扔一个苹果到宇宙边缘

有本事就追上我

　　当牛顿坐在他的花园里时,他看到了一个苹果的落地,这是通过自然的相互作用力做到的,这种力让一切事物得以存在,从行星直到恒星,一切都生存在统一的怀抱里。从苹果落地,到时空扭曲,再到全息宇宙、黑洞视界、量子缠绕、弦理论。《扔一个苹果到宇宙边缘》引导读者漫游生命、宇宙和世间万物。

　　追上一束光

　　“追上一束光,那会怎么样?”正是这个问题,终将让爱因斯坦走上不朽之路,而当他提出这个问题时年仅16岁。但令人沮丧的是,他从来没有告诉任何人,他到底是在什么样的具体情况下提出了这样一个关键问题的。因此我们只得猜测。我们知道,1896年初,他是在距离苏黎世以西30英里的瑞士城镇阿劳读书的时候构想这个问题的,当时他正在温特勒家寄宿。

　　我想象,当时,阳光透过他租住的阁楼房间的窗户,让他醒了过来。一株菩提树的树枝摇曳着,将阳光切割成无数闪光的片段,它们在他床边的墙上如同万花筒般狂舞。他像一个孩子那样伸出了手,试图抓住一朵抖动着的光斑。很明显,他因为墙纸上变幻的形状而发呆,结果他没有掀开被子,一直到他的入定状态被轻轻的敲门声打破。“爱因斯坦先生!”这是玛丽·温特勒,房东芳龄18的漂亮女儿,她对他芳心暗许。“爸爸让我告诉你,可以吃早饭了。”

　　在我的想象中,那天晚些时,在阿尔高州立学校里,他坐在一间高屋顶的教室的书桌旁,无所事事地盯着阿劳河发呆。来得突然去得也突然,一直把窗户敲打得噼啪作响的雨已经停了。当浓密的云朵飘然离去的时刻,一道神圣之光似乎从天而降,把君临这座瑞士小镇的阴郁夜色一切两段。就在它击中了黑色河流的地方,水波粼粼,波光闪烁,犹如一颗钻石在闪光。此情此景,让少年爱因斯坦目眩神迷,结果,老师在讲交流发电机的线路图,而他连一个字也没听到,一直到他的沉思被学校校长奥古斯特·图持斯米德博士的吼声打断:“爱因斯坦先生!我最诚挚地为打扰您表示道歉。或许,在我们余下的半个小时之内,您可以有一段时间赏光注意听讲,给我们一点点尊重?”

　　这天晚上,我看到爱因斯坦和玛丽·温特勒手拉着手在阿劳狭窄的街道上跑过,他们的脚在水洼上溅起水花,两个天真无邪的少男少女一路欢笑。尽管全身都湿透了,但他们却浑不在意,而且突然停下了脚步。他把她拉进怀中亲吻。越过她的肩膀,他看到沿街排布的煤气街灯那些怪异的绿色光晕。它们一直延伸到远处,慢慢汇聚在一起,闪光也变得越来越小,越来越暗。在如同油一样的黑水洼上,他看到了这些灯光的倒影,同样也看到了满月的倒影,就像一盏淘气的灯,它挣脱了地球,扶摇飘荡,飞到九天之上。他没有继续吻下去,而是抬头望去。

　　他整天都因为光而神不守舍。他整天想着的都是光。他整天都在问自己同一个逼人的问题:我们对光的理解错在哪里?答案就在问题当中,但他的问题实在太模糊、太不严密,叫人无法考虑。

　　他的女朋友和他说话,但他头脑中的思绪已经到了千万里外。月光跨越了漫长的空间,进入了他的眼帘。他想象着它的这段旅程:跨越冰冷的真空,以每小时10亿千米的速度疾驰,这时他的心脏漏跳了一拍。突然,他知道了他应该问什么问题；就是这个问题,让他有了打开大门、步入新世界的潜力。事情如此明显,他简直无法相信,他过去从来没有想到这一点。

　　阿尔伯特,你在想些什么?

　　“阿尔伯特,你在想些什么?”

　　即使他还没有回答,她也知道,这将是一件她永远永远也猜不到的事情。尽管他才只有16岁,但他对这个世界的看法与其他人十分不同,他的想法与每个人都不一样。她在他的房间里看到过他一直钻研到凌晨的那些课本,它们好像也是用难以索解的文字书写的。她知道她无法和他一起一路走去,无法进入他的世界。她突然有了一种预感,似乎她很快就会让他感到厌烦,然后他就会离开她,这让她的眼睛中泛起了泪花。

　　“我在想些什么?”他说,好像从梦中惊醒。

　　“是的。”她用外衣的袖子抹去了泪珠,但他没有注意到这一点。

　　“我在想,追上一束光,那会怎么样?”

　　眼珠转了转,她抓住他的手,拉着他回家。

　　“阿尔伯特,你多么奇怪啊。”

　　当然,这段文字不过是幻想而已,但想象是很有趣的!当16岁的爱因斯坦构思他的关键问题时,人们认为光是一种波动,就像在池塘表面泛起涟漪的水波一样。这并不是一项明显的事实,因为光波的两个连续波峰之间的距离非常小,比人的一根头发的直径还要小得多。但在1801年,一位名叫托马斯·杨的英格兰物理学家作了一个天才的实验,这个实验证实了光的波动本质。尽管如此,对于光究竟是什么,任何人都没有丝毫的认识。

　　电、磁和光之间的联系

　　1863年,一切都变了。在一份理论性的惊世杰作中,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦成功地把所有电现象与磁现象总结在一套工整的公式里。“麦克斯韦方程”描述了一个变化中的电“场”是如何创造一个磁场的,而一个变化中的磁场又是如何创造一个电场的。把电与磁编织到一起,使之成为一件天衣无缝的衣服,这是继牛顿统一了天空与大地、查尔斯·达尔文统一了人类与动物界之后,科学的第三次伟大的统一。

　　在检查自己的优雅方程时,麦克斯韦注意到了一件令他非常意外的事情。这些方程允许波在弥漫在空旷的空间中的电场与磁场中传播。而这还没有完。波动具有一个值得注意的性质:它以光在真空中的速度传播。对于麦克斯韦来说,这一点不但令他吃惊,而且具有明显的含义。光必定是一种“电磁波”。麦克斯韦不但发现了电与磁之间的联系,而且发现了电、磁和光之间的联系。

　　两年之内,麦克斯韦的理论便获得了非凡的科技上的成功。按照苏格兰物理学家的“配方抓药”,德国物理学家海因里希·赫兹实际上创造了人工电磁波。1886年11月,通过使用电火花为“发射器”,他播出了看不见的“无线电波”。这些电波在他的实验室另一端的一个作为“接收器”的线圈中感应了电流。

　　在我们这个全球超级互联的世界里,10亿种声音在我们周围的空气当中进行着看不见的持续交谈,而这个世界就诞生在1886年的那一天里。20世纪美国物理学家理查德·费曼说:“如果有人对人类的历史进行一次长程回顾,例如说,由今后1万年的人作这样的回顾,我们几乎用不着怀疑,在他们眼中,19世纪最重大的事件,将是麦克斯韦发现电动力学定律。”

　　麦克斯韦的方程有错

　　但是,尽管取得了如此之多的成功,麦克斯韦的理论还是给物理学造成了一个非常严重的问题。这就是,它与伽利略与牛顿的运动定律不匹配。

　　所有的波动都需要通过某种媒介传播涟漪——水波通过水,声波通过空气。人们把光在其中传播的媒介命名为“以太”。由于以太的存在,一个不可避免的后果就是,任何人对一束光线的速度所作的测量,必定取决于它以多快的速度在这种媒介中运动。比如说,你正站在一条航行中的小船上。风吹在你脸上的速度,取决于这条小船是逆着风运动,还是顺着风前进。但麦克斯韦方程的古怪之处就在于,它们完全没有提及任何携带光的媒介。反之,它们包括而且只包括了一个光在真空中的速度。它是一个不变的常数,完全不受它存身于其中的世界的任何影响。

　　由此得到的明显结论就是,麦克斯韦的方程有错,需要加以修正。不管怎么说,它们是科学大厦的后进晚辈。而另一方面,牛顿的运动定律是在差不多两百年前建立的,而且,从建立之日起,没有任何人发现过一个单一的例子,说明实际情况偏离了预言。现在考虑爱因斯坦,他不仅因为赫兹对麦克斯韦方程的戏剧性确证而神迷,而且因为这些方程的美感而心醉,因为在他的眼中,这种品质是其正确性的有力说明。

　　牛顿曾在他的笔记本中写道:“柏拉图为吾友也,亚里士多德亦为吾友也,然真理为吾唯一挚友。”具有讽刺意味的是,正是因为爱因斯坦百分之百地赞同他的先行者的这种感情,这才让他有了这样的鲁莽精神去怀疑牛顿。而正是因为这个原因,他才会以16岁的少年之身,对自己提出这样的关键问题:追上一束光,那会怎么样?（宋薇 整理）

　　《扔一个苹果到宇宙边缘》【英】马库斯·乔恩　著 北京联合出版公司