山西｜張石山

第一章 霍金之死

2018年3月14日，霍金先生去世。作為當(dāng)代最負(fù)盛名的科學(xué)巨人之一，他的去世引發(fā)了各界極大的關(guān)注。

對(duì)于僅僅知道霍金的名頭而對(duì)他的偉大建樹(shù)不甚了了的大眾而言，恐怕更多會(huì)在意霍金極為奇巧的生日與忌日。而對(duì)霍金之死報(bào)道的種種文字里，自然也不乏專(zhuān)門(mén)追逐奇巧的花邊寫(xiě)作。

霍金生于1942年1月8日，這一天，正好是偉大的科學(xué)家伽利略去世300周年忌日；而霍金去世之日，又恰恰是偉大的科學(xué)家愛(ài)因斯坦的生日。

一個(gè)巧合，已有幾分極不尋常，兩個(gè)巧合，就透出來(lái)一點(diǎn)說(shuō)不清的神奇。

按照概率理論來(lái)解釋?zhuān)だ匀ナ?00年的那一天，世界上出生的男嬰該是不少，但這些男嬰中，能夠成為像伽利略一樣的科學(xué)巨匠者，能有幾人呢？事實(shí)證明，有一個(gè)，就是霍金。就是這一個(gè)霍金，他的去世之日，偏偏又是愛(ài)因斯坦的生日。概率理論，能解釋得了這個(gè)嗎？

如果說(shuō)，一個(gè)人不能選擇自己的生日，從某種意義上講，有些人卻可以預(yù)設(shè)或決定自己生命結(jié)束的時(shí)間?；艚鹉鞘菗袢斩龅膯?？

懷疑霍金擇日而亡，沒(méi)有依據(jù)。以他的建樹(shù)與名頭，以他所贏得的榮光與追捧，他還需要選擇某一天死亡來(lái)給人們制造一點(diǎn)談資嗎？這是一種無(wú)聊的猜測(cè)，甚至是以己度人的大不敬。

那么，他的生與死，竟然就是上帝的安排了？

霍金不信上帝?；蛘哒f(shuō)，霍金不相信有一個(gè)超乎大自然之外的萬(wàn)能上帝。上帝能夠造出一塊他自己舉不起來(lái)的石塊嗎？這樣的設(shè)問(wèn)，即便帶有幾分乖戾，但也力有千鈞。應(yīng)該說(shuō)，霍金就像我們中國(guó)古來(lái)的圣哲一樣，只承認(rèn)“造物”。正如伽利略、牛頓和愛(ài)因斯坦等科學(xué)巨匠一樣，他們平生從事的科學(xué)研究，拒絕神秘論，拒絕相信是上帝確定了宇宙的起始與存在。作為實(shí)證主義科學(xué)家，霍金的任何研究，包括想象和假設(shè)，都要經(jīng)過(guò)極為嚴(yán)苛的驗(yàn)證。大師們秉持的科學(xué)精神，高于一切。作為西方人，他們心目中的上帝，只是屬于宗教情懷。

說(shuō)到宗教界，比如有的佛教徒們特別喜歡牽強(qiáng)附會(huì)，說(shuō)當(dāng)代最前沿的科學(xué)研究成果，佛陀早已都講過(guò)了。至大無(wú)外、至小無(wú)內(nèi)，從宏觀宇宙到微觀粒子，佛主早已無(wú)所不知。這也只是自欺欺人的喧囂罷了。佛陀有靈，對(duì)此恐怕還是拈花一笑，不置一詞。

基督教說(shuō)，上帝創(chuàng)造了宇宙；佛教稱(chēng)，佛陀早已看到并且預(yù)見(jiàn)了當(dāng)代科學(xué)所發(fā)現(xiàn)的一切；相比之下，我們的圣賢孔子和老子們更為理性。這是一種偉大的東方理性。東方理性崇尚天人合一，敬畏造物，但從來(lái)沒(méi)有聲稱(chēng)創(chuàng)造了宇宙，或者完全洞察了宇宙奧秘。

霍金之死，在我心中引發(fā)動(dòng)靜，不是因?yàn)槭裁椿ㄟ叀?/p>

我讀過(guò)他的科普著作。由于格外喜歡，曾經(jīng)認(rèn)真閱讀，反復(fù)領(lǐng)悟。我差不多應(yīng)該算是他的一個(gè)忠實(shí)讀者。

第二章 天體物理之夢(mèng)

說(shuō)來(lái)已是半個(gè)世紀(jì)之前的事情了。公元1966年，我在太原三中高中畢業(yè)。大家已經(jīng)填好了報(bào)考志愿書(shū)，“文革”突然爆發(fā)。所有學(xué)校的學(xué)生一律停課鬧革命，千百萬(wàn)人的命運(yùn)被迫改變。我們家族希望培養(yǎng)出一個(gè)大學(xué)生的夢(mèng)想也因此而破滅。

時(shí)間仿佛一帖遺忘痛苦的萬(wàn)應(yīng)靈藥，半個(gè)世紀(jì)足夠人們忘掉太多。況且，大家命運(yùn)都一樣，好比集體挨板子，誰(shuí)的屁股就更豪華、更有喊痛的權(quán)利呢？

但我的記憶很難磨滅。具體而言，我報(bào)考的第一志愿，是北大天體物理系。過(guò)了30年之后，大致是在2000年，我的兩個(gè)大孩子在北大讀文學(xué)博士，父子們沿著未名湖畔游逛，在東北角那個(gè)方位，竟然看到了“天體物理系”的標(biāo)牌。我在那里佇立良久，像是為那夭折的夢(mèng)想默哀。

如同當(dāng)年許多中學(xué)生的家長(zhǎng)，父親母親沒(méi)有多少文化，對(duì)于我究竟該報(bào)考什么志愿，從來(lái)沒(méi)有任何意見(jiàn)，因?yàn)樗麄儗?duì)此根本就沒(méi)有什么概念。我自己也糊里糊涂，只是那年高考前夕，在若干大學(xué)的宣傳招貼上，偶然看到了“天體物理”這幾個(gè)字。我覺(jué)得這個(gè)名堂頗有幾分神秘，不妨就上那兒去念書(shū)也不錯(cuò)。

硬要找一點(diǎn)更內(nèi)在的心理緣由，應(yīng)該也有。

小時(shí)候在村子里，無(wú)知少年有著若干不著邊際的遐想。白天上山砍柴，看著波濤一般奔向天際的山海，會(huì)想：山的那面，那面的那面，會(huì)是什么呢？夜間仰望深不可測(cè)的星空，更要在心里發(fā)問(wèn)：天有盡頭嗎？星星和我們之間，到底存在著一種什么樣的關(guān)系？后來(lái)看到“天體物理”幾個(gè)字，忽忽焉心有所動(dòng)，或者就和童年時(shí)代的天問(wèn)有關(guān)，也未可知。

生活這部車(chē)子，載了我們顛簸前行。當(dāng)它錯(cuò)過(guò)了某個(gè)岔道口，便是永遠(yuǎn)的錯(cuò)過(guò)。好像一棵樹(shù)，一旦長(zhǎng)成某種樣子，再也沒(méi)有辦法重新生長(zhǎng)一回。

說(shuō)話間我就到了50歲。大概是在未名湖畔佇立憑吊前后，先是在張銳鋒那兒看到了一本《時(shí)間簡(jiǎn)史》。那時(shí)，兩個(gè)人都是剛剛離婚鰥居，如同老話所言“家有梧桐招鳳凰，家有光棍招棍光”，尋常廝混在一搭。那本書(shū)一旦拿起，就放不下，就在他的舊居小樓那兒，一口氣翻看完畢，記住了這本書(shū)的作者正是霍金。

過(guò)了些時(shí)候，在府西街外文書(shū)店近邊的一間書(shū)屋，偶然瞥見(jiàn)了櫥窗里的新書(shū)廣告，是《時(shí)間簡(jiǎn)史》的姊妹篇《果殼中的宇宙》。我個(gè)人幾乎很少買(mǎi)書(shū)，這時(shí)不懼破鈔，登時(shí)買(mǎi)到。我說(shuō)的讀過(guò)霍金的科普著作，就是指這兩本書(shū)。

反復(fù)閱讀，也不敢說(shuō)全懂；半懂不懂，而又能讀得津津有味，豈不怪哉？貌似怪哉，畢竟又有心理軌跡可尋。以為讀懂了很少的部分，應(yīng)該說(shuō)有所收獲。愿將小小心得歸納總結(jié)，并與有興趣的朋友們共享。

第三章 時(shí)間的起點(diǎn)

唯一的一次讀《時(shí)間簡(jiǎn)史》，竟然放不下，竟然要一口氣讀完，原因很簡(jiǎn)單，就是我被“驚到了”。那是一種震驚，足以振聾發(fā)聵。

在我們的常識(shí)中，在大家的習(xí)慣思維里，或者人們不思不想?yún)s往往秉持著一種觀念：時(shí)間不僅無(wú)休無(wú)止，而且無(wú)始無(wú)終。時(shí)間的長(zhǎng)河，向無(wú)盡的遠(yuǎn)端流淌而去；反向追溯，它該是從無(wú)盡的遠(yuǎn)端流淌而來(lái)。這差不多便是天經(jīng)地義，不可懷疑。

然而，這樣的斷言，卻是錯(cuò)誤的。

時(shí)間，如果還不能確定將在何時(shí)終結(jié)，科學(xué)研究成果表明：時(shí)間有一個(gè)確定的開(kāi)端。

時(shí)間之矢，從那一個(gè)確定的起點(diǎn)開(kāi)始，向著未來(lái)的方向而去。

時(shí)間，因而成為我們生活于其中的宇宙的一個(gè)“性質(zhì)”。在它開(kāi)始之前，對(duì)我們沒(méi)有意義。

時(shí)間具有開(kāi)端，有科學(xué)家們的設(shè)問(wèn)、思考，也有嚴(yán)格的科學(xué)檢測(cè)的證明。

僅僅是科學(xué)家們的思考，應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)足以引發(fā)我們產(chǎn)生相應(yīng)的思考。

時(shí)間如果沒(méi)有開(kāi)端，那么，顯然的結(jié)論便是：我們的宇宙應(yīng)該已經(jīng)存在了無(wú)限久。

但是，如果宇宙已經(jīng)存在了無(wú)限久，那么我們當(dāng)今觀察到的宇宙，就不應(yīng)該是這個(gè)樣子的。

經(jīng)過(guò)了無(wú)限久的時(shí)間，太陽(yáng)，以及像太陽(yáng)一樣無(wú)數(shù)的發(fā)光發(fā)熱的恒星，它們已經(jīng)無(wú)限久發(fā)出的熱量，應(yīng)該使得整個(gè)宇宙達(dá)到了一個(gè)“熱平衡”。

我們不妨這樣來(lái)理解“熱平衡”：設(shè)想一個(gè)限定的空間，比如一個(gè)燈泡內(nèi)，鎢絲發(fā)熱已經(jīng)無(wú)限久，那么，整個(gè)燈泡里都達(dá)到了熱平衡，與鎢絲的溫度一樣了。

燈泡外部的條件就不考慮嗎？整個(gè)宇宙，就像由無(wú)數(shù)燈泡緊挨著的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，此一燈泡外，恰是其他燈泡內(nèi)。當(dāng)然，燈泡云云，只是協(xié)助我們理解的某種假設(shè)。沒(méi)有什么燈泡，宇宙是一個(gè)幾乎各處都一樣的連續(xù)體。一個(gè)存在了無(wú)限久的宇宙連續(xù)體，在無(wú)數(shù)發(fā)光發(fā)熱的恒星永久照耀下，各處的溫度應(yīng)該早已達(dá)到一致。這便是整個(gè)宇宙的熱平衡。

宇宙沒(méi)有達(dá)到熱平衡，證明發(fā)光發(fā)熱的恒星們，確實(shí)還沒(méi)有燃燒了無(wú)限久。

進(jìn)一步思考，假如恒星已經(jīng)燃燒了無(wú)限久，他們應(yīng)該已經(jīng)耗盡了燃料，歸于死寂。

僅僅從抽象思考出發(fā)，宇宙既然沒(méi)有達(dá)到熱平衡，也沒(méi)有歸于寂滅，因而科學(xué)家們得出一個(gè)結(jié)論：宇宙一定是從某個(gè)時(shí)候開(kāi)始的。在那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，宇宙開(kāi)始“點(diǎn)亮”。恒星們方才開(kāi)始發(fā)光發(fā)熱。

第四章 宇宙正在膨脹

恒星們不僅發(fā)熱，亦且發(fā)光。所以，假如宇宙已經(jīng)存在了無(wú)限久，那就不僅應(yīng)該已經(jīng)達(dá)到熱平衡，亦且應(yīng)該已經(jīng)達(dá)到了“光平衡”。“光平衡”，是我此刻生造的一個(gè)概念，只是為著說(shuō)明問(wèn)題。

宇宙之間有無(wú)數(shù)的發(fā)光恒星，在夜間，星光刺激了我們眼球上的感光細(xì)胞，于是我們就看到了星星。任何人的經(jīng)驗(yàn)都能證明，即便是在鄉(xiāng)間最清澈的夜空，我們也只是看到有限的星星。借助巨型望遠(yuǎn)鏡乃至射電望遠(yuǎn)鏡，我們克服了人的肉眼局限，當(dāng)然看到了更多的星星，包括極遠(yuǎn)處的河外星云。但射電望遠(yuǎn)鏡看到的廣闊星空，依然沒(méi)有被發(fā)光的星星全部填滿。

這充分說(shuō)明，宇宙是太大了，太過(guò)浩渺。即便是光速達(dá)到每秒30萬(wàn)公里，有些發(fā)光的恒星的光芒，過(guò)了數(shù)十億年，仍然沒(méi)有來(lái)到我們地球。

從恒星發(fā)光這個(gè)角度來(lái)思考，仍然能夠得出結(jié)論：宇宙并沒(méi)有存在了無(wú)限久，所以許多恒星或河外星云的光芒，還在射向我們地球的旅途上。

所以，宇宙點(diǎn)亮，一定有一個(gè)時(shí)間起點(diǎn)。據(jù)科學(xué)家們精確計(jì)算，宇宙起始已經(jīng)有137億年。在這樣長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，還有星光沒(méi)能抵達(dá)地球。因而我們看到的是號(hào)稱(chēng)“繁星滿天”的夜空，而不是星星真的覆蓋了整個(gè)夜空。

除了距離太過(guò)遙遠(yuǎn)，有些恒星的光芒還沒(méi)有來(lái)到地球，另外由于人的肉眼感光能力的局限，我們還看不到許多在事實(shí)上已經(jīng)來(lái)到了地球的光線。

望遠(yuǎn)鏡應(yīng)運(yùn)而生，著名的哈勃望遠(yuǎn)鏡，人們耳熟能詳。

據(jù)科學(xué)家哈勃先生用望遠(yuǎn)鏡觀察，除了看到許多肉眼看不到的星系之外，他還同時(shí)發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)星系，正在飛速離我們遠(yuǎn)去。

星系是否正在離我們遠(yuǎn)去？結(jié)論是肯定的。支持這一結(jié)論的，是所謂“紅移現(xiàn)象”。

紅移現(xiàn)象，可以用我們常人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以理解。

比如，聲音在空氣中是通過(guò)震動(dòng)空氣的聲波來(lái)達(dá)于我們的耳鼓?；疖?chē)面對(duì)我們奔馳而來(lái)，然后飛馳而去，聲音的速度沒(méi)有改變，但聲波的頻率卻有先是逐漸加快然后逐漸變慢的變化。

星云向我們發(fā)射來(lái)的光線，其光波的變化規(guī)律也是這樣。當(dāng)星云離我們遠(yuǎn)去，光的速度沒(méi)有變化，但光波的頻率就會(huì)變慢。換言之，光波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)了。光波變長(zhǎng)的時(shí)候，它在光譜儀上就會(huì)呈現(xiàn)出向紅色一端移動(dòng)的情況。通過(guò)這樣的紅移現(xiàn)象，證明了絕大多數(shù)星系確實(shí)是在遠(yuǎn)離我們而去。

連續(xù)觀察記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步證明：宇宙正在膨脹，而且是按照一個(gè)固定的膨脹率在膨脹。

第五章 曾經(jīng)的收縮態(tài)

宇宙在膨脹，按科學(xué)家的說(shuō)法，許多星系“正在飛速離開(kāi)我們遠(yuǎn)去”。那么，那些極遠(yuǎn)處的星系，我們是否有可能永遠(yuǎn)看不到？這個(gè)，倒是無(wú)須擔(dān)心。因?yàn)?，宇宙間任何物體運(yùn)動(dòng)的速度，都不可能超過(guò)光速。星系是在離我們遠(yuǎn)去，但他們離去的速度，絕對(duì)不會(huì)超過(guò)光速。那些星系早些年發(fā)出的光芒，最終一定會(huì)抵達(dá)我們地球。

我們現(xiàn)今居于其中的宇宙，仍然處于按照一個(gè)固定的膨脹率來(lái)膨脹的過(guò)程之中。依據(jù)這個(gè)膨脹率來(lái)計(jì)算，宇宙已經(jīng)膨脹了大約137億年。這便是宇宙的年齡。

依據(jù)宇宙正在膨脹的事實(shí)，反推回去，宇宙一定曾經(jīng)有一個(gè)收縮態(tài)。

據(jù)霍金介紹，愛(ài)因斯坦曾經(jīng)設(shè)想，宇宙在將來(lái)停止膨脹后，會(huì)開(kāi)始收縮；收縮到某一緊致?tīng)顟B(tài)，再開(kāi)始反彈。我們現(xiàn)今所處的宇宙，也許正處在它的某次反彈之中。

霍金與同時(shí)代的幾位科學(xué)家卻證明了：宇宙最早的收縮態(tài)，曾經(jīng)是一個(gè)奇點(diǎn)。奇點(diǎn)的邊界，收縮為零，物質(zhì)的密度趨近無(wú)限大。

宇宙，在這個(gè)奇點(diǎn)開(kāi)始大爆炸，這便是時(shí)間的起點(diǎn)。

我們所處的宇宙，正是這次大爆炸的產(chǎn)物。這個(gè)宇宙仍然處在膨脹過(guò)程之中，只是那場(chǎng)大爆炸的后續(xù)反應(yīng)。

大爆炸理論，關(guān)于奇點(diǎn)的理論，得到了種種證明，包括可以建構(gòu)出與之相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

經(jīng)過(guò)幾十年的時(shí)間，人們已經(jīng)普遍接受了大爆炸理論。

盡管愛(ài)因斯坦本人幾乎從未認(rèn)真地接受過(guò)大爆炸，但大爆炸理論恰恰是愛(ài)因斯坦著名的廣義相對(duì)論推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)果。

按照廣義相對(duì)論，霍金與彭羅斯證明了，宇宙從大爆炸起始，時(shí)間于是有了一個(gè)開(kāi)端。

我個(gè)人對(duì)大爆炸是這樣理解的：

我們被局限在地球這個(gè)點(diǎn)上，在人類(lèi)的視角看來(lái)，四面八方看到的星系們都在離我們遠(yuǎn)去，仿佛我們地球處在了宇宙的中心。其實(shí)，宇宙從任何一點(diǎn)出發(fā)去看，都是一樣的。

我們可以想象，一只氣球，上面繪有各種星系，當(dāng)氣球被吹大，它就開(kāi)始膨脹。上面繪有的星系，便隨著氣球的不斷膨脹而相互離開(kāi)，越來(lái)越遠(yuǎn)。而在最初，那氣球竟然小到無(wú)形。我們的地球，在那只“氣球”的圖案上，只是一個(gè)不起眼的星系銀河系中的一個(gè)不起眼的小小星體。

再想象得立體一些，一塊大到無(wú)以復(fù)加的海綿，仍在繼續(xù)膨大，構(gòu)成海綿的每一點(diǎn)，和其他點(diǎn)的距離在不斷增大。而在最初，那海綿只是一個(gè)“奇點(diǎn)”。質(zhì)量無(wú)限大，而體積趨于零。

從大爆炸從一個(gè)奇點(diǎn)開(kāi)始的說(shuō)法來(lái)推斷，我們的宇宙，正是“無(wú)中生有”。

第六章 神奇的光速

光在真空（太空）中傳播的速度每秒約30萬(wàn)公里，這已經(jīng)成為中學(xué)生的常識(shí)。地球被大氣層所包裹，光線在大氣中傳播的速度則略有減小。這樣的常識(shí)，是科學(xué)家經(jīng)過(guò)了各種嚴(yán)格的科學(xué)測(cè)試，最終確定的。常人不可能人人都去做類(lèi)似的測(cè)試，我們相信科學(xué)，也可以講正是對(duì)那些科學(xué)家的信任。他們的結(jié)論，經(jīng)受住了嚴(yán)格的驗(yàn)證。

太陽(yáng)距離地球有多么遠(yuǎn)呢？根據(jù)測(cè)試得知，陽(yáng)光抵達(dá)地球，大約需要8分20秒。而太陽(yáng)是所有天體中距離我們最近的恒星。

天體之間更大的距離，不得不使用“光年”這一尺度。所謂光年，就是光線在一年里所經(jīng)過(guò)的距離。距我們最近的恒星，半人馬座的比鄰星，與太陽(yáng)系之間也有4.22光年的距離。

至于太陽(yáng)系所處的銀河系，其直徑有著十多萬(wàn)光年的長(zhǎng)度。

閱讀《時(shí)間簡(jiǎn)史》，關(guān)于光速，最令人驚異的是：光速在真空中的速度是恒定的，它在任何測(cè)量者的測(cè)量中，都是每秒30萬(wàn)公里！

依照我們的常識(shí)，速度應(yīng)該是一個(gè)相對(duì)概念。一列火車(chē)以某一速度行駛，那應(yīng)該只是相對(duì)于地面的速度。我們帶一只時(shí)鐘迎著火車(chē)跑去，這時(shí)測(cè)出的火車(chē)速度應(yīng)該快一些；順著火車(chē)奔跑，這時(shí)測(cè)出的火車(chē)速度要慢一些。這非常容易引申出一個(gè)想法：我們待在地球上測(cè)得的光速，與向著光源飛馳的火箭上測(cè)得的光速，應(yīng)該有所不同。然而，對(duì)于光線來(lái)說(shuō)，哪怕你乘坐火箭，是向著光線而去還是順著光線而去，包括待在火箭發(fā)射場(chǎng)原地不動(dòng)，測(cè)出的光速竟然恒定不變！

事實(shí)上，宇宙正在膨脹，星系正在加速相互離開(kāi)，無(wú)數(shù)發(fā)光的星系在離開(kāi)地球遠(yuǎn)去，星系們對(duì)于地球本身有著變化中的并且各不相同的相對(duì)速度，然而任何星系所發(fā)出的光線，其光速卻始終不變?？茖W(xué)家們?cè)?jīng)進(jìn)行過(guò)更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試，果然得出了光速在任何情況下都不變的結(jié)果。

這樣說(shuō)吧，宇宙間有無(wú)數(shù)恒星，他們各自以不同的相對(duì)速度在運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)千差萬(wàn)別，然而從他們那里發(fā)出的光線，卻一概保持絕對(duì)相同的光速。

眾多進(jìn)行著各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體，都測(cè)得了相同的光速，這只能推導(dǎo)出一個(gè)結(jié)論：它們具有各自的時(shí)間。

所謂“各自的時(shí)間”，需要稍做解釋。在宇宙之中，并沒(méi)有一個(gè)時(shí)間的普適的量。只要星體們?cè)谧鱿鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，它們的時(shí)間就是有差異的。向著發(fā)光恒星飛去的火箭，它與光的相對(duì)速度，比之于發(fā)射場(chǎng)這兒原地不動(dòng)的觀察者，分明應(yīng)該更大些，然而，火箭上所測(cè)得的光速，依然是每秒30萬(wàn)公里。這只能推導(dǎo)出下面的結(jié)果：火箭上的時(shí)鐘竟然變慢了！或曰，它的“秒”變大了。

萬(wàn)物都在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而沒(méi)有一個(gè)普適或絕對(duì)的時(shí)間，這成為相對(duì)論產(chǎn)生的原始基礎(chǔ)。

因而，科學(xué)家們提出了一個(gè)有趣的“孿生子佯謬”。

一對(duì)孿生子，哥哥乘坐火箭去做星際航行，弟弟留在地球上。如果火箭的速度接近光速，火箭上面的時(shí)鐘變慢了，秒變大了，哥哥按自己的時(shí)間航行一年，或許弟弟在地球上就過(guò)了幾十年。當(dāng)哥哥回到地球，他的弟弟早已變成了一個(gè)老翁。

這便仿佛有點(diǎn)“天上方七日，地下已千年”的意味了。

在“孿生子佯謬”的假想中，做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的哥哥和弟弟，盡管使用標(biāo)準(zhǔn)的相同的石英鐘，他們卻顯然有著各自不同的時(shí)間。

第七章 時(shí)間之維

在愛(ài)因斯坦和霍金之前，偉大的牛頓奠定了現(xiàn)代天體物理學(xué)的基礎(chǔ)。

牛頓提出了“萬(wàn)有引力”的概念，很好地解釋了月亮環(huán)繞地球、地球等行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。

牛頓的理論，限于當(dāng)時(shí)的科技能力局限，建立在宇宙有一個(gè)普適客觀的時(shí)間和恒定的空間這樣的條件之上。

而當(dāng)代天體物理學(xué)突飛猛進(jìn)，日新月異，發(fā)生了幾乎可以稱(chēng)之為顛覆性的革命性進(jìn)展。

宇宙在膨脹之中，這推翻了宇宙空間恒定的設(shè)想。

時(shí)間并非一個(gè)普適客觀的量，它與宇宙內(nèi)的天體各自的運(yùn)動(dòng)緊密相關(guān)。時(shí)間與空間，糾纏在一起，而并非漠不相關(guān)。

愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論認(rèn)為：時(shí)空是彎曲的。他用時(shí)空彎曲，對(duì)萬(wàn)有引力做出了當(dāng)代解釋。

他提出，星體的質(zhì)量和能量，足以彎曲時(shí)空。

愛(ài)因斯坦找到了表述這種現(xiàn)象的正確的方程，數(shù)學(xué)家大衛(wèi)·希爾伯特甚至早幾天也獨(dú)自找到了這一方程。

彎曲時(shí)空的全新理論，被稱(chēng)為廣義相對(duì)論。

1919年，一支英國(guó)探險(xiǎn)隊(duì)赴西非觀察日食，觀察到了光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近而發(fā)生了稍微偏折的現(xiàn)象。

至此，廣義相對(duì)論所預(yù)言的時(shí)空彎曲，得到了輝煌的確認(rèn)。

從此，空間與時(shí)間，不再是宇宙之內(nèi)發(fā)生事件的背景，而是那些事件的參與者。

從此，慣常理解上的三維空間，應(yīng)該表述為四維空間。時(shí)間，成為不可忽視不能或缺的一維。

——時(shí)空彎折，不禁會(huì)讓人產(chǎn)生種種聯(lián)想：

宇宙間眾多的星系，究竟是附著在“氣球”的膜上，還是均勻散布在“海綿”之中?？此屏Ⅲw的空間，也許只是膜上的假象。所謂宇宙之弦，看似一維，然而在那弦內(nèi)，也許另有高度彎曲的時(shí)空。只要你能有辦法到達(dá)那里，那里便別有洞天。

第八章 核武器的原理

相對(duì)論引申出一個(gè)重要推論，是質(zhì)量與能量的關(guān)系。

科學(xué)家用能量加速任何物體，莫要說(shuō)火箭那樣龐大的設(shè)備，即便是對(duì)粒子加速，粒子的速度也永遠(yuǎn)達(dá)不到光速。一個(gè)粒子，將其加速到光速，會(huì)耗費(fèi)無(wú)窮大的能量，而這是人類(lèi)無(wú)法完成的。當(dāng)賦予粒子更多能量，它的速度越快，其質(zhì)量也將越大，當(dāng)它接近光速，它的質(zhì)量趨于無(wú)限大，繼續(xù)對(duì)其加速則越來(lái)越困難。只有光和其他沒(méi)有內(nèi)秉質(zhì)量的波，才能以光速運(yùn)動(dòng)。這就在同時(shí)意味著，沒(méi)有任何東西可以運(yùn)動(dòng)得比光速快。

愛(ài)因斯坦的著名公式E=mc2說(shuō)明，能量（E）和質(zhì)量(M)是等效的。

像愛(ài)因斯坦這樣的頂級(jí)大師，他希望自己發(fā)現(xiàn)的公式，是宇宙間的基本定律。它應(yīng)該在任何情況之下都能成立，無(wú)論是以光年度量的巨大尺度，還是粒子那樣的微小尺度。

正是從質(zhì)量和能量等效的概念出發(fā)，科學(xué)家們產(chǎn)生出了一個(gè)新穎的意識(shí)：施加能量，會(huì)增加粒子的質(zhì)量，那么反過(guò)來(lái)考慮，設(shè)法減少某些粒子的質(zhì)量，它將釋放出巨大的能量。比如，讓鈾原子發(fā)生核裂變，使之變成兩個(gè)總質(zhì)量稍小的核，質(zhì)量減少，就會(huì)釋放出巨大的能量。這便是原子彈等核武器能產(chǎn)生巨大威力的基本原理。

愛(ài)因斯坦并沒(méi)有參與原子彈的具體研究，是有些科學(xué)家在愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)的基本定律的基礎(chǔ)上，開(kāi)始了核研究。

當(dāng)“二戰(zhàn)”迫在眉睫威脅世界和平，這些科學(xué)家說(shuō)服了愛(ài)因斯坦，以他的權(quán)威地位出面，給羅斯?？偨y(tǒng)寫(xiě)信，要求美國(guó)開(kāi)始這個(gè)核研究計(jì)劃。美國(guó)政府予以批準(zhǔn)，是為著名的“曼哈頓規(guī)劃”。

這一規(guī)劃的進(jìn)展，導(dǎo)致原子彈產(chǎn)生。到“二戰(zhàn)”接近尾聲，美國(guó)在日本的長(zhǎng)崎與廣島投下了原子彈，造成了極其巨大的傷亡。

有人為此譴責(zé)愛(ài)因斯坦。

霍金幽默地說(shuō)：將原子彈的發(fā)明，歸咎于愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能關(guān)系，這就如同將飛機(jī)失事，歸咎于牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力。

其實(shí)，科學(xué)的進(jìn)步不可阻遏。如果不是原子彈，也許日本軍國(guó)主義不會(huì)乖乖投降，那將會(huì)死傷更多的軍人與平民。況且，用常規(guī)武器三八槍和燒夷彈來(lái)殺人，是否就更人道一點(diǎn)？

事實(shí)上，自從有了核武器，在它的威懾之下，全人類(lèi)在“二戰(zhàn)”之后方才迎來(lái)了長(zhǎng)時(shí)期的相對(duì)和平。

和平利用原子能，已經(jīng)給人類(lèi)帶來(lái)了巨大的好處。

當(dāng)然，科學(xué)的進(jìn)步從來(lái)都是一柄雙刃劍。對(duì)于科學(xué)上的新發(fā)明，如何正確使用，嚴(yán)格管控，成為永不停止進(jìn)步的人類(lèi)的永恒課題。