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第二部分 理解外部空間 第2章討厭的石頭

我們恆星的表面重力(那個往下拉住你並讓你留在星球表面的力)大約比我們地球上強二十八倍,但太陽還不是你在本書第一部分周遊外部空間時遇到的引力最強的天體。黑洞,就是一個強大得多的引力提供者。但是,太陽至少比地球強一個數量級,而且與黑洞相比,觀察和試驗起來也容易得多。那麼,牛頓的公式在我們恆星周圍與在我們行星周圍一樣好用嗎?我們應該如何檢驗?

你已經知道,太陽系裡有八大行星,從遠到近,它們是海王星、天王星、土星、木星、火星、地球、金星和水星。或許我們可以仔細看看它們如何在空間裡運行,檢查太陽是不是以牛頓公式所描述的那樣把它們拖向自己。感謝那些放棄了自己家庭生活與夜生活而堅持觀察星星的天文學家們,即便在牛頓時代,人類也已經有了對某些這樣的軌道的精確描述。答案幾乎過於完美:如果考慮到行星們互相之間的引力作用,所有上述行星都嚴格按照牛頓的公式運行。真是個好消息……這個公式真的是萬有的,宇宙普遍適用。牛頓的媽媽一定對此感到自豪。

但是,等等。那些眼神好的讀者無疑已經注意到上面的單子裡少了一顆行星。我們只提了太陽系裡八大行星中的七個。我們漏掉一個。那個離太陽最近的,受到太陽引力作用最強的那個:水星。

在水星這裡,出了一點點問題。一點點不符。不大。差別實在很小,肯定,這沒什麼大不了。實際上,這點誤差很重要。牛頓的工作完成後又過了幾百年,這一點點誤差改變了人類對於空間以及時間和與之相關的一切事物的認知。

水星看起來很普通,只比我們的月亮大了一點點,是太陽系八大行星中最小的一個。它是岩石質地,表面滿是隕石坑,相當長的時間內都不會消失。水星沒有大氣層,因此也就沒有氣候變化來抹平它不規則的形狀和傷痕。總之,水星不會是一個可能被選作度假目的地的行星。它自轉一周需要五十九個地球日,也就是說水星上的一個夜晚相當於地球上的一個月,緊接著是同樣漫長的白晝。水星上的白晝與黑夜都同地獄一般殘酷,白天的溫度可以高達430°C,到了晚上,又低到-180°C。牛頓不知道這些細節,他也不可能猜到水星世界如此糟糕。但今天,我們知道了這些事實,我們還知道了按照牛頓公式計算出來的所有圍繞太陽公轉的行星軌道看上去都像一個略微壓扁的圓形。我剛才已經說過,對於所有其他行星,牛頓的計算在當時(也包括現在)都與觀察結果完美吻合。如果那些行星轉動時可以在身後留下印跡,所有的行星都會在天空裡畫出一個雞蛋的外形,一個被壓扁的圓環,一條年復一年不斷重複的軌跡,就如牛頓所預言的。但水星例外。水星那個雞蛋狀的軌道自己會旋轉,因此水星每次畫出的軌跡並不與上次重合。這幾乎都是其他行星造成的——每次靠近時它們都將這微小的水星拉向自己——牛頓就已經考慮到這種影響。然而,「幾乎都是」不是「全是」。雖然誤差很微小,但確實存在。想像一下手錶上一秒鐘的角度差距(我指的是老式的,有一根長針、一根短針的那種手錶),然後再把那個角度除以五百。現在你得到的就是水星實際軌道與牛頓計算在一個世紀後產生的角度誤差。

科學家們不用等個幾十萬年就發現了這麼微小的誤差本身就令人難以置信,但事實如此。更糟糕的是,我們知道牛頓的公式無法預言這種誤差,更不要說解釋這種誤差了,因為這種誤差來自牛頓不可能想像得到的引力的某種特質。

牛頓的公式給物體如何互相吸引定了量,但它沒有解釋引力到底是什麼東西。可憐的牛頓(以及許多別的科學家們)花了自己生命中相當多的一塊時間試圖理解引力來自何處。物體之間互相吸引是來自物質本身的某種特性嗎?那麼是不是宇宙中所有的物體都互相聯繫?如果是的話,這種聯繫是通過什麼建立的?我們從來沒有在我們的腳與地面,或者月亮與地球之間檢測到可見或不可見的彈力繩。那麼是磁力聯繫嗎?但我們腳底沒有磁鐵,而且我們的身體是電中性的,所以引力肯定不會是電磁力。那麼,引力是什麼?為什麼那個固執的水星,最小的行星,一定要與眾不同?

牛頓終於迎來了自己生命的最後一刻,去世了。那一年是一七二七年,他依然沒有找到解釋。一百八十八年過去了,有個人突然提出一個很奇怪的新想法。

  1. 天王星與海王星是後來才被發現的,而且實際上還是牛頓的公式幫助了它們被發現。​​​​​

  2. 包括天王星與海王星。​​​​​