光和量子宇宙占据“宇宙系列卫星：可能的世界”中心舞台
尼尔·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）的“宇宙：潜在的新世界”论述了对科学本身的追求，也讲述了人类在数学，物理学和其他科学学科领域中取得的成就。第9集“真实魔术”探索了光的世界-泰森（Tyson）指出光在科学和文化文学中具有多种含义概念。
泰森将光称为“科学史上最大的谜团之一”，并将“揭开不为人知的宇宙结构面纱”。 故事始于传奇的艾萨克·牛顿爵士，他为光与色的研究做出了巨大贡献。 牛顿的自制实验（包括将长针插入自己的眼睛中）带来了重大突破，这些突破即将影响现代对光学科学的理解。 牛顿得出结论，颜色是光的一个方面。 泰森谈到这位杰出的物理学家时说：“牛顿的伟大在于他对普通事物的'为什么'和'如何'的质疑” 有了这些质疑，这些普通的事情即变得更复杂。
牛顿接着得出结论并推断出光由他称为“微粒”的物质组成，微粒流像子弹一样击打我们的视网膜。我们上周在第8集“卡西尼号的牺牲”中，探讨过另一位富有远见和为人熟知的科学家--克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）的研究，他强烈反对牛顿的发现。惠更斯将光看成是波浪，就像声音一样。
主讲人尼尔·德格拉斯·泰森折服于想象之船的火苗前。就像我们的祖先在不了解火是如何运用的情况下使用火一样，数十年来，我们一直生活在量子物理学的奥秘中，并找到了探索的方法。 （图片来自：Cosmos Studios）
为了解决这样的一个问题，科学家托马斯杨（Thomas Young）设计了这个实验，其目的是彻底解决光是由什么构成的这一问题。他的成就包括破译埃及象形文字和翻译古代语言，识别一种叫做散光的眼部缺陷等等。泰森说，他的发现，使物理学成为了打开我们新世界的大门。
泰森表示，“权威的论据在科学领域里根本没有一点的用处，唯一能解释这些论据的只有大自然本身。”
杨在研究时发现了某些牛顿没有发现的东西，并留下了一颗震惊着未来研究人员和科学家的定时炸弹。而这颗定时炸弹就是他发现了光具有干涉图样并且光是像波形一样运动的，但这一发现却和牛顿所假设的“光是粒子”大相径庭。
后来，物理学家J.J.汤普森做了一个实验---他通过加热电极直到将亚原子粒子逐一喷射出来的方法发现了电子的存在。汤普森的这一发现给科学家们指明了一条道路，那就是通过隔离不断缩小光单位直到它们变成一个光子的方法来演示杨的双缝实验。他们通过追踪光子的路径来了解看似随机的光子演变的图样。但科学家们发现杨的干涉图像产生的波莫名其妙的消失了，伴随而来的是科学家们偶然发现了量子宇宙，并且在量子宇宙中，观察行为会影响粒子的行为方式。科学家的这一发现最终打开了量子物理学的大门。
量子物理学的出现表明了惠更斯和牛顿都没有对错，光可能是波，也可能是粒子，或者两者都不是。惠更斯提出的概率论帮助我们了解了量子现实，泰森说这代表了一个“未被发现的前沿”—-即粒子和现实是分离的。为了说明这一点，泰森将我们带到了埃德温·阿伯特想象的“平地”世界，并且把他的理论延伸并应用于我们的三维现实。
泰森沉思着说道：“最罕见的事情就是当一个搜索者偶然发现隐藏矩阵的窗帘上的洞的时候。”他还反思道，在已经知道查尔斯·达尔文发现了时间和环境是用第一个活细胞塑造了所有的生物的这一概念的情况下，量子现实存在的线索是又是如何存在的呢？数十年后，爱因斯坦终于发现了似乎违反了自然界的所有规则和这些生存规则的量子世界。
尼尔·德格拉斯·泰森走在时间的螺旋状楼梯上，一边走一边解释着量子时钟的概念：在这个从不需要上发条的时钟里，时间将在下一个150亿年只损失一秒钟。（图片来自：Cosmos Studios）
事实上，光被我们还没有完全掌握的一些定律支配着。在向我们解释人类没必要非得去理解量子物理然后运用它的力量之前，泰森琢磨“有没有一点希望可以救救我们对于量子宇宙的经典现实理论？”有时候，科学（我们大家都认为是一种非常棒的让人学会谦虚的方法）迫使我们在研究中接受某种层面上的模棱两可和保留判断。
“两个原子的故事”
许许多多例子都告诉我们，在科学领域中，“实践出真知”是多么的重要。《宇宙：潜在的新世界》第十集“两个原子的故事”，讲述了人类是如何把核连锁反应应用到军事上的历史。故事从原子——一切物质的基础开始讲起，泰森认为这是一个非常合适的出发点。
“当我们追溯原子的起源时，我们同时也在寻找人类自己的起源。”泰森说。这个故事是关于生命的，同时也是关于彻底性的死亡的。人类的起源其实可以追溯到两个简单的原子：碳原子和铀原子。
到了十九世纪，科学家们仍然对原子内部的活动一无所知。直到物理和化学学家玛丽·居里和她的丈夫在现今的捷克得到铀矿，科学界才对原子里的秘密略知一二。居里夫人和她的丈夫皮埃尔·居里，花费数年的时间对矿石进行蒸馏和提纯，最终的得到含有50-80%的铀的沥青铀矿。“我们生活在单一重复的工作中，就像是生活在梦里。”居里夫人这样描写她漫长而又艰难的提纯过程。她花了将近三年的时间才把十分之一克的沥青铀矿加工成镭。
居里夫妇惊讶地发现这种元素在极端温度下不会产生任何反应，并且会随机发射出比化学能还要强烈数百万倍的能量，这就是我们所说的放射现象。这些“地球之星”发出微弱光线的方式不仅证明了放射性原子的原子核内部在不断的发生反应，也证实了存在比原子更小的粒子。类似于赫伯特·乔治·威尔斯的《时间机器》中的世界毁灭，这些发现更深层的意义在于，它将会创造出不久后举世皆知的“原子弹”。
深夜的实验室里，坐着居里夫妇，两人正欣赏着属于他们的“地球之星”——镭，一种能够自发地散发能量的元素，玛丽·居里称这种现象为“放射性”（图片提供：宇宙工作室）
里奥·西拉德，一位匈牙利科学家，当他在马路边上等绿灯时，一个大胆的猜想蹦入他的大脑：核链式反应导致了毁灭性的核反应。“正是这一想法改变了我们的世界。”泰森说道。
“这只是很久以前就开始的暴力连续体的最新发展。”他接着说，然后深入研究了早期人类思维模式的缓慢转变，随着交流变得更容易、更快、技术迅速进步，这种转变导致我们的“杀戮半径”逐步扩大。同时，“杀伤范围”和“杀伤比例”的增加共同改变了战争的格局。在今天，速度和技术已经使杀戮半径足够大，大到足以摧毁整个文明。
“很难确定第一次核战争开始的准确时刻；有些人可能会一直追溯到那支飞过树梢的箭。另一些人可能会说，它开始得比那要晚，有三个信息，”泰森说，他指的是科学家们写的信，这些信告诉了他们的领导人“大幅提高杀伤率是可能的。”科学家保罗·哈特克、爱德华·特勒、阿尔伯特·爱因斯坦、里奥·西拉德、J·罗伯特·奥本海默以及约瑟夫·罗特布拉特，他们站在了利用原子核进行现代战争研究的前沿。
阿尔伯特·爱因斯坦被里奥·西拉德说服，在一封给富兰克林·罗斯福总统的信上签了名，这封信提醒他注意我们对物理学的科学理解可能会武器化。
其中，罗特布拉特的故事被泰森所强调：“如果爱德华·特勒在科学界有一个极端的对立面，那无疑是约瑟夫·罗特布拉特。”科学家们认为，制造核武器是对其他使用核武器的国家的一种威慑，这也是美国政府在二战期间研究、制造和使用原子弹的曼哈顿计划背后的主要理由。
在希特勒得到这种武器可能性衰弱且德国被攻占后，曼哈顿计划原本将会长时间持续。只有一个科学家在这时从曼哈顿计划中辞职，他就是：Joseph Rotblat。否定了道德上的优越感，他上船寻找他长期失联于华沙的妻子，才发现她已经在大屠杀中丧生了。
如今，核战争的幽灵依然萦绕在我们身边。“我们怎么能在冒着烟的火山阴影之中睡得如此香？”，Tyson站在新墨西哥州的三一点纪念碑前严肃地问，那里就是第一次测试核爆炸发生的地方。 纪念碑的矮小与Tyson的话以及饱含有历史意义的遗址与那里曾经发生的事情形成明显反差。
Tyson以一个警示结束了这个片段，告诉我们1902年痛心的Pelée山火山喷发 ，一个在加勒比马提尼克岛的火山其火山碎屑流在几分钟内摧毁了圣彼得岛的一个城镇，导致了大约30000人丧生。Tyson认为这场火山爆发等同于仅仅一个核弹头的威力。“我们已发明了一种利用宇宙之火的方法藏在了物质中心。”他补充到，制作核武器的能力是我们无法忘记的知识。
存在于星球上的生命起源的铀原子和碳原子交织生命并且对基因代码进行摧毁。电离辐射对活着的生物有毁灭性作用，是让原子武器比起传统武器危险得多的地方。在高层次的电离辐射，接触致命的辐射层次导致细胞生癌、基因突变，损害将会传承下去。 “是摧残我们未来的存在，”Tyson定义到。在我们能想到的一次革命也许是必定跟随原子时代的黎明，他说，“记住人道，遗忘其他。”
作者：Melissa Silva
FY：Astronomical volunteer team
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