任意畫一個三角形,根本就不需要測量,就可以告訴你,三角之和為180度——一個大劈叉。這件事對於學過幾天平面幾何的人來説差不多是不言自明的。我在上初中時曾對此事半信半疑,拿三角器認真地量過幾個任意的三角形,結果是都不等於180度,當然都近似地等於。但是我只能認為是我劈叉的本領還不夠。因為在測量之前我已經相信了——我只不過是想驗證一下。歐氏幾何簡潔嚴謹的證明讓任何一個有邏輯頭腦的人不能不信。如果有誰不信,一定是個與情人鬧情緒的女人,只有這時的女人才會憑著一股浩然之氣否定一切理性。
但是這事想起來也很奇怪,有無窮多種三角形,大部分從來沒有被人畫出來過,怎麼就敢於憑著公理和推理就認定人家三隻角加起來的尺寸?
1846發生了一件大事,有人根據牛頓的引力定律預言了一顆行星,而天文學家竟然根據預言的方位發現了這顆星,軌道、大小都與預言一致。這顆星就是海王星。以前亞裏斯多德相信天地有別,遵從不同的物理規律。可是作為地球上渺小的人竟然能預知天體的奧秘,這件事比三隻角的大劈叉還讓人奇怪,憑什麼?不過人們很快就想通了。自那以後,任何一個有邏輯頭腦的人都會相信天地無二的萬有引力定律,誰要是不信,不知要鬧多大的情緒才行。牛頓定律説什麼事情會怎麼樣,那就會怎麼樣,如果不怎麼樣,那才讓人驚奇。
可是讓人震驚的事情還是發生了。1919年5月,英國的愛丁頓爵士派了兩支遠征隊跑到巴西拍攝日食。其實不是想拍太陽,而是想拍被太陽遮住的一顆恒星,想看看當太陽經過時,這顆星星是不是還在那個地方。這個想法本身就很瘋狂,愛因斯坦就責問過量子物理學家們:“你們是否懷疑月亮在沒有人看到它的時候就不存在了?”星星當然還是那個星星,只是位置有些偏。因為愛因斯坦的廣義相對論認為,太陽的引力會使光線彎曲,所以星星就會偏一個角度,就像我們看水中的筷子似的。而愛因斯坦不是説説而已,還把偏離的角度給算出了。愛丁頓就是想看看它究竟偏沒偏,偏多少?結果大家都已經知道。當年11月愛丁頓公佈觀察結果時,廣義相對論差不多成了全世界報紙的頭條。
這件事説起來還是讓人奇怪。根據一個簡單的原則,得到一個用數學表達的物理規律,就把一個從來沒有被人意識的問題給發現出來了。注意,不是去解決一個人們沒有解釋清楚的已知事件,而是預言一個未知事件。相對論的出發點其實非常簡單,就叫做相對性原理:在不同的參照係中的物理規律應該相同。他假定光速不變,就得到了狹義相對論;假定慣性品質和引力品質相同,就得到了廣義相對論。然後他就告訴你,光和引力正在調情,時間和空間都彎曲了。就好比説,去,畫一個三角形吧,三角之和是一個劈叉角。他自己連畫都不畫就等著你量結果證明他偉大。愛因斯坦本人也覺得這樣的事情實在不可理解,於是他説:這個世界最不可理解的事情在於它可以理解。
事情當然沒有結束。你敢做大劈叉,就有人敢做後空翻。根據廣義相對論,人們已經能夠對整個宇宙進行描述。想想吧,人是宇宙的一部分,也只能觀察到宇宙的一部分,竟然能描述宇宙的整體。就好比一個蝨子不僅能畫出人體表面地圖,還能分析人類的繁殖速度,看他們能夠可持續發展多少年。這個比喻有些不雅,不過我一時也想不出更好的。如果真有上帝存在,知道人正琢磨宇宙的事,一定嚇一大跳,就像人忽然知道蝨子怎麼盤算吃他一樣,如果不惹出點亂子來,實在不對頭。有人根據廣義相對論的宇宙學公式一算,宇宙是不穩定的,要麼在膨脹,要麼在收縮。就像一個蝨子知道人正在長個一樣。愛因斯坦覺得這事不大好,就給自己的方程上生生加了一項,以保證宇宙的穩定。愛因斯坦後來説:“這是我一生中最愚蠢的一件事。”宇宙真的不穩定,憂天的杞人大有道理。
有史瓦西設想,既然引力能使光線彎曲,當引力足夠大的時候,就能把光線牢牢吸住,根本就發不出去。這個天體就是一個黑洞。連光都逃不出來,別的東西就更不用説了。史瓦西也不是説説而已,他也算出來了。愛因斯坦和愛丁頓都不愛黑洞這個怪東西,就説史瓦西算得還不夠,他要接著算。結果是,大家都算對了,但是愛因斯坦對計算的解釋錯了。此頭兒一開,各種人們在地球上匪夷所思的事情,白矮星、中子星、奇點、引力波、蟲洞、時間彎曲和時間機器,等等等等,接踵而至。
寫了這麼多,其實才寫到開頭。這些奇異的事情才是我要介紹的這本書所要介紹的東西。黑洞大概是物理學家所創造出了的最奇異的東西,這本書的作者基普 索恩親身參加了這個東西的創造,非常有資格談這件事。與藝術家的創造不同,物理學家的創造物很可能真的存在。儘管天文學家也只發現一點兒間接的證據。但作者顯然堅信黑洞的存在,同時他也相信,廣義相對論只是某個真正的引力定律的近似,而真正的定律一定是量子力學的。如同劈叉角一樣,這個信心當然來自公理和推理。不過,現在的天體物理學家已經完全進入到理論的狂想,完全走到天文觀測的前面。作者不免要問:“我從沒見過黑洞,怎麼能有信心保證這些事情呢?”這樣的問題被一代一代的物理學家反覆追問,把物理學追得向前瘋跑。所以在本書的註釋前,作者又鄭重地寫上了本文的標題:我憑什麼相信我説的?
真是一個好問題。
《中華讀書報》