讀古今文學網 > 時間的形狀 > 前言 >

前言

我希望這是一本很有趣的書。我認為這本書與傳統科普書最大的差別在於,它更像是一本茶餘飯後的休閒書,或是一本有點意思的小說。在這本書裡,你會看到很多天馬行空般的小故事。牛頓帶著Tom和Jerry來到一個大水桶裡面,觀看神奇的水面凹陷;愛因斯坦化身大警長,先是調查了一起環球快車謀殺案,然後又要奔赴雲霄電梯處理可怕的超級炸彈,最後又在太空中建造了一個超級大圓盤以展示他那神奇的時空觀。雖然這一切看上去不像是正經八百的科普,但我可以很負責任地說,故事裡包含的都是些很靠譜的科學真相。很多科學真相用「不可思議」來形容是一點都不過分的,你平常之所以感受不到物理學的神奇,那是因為沒有人告訴你很多看似普通的物理現象背後的故事。現在的高中生都會在實驗室做一個觀察光的雙縫干涉圖像的實驗,這是一個普通得不能再普通的高中光學實驗,可是卻沒有人告訴他們這個實驗背後隱藏著的驚天大秘密,這個秘密足以撼動以愛因斯坦為代表的一代科學家苦苦建立起來的物理學信仰。一個簡單的光學實驗,如果你瞭解了它藏在最深處的本質,會驚訝地發現:這個世界不再是我們頭腦中原來的那個世界了,我們頭腦中很多樸素的哲學觀念,例如物質決定意識、原因決定結果等等,都將受到空前猛烈的衝擊。而且,我確確實實是在講科學,不是在講神學或者宣揚神秘主義。

我的這本書大致可分為上下兩部分。前六章和大家一起回顧物理學走過的四百多年坎坷歷程,這段歷史中的懸念,其精彩程度不亞於任何一段戰爭史,因為物理學的發展本身就是一部精彩的好萊塢懸疑大片。在伽利略、牛頓等巨星紛紛謝幕之後,我們的超級巨星愛因斯坦閃亮登場,而他成為我們的主角的時候不過26歲。他就像是一個橫空出世的大俠,無門無派,但是一出手就讓天下震驚,他的絕招就是「相對論」。在第六章,我將講述一段跨越半個多世紀的厚重和真實的歷史故事,這個故事塵封已久,但我想告訴大家,真相往往比小說更曲折。後四章是本書的下部,故事更神奇,真相更驚人。在下部中,我將幫你細緻地剖析時空真相,帶你領略神奇的四維時空奇景。我們先一起去瞭解整個宇宙時間光錐的終極圖景,再回到原子的深處見識一下不可思議的微觀世界,最後看一看當下物理學的最新進展—萬物理論。你只要隨便記住其中的一兩段,就能讓你在平時和朋友們的吃飯聊天中大放異彩,只是要當心別聊得興起忘了吃菜,不要發生總是發生在筆者身上的悲劇:話講完了,菜也被別人吃光了。

看完這本書,也許你對這個世界的看法會大大改觀。潮起潮落,斗轉星移,這些平常司空見慣的大自然現象在你眼裡會突然產生完全不一樣的意義。當你晚上抬頭仰望星空,看著夜空中的皓月星辰,宇宙在你眼裡將會換一番景象,過去的宇宙觀一去不復返,一個嶄新的宇宙觀將在你的頭腦中建立起來。

自小到大,你可能一直會有這樣的疑問:

時間到底是什麼東西?

我們能跨越未來嗎?

我們能回到過去嗎?

光到底是什麼東西?

宇宙到底長什麼樣?有大小嗎?有生死嗎?

我們能像星際迷航一樣穿梭在銀河系嗎?

這個世界的物質到底是由什麼構成的?

物質可以無限分割嗎?

……

這些令人不可思議的問題,科學家到底是如何找到答案的?

看完這本書,或許你將對以上這些問題不再感到疑惑,說不定,你還可以很自信地為你的親朋好友解答他們心中同樣的疑惑。

所有這一切,都要從愛因斯坦發現的相對論開始講起。這的的確確是一個偉大的理論,這是20世紀人類對這個宇宙秘密最深刻的一次發現。你可能還是在茫然地看著我:「我聽說過相對論,可是它跟我們的日常生活有關係嗎?」

當然是有關係的。比如,GPS導航系統現在已經是一個常用設備,我估計很多讀者都有一個車載的,或者手機裡面就有一個。知道嗎?如果沒有相對論,那麼這玩意可就會出大問題。因為根據相對論,衛星上的時鐘會比地面上的時鐘走得快,每天大約快38微秒(0.000038秒)。這個時鐘的快慢並不是因為計時器精度不夠造成的,而是因為衛星上的時間真的變快了。你設想一下,如果人類沒有掌握相對論的知識,那麼就不會知道發射到天上的衛星哪怕用再精確的計時工具計時,也不可能消除這個誤差。你千萬不要小看這似乎微不足道的38微秒,如果不校正的話,那麼GPS導航系統每天積累的誤差將超過10千米(當然這個誤差是垂直方向上的,不是水平方向上的),如果美軍用這個來導航導彈的話,那麻煩可就大了。因此在GPS衛星發射前,要先把其時鐘的走動頻率調慢100億分之4.465,把10.23兆赫調為10.22999999543兆赫,這些數字全靠相對論才能精確地計算出來。

「神奇!」你大概會驚呼一聲,「相對論原來就是這個啊。」哦不,這並不代表相對論,衛星上的時間變快只不過是相對論無數推論中的一個,我們通過相對論可以精確地計算出衛星上時鐘和地面上時鐘的誤差到底是多少。相對論還有很多很多推論,小到推測水星的運行軌道、發生日全食時星星的位置,大到可以推演太陽的過去與未來,甚至宇宙的過去與未來。

「神奇!」你再次驚呼一聲,「不過你越說越玄乎了,我還是有點不信。你先別說得那麼遠,你前面說啥來著?時間本身變慢了?這個太讓我難以理解了。在我眼裡時間本身是勻速流逝的,我們感受的所謂快慢無非是我們自己的感覺在變化,即便是你的表和我的表走時不准那也不是時間本身不准,而是我們的手錶精度不夠造成的。中午12點整開飯,對任何人來說都是12點整開飯,這是一個客觀事實,不會因為我們用的是一塊真的勞力士還是一塊山寨勞力士而改變。」坦誠地說,我非常理解你的這種想法,並且我還要恭喜你,你的這個思想和偉大的牛頓是一模一樣的。但非常遺憾,這個想法錯了,真的錯了。

相對論是研究時間、空間、運動這三者關係的理論體系的總稱,它是這一百多年來人類最偉大的兩個理論之一(還有一個是量子理論,那又將是一個長長的激動人心的故事,推薦閱讀《上帝擲骰子嗎?量子物理史話》,作者曹天元),諾貝爾物理學獎是不足以來評價相對論的偉大的。如果上帝真的存在,那麼過去他說:「人類一思考,上帝就發笑。」相對論之後,他改口了:「人類一思考,上帝就發慌。」

我們對相對論的誤解實在是太多了。大多數人都覺得相對論很神秘、很深奧,是大科學家才能理解的東西。這種誤解來源於一個廣為流傳的關於相對論有多難懂的故事,說的是一個記者問天文學家愛丁頓:「聽說全世界總共只有三個人能懂愛因斯坦的相對論,您是其中之一,是不是這樣?」愛丁頓一時沉默了,正當記者以為愛丁頓要反駁的時候,沒想到愛丁頓說:「我在想另外兩個人是誰。」我估計當時這個記者就震驚了。不管這個故事是真是假,總之給我們的一個印象就是相對論很難懂。但是大家千萬不要忘了,這個故事發生在一百多年前的1906年,那時候相對論剛剛被愛因斯坦用嚴謹的數學語言描述出來,對那個時代的人來說確實是很難理解的。不要說相對論了,你想像一下如果你回到乾隆年間,對大知識分子紀曉嵐說隨便找一個三角形的東西,把三隻角割下來拼在一起,不多不少,總是恰好能拼出直直的一條邊。

【圖0-1】把三角形的石桌的三個角割下來拼在一起,必定可以得到一條直邊

鐵齒銅牙的紀曉嵐一開始肯定不信你,當他真的去找一些三角形的物件來驗證,發現完全正確,即便是我們的大知識分子紀曉嵐也會表示很神奇。但要是在現代,隨便找一個初中生都能給你證明三角形的內角和是180度,他會告訴你這是一個很簡單的幾何常識。

同樣,相對論的一些基本原理和概念對我們現代人來說,也一點都不高深,不神秘,很好懂,關鍵在於你是不是願意聽我娓娓道來。

在正式開始我的敘述之前,我很想把我剛剛在網上看到的一則新聞講給大家聽。當然,你也可以直接跳過這部分從第一章開始看起,並不會影響你對本書的理解。

搜狐新聞報道:

※今年60歲的黃其德是寧鄉縣金洲鄉箭樓村一名地道的農民。這位只有高中學歷的農民,在對愛因斯坦的相對論進行了二十多年的獨立研究後,對這一著名理論產生了質疑和挑戰,並做出了近30萬字的論述,引起了有關專家學者的關注。

※「世界文明的異化和倒退,人類社會倫理的墮落,雖然不能說完全是相對論的責任,但也是最重要的原因之一。」在研討會上表達對愛因斯坦相對論學說的深惡痛絕時,60歲的農民黃其德表情嚴肅,一字一頓。

※黃伯伯在他的《愛因斯坦相對論在科學和哲學上對人類思維的扭曲》一文中寫道:「我做過粗略的調查:理科大學生知道相對論的,100個人中不到1個,約占0.3%,而認定相對論無比深邃高明的卻佔99.5%;理科大學教授中知道相對論的不到2%,也幾乎都認可並崇奉相對論;社會上一般知識分子中知道相對論的約佔百萬分之一,幾乎無不崇奉相對論!這個數據說明了什麼?首先說明地球人類崇奉相對論是由虛榮心支配著的極端盲目的權威效應。」

※他還寫道:「我保證,只要有高中學歷,都可以大致聽懂我的論文,並取得評論相對論的有把握發言權。認識到愛因斯坦相對論是一個偽科學大騙局。」

前言結束之前,讓我借黃伯伯的文風寫下:

我保證,只要有高中學歷,都可以大致看懂本書,並取得評論黃伯伯奇文的有把握的發言權,認識到愛因斯坦的相對論足以讓上帝對渺小的人類產生敬畏。作為人類的一分子,我以此感到深深的自豪!