相对论有什么用

冷哲

在研发GPS(全球卫星定位系统)卫星时,学者发现:根据爱因斯坦于1905年发表的狭义相对论,由于运动速度的关系,卫星上的原子钟每一天会比地面上的原子钟慢7微秒;而根据1916年发表的广义相对论,由于在重力场中不同位置的关系,卫星上的原子钟会比地面上的每天快45微秒。二者综合,GPS卫星上的原子钟每天会比地面上的快38微秒。如果不对时间进行校准,定位位置将发生漂移,每天漂移距离约为10千米。

没有相对论,就没有全球卫星定位系统。

那么站在1905年或1916年,人们能够想象相对论有什么用吗?站在1854年,人们恐怕也无法想象黎曼几何能有什么用。即便在1978年的时候,美国研发GPS的目的也不过是给自己的导弹、核潜艇等进行定位。1983年,大韩航空007号航班误入苏联领空被击落,时任美国总统里根宣布GPS将向民众开放,以防止类似悲剧再次发生。1989年,第一颗新一代的GPS卫星发射成功,1994年,24颗GPS卫星全部入轨。我们今天开车必备的卫星导航,在1905年的时候连科幻小说作家都想象不出来。

今天当我们对着手机说“帮我找一家附近评价最高的川菜馆”的时候,这背后牵扯了多少纯理论呢?微积分、黎曼几何、复变函数、概率论、相对论、电学、光学、有机化学、无机化学……每一样理论,在其诞生之时,我们都想不到其对日常生活的作用。

总而言之,理科与工科是不同的。理科的目的在于探索这个世界的规律,而这些规律该如何得到应用,则是工科的事情。工科的主要工作就是用理科发现的理论、规律来解决人类社会中需要解决的问题(当然,工科在此过程中也发展出很多对世界规律的认识)。

理科成果的用处,极少会像工科那样明显。理科应该是超前于时代的。

正因为理科的研究总是艰难的、缓慢的,我们才应该坚持不懈地进行投入,不断拓展人类的认知边界。

如果工科在解决实际问题时发现理科的理论不能够支持,这时候才投钱到理科去研究相关问题,那么问题的解决恐怕就要往后拖延几十年,这将极大地阻碍人类社会的进步。

如果我们要用现有理论解决现有问题,那么就要保证理科研究领先于整个社会。

因此,今天最前沿的理科研究成果,其第一次应用往往在几十年甚至上百年之后,它的应用形式很可能是我們现在难以想象的。

时常有人质疑:世界上还有很多贫困的人,为什么不拿钱补助他们,而要搞一些目前看不到应用场景的科学理论研究?这是因为,提高生活水平的主要力量是生产力水平的提高。如果我们今天仍然保持着一千年前的生产力水平,那么无论我们怎样扶贫,大家的生活都不会好过到哪里去。加强基础学科研究,即便暂时看不到应用场景,也是有利于整个社会的。

(张秋伟摘自江西教育出版社《认知迭代:在复杂世界中找到正确思考的逻辑》一书,毕力格图)

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