而斗争的世界。
然而，地球是可以养活更多的人的。在构成地理干燥陆地表面的人约360亿英亩面积中，现在只有9％用于耕种或养牲口。有70％的地区太冷、太贫瘠、太多山或土壤不足，剩下的21％有使用潜力，但是开始时需要很大量的投资，以改善道路、建筑、电力和灌溉等条件。因此，从最低成本最早收益的观点看，我们的第一目标还是提高现有9％耕地的生产率。大体的比较表明：高度发达国家实际获得的三种主食——麦、大米和玉米的产量，超过发展中国家产量的4倍。
我们已经学会了很多东西，已经能够为这项工作研制相当好的多光谱传感器、红外线扫描器等。不久以后，我们将能使这种设备臻于完善，有效地用来勘探矿物、石油和天然气。已经有好几次，安装在卫星上的多光谱扫描器探测到森林大面积遭受传染性疾病的影响，比负责同一地区的当地林警弄清问题的严重程度要早得多。这些仪器还特别适合于研究水文过程，如对蓄水坝管理极为重要的雪径流量预计。这些仪器对民用渔业和海产收成也有巨大的潜在价值。
卫星可能用来测量全球的盐浓度和水温。众所周知，这两种因素对鱼类回游有影响。浮游生物——吸引小鱼，小鱼又吸引大鱼——是很容易凭它的微绿色辨认出来的。盐浓度可以用偏振计测定。水温用红外线传感器很容易测出。因此，轨道资源勘测系统不仅能很快地把鱼群如何回游的情况告诉全世界的渔船队，而且还能指明在哪里才能抓到大鱼。
（陈安全 潘幼仲 译）
对人脑的新认识
作者：罗杰·斯佩里
罗杰·斯佩里（1913——），美国心理生物学家。生于哈特福德。1941年获芝加哥大学哲学博士学位。1954年后任加利福尼亚理工学院心理生物学教授。是美国国家科学院院士，美国科学促进会等组织成员，国际脑研究组织成员。因研究揭开大脑两半球秘密和功能分工，为人们了解人脑更高级功能提供了新观念，于1981年与人共获诺贝尔生理学和医学奖。
我们稍许回顾一下。我们记得，即使小的脑损伤，假如选择性地损伤于左半球，那么可能选择性地破坏人的阅读能力，而同时却保留说话和交谈的能力。书面文字继续能看见，但这些文字失去了它们的意义。这种情况通常出现于左半球角回的病灶性损害。根据这些病例，自然地得出结论：左半球负责阅读，相反，未损害的右半球必定是“患字盲症”的，或对书面文字无理解能力。
这同样适用于理解口头语言的能力。在靠近左侧半球的魏氏区内发生病灶性损害，或者这个区域与来自皮层听觉接受中心的输入通路受到损害，其结果，别人的口语能听到，但失去了意义，这些病例似乎告诉我们，对语言的理解被限于左半球，右半球是既患语聋症，又患文字盲。
随着左半球的而不是右半球的病灶性损害破坏了语言的理解和表达能力这类观察的积累，使人们产生了神经学上的传统观念，即认为，大脑有优势的、起主要作用的左半球和劣势的、起次要作用的右半球。次要半球除了无言语能力、无书写能力及患语聋症和患文字盲症外，还由此推论出，它缺乏与语言和符号处理联系在一起的更高级的认识能力。
50年代至60年代早期所收集到的损害的大部分证据都集中地支持一个是主导的、进化得更高级的、理智的左半球以及相比之下另一个是相对落后的右半球的设想。对于典型的惯用右手的人的脑来说，右半球不但是无言语能力和无书写能力的，而且是读宇困难的，患语聋症的和失语症的，通常缺乏更高级的认识功能。
60年代早期出现了令人惊奇的事，对施行脑连合部切开术的病人或“裂脑”病人所作的测试似乎表明：在右侧即所谓“次要”半球存在着相当大的认识理解和语言理解以及既能写又能说的能力。这些就是洛杉矶白碑医学中心神经外科主任菲里浦·沃格尔和医师琼赛·布根的病例。这些病人为了控制严重而难治的癫痫，忍受了胼胝体及其他前脑连合部中央的外科切断，以作最后的尝试。手术切断了作为两侧大脑半球直接联络的所有神经交叉联系。从这些手术病人的经验以及最近10年的裂脑动物的研究，可以预言：这种裂脑的结果不会严重地使其不能从事一般日常活动。这被证明正是如此。在无其他重要的脑部病变情况下，给予前脑连合部完全切断的病人6个月至一年的恢复时间，若偶然第一次相遇或交谈，或者甚至通过一次全面的常规性医学检查，通常不会被发现。
我们与米坎尔·卡扎尼加一起对这些病人的早期研究，似乎从一开始就显示出，分离的右半球并非像预想的那样是患语聋症的，也不是患字盲症的。单侧性语言能力的测试证明了右半球在很大程度上是无言语能力和无书写能力的，但在适当高的水平上，当检查者言语说得响些时，则能够理解词意。分离的有半球也能阅读闪现在左视野的书面的词汇——用按照各种状况在供选择的一列物品中选择或指出对应的物体或图片来证明。脑连合部切开术的病人也能够用右半球去选择与呈现的物体和图片相匹配的正确的书写或口述的词，以及正确地说出书面的词汇，反之亦然。对于不直接地提及而仅仅用复杂的口述短语例如“一个测量仪器”，“液体的盛器”等等来描述的物体，也能通过右半球达到正确地触摸取出。就分离的右半球来说，这些病人还可以用剪下的字母拼出三四个单字，并可以用触觉默读出这些单字。最近，赞德尔应用了经他改革的可作长时间观看的巩膜透镜技术，并由他证实了右半球的这些语义的能力，并扩展到综合性的一系列实验。在60年代早期，同时代的神经学说竟是如此强烈的相反，以致于Bogen医师对从我们初期的一些关于语言的论文中抽掉他的名字表示诚挚的感谢。
我们深信，对于这些语言测试的答案必定来自右半球，而决不是来自大脑的左半球。这是以单侧试验过程为根据的。在这个试验中，用接连查问词语问题的方法证明：负责说话的左半球对右半球作出的回答和行为一无所知。每个被分离的半球好像都意识不到另一侧半球的认知
