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尾聲

愛因斯坦遺產的過去和未來,

幾個重要角色的今天

愛因斯坦打破牛頓的絕對空間和時間的概念,奠定自己的理論基礎,離現在差不多整整一百年了。在這一百年裡,愛因斯坦的理論在成長;在他留下的精神財富裡,我們看到了時空的彎曲和一堆完全由這彎曲產生的奇異東西:黑洞、引力波、奇點(隱藏的和裸露的)、蟲洞和時間機器。

在歷史的某些時期裡,這些東西都曾被物理學家看成怪物。

·我們在書中看到,愛丁頓、惠勒,甚至愛因斯坦都曾強烈懷疑黑洞;愛丁頓和愛因斯坦沒能活著看到他們的錯誤;而惠勒後來成了黑洞的宣傳者。

·40年代和50年代,許多物理學家因為錯誤相信了他們正在研究的廣義相對論的數學解釋,曾懷疑引力波(曲率的波動)的存在——不過那該是另一本書的故事,而且懷疑早就沒有了。

·奇點是愛因斯坦廣義相對論不可避免的結果,這個發現曾極大震撼了大多數物理學家,現在也仍然在震撼著許多人。有人從彭羅斯的宇宙監督猜想(所有奇點都被隱藏著,裸露的奇點是被禁戒的)找到了安慰。然而,不論宇宙監督是否正確,多數物理學家還是習慣了奇點;而且,他們與惠勒一樣,期待著未知的量子引力定律來抹平這些奇點——來規定和限制它們的行為,就像牛頓和愛因斯坦的引力定律規定行星並限定它們繞太陽的軌道一樣。

·蟲洞和時間機器,即使愛因斯坦廣義相對論定律允許它們存在,在今天的大多數物理學家看來也是怪物。不過,我們剛發現,儘管愛因斯坦定律允許蟲洞和時間機器的存在,卻不能主宰它們的行為;主宰它們的是更嚴格的彎曲時空的量子場定律和量子引力定律。懷疑的物理學家大概能從這裡得到些安慰。假如我們更好認識了那些定律,它們也許會明確地告訴我們,物理學定律總會讓宇宙擺脫蟲洞和時間機器——或者,也許至少會擺脫時間機器。

在未來的世紀裡,在愛因斯坦理論的第二個百年裡,我們能等到些什麼呢?

我們關於空間、時間和時空彎曲所產生的事物的認識可能會發生革命,它一點兒也不亞於我們在第一個百年裡經歷過的革命;它的種子已經播下了:

·引力波探測器很快會為我們帶來黑洞的觀測圖像,我們將聽到黑洞碰撞的交響曲——充滿了彎曲時空在瘋狂振蕩時的活動信息的交響曲;我們還將從超大規模計算機的模擬中聽到它們的回聲,領會它們的意義。於是,黑洞成了實驗仔細審查的對象。審查結果呢?會令我們驚訝的。

·在未來的百年裡,可能很快,用不了多久,某個有遠見的物理學家將最終發現並揭開量子引力定律的一切細節。

·有了那些量子引力定律,我們可能會完全瞭解宇宙時空如何從量子泡沫或大爆炸泡沫中出現,如何存在下去;我們可能知道,那個常被人問到的問題,「大爆炸以前是什麼?」有什麼意思,還是沒有意思;我們可能知道,量子泡沫會不會很容易地產生多個宇宙;時空如何在黑洞中心或大擠壓的奇點處遭到毀滅;時空是不是可以再生,如何再生;我們可能知道,量子引力定律是不是允許(或禁止)時間機器:時間機器總會在它們運行的瞬間自我毀滅嗎?

·從牛頓定律到狹義相對論,到廣義相對論和量子論,然後到量子引力,這條物理學定律之路並不會終結在量子引力。量子引力定律還將與大自然的其他基本力的定律結合(統一):電磁力,弱力和強力。也許我們將在未來百年裡瞭解那個統一的細節——同樣可能很快,不會等太久,這個統一可能又會從根本上改變我們的宇宙觀。然後呢?今天還沒有人能預見那統一以外的事情;我相信——而且在你我的有生之年,統一遲早總會到來的。

終曲:1993

愛因斯坦最後25年的大部分時間都在徒勞地追尋廣義相對論物理學定律與麥克斯韋電磁學定律的統一;他不知道最重要的統一是與量子力學的統一。1955年,76歲的他死在新澤西普林斯頓。

錢德拉塞卡83歲了,還在探尋愛因斯坦場方程的秘密,經常是跟年輕得多的同事們合作。近些年,他教給我們許多關於恆星脈動和引力波碰撞的事情。1

茨維基越來越成了實測天體物理學家,而不大是理論家;他還在繼續獨創一些惹人爭論的有遠見的思想,不過不是本書的題目。1968年,他離開加州理工學院教授的位置來到瑞士,在那裡度過了他追尋自己內心通向真理的道路(「形態學方法」)的餘生,1974年去世。

朗道經歷了一年(1938~1939)的監獄生活後,雖恢復了智力,卻沒有了激情;他還是蘇聯理論物理學家的領袖,也是最嚴厲的老師。1962年他在車禍中嚴重受傷,大腦壞了,生活也跟著發生改變,不能再做物理了。他死於1968年,但他的親密朋友後來說,「對我來說,朗道1962年就死了。」

澤爾多維奇從70年代到80年代一直是世界上最有影響的天體物理學家。不過,1978年,因為人際關係的破裂,他淒涼地離開了他的研究小組(那是世界上有史以來最有力量的一支理論天體物理學家隊伍)。他想重建一個年輕人的隊伍,但是不很成功;後來,在80年代,他成了全世界天體物理學家和宇宙學家的偶像。1987年,戈爾巴喬夫的政治改革使他第一次能有機會來美國,但沒過多久,他就因心臟病在莫斯科去世了。

諾維科夫在澤爾多維奇離開後,成了那個研究群體的領導者。在80年代,他像過去的澤爾多維奇一樣,用他的思想火花來激發和團結他的群體。然而,離開了澤爾多維奇,這個小組不過是全世界許多優秀小組中的一個,而不再像以前那樣領先了。1991年,蘇聯解體,接著諾維科夫又做了心臟手術,他覺得活不了多久了,來到丹麥哥本哈根大學,現在在那兒創建新的理論天體物理學中心。

金茲堡77歲了,仍在物理學和天體物理學的幾個不同分支裡做著前沿研究。1980~1986年,在薩哈洛夫流放高爾基期間,作為他在莫斯科列別德夫研究所的領導,金茲堡沒有開除他還保護了他。在戈爾巴喬夫的改革時代,金茲堡和薩哈洛夫都當選為蘇聯人民下院議員,推行改革。1989年,薩哈洛夫死於心臟病。

奧本海默儘管在1954年的忠誠調查聽證會上受到美國政府批判,但在多數物理學家心目中他還是英雄。他以後沒有再做過研究,但仍和大多數物理學分支保持著密切聯繫;他扶持了許多年輕的物理學家,他們都願意跟他討論物理學問題,發展自己的思想。1967年,他死於癌症。

惠勒82歲,繼續追尋量子力學與廣義相對論的結合,繼續用他的演說和著作來激發年輕的一代,最近(1990)他有一本特別值得注意的書:《引力和時空之旅》。

彭羅斯跟惠勒和許多其他人一樣,對廣義相對論和子力學的結合著迷了——而且未來的量子引力定律可能會從這個結合中產生。他在一本為非物理學家讀者寫的書(《皇帝新腦》2,1989)裡描繪了自己的非傳統思想。很多物理學家懷疑他的觀點,但他從來都是這樣的,而且我們也看到了他以前好多次都對了……

霍金也一樣繼續為量子引力定律著迷,而他最感興趣的問題是,那些定律關於宇宙起源會預言些什麼。跟彭羅斯一樣,他也為非物理學家寫了一本書(《時間簡史》,1988),談自己的思想。儘管患有肌萎縮性脊髓側索硬化(ALS),他還是活得很結實。

[1] 兩年後(1995)的8月21日,這位1983年度的諾貝爾獎獲得者在芝加哥逝世。——譯者

[2] 這本書和下面霍金那本的中譯本都在我們這個「第一推動叢書」的系列裡。——譯者