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第二部分 理解外部空間 第1章定律與秩序

你嘗試過跳下懸崖嗎?或者從摩天大樓的頂樓一個窗戶裡跳下?

或許沒有。

為什麼?

因為你會死。

我也會,所有人都會。

那麼,我們是怎麼知道這一點的呢?

答案既簡單又神秘深奧。其中包含了人類之所以能征服地球和一小部分天空的原因,也包含了我們為什麼能在本書第一部分送你上天觀看星星。

它與自然界及其定律有關。

不管我們有多少知識,在學校時是否喜歡科學,是否是科學家,如果我們仔細考察內心,我們都有這樣一個直覺,認為自然界是有規律的,而且這些規律無法打破。任何人從太高的地方跳下都會摔得血肉模糊粉身碎骨就是其中的一條。

在將我們同狩獵採集為生的祖先們區分開來的幾千年時間段裡,有許多人不停地搜尋這些定律。他們也成功地找到了一些。今天,依然熱情不減地繼續這種搜尋並進一步揭開大自然秘密的學科被稱為「理論物理學」,它就是那個對你打開大門迎接你入內旅行(並且永遠處於建造之中)的王國。

英國天文學家、物理學家、數學家、自然哲學家艾薩克·牛頓創造了一種全新的語言——數學分析法(微積分)——使自己能夠描述人類所感覺到的任何事物。我們可以說,這個王國是伴隨著這個發明開始建造的。某人或某物如何跌下懸崖,而非在空氣中行走就可以通過他的公式描述,只要有人知道這個跌落如何開始,牛頓的公式就能告訴你這個跌落將在哪裡,以多快的速度結束。同樣的公式還告訴你,在忽略了空氣帶來的摩擦力後,無論從懸崖上跌落的是人、海綿還是一塊石頭,都沒什麼差別。它還告訴我們月亮會在圍繞地球運行的軌道上每隔二十八天不到一點的時間轉一圈,地球繞著太陽每年轉一圈。這個獨特的公式被稱為牛頓的萬有引力定律,因為這項成就,來自英國劍橋大學的牛頓在今天依然被認為是歷史上最偉大的學者之一。

你不需要成為科學家就能猜到發現這樣的定律一定感覺很妙,牛頓也一定對自己的發現欣喜萬分。奇怪的是,他沒有夜夜笙歌地慶祝這一發現(換作我,一定是這樣),而是要確認自己沒有搞錯。因此他首先檢查自己的引力公式是不是真當得起「萬有」這一稱謂。尺度才是關鍵,如同你在本書第一部分中已經感受到的,與宇宙相比,地球再怎麼看都實在微不足道。一個微小塵埃上正確的規律或許未必在整個星系的尺度上依然正確。

在地球上,在牛頓生活的年代,沒有任何實驗可以證偽他的公式,哪怕提出懷疑。例如,射出去的箭,永遠落在它應該落的地方。如果有人能夠拋起大山,它也一樣會遵循牛頓的公式。

那麼,那些更大的東西呢?那些引力比我們所在星球更強的地方呢?

要回答這些問題,我們必須放目地球之外。既然你已經周遊了附近的宇宙,你知道顯然最方便開始檢驗的地方也就是最明亮的地方:太陽。