返回柔软的宇宙：相对论外传 第10章 弯曲的时空         爱因斯坦早在1911年就已经预言：光线路过大质量天体附近的时 候，会发生弯曲，光线会沿着时空的曲率行进。因为在爱因斯坦看来，所谓的引力，就是时空弯曲，并不是真正的“力”，那么该如何验证这一点呢？一般的物体，质量都微不足道，引起的空间弯曲根本不值一提，没有办法被仪器测量到。假如能方便地测量，也轮不到爱因斯坦来鼓捣相对论了。只有太阳这种大质量天体，才会引起光线的一点点偏折。光线越靠近太阳，偏折越厉害，但是靠得再近，偏折也是以秒来计量的，数值微乎其微。圆周360度，1度可以等分成60分，1分可以分成60秒，可见秒是个非常小的角度单位。因此，观测到光线的偏折非常不容易，观测方法就像下面的图片（图10-1）示意的那样。        假如能看到太阳旁边的那一颗星星，然后记录它在星空里相对于其他星星的位置，等过了半年，太阳离开了那个区域，我们就可以在晚上看到那颗星星，再来测量一下那个星星的位置，看看有没有差异，这样就可以测出光线偏折了多少。当然，爱因斯坦也知道，假如太阳在那颗星星旁边，是没法测量的。因为这是大白天，在耀眼的太阳附近看星星根本不可能。1913年，爱因斯坦又用新方法重新计算了一遍，发现结论比过去计算的结果要大一倍，他又开始心痒痒了。正巧也不知道是哪个好事者说白天能看见星星，爱因斯坦就来了兴致，他问苏黎世工业大学的天文学教授莫特：“白天看星星这事儿行不行啊？”莫特差点笑喷了，这是常识好不好啊，白天看星星怎么可能啊，除非脑袋被人打了一闷棍，眼冒“金星”。只有耐着性子等到明年8月21号日全食发生的时候才能检验一下，看理论计算是否是正确的。爱因斯坦又给美国威尔逊山天文台的海耳台长写了一封信，询问白天能否看见星星的问题。莫特一看，恐怕人家海耳会把他当做疯子不予理睬的，于是就在这封信后边写了好多客气话，又把苏黎世工学院的公章给盖上了。这算是公函，你总不能不回复吧？结果可想而知，人家海尔台长估计看到来信哭笑不得，最后还真的回了一封信，说白天看星星显然是胡扯。这下爱因斯坦便不得不耐着性子等待这次日全食的来临了。       1914年，爱因斯坦大搬家到了柏林。他一边继续计算场方程，一边等待着日全食的到来。好几支远征队要去观测日全食，有去俄国的，有去美国加州的，也有去南美的。爱因斯坦迫切希望他们能成功观测到光线偏移，但是人算不如天算，1914年6月28日，一声枪响改变了无数欧洲人的命运，上百万年轻人将命丧黄泉。奥匈帝国的王储斐迪南大公夫妇，在萨拉热窝遇刺身亡。        一开始大家也没觉得这一次刺杀能引起世界大战，毕竟欧洲已经和平了很多年。人死了，无外乎道歉、谢罪、赔钱，惩办凶手。普通老百姓哪知道，巴尔干半岛早已成了一个火药桶。斐迪南大公去萨拉热窝之前已经见过了德国皇帝威廉二世，他们早想在巴尔干半岛用兵了，斐迪南这次来就是为了搞一次军事演习，好好吓唬吓唬塞尔维亚，顺便到萨拉热窝视察。这倒好，一下子把塞尔维亚的民族主义者给激怒了，刺客普林西普抬手几枪打死了费迪南大公夫妇。而德国那边早就按捺不住了，打！大打出手！这是千载良机。奥匈帝国的老国王弗兰茨本来就很犹豫，何苦呢？反正斐迪南大公也不是他亲儿子，他跟茜茜公主的孩子早就不在了。皇太子，也就是他们的亲儿子鲁道夫，在三十岁的时候跟女友在一处行宫里殉情自杀身亡。茜茜公主作为母亲心碎欲绝，得了严重的抑郁症，后半辈子只穿黑色衣服。1898年，有个恐怖分子本来想刺杀奥尔良亲王，但奥尔良亲王临时离开了，刺客偶然又在报纸上看到茜茜公主正在本地旅行，就用一把磨尖的锉刀刺杀了茜茜公主。弗兰茨皇帝非常难过，亲人的厄运总是接二连三地降临，他弟弟在南美也是被人暗杀身亡的。        哈布斯堡王朝不仅家族成员屡屡传出噩耗，国家也是日渐衰败，弗兰茨皇帝为了治理这个多民族的帝国已经操碎了心，他可以娴熟地使用奥匈帝国国内所有八种不同的语言，每天勤奋工作十二个小时，却仍然没法挽回这个江河日下的帝国。老了老了，他已经八十多岁，现在接班人又被暗杀，白发人送黑发人，他也没有任何办法。全国上下一片喊打之声，特别是外务大臣一个劲地撺掇，终于老皇帝同意了开战。奥匈帝国绑在了德国的战车上，走上分崩离析的不归路。7月28日，第一次世界大战正式开打。        爱因斯坦他们怎么能预料到战争就要爆发呢？好几位天文学家正忙着要去世界各地观察日全食，他们选了好几个观测地点。一伙人去了美国加州，一伙人去了南美，还有一伙人去了俄国。巧不巧，去了俄国的那批人刚到，几个国家就相互宣战了。俄国人一看这帮家伙带着长枪短炮，扛了一大堆仪器，还带着照相底片，再看一个个都显得贼眉鼠眼，说不定是敌方的特务，先关起来再说！于是去俄国的那一支远征队就被关了起来。另外两支远征队也跟着走了霉运，南美那边儿天气不好，老天爷不给面子，日食当口，天空飘来几团乌云。只剩下美国加州那边的或许还有一线希望。结果老天爷依旧不肯配合，紧要关头，一片云彩偏偏把太阳遮了起来，日食一结束，立马云消雾散，晴空万里。看来大自然始终不愿透露自己的秘密，三番五次为难人类。        1914年7月，爱因斯坦正式成为普鲁士科学院的院士，他就在化学家哈伯的对门设了一个办公室。米涅娃因为感情不和跟他分居，带着孩子一直住在瑞士，并没有搬来柏林。缺了女主人的照料，窝里一片狼藉。学生到他家拜访，发现他正穿着一只袜子在找论文。对爱因斯坦来讲，日食观测的事只好先放一边了，因为下一次日食要到1919年才会出现。        当然爱因斯坦已经是社会名流，社会活动很多。现在又是多事之秋，整个欧洲都打起来了，想要放下一张平静的书桌也很难，学术界也没办法独善其身。《告文明世界书》纯粹是为德国发动战争而辩护，普朗克签了名，能斯特也签了，能斯特和哈伯还因为当上了国防部的顾问而穿上了少校军服。有人也想鼓动爱因斯坦签名，普朗克给挡了驾，因为普朗克很了解爱因斯坦，他绝不会签的。爱因斯坦和哲学教授尼古拉·别尔嘉耶夫联合起草了《告欧洲人书》，他从小就反对战争，《告欧洲人书》就是针对许多德国社会名流签署的《告文明世界书》的。可惜签署的人寥寥无几，报纸也不敢发表，在社会上的影响微乎其微。爱因斯坦也只有一头扎进场方程的计算里，才能摆脱这恼人的时局。        中间的黄色圆点代表太阳，虚线代表行星应该走的椭圆轨道。黑线为进动走出来的“花瓣”曲线。真实的水星轨道没这么夸张。        爱因斯坦把目标对准了另外一个让天文学家们百思不得其解的现象，那就是水星进动问题。我们在本书第一章就讲述了人们是如何在勒维耶光荣事迹的感召下，疯狂寻找“火神星”的，就是因为水星的轨道并非是标准的椭圆，而是一个类似花瓣的曲线（图10-2）。近日点会不断发生移动，扣除了金星和地球的影响，还残存43角秒/100年的误差消除不掉。这43秒的误差非常微小，而且变化是平摊在100年里的，可见科学家们是多么认真细致。物理学的很多重大成就，就是在小数点后面n位死磕出来的。按照当年天文学家们的设想，应该是一颗未知天体对水星造成了影响，大家找来找去就是找不到一丝一毫线索。爱因斯坦认为，不需要一颗未知行星来解释水星进动，正因为大质量天体的周围空间是弯曲的，才造成了额外的水星进动现象。其实太阳系的行星都应该有进动，但只有水星比较明显，其他天体离太阳太远了，进动太小难以察觉。        爱因斯坦在计算水星进动的过程中走了很多弯路，他算来算去，都与观测数据不相符。在一次讲座上，他详细讲述了自己的广义相对论思想。说者无心，听者有意，底下听众中有一位差点玩了个“截胡”，抢了爱因斯坦广义相对论的功劳，此人就是哥廷根大学的一代数学宗师希尔伯特。希尔伯特比爱因斯坦年长十七岁，早在1912年，两人就有过书信来往。后来，希尔伯特邀请爱因斯坦来哥廷根讲学，第一次爱因斯坦婉拒了，希尔伯特又一而再，再而三地邀请，爱因斯坦不好驳他面子，就来到了哥廷根。他前后共做了六次物理学讲座，一次两小时，并与希尔伯特和克莱因聊得很High，大家都非常开心。         高斯是哥廷根开宗立派的祖师爷，黎曼、狄利克雷和雅可比继承了高斯的工作，在代数、几何、数论和分析领域做出了贡献，克莱因和希尔伯特则使哥廷根数学学派进入了全盛时期，有关希尔伯特的数学名词就不下一打。希尔伯特对物理学研究也有很深厚的功底，正是爱因斯坦的报告激起了他对引力问题的兴趣，也开始研究广义相对论的推导工作。希尔伯特的数学功底无与伦比，爱因斯坦一不留神，就给自己制造了一个竞争者。        大概在1915年10月，爱因斯坦才知道希尔伯特也在搞类似的工作，当时急得一脑袋汗，然后他就开始不眠不休地冲刺，时不时还要处理他那一团乱麻的家务事。他与希尔伯特有不少通信，特别是在冲刺阶段的11月份，因此这也给后人判别广义相对论到底是谁搞定的造成了很多麻烦。现在一般认为11月15号是爱因斯坦拿出最终结果的时间。爱因斯坦终于搞定了水星进动的计算，计算结果跟天文观测完全相符，而希尔伯特最后拿出计算结果要比爱因斯坦早了那么几天。11月18号，爱因斯坦收到希尔伯特的信，发现希尔伯特的东西跟他的几乎完全一致。要知道，爱因斯坦折腾广义相对论已经足足八年了，广义相对论简直比他亲儿子还亲呢！现在有人要抢走成果，爱因斯坦“护犊子”心态显露无遗。他立马回信给希尔伯特，强调是自己首先搞定的，希尔伯特很大度，他恭喜爱因斯坦计算出了水星进动，表明了自己并不想抢功劳，而且还说：“如果我能像您那样计算迅速，那么电子将会在我的方程中缴械投降，氢原子也将会为其不能辐射的原因表示抱歉……”        后来科学史界还在不断发掘史料，看看到底是谁最后搞定的。希尔伯特的文章居然少了半截，那页纸的头部三分之一居然失踪了，天知道里面写了啥东西，这足以引起科学史专家们好一顿口水仗了。喜欢了解详细过程，而且自认为高数学得不错的话，可以去网上自己搜索自行判断，建议看卢昌海先生的博文或者书籍，里面有详细的介绍。我这里还要提醒一下，还有第三个人不能忘记，那就是格罗斯曼，他可是爱因斯坦一辈子的贵人啊！爱因斯坦后来讲广义相对论的时候，不怎么提到他，这是不合适的。当然，大家也可以看得出爱因斯坦“护犊子”的心态有多强烈，我这里还是赞同希尔伯特的态度，广义相对论还是要归功于爱因斯坦，而不是数学家。希尔伯特的成就太多，他没必要跟爱因斯坦计较。希尔伯特也没有在《告文明世界书》上签字，这一点上他与爱因斯坦是一个战壕里的战友。...

  返回柔软的宇宙：相对论外传     第11章 宇宙常数   1917年，欧洲的战事仍在继续，而且还在不断地扩大。美国人参战了，他们老是趁别人打到一半两败俱伤的时候才掺和进来。美国人半截参战可以用很小的代价获取最大的利益，二战的时候也是这样，最后还成了救世主。俄国爆发二月革命，沙皇政府倒台。到了这年11月，又爆发了列宁领导的革命，一切权力归了布尔什维克。        前方战事吃紧，后方爱因斯坦又病倒了，接连患肝病、胃溃疡、黄疸病。一个比一个麻烦，这些病断断续续拖了四年才彻底根治，估计跟这几年爱因斯坦生活饮食起居不太规律大有关系。表姐艾尔莎搬来与他一起居住，以便照顾调理这个虚弱的病人。爱因斯坦脑子一刻也不能停止思索，他深知，广义相对论在解决宏观问题上是比较擅长的。那时候物理学界仅仅知道两种基本的力，一种是万有引力，一种是电磁力，我们日常看得见摸得着的东西，大部分跟电磁力有关。金刚石为什么那么硬？石墨又为啥那么软呢？这都跟原子结构排布有关系，各种原子之间有化学键的连接，才形成了各种各样的物质，有的软有的硬，有的是液体，有的是气体。化学键说白了还是电磁力在发挥作用。对于万有引力，大家也都有直观的感受，我们的体重便是由地球的引力造成的，天空中日月星辰绕圈运行也是因为有万有引力的作用。但是，引力作用太过微弱了，一个小小的磁铁就可以吸起一枚一元的硬币。你可知道，脚下庞大的地球在与这一块小小磁铁的拔河之中是个输家，电磁力比引力要强10 37 倍，双方的数量级相去甚远。因此爱因斯坦心里很清楚，广义相对论在微观层面体现不出来，只有宏观宇宙级别才是广义相对论最大的舞台，他的眼光就这样投向了宇宙本身。何谓“宇宙”？四方上下曰“宇”，古往今来曰“宙”。“宇宙”二字描述的就是时空，宇宙本身，也可以用方程式来描述与计算。从爱因斯坦的方程也能看出大体思路：等号的一边表示空间的弯曲程度，通俗地讲也就是引力；另一边的是能量，动量，宇宙大体就是这两部分在起作用。方程式非常难解，写成张量形式看上去还蛮短，摊开了就是十个二阶偏微分方程联立，已经够让人头痛的了。        解这种偏微分方程，必须有初始条件和边界条件，爱因斯坦认为宇宙就是现在这个样子，它是不变的。为什么呢？因为我们用望远镜看到的不仅仅是空间的距离，还是时间间隔。遥远的星系，他们的光传到我们地球上，也要好多年的时间呢！我们看到的是它们小时候的样子。爱因斯坦断定，看来宇宙过去和现在没啥不同，远处的天体与近处的天体看起来都差不多，并没有明显的差异，因此就以现在的状况作为初始条件。        边界条件呢？爱因斯坦认为我们这个宇宙是个有限无边的宇宙，一般的物体都是有限的，起码体积重量都是有限的，但是“无边”可就不好理解了，一个欧几里得平面是没有边界的，叫做“无限无边”。有限无边的东西，又是什么样子呢？爱因斯坦说，你看到过球面吗？一个球，表面积是有限的吧？但是哪有边界啊？没边界嘛。在三维空间中的这个二维球面，就是有限无边的，我们的宇宙也是类似的情况。宇宙空间可能是个三维超球面，因为没有边界，那么边界条件就不要了。        当然，还有很多条件都是显而易见的，但不得不提。比如说在大尺度上宇宙是均匀的，局部的确有聚集效应。比如说太阳系99.75％的物质集中在了太阳上，这当然极端不平均，小尺度内，物质很喜欢抱团聚集，但是你放眼全宇宙，太阳系连个沙粒都够不上，总体来讲还是比较均匀的。还有一个重要的特性就是各向同性，我们在地球上放眼望去，各个方向看到的宇宙没啥不同，大尺度内还是各向同性的。爱因斯坦总结了一下，提出了一个宇宙学原理：在宇观尺度上，宇宙是均匀且各向同性的。宇观尺度，就是比10 8 光年更大的尺度。      凑齐了条件，立马开算。他铆足了劲开始解这个方程式，越解越不对劲，完全没办法得到一个静态的宇宙。这个宇宙是动态的，不会老老实实安安静静地维持现状，宇宙始终在变化，要么膨胀，要么收缩，收缩到极点还会反弹，就像一颗跳动的心脏。爱因斯坦在个人观念上并不喜欢变化的宇宙，在他的观念中，宇宙是静态的，稳定的，不随时间变化的，于是他一抬手就给自己的方程式加了一个常数，这个常数是用来平衡一下宇宙的运动和演变，这样就可以得到一个不变的宇宙了。场方程也就变成了带有宇宙项的样子，宇宙项本身意味着排斥效应，这样就可以平衡引力效应，达到稳定平衡。        爱因斯坦先前在计算水星进动的时候，就想把这个项加进去，但是他算了半天发现不行，加了这个项，计算结果就不对了，于是他就把这个宇宙常数拿掉了。现在，爱因斯坦摆不平动态宇宙，不得已又把这东西拿了出来。他多多少少有点纠结，因为宇宙项并没有物理上的根据，仅仅是为了满足不变的宇宙而硬塞上去的。但是爱因斯坦意想不到的是，他无意间放出了一个“幽灵”，这个“幽灵”一直盘桓不去，给当今的物理学家惹来无尽的烦恼……       一方面，爱因斯坦在家调理身体，一方面就折腾这些计算。最近战事不顺利，德国经济也撑不下去了，物价开始飞涨。德国马克大战前是与黄金挂钩的，货币坚挺，俗称叫“金马克”，可是战端一开，大批财富灰飞烟灭，马克挺不住了，开始不再与黄金挂钩，俗称“纸马克”。到了1917年，物价狂翻不止，爱因斯坦本来是高薪阶层，每年拿一万多马克，但是战争一起，钞票就变得如同废纸。别忘了，米涅娃在瑞士的生活费还要他负担，瑞士法郎并没有贬值，爱因斯坦痛苦地忍受着每个月要拿出越来越多的马克去兑换越来越少的瑞士法郎的局面。        基尔港的水兵发动起义，柏林也跟着响应，大批工人罢工学生罢课。德意志帝国岌岌可危，军官们也不再给威廉二世卖命了，哪怕是老牌的保皇派元帅兴登堡也劝皇帝走人。1918年11月，威廉二世宣布退位，灰溜溜逃走避难。荷兰的威廉明娜女王收留了威廉二世，毕竟欧洲皇室全是拐着弯儿的亲戚，差不多全都沾亲带故。英国维多利亚女王号称欧洲祖母，她的女儿孙女嫁给了不少欧洲王室，一战可以说是表兄弟们打了个昏天黑地。皇帝退位，国家一片混乱，爱因斯坦当然不喜欢搞军国主义的威廉二世，他觉得这是德国迎来共和的伟大的时刻。他寄了不少明信片给别人报告所见所闻，但是一切都乱糟糟的。爱因斯坦还跟着一帮子教授名流一起呼吁人们不要狂热，保持秩序。政府倒台之后没人管事，学生们搞了个委员会，第一件事就是把校长抓起来了，系主任也跟着遭了殃。爱因斯坦和几个教授跑前跑后，呼吁恢复秩序，先把校长放出来再说。就在这混乱的时期，爱因斯坦还有件私人的大事要办，那就是跟米涅娃离婚。他去瑞士正式办理了离婚手续，孩子全判给了孩子他妈。至于分手的费用，爱因斯坦认定自己必定能得诺贝尔奖，将来要是得了诺贝尔奖，奖金全给米涅娃当补偿，现在没钱，先欠着好了。一战战败以后乱糟糟的社会总算可以安稳下来，但是经济一直没起色，物价还是在涨。德国战败，必须俯首帖耳接受协约国处置。1919年，各国首脑在凡尔赛宫举行巴黎和会，讨论战后处置的问题，美国总统、法国总理、英国首相，各自带着地理学家开始重新划分欧洲的版图。当然，我们最熟悉的就是巴黎和会上，德国在山东的权益给了日本，中国国内爆发五四运动。        这一年，对爱因斯坦也是至关重要的一年。1919年将要发生日全食，这是一次验证爱因斯坦的广义相对论的绝佳机会。上次去俄国的那队人马被战争搅黄了，另外的队伍老天爷也不赏脸，这一次不能再错过了！英国著名的天文学家、物理学家，也是著名的反战分子爱丁顿开始组织远征队到非洲去观测日全食。爱丁顿争取到这次机会也不容易，英国没有多余的经费，再说了，英国民众也不答应，英国跟德国打了一仗，不知道多少年轻人死在了对方手里，这事儿就算完啦？况且英国和德国科学界一直不睦，这是老祖宗牛顿和莱布尼茨当年结下的梁子，爱丁顿你小子居然要证明我们英国伟大的牛爵爷错了，你算哪边的？但是，科学家虽然有国籍，科学却是没有国界的，族群恩怨不牵扯到科学探索。        爱丁顿知道自己跟英国政府关系不好，他还是英国政府重点关注监控的对象。于是爱丁顿就撺掇皇家天文学家戴森出面去申请，戴森1900年以来搞过好多次日全食观测，经验非常丰富，说服力也强。当然了，公关工作也不能忽视，也需要搞点儿政治意义出来，此次远征观测，就成了英德和解的象征。德国科学家的理论，由英国人检验，大家一起为全人类做贡献，妥妥的正能量啊！里里外外一忽悠，领导们就给钱了。英国政府勒令爱丁顿将功补过，必须参加戴森的观测队伍，这可正中爱丁顿的下怀，他心里顿时乐开了花。       爱丁顿忙前忙后，组织大队人马就去了非洲的普林西比，同时还有另外一支远征队去了南美。这一次日食的时间长达六分多钟，老天爷看来是给足了面子，两个远征队都拍摄了不少照片。照片分析过程很漫长，好几个月也没搞出结论。到了1919年11月6号，英国皇家学会和皇家天文学会举行联合会议，正式宣布了爱丁顿的观测结果及结论。会议由电子的发现者、皇家学会主席、著名实验物理学家汤姆逊主持。在巨幅的牛顿画像前，戴森报告了观测结果，他表示，在仔细研究了照相底片之后，他认为它们毫无疑问地证实了爱因斯坦的预言。最后的测量结果与牛顿理论计算的结果出入较大，爱因斯坦的理论符合较好，故爱因斯坦胜出。第二天一早，各大报纸的头条消息便引爆了公众舆论。这无疑是科学史上的一个辉煌时刻，不过在那之前，爱丁顿的观测结果就在一个小范围内传开了。早在9月22日，洛仑兹就已经迫不及待地搞了个“剧透”，发电报将消息告诉了爱因斯坦。稍后，10月4日，普朗克向爱因斯坦表示了祝贺。10月22日，普鲁士科学院院士、德国哲学及心理学家斯顿夫也向爱因斯坦表示了“最诚挚的祝贺”，并表示：在经历了军事和政治的失败后，德国科学能够取得这样的胜利令人感到自豪。从此，物理学完全进入了崭新的时代。        我们现在回过头再去审视这件事，发现爱丁顿他们使用的数据并不完全严谨，因为测量误差比较大，高达30％，这样的结果要是严格审核的话恐怕很难服众。有人怀疑是不是数据有问题，爱丁顿提供了全套的观测数据，他没有做任何保留，你要是不信，可以自己去算。从品行操守上，他没有瑕疵。后来又发生了剧情大反转，爱丁顿抛弃的数据反而更贴近爱因斯坦的计算。尽管当时爱丁顿的数据有人质疑，但是大家还是很喜欢爱因斯坦的理论。爱因斯坦坚信他的理论是对的，后来他写过一段话表明其思想：“我认为广义相对论主要意义不在于预言了一些微弱的观测效应，而是在于它的理论基础和构造的简单性……”        在1919年以后，大家陆陆续续地又测量了好多次星光偏转（图11-1），精度一直上不去，因为测量偏移都依赖于拍了照以后对玻璃感光底片的测量。爱丁顿拍摄的时候在非洲，大太阳底下温度很高，底片膨胀，当拿回欧美的实验室做测量时，温度下降，底片收缩，热胀冷缩掺杂进去，精度可就完蛋了。此外，还有一堆乱七八糟的因素阻碍着精确测量。后来的人们就干脆在观测地建立了暗室，当场冲洗底片，全程保持在恒温状态，即便如此，精度仍然不够。到了二十世纪的六十年代，出现了一个新的理论叫布兰斯－迪克理论，这个理论预测的星光偏折比广义相对论差了8％，这意味着分毫之间决胜负。相对论与牛顿力学预测的结果相比，差两倍，误差大点还马马虎虎。要打败这个布兰斯—迪克理论，精度起码1％左右，而光学测量恐怕很难达到这个精度。        爱因斯坦梦绕魂牵的就是白天看见星星，可见光波段固然不能实现，射电波段却是可以的。二十世纪七十年代，天文学家们也真是拼了，用甚长基线干涉技术终于把精度提高到了1％左右，爱因斯坦的广义相对论胜出。当然，那时候大家都已经毫不怀疑相对论的正确性了。到了1991年，射电观测把精度提高到了1/10000，再次证明爱因斯坦是对的，离当年首次测量星光偏折，已经过去了七十二年。让我们把思绪拉回到1919年，随着各大媒体头版头条通栏大标题的宣传，爱因斯坦名声大噪，成了全社会的“偶像明星”。接下来的几年间，他到处讲学访问，甚至环游世界。1921年，爱因斯坦首次访问英国，下榻在霍尔丹勋爵伦敦的住所，霍尔丹的女儿见到这位著名的客人来到她家，一时激动竟然晕了过去，爱因斯坦此时俨然成了“学术超男”。        爱因斯坦越来越繁忙，他横渡大西洋去完美国，又去日本访问讲学。当他路过上海做停留的时候，喜讯传来，瑞典驻上海总领事正式通知了爱因斯坦：他获得了1921年的诺贝尔物理学奖。诺奖委员会很保守，不太想涉及相对论，但是此前早就有人提名爱因斯坦，各方呼声实在太高了，尤其是普朗克力挺，不给诺奖怎么也说不过去。1921年全年都没能确定这一年的奖项颁发给谁，最后还是折衷了一下：因为爱因斯坦提出光量子学说，成功解释了光电效应，所以颁发给他1921年度的诺贝尔物理学奖。这是一个迟到的奖项，1922年才宣布颁发，同时宣布获得1922年度诺贝尔奖的是后起之秀玻尔。玻尔还有点心怀忐忑，他生怕自己在爱因斯坦之前获奖会内疚，好在他俩的奖项是一起宣布的。那几年，诺奖颁发时常延误，普朗克的奖项也是延迟颁发的。        爱因斯坦环游世界回到欧洲，先跟瑞典人联系，看奖金怎么划拨到账，转成德国马克恐怕没几天币值就会跌去不少，还是看看换成别的货币是不是更合算，这笔钱最终是要交给米涅娃作为补偿费的。就在这个时候，从新生的苏联寄出来一篇论文，投到了德国的权威杂志，这篇论文的作者叫弗里德曼，他用和爱因斯坦一样的办法来计算宇宙，结果也得到了一个动态的宇宙。这个宇宙要么像心脏那样跳动，一张一缩，要么就是一直膨胀下去。静态稳定的宇宙是不存在的。        稿子被爱因斯坦看到了，他觉得弗里德曼算得不对。这个问题自己早就解决了，添加一个宇宙项就能搞定，况且，爱因斯坦本人对动态的宇宙是持否定态度的。正是因为爱因斯坦的否定，文章没能发表，弗里德曼当时也不知道是爱因斯坦审稿。后来有苏联科学家出国访问，见到了爱因斯坦，碰谈起这件事，才发现原来这篇论文的审稿人正是爱因斯坦。弗里德曼得到消息，立刻给爱因斯坦写信，他为自己做了辩护，认为自己是对的，但爱因斯坦没给任何回音。弗里德曼用的方程式不带宇宙项，因此爱因斯坦在审稿的时候认为他是错的。弗里德曼后来转投了德国的一个数学杂志，知道的人不多，他的名气也不是太大，但是他有个叫伽莫夫的学生名气可不小。此人在宇宙学的发展上有很大贡献，后文我们会提到。        弗里德曼的论文发表在一份数学杂志上，但名气不大，很多人都没看到过这篇论文。到了1927年，一个比利时人也算出了类似的结果：宇宙并非是稳定状态。此人用的方程式跟爱因斯坦用的一样，是带着宇宙项的方程，哪怕是这个带着宇宙常数的方程，也还是会得到膨胀解或者是脉动解。一个稳定的，不变的宇宙，是很难存在的。此人兴奋异常，不仅仅是因为科学的成果，也是为了毕生的信仰。他是个神父，名叫勒梅特，毕业于比利时的天主教鲁汶大学，虔诚地信仰上帝。自打伽利略那个时代起，上帝就在慢慢地失业，星球的运行这事儿牛顿说不是上帝干的，他只是推了一下，剩下的交给引力与惯性了。到了康德那时候，康德提出天体的形成与运行彻底跟上帝没关系，不用劳烦上帝推，自己会转圈。拉普拉斯也差不多得出了类似的结论。到了达尔文时代，把上帝造物给否定了，这回上帝彻底下岗了！作为一个虔诚的基督徒，勒梅特计算出了这个解，他能不高兴吗？我相信他内心里是有这份期盼的，可算给上帝找到了一份工作！        勒梅特欣喜异常，因为一个膨胀的宇宙，意味着历史具有开端。假如宇宙一直在膨胀，显而易见的是：时间往回倒退，只要倒退得足够久远，宇宙的体积势必要缩成0，哪怕不是0，体积也是非常小的，再往前追溯，恐怕就无法追下去了。那么是谁造就了这么一个起点呢？对于勒梅特这个天主教神父来讲，结论是不言而喻的：上帝创世，第一句话就是“要有光”，所以，科学界很多无神论者对勒梅特报以白眼。勒梅特后来去找爱因斯坦，爱因斯坦也评价他“数学不错，物理很差”。但是科学的魅力就在于此，不论你信仰什么，大家都可以用数学公式来交流。上帝是标量还是矢量？难道是张量？反正勒梅特也没把上帝写进公式里，他一直认为自己把信仰与科学分得清清楚楚。可是别人不一定这么想，宗教领袖们当然喜欢把这个计算结果当做神迹，想要分清科学与宗教，恐怕由不得他自己。        后来，罗伯逊和沃尔克两位科学家，综合了弗里德曼和勒梅特的思想，搞出了一个罗伯逊-沃尔克（RW）度规，他们两个是分别在1935年和1936年独立搞出来的。这个度规就是根据“宇宙学原理”，描述一个四维时空之中有限无边的三维超球面。因为弗里德曼的贡献，有时候也把，叫做弗里德曼-罗伯逊-沃尔克（FRW）度规。一般省事的话，都不加弗里德曼的名字。当然如果少数的情况下不嫌麻烦，也会把勒梅特的名字加上，叫做弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规。        RW度规不依赖爱因斯坦场方程，纯粹是从宇宙学原理推导出来的。所以即便爱因斯坦理论错误，RW度规仍然不受影响。我们来打个比方，RW度规就是描述了一辆自行车，有两个因素特别重要，一个是车把的方向，你是朝前直走，还是朝左或者是朝右拐弯呢？用曲率k来表示，k存在三种情况：● k＞0，那么宇宙就是一个封闭的超球面，体积有限。● k＝0，那么宇宙是个平直的宇宙，是开放的，体积无限大。● k＜0，那么宇宙是一个超双曲面，也是开放的，体积无限大。        所谓开放和封闭是如何判断的呢？其实也很容易想象，你在一个空间里面，计算两点间的距离，假如这个距离是有极值的，无论如何都不会超过某个值，那么这个空间必定是封闭的。你随便去测量地球上两点间测地线的长度，无论你怎么量，反正数值不会大于赤道长度。地球表面是个在三维空间中的二维球面，是有限无边的。假如两个点想离得多远都行，不受任何限制，那么必定是开放的空间。还有一个因素就是尺度因子a，就好比自行车走了多远，如果尺度因子a不随时间变化，那么就是个静态的宇宙。仅有RW度规，我们只是有了一辆自行车，这辆车是没人骑的。我们已知，自行车可以向前走，也可以拐弯。但表演者不上场，我们压根不知道这辆自行车将会玩儿出什么样的特技，这个表演者，正是爱因斯坦场方程。爱因斯坦的场方程告诉了这辆自行车，应该走多快，走多远，朝哪边拐弯。当然了，你换个其他度规也是可以的，就相当于换个其他交通工具。比如你换个挖掘机，你还是可以让场方程上去驾驶一下耍耍，至于计算出来有啥现实意义，那就两说了。场方程你要硬解那是很难解出来的，有了度规还比较好办。当然，现代有大型电子计算机，霸王硬上弓也不是不行，可在当年那是不可想象的。        现在我们知道了，尺度因子a是和时间相关的，因此是个动态宇宙。我们的宇宙一刻不停地在演化着，宇宙尺度的变化不仅仅可以通过计算来得到，还可以通过观察来得到。爱因斯坦之所以认为宇宙应该是静态的，是因为以前从来也没人观测到尺度变化的痕迹。因此爱因斯坦一晃脑袋，不认可勒梅特，也不认可弗里德曼。哪知道，仅仅过了两年，爱因斯坦就被啪啪地打脸。...

返回柔软的宇宙：相对论外传第12章　开天眼      早在伽利略那个时代，伽利略通过望远镜就看到了大量的恒星，比肉眼看到的要多得多。后来哈雷又发现，这些恒星也不是不动的，其实它们也在运行，恒星也是天体。既然如此，那么恒星也有远近，也有组织结构。后来有人提出，看来这些恒星并不是孤立存在的，它们之间应该存在着某种联系。      1750年，英国天文学家赖特提出：天上所有的恒星和银河共同组成一个巨大的天体系统，它的形状像是一个车轮或薄饼，太阳系就在其中。站在这个天体系统向外看去，就可以看到银河的形象，他甚至猜测到银河轮廓的不整齐，很可能是由于太阳不在银河中心的缘故。1755年，德国哲学家康德在他的著作《自然通史和天体论》一书中，发展了斯维登堡和赖特的思想。他认为貌似“云雾状的星体”实际上是比恒星大几千倍的恒星世界，其中每一个恒星都联系在一个共同平面上，从而组成一个协调的整体。他还认为整个宇宙是无限个这样有限大小的天体系统所组成的总体，就像群岛一样，因此也叫做宇宙岛。1761年，德国学者朗伯提出了一种无限阶梯式的宇宙模型，他认为太阳系是第一级体系；太阳及其周围的许多恒星构成的恒星集团是第二级体系；银河系这种庞大的恒星集团的总和，构成了第三级体系；第四级、第五级以此类推直至无穷。当然很多东西在当时是看不清楚的，比如说“星云”。康德说星云也是恒星组成的星系，有人则不同意这种说法，他们认为，既然叫“星云”，那就是一片云。        这时候一个音乐家站出来了，他叫赫歇尔，是个半路出家的天文学家。他最大的本事是磨制望远镜，家里都变成望远镜作坊了。他磨制的望远镜，让英国格林尼治天文台都羡慕不已。他一共出售了几十个望远镜来补贴家用，还把他弟弟妹妹和儿子都拉下了水，全家老少一起研究天文学。赫歇尔最有名的贡献是发现了天王星，不过，他还对恒星和星云也做了大量的研究，坚持不懈地对天上的星星做了统计。他通过一千〇八十三次观测，一共数了六百八十三个取样天区中的十一万七千六百颗恒星，获得了丰富的观测资料。他发现银河附近的星星比其他地方的星星多得多，天空中的星星并不是均匀分布的。1785年，赫歇尔给出了一幅扁平、轮廓参差不齐、太阳居中（这是错误的）的银河结构图，首次用观测证明了银河与众多恒星确实构成了一个天体系统，这就是银河系。        赫歇尔还做了一项在当时非常有影响的工作，那就是对星云的观测。他使用当时首屈一指的反射望远镜（图12-1）观测那些“云雾状天体”（当时也有人称之为“无星的星云”），一共选择了二十九个观测对象，结果，它们中的绝大多数都分解为一个个暗弱恒星的集合体。赫歇尔认定“星云”就是星系，他认为，一些在现在的望远镜中无法分辨出恒星的“星云”，是因为现在的望远镜还不够大，分辨率还不够高，将来更大的望远镜中也许会分辨出其中的一颗颗恒星。由于赫歇尔的声望，他的结论一发表就产生了很大的影响。        然而，毕竟还是有大量的星云无法分解成一颗颗恒星，因此这事没有定论，到底星云是个什么东西？赫歇尔就发现一个星云，中间一颗恒星，周围有云气状的结构。赫歇尔麻爪了，看来的确无法分解成一颗颗恒星，于是他把它们叫做“行星状星云”。后来我们知道，这些行星状星云是年老的恒星爆发的产物，说白了就是老年恒星“死给你看”，恒星临死之前爆发了一把，气体被爆炸喷成了一个云团。美国宇航局网站上常常会放出行星状星云的照片，都很漂亮！后来，爱尔兰的罗斯伯爵下决心超过赫歇尔，他磨出来的大望远镜口径远远把赫歇尔的望远镜甩在了后面，但是很多星云依然没法分解成一个个恒星。大家折腾了好久，对星云这东西还是说法不一。这时候物理学大发展，给天文学提供了不少技术手段，天文学家们发现，天体是可以测量光谱的。有的是光谱里面某些部分明显比较亮，有一系列的明线，有的是光谱里面明显有暗线。两种情况恰好相反，是不是可以拿这个特征作为区别的依据呢？大家都觉得可以。可是没多久大家又都泄气了，因为陆陆续续发现了不少星云的光谱既没有亮线，也没有暗线。这事吵了近二百年，到现在也没得出个明确的结论，星云的本质仍然是个谜。        就在科学家们为天上的星云不断争论的这些年间，世界格局出现了大的变化，那就是美国崛起了。赫歇尔正在研究恒星结构的时候，美国爆发了独立战争，科学家们开始研究恒星光谱的时候，美国恰好打了南北战争。在打完南北战争以后，美国进入了突飞猛进的阶段。发明重机枪的马克沁是1840年出生，发明大王爱迪生是1847年出生，发明电话的亚历山大贝尔也是1847年出生。迈克尔逊生于1852年，莫雷生于1838年，他们大多在这个时代成长起来。当然了，同时代还冒出了很多富可敌国的大企业家，比如大财阀摩根1837年出生，报业大王普利策1847年出生，洛克菲勒1839年出生。南北战争一结束，这批人刚好是风华正茂的年轻人，整个美国显得富有野性也富有生机，就像一个进入了青春期的棒小伙子，几年不见就长成了一个人高马大的壮汉。        美国人有钱了，在工业技术方面突飞猛进，可是在理论科学方面就显得薄弱了。他们羡慕人家欧洲人底蕴深厚，理论科学的中心一开始在英国（牛顿、胡克那一批），慢慢地转到了法国（拉普拉斯，拉格朗日，拉瓦锡等），再之后又转到了德国（普朗克、能斯特、爱因斯坦等）。美国差得好远，不过美国人有钱啊！咱们可以农村包围城市，先从实验性的观测性的东西下手，然后再往理论方向突破。美国人就是这么干的，他们有钱任性。特别是美国人出了一个天文学家叫海耳，这个海耳在研究太阳方面有非常大的贡献，发明了单色光照相机。有了这东西，就可以看到过去难以观测的太阳色球层，俗称叫“日珥镜”。日珥的爆发就是在色球层才能看到。        不过呢，他对天文学最大的贡献还不是这个，而是学会了拉赞助。他游说金融家C·T·叶凯士出资建造了叶凯士天文台，并安装了世界上最大的1米折射望远镜（1897年落成）。还游说商人胡克和卡内基基金会共同出资在威尔逊山天文台建成100英寸（2.54米）的反射望远镜（图12-3），1917年建成之后的三十一年中它一直是世界上最大的望远镜。1928年他筹款建造200英寸（5米）望远镜和帕洛马山天文台，该望远镜直到1948年才建成，背后出钱的是洛克菲勒基金会，为了纪念海耳，望远镜被命名为海耳望远镜（图12-4）。天眼巨镜，成为窥探宇宙奥秘的独门利器。当然，我们可以解读出洛克菲勒与卡内基比赛花钱的味道，建大望远镜的事儿，两家没少掰腕子。海耳最大的贡献，就是忽悠一帮子富豪掏钱建立天文台，建造大望远镜。这些大望远镜获得的成果，远远超过了他自己单打独斗。天文学毕竟是一门观测的科学，没有趁手的家伙是玩不转的，谁的望远镜大，谁就容易出成果。美国人的思路也很清晰，理论水平不如欧洲不要紧啊，咱们先搞实践。天才的脑袋瓜子千金难买，仪器设备是可以砸钱堆出来的。          海耳在芝加哥大学当过教授，学生里面有不少人很仰慕海耳的贡献，有一个年轻人就是因此喜欢上了天文学。海耳几年后去了叶凯士天文台当台长，这个年轻人二十八岁的时候也去了这个天文台当研究生，不巧的是海耳去了威尔逊山天文台继续搞更大的望远镜。后来美国参加一战，这个年轻人当了两年的兵。到了1919年，这个小伙子来到了加州威尔逊山天文台工作。他倒是追随着海尔的脚步，海耳到哪儿，他就奔着哪儿去，这个小伙子，就是后来大名鼎鼎的“哈勃”。...

    返回柔软的宇宙：相对论外传    第8ç«  双生子佯谬   爱因斯坦的相对论发表以后，普朗克一班物理学大牛们纷纷表示支持，但是更多的人表示反对，更多的人抱着当吃瓜群众的心态，先让消息飞一会儿再说吧。很多年轻人都在窃窃私语，但看见各位资深物理学家们都不说话，他们也不敢大声嚷嚷。不过，大家普遍对爱因斯坦那些奇葩的结论感到新奇，“钟慢尺短”这种事真的会发生吗？能不能用实验来解决问题呢？      那时候，人们已经发现了电子，电子是可以用电场来加速的。但是人们发现，不同速度的电子，好像折算起来质量是不一样的。早在1878年，罗兰就用实验证实了“运动的电子会产生磁场”。J·J·汤姆逊提出，既然带电粒子要比不带电的粒子做的功更多，那么说明带电粒子拥有的质量更大，大家给这个现象起了个名字叫“电磁质量”，运动的电荷就会引起这种电磁质量。1901年，考夫曼用实验证实了“不同的速度下，电子的质量是不一样的，速度越快，质量越大”。1903年，有一位物理学家亚伯拉罕推算出了电子质量公式，按照经典的电磁理论，的确也可以推导出电磁质量公式。到了1904年，洛伦兹就利用洛伦兹收缩假设，推导出了自己的电磁质量公式。1906年，考夫曼宣布，他的测量结果跟亚伯拉罕的公式吻合得很好，而洛伦兹的那个公式是不对的。洛伦兹泄气了，他觉得自己的公式有问题，打算放弃。爱因斯坦可不这么看，他当然站在洛伦兹这一边，因为洛伦兹得到的结果跟他用相对论得到的结果是一致的。这也非常好理解，他们俩的基础公式都是洛伦兹变换，只是大家对公式的意义理解不同。洛伦兹的那个电磁质量的公式，说得全一点应该叫做“爱因斯坦-洛伦兹”公式。      爱因斯坦知道亚伯拉罕的曲线跟实验观察的结果符合得更好，但是他铁口直断：要是实验结果更加精密，结果肯定是对自己有利。爱因斯坦心里有底，他的公式来自于更加严密的逻辑推导，亚伯拉罕的公式只不过是凑巧蒙上了。果然，一年以后，有人再一次做了电磁质量的实验，还是洛伦兹-爱因斯坦公式符合得更好。再后来类似的实验做了一次又一次，特别是大型粒子加速器的建造使得这种实验可以在接近光速的条件下来搞，实验数据都高精度地证明了爱因斯坦的相对论是正确的。我们从这里也可以看出来物理学家们都在干啥，你的理论并非只是简单地预测出来钟会变慢，或者尺子会变短，这样的结论仅仅是定性的描述，你还要能够高精度地计算出到底变了多少，是不是跟实验数据相符合。在本书中会遇到很多案例，科学家们提出的各种假说都是要到小数点后面n位去决一胜负。在当时，实验精度不够的情况下，大家当然免不了犹豫不决，到底谁对谁错，要等消息飞一会儿，先不忙下结论。      在爱因斯坦的论文里面提到过一个问题：地上有一个钟A，有另外一个钟B，这两个钟彼此对准。假如B钟跑出去溜达了一圈再回来，谁比较慢呢？爱因斯坦当然回答：那个运动的钟变慢了。他后来没有详谈，本来他也没觉得需要详细谈，可是很多了解相对论的人都感觉不解：运动是相对的，A觉得跑出去溜达了一圈，那么应该说是B变慢，但是在B看来，应该是A反向跑出去溜达了一圈，A变慢才对啊！那到底是谁变慢了呢？这个问题就被称为“时钟佯谬”。     后来，法国的一位物理学大牛发话了，这一位就是朗之万，他是大名鼎鼎的居里先生的学生。在1911年发表的一篇题为“空间和时间的演进”的文章中，朗之万为了描述得更加人性化一点，不采用钟表来描述时间，而是用了人的年龄。爱因斯坦总是喜欢描述：“对方路过你的时候，你瞥一眼看看对方的钟”，这哪里能看得清楚啊？朗之万觉得这事不好办，需要一个能够累计时间误差的玩意儿，于是他想到了人的年龄。后来为了表述对比更加明确，又给描述成了双胞胎比较年龄的问题，于是“时钟佯谬”就变成“双生子佯谬”了。            这个“双生子佯谬”是这么描述的：A、B两个人是双胞胎，年龄几乎一样大；A蹲在地上不动，B坐着火箭出去溜达了一圈；只要火箭够快，出去溜达的时间够长，那么假以时日，当B调头返回原地的时候，他发现，自己居然比A年轻，两个人的年龄出现差异了。这是真的吗？所谓“佯谬”的含义就是看上去是错，实际上是对的。那么我们现在已经知道答案了，那就是这个问题是对的，的确会出现两个人年龄不一致的情况。朗之万的解释是：谁做了加速运动，谁就老得慢。A蹲在地下没动，那么说明他没做加速运动，是个惯性系的观察者。B则不然，他开始跟A在一起啊。然后，他开着火箭飞出去了，火箭必定有一个从速度为0，然后不断加速的过程，不然飞不出去啊。然后飞了好多年，B肚子饿了打算回家吃饭，那么他就需要把火箭掉个头，然后往回飞，靠近地球以后还要减速才能着陆，回到A的旁边。那么这一顿折腾，B根本就不是一个惯性观察者，B飞出去再飞回来这个过程里，必然是有加减速过程的。谁有速度变化的过程，谁的时间就变慢，因此看起来就年轻一些。            这是朗之万的解释，后来别人也给出了其他的解释。比如说劳尔在1912年也给出过一个解释：他认为B在调头的时候，改变了参考系，这才是问题的关键。后来爱因斯坦在1918年也给出了一个解释，影响同样很大。不过，不管有多少种解释，答案是一样的：B比较年轻。      我们还可以做个具体的描述，这样各位读者才能有个感性认识。最近在比邻星发现了太阳系外行星，假如要派一个飞船飞过去看看，应该怎么办呢？比邻星距离我们太阳系4.3光年，飞船以3g的加速度一直加速到25万千米/秒，然后关了发动机靠惯性飞行，快到比邻星的时候以3g的加速度刹车，不然就停不下来了。3g的加速度并不好受啊，要知道这就相当于宇航员每时每刻都要承担自己体重三倍的重量，还要支撑好多天。到了比邻星看一眼就回来，还是3g的加速度推进到24万千米/秒，然后关发动机，快到太阳系再减速。一来一回，地球上的人觉得飞船走了十二年，但是飞船上的人觉得才七年啊。这一来一去，飞船上的人就慢了五岁。      假如我们去探测银河系的中心部分，就不能这么逍遥自在了。我们离银河中心大约是2.8万光年，路途极其遥远。假设火箭一直以2g的加速度在加速，一直飞到路途中间，然后开始减速，中途是不关闭发动机的，到了银河中心，马上回来。这样的话，宇航员大概感觉自己过了四十年时间，出发的时候三十岁，回家的时候已经是七十岁的古稀老人 了。但是地面上的人感受可就完全不同了，因为地面上已经过去了六万年！假如人类还没有灭绝的话，他们大概会列队欢迎八辈祖宗胜利凯旋，八辈？恐怕太少了点，六百辈都不够啊！要不说，双生子佯谬这个理论是科幻题材的宠儿之一，有关时的快慢长短的确会给人带来匪夷所思的感受，但是，这到底是怎么一回事呢？为什么加速运动会延缓年龄的增长呢？      这个问题，其实背后还有爱因斯坦的数学老师闵可夫斯基的贡献，闵可夫斯基看到了爱因斯坦的相对论，十分惊奇，原来那个时常翘课的学生还是个潜力股！自己是万万没有想到。闵可夫斯基在苏黎世教授《分析力学应用》，爱因斯坦听过他的课。从1905年开始，闵可夫斯基把全部精力都放到了电动力学方面，大家都看得出来是受到了学生爱因斯坦的激发。他开始把爱因斯坦的相对论进行系统化的整理，并在整理的过程中使用了矩阵。毕竟人家是数学家，对于数学工具的使用有更深厚的功底。闵可夫斯基在整理的过程里发现，仿佛时间t在矩阵中的地位是和空间轴x、y、z平起平坐的。他觉得应该把时间与空间同等对待，时空是不可分离的坐标体系，应该称为“四维时空”。庞加莱也提出过类似的想法，在闵可夫斯基看来，假如你用时间（t）＋地点（x，y，z）来描述一个四维时空里面的事件，那是不依赖参考系的，计算起来更加简洁明了。      我们来举个例子说明这个问题：2001å¹´9月11æ—¥v发生了一个重大的事件，那就是911恐怖袭击。早上8:46，美国航空11号班机撞向纽约世贸中心北座大楼；9:37，另一组劫机者控制美国航空77号班机撞入华盛顿的五角大楼美国国防部。在我们地球人看来，这两件事儿发生地相距330千米，时间相隔五十一分钟。假如正好有外星人驾驶飞船高速飞过，那么他们在高速移动的飞船之上看到的这两件事，还是相隔五十一分钟吗？相距的距离还是330千米这么长吗？按照爱因斯坦的相对论来计算，显然外星人看到的时间与空间都与我们地球人是不同的。钟慢尺短，外星人看到的距离更短，时间间隔也更短，因为我们地球人与外星人属于不同的惯性系。按照当初闵可夫斯基老师的想法，假如把四维时空里的坐标统一起来，那么这两个不同地点不同时间发生的事件就可以用四维时空中的勾股定理来计算一下四维距离。当然，时间要折算成距离才可以混进去计算。用光速作为转换因子，五十一分钟时间就可以折算成五十一分钟内光走过的距离。闵可夫斯基为什么要算这个距离呢？当然有他的用处，因为闵可夫斯基发现，不管是地球人还是外星人，他们看到的两地距离是不同的，看到的两件事的间隔时间也是不同的。但是他们用四维时空的勾股定理计算一下四维距离，居然是相等的，是不变的。这就是所谓的“不依赖参考系”，物理学家们看到不变的东西，可开心了。      那么，我们用闵可夫斯基的办法就可以画出时空图来计算了。我们来看看双生子佯谬在图上是怎么表示的。      二维的纸上画不出四维的时空，只能简单画个示意图。我们为了简化问题，假设B坐着火箭沿着X轴运动。这样Yè½´å’ŒZ轴就不用画了，反正跟它们没关系，以后还有类似的图表也是这么处理。      A蹲在地上不动，但是时间滚滚向前不能停止，因此他在时间轴上还是在运动的。A在图上拉出了一条垂直线，B沿着X轴向前飞行，在空间轴上有运动，同样时间轴上也有运动，因此在图上显示的是一条斜线。他们起点是一致的，从同一个地方出发，终点也是一致的，因为他们再次见面了，必定时间和空间都一致才能见到。B在中间做了一次大转弯，调头向回飞行，因此在时空图中，B的路径是一条折线。我们现在看出来了，原来A与B在四维时空中走过的路径是不同的。根据闵可夫斯基的理论，我们现在画出的时间轴叫做“坐标时”，并非是每个人自己感觉到的时间。每个人自己拿着钟测量出来的时间叫做“固有时”，固有时才是两个人自己的时间。四维时空中的线的长度，就是两个人真实的年龄，因此我们已经可以清晰地看到，两个人在时空图中走过的路径不同，因此路径长度也不一样。      照着我们平常的思维，空间中直线最短，曲线要比直线长。按理说应该是A比B要短，那么应该是蹲在地上的A比坐火箭出去溜达的B要年纪小。但为什么答案是相反的呢？其实问题就出现在闵可夫斯基老师的这个坐标上，闵可夫斯基老师说：时间是第四个维度。但是时间是个虚数坐标，跟其他三个坐标是不一样的。所谓的虚数就是负数开平方，中学老师会告诉你负数开平方是不行的，任何负数的平方都是正数，因此没可能出现哪个数的平方会是个负值。但是到了高中阶段，高中老师会告诉你，负数是可以开平方的，开出来的结果是个“虚数”。虚数实际上是跟实数轴垂直的另外一个坐标轴，对数的概念有了个大大的扩展。闵老师描述的这个四维时空，时间轴是一个虚数，在三维空间里的勾股定理如下所示：s 2 ＝x 2 ＋y 2 ＋z 2      三维空间的长度的平方是三个坐标平方和。既然是四维时空，当然还是要加上时间轴t了。因为时间轴是虚数，因此还要乘上虚数单位i。四维时空的勾股定理如下所示：s 2 ＝x 2 ＋y 2 ＋z 2 ＋（i×t） 2 ＝x 2 ＋y 2 ＋z 2 -t 2      公式采用自然单位制。所谓“自然单位制”其实就是省略了所有的系数和常数，这样的公式只表示物理量的关系，但是不能用于定量计算。做定性的分析，自然单位制显得非常清晰明了。这里省去了光速c，时 é—´t本来要乘上光速c才能变成长度，放到式子里去计算。大家看到，最后在时间轴t的前面是个减号，正是这个减号搞出了一堆的奇葩结论。闵可夫斯基描述的这个时空，跟我们平常数学课上接触的欧几里得空间是不同的。我们平常接触的欧几里得时空中所有的维度都平等，闵可夫斯基时空的时间轴跟空间轴并不一样。闵可夫斯基时空又被称为“伪欧几里得时空”。在伪欧时空里面，直线反而比曲线短，因此蹲在地上不动的那个A拉出来的直线，反而比B走的曲线还要长，也可以说，比任何一条曲线都长。A与B在时空里面划出的线，就称为“世界线”。这个世界线非常重要，是我们理解四维时空的有用工具。爱因斯坦一开始还不以为然，他觉得闵可夫斯基老师数学搞得太多了，掩盖了物理学的内容。层层包裹，故弄玄虚，最后归根到底还是洛伦兹变换。但是他很快就发现了四维时空的好处，洛伦兹变换，其实就是在闵可夫斯基时空里的坐标系旋转，物理学的问题，已经被转化成几何学问题了。后来，几何成了整个相对论体系的精髓所在。      爱因斯坦后来对闵可夫斯基的评价非常高，闵可夫斯基对相对论做出了非常重要的贡献。遗憾的是，闵可夫斯基于1909年因为阑尾炎发作而去世，年纪不过才四十八岁。他们兄弟三人在老家柯尼斯堡都很出名，从小就是出了名的神童，他是家里最小的一个孩子。二哥就是发现胰岛素和糖尿病有关的著名医学家、被称为“胰岛素之父”的奥斯卡·闵可夫斯基；侄子鲁道夫·闵可夫斯基后来成为美国著名的天文学家。闵可夫斯基是在1907年左右拿出的四维时空的思想，也就在这一年，爱因斯坦也在寻求新的突破，闵可夫斯基可以说是恰好在关键的时间节点上推了爱因斯坦一把，这也是闵可夫斯基最后的贡献了。      爱因斯坦在思考什么呢？尽管很多物理学大牛都支持他的相对论，但是反对的声音依然很强烈。更多的学者保持了沉默，因为他们也不知道这东西对还是不对，怕一不留神说错话惹人笑话。倒是年轻的后生们都在窃窃私语，讨论着各种各样毁三观的问题。对于一般的反对和质疑，爱因斯坦是有信心的，因为他们都没说到点子上。但是自己的相对论并非刀枪不入没有罩门，有两个关键的缺陷，大家都没意识到，爱因斯坦自己意识到了：1．惯性系无法定义2．引力放不进相对论的框架      这两个可是大问题，爱因斯坦论文里面说了半天惯性系，但是大家都没注意到，惯性系的定义成了一个难题。按照过去的描述，相对于绝对时空做匀速直线运动或者是静止的观察者就是惯性观察者，可是现在爱因斯坦否定了绝对空间的概念，根本就没有绝对的空间。那你如何判断是不是匀速直线运动呢？立足点已经没有了。有人提出，我们可以按照牛顿第一定律的表述来定义参考系，现在大家还是这么说的，一个不受力的观察者就是惯性观察者。爱因斯坦对此也不满意，你如何知道不受力？为什么惯性系就比其他的参考系优越呢？      这里就要讲讲惯性系与非惯性系的不同了。惯性系，就是符合牛顿运动定律的参考系。假如一个观察者做匀速直线运动或者是静止，比如说你是在均匀行驶的火车上，你会看到什么呢？挂着的摆锤垂直向下纹丝不动，自由落体会笔直向下掉落，反正一切看来都是符合牛顿运动定律的。可是一个非惯性的观察者又会看到什么呢？大家可能有体会，大客车急刹车的时候，所有人都会莫名其妙地感到有一股力量推着自己往前跌，人要花好大力气才能站稳。车辆如果不是匀速行驶的，那就不能算是惯性系了，牛顿运动定律是不好使的。比如有个车厢在做匀加速直线运动，那么你在车厢里挂一个摆锤，这个摆锤会自然而然地朝一边歪，并不是垂直向下，它仿佛受了一个水平的拉力。你做自由落体实验，也不是笔直下落的，而是斜着掉下去。这一切的一切，在牛顿看来都是惯性搞的鬼。      对于非惯性运动的观察者来讲，大家实验结果并不相同。在缓慢加速的地铁上挂摆锤和飞快转弯的战斗机上挂摆锤，恐怕实验数据就完全对不上茬。所以呢，惯性系的优越性就体现出来了，惯性系里面，不管速度如何，方向如何，实验结果都一样。对于非惯性系的观察者，必须要考虑惯性的因素才行。法国的达朗贝尔就提出了：假如把惯性折算成一种力，给牛顿的方法打个补丁，那么就能方便快捷地搞定各种非惯性系。在这个基础上，达朗贝尔、拉格朗日等人搞出了一套分析力学，惯性被描述为一种虚拟的力，保证卫星不掉下来的离心力，导致热带气旋形成的科里奥利力，都是惯性导致的虚拟力。      爱因斯坦曾经上过有关分析力学的课程，主讲老师正是闵可夫斯基。可惜爱因斯坦老是翘课，两人见面的机会不多。现在爱因斯坦也碰到非惯性系的问题，想想就头痛，假如是老派的物理学家们，估计会一辈子都在想如何给现有的系统打个补丁。他们长期以来养成的习惯就是如此，物理学就是建立在公设之上，用为数不多的几条公设作为地基，然后用数学不断地推导出各种各样的理论。这些理论就像骨架一样互相支撑，然后在骨架之上再搭建新的骨架，层层叠叠，组建成了高耸入云的铁塔。每搭建一层，就要用实验验证一下，这根骨架打歪了吗？那个铆钉可靠不可靠？实验的结果还可以告诉你下一步楼往哪边盖，如果出了个小麻烦，打个补丁就OK了，没人愿意大动干戈拆了重建。假如某些实验结果不符合就把楼拆了重新盖，恐怕是一件费力不讨好的事。偏巧爱因斯坦可不管这一套，因此很多前辈物理学家们扔不掉的顾虑，他满不在乎地就扔掉了。比如说惯性系的问题就是如此，干脆咱就不要惯性系了吧！他打算把相对性原理推广到所有的观察者，做任何运动的观察者，物理学规律都是一样的。...

返回柔软的宇宙：相对论外传  ç¬¬9ç«  第五公设       从专利局办公室窗口跳下去这个想法，的确不是个好创意。他要是说出来，会把同事们吓个半死。前一阵子，物理学界有两位科学家去世了，一位是彼埃尔·居里，他是出门不小心被马车撞死的，居里夫人成了寡妇，这是科学界的意外悲剧。但是另外一件事就更令人惋惜了，统计物理的大牛玻尔兹曼上吊自杀。我们以现在的眼光看来，绝对是抑郁症的结果。玻尔兹曼最大的贡献就是成功地解释了热力学第二定律。热力学第二定律有很多表述，最常见的表述是：“一个封闭系统中，熵只增不减。”熵在统计意义上表示“混乱程度”，熵值越高，混乱度越大。玻尔兹曼自己的大脑熵值抑制不住地增高，直到完全混乱。于是他在度假胜地的宾馆里，用一根窗帘拉绳结束了自己的生命。这样的悲剧也不是孤例，玻尔兹曼的学生埃伦费斯特在1932年也因为抑郁症，用枪打死了自己患有唐氏综合征的小儿子，然后饮弹自尽，想起来就叫人心痛不已。      若是平常开开玩笑，大家也不会当回事，但是有玻尔兹曼的前车之鉴，大家也不敢掉以轻心。爱因斯坦倒是绝没有自杀的意思，毕竟他还有伟大的使命没有完成呢？贝索先生倒是更了解爱因斯坦，他一定想到什么了吧？谁知道呢？反正他脑子里总有奇思妙想。       从楼上跳下去会感受到什么呢？当然是疼啊！然后呢？没有然后了，摔死了嘛！不！爱因斯坦真正注意到的是“失重”，这是至关重要的一个东西。做自由落体的时候，会感到自己失去了重量。在爱因斯坦看来，失重状态就是引力与惯性力完美的抵消了。人在失重状态下，是完，这岂不就是完美的惯性系？      在传统的观念中，做匀速直线运动的才是惯性系。牛顿的伟大贡献就是指出了地球上的苹果落地和宇宙星辰相互绕行是相同的物理过程。在爱因斯坦看来，一颗炮弹，只要出膛速度是一样的，角度是一样的，无论是一颗铅弹还是一颗石头弹，他们划出的轨迹都是一样的。跟物体材料没有关系，仿佛它们划过的轨迹是空间中固定的轨道一般。爱因斯坦眼前已经豁然开朗，假如失重状态是完美的惯性系，为什么它走过的路径是曲线而不是直线呢？这显然跟牛顿的描述不相符。因为空间本身是弯曲的，所以惯性运动不见得走直线，在弯曲的空间中，走的就是曲线。爱因斯坦想到了大学的时候，听闵可夫斯基老师讲过的高斯曲面理论。可惜他当时没好好听课，现在看来，真不该逃课。思想上出现了突破，那么现在就可以动手，把相对论推广到更大的适用范围去。      爱因斯坦提出了非常重要的一个基石，那就是“等效原理”（图9-1）。一个质点，到底是受到引力还是受到惯性力，它根本没法分辨出来。爱因斯坦想象了一个电梯的思想实验，当然我们换用火箭也是一样的道理：一个电梯，静止在地面上，里面“啪哒”掉下个苹果，这是个自由落体运动。在一个匀加速运动的电梯里，你扔一个苹果，那还是一样的结果，也会出现一个自由落体的效果。爱因斯坦说：“这是不能分辨的。”等效原理还分为强等效原理和弱等效原理。弱等效原理就是指，你做力学实验没有办法区分引力和惯性力。强等效原理是指，不仅仅是你做力学实验没法分辨，就算是做电磁学实验，也照样没法分辨，做任何实验都没办法分辨。当然了，爱因斯坦特别强调，这是一点及其邻域的范围内，范围大了，就能分辨了。爱因斯坦的这个惯性系实在是太小了，在一点及其邻域之内是好使的，并不具有实用性，一般还是拿我们地球当做惯性系来对待。当然，太阳参考系是更好的惯性系，银河比太阳又会更好，总之，地面上就是近似惯性系。经过爱因斯坦的推算，物理学中的时空不再是硬邦邦冷冰冰的概念。时空是柔软的，可以弯曲的，宇宙也是柔软的，可以弯曲的。这就需要一套能在弯曲时空中好用的数学工具，这不是爱因斯坦擅长的领域，即便他当年不逃课，恐怕也搞不定。数学家们总是独自闷在屋里，闷头打造一个又一个稀奇古怪的独门利器。可是他们打造出来以后就往边上一扔，从来也不会去告诉物理学家们。物理学家要到数学家的储藏室里不断地翻找，看看能不能翻出两件趁手的法宝，然而爱因斯坦连去哪儿翻找都不清楚。在这几年，爱因斯坦并非只考虑引力和惯性的问题，他的职场生涯也已经打开局面，走上了快车道。他先是在专利局升职，年薪已经达到四千五百瑞士法郎，从三等技术专家变成了二等技术专家。他在物理学      领域也取得了不少成果：他研究固体比热和黑体辐射，写了好几篇论文，这些论文也普遍得到了大家的认可。爱因斯坦在物理圈子已经小有名气，1908å¹´7月，他接受了日内瓦大学名誉博士学位，9月参加萨尔斯堡德国自然科学家协会第八十一次大会，和普朗克等一班大牛碰了个头，还作了《我们关于辐射的本质和结论的观点的发展》报告。10月份，苏黎世大学聘请他去当副教授，他犹豫不决，因为当教授的工钱不如在专利局多。后来人家特地给他加薪，他才答应从专利局辞职出来，到苏黎世大学任教，这已经是1909年的事了。1911å¹´2月，洛伦兹请爱因斯坦去荷兰的莱顿大学访问，爱因斯坦就跑了一趟荷兰。后来布拉格大学又要他去当正教授。苏黎世大学着急啊，爱因斯坦不能走啊，我们给你加薪！薪水加到了五千五百瑞士法郎。但是，爱因斯坦还是去了布拉格大学任教。这几所大学都在德语区，不过他到法国能用法语做演讲，跟居里夫人、朗之万也能相谈甚欢。布拉格那时候还在奥匈帝国的统治下，弗兰茨皇帝亲自过问，批准爱因斯坦到布拉格来任教。弗兰茨皇帝当年也是年轻英俊的帅小伙啊，茜茜公主的老公，此时此刻已成为一个八十高龄的老人了。      1911å¹´10月，爱因斯坦去布鲁塞尔出席了索尔维会议，这是当年的物理学家的峰会。工业巨头索尔维因为搞出了大规模的制碱法而发了家，特别想回馈社会。那年头，大富豪们都比赛花钱搞慈善。当然他们搞慈善，并不是直接开粥厂救济穷人，都是投资于人类的未来，文化、艺术、科学技术就成了他们重点关注的对象。卡内基建立了卡内基音乐厅，创办了卡内基梅隆大学，洛克菲勒也在办大学，芝加哥大学就是洛克菲勒办的，后来他还办了洛克菲勒大学。洛克菲勒还广泛投资医学事业，我国的协和医院、协和医科大学就是洛克菲勒家族掏的钱。老头子有一句名言：“把财富带进坟墓是可耻的。”      在这种风气影响下，欧洲人也不甘落后。这个索尔维也想青史留名，搞个科学奖项出来，无奈的是被炸药大王诺贝尔抢先了。人家搞出来个诺贝尔奖，现在成了科学界的最高奖项。索尔维也不甘人后，他打算搞一个顶尖科学家们的定期聚会，为他们提供最好的交流环境，让他们畅所欲言地讨论科学问题。索尔维就找到了一个在科学界有头有脸的人物，他叫能斯特，著名的物理学家、化学家，他最大的贡献是搞清楚了热力学第三定律。热力学第三定律的一种简单的表述就是：“不可能通过有限次操作，把物体的温度降到绝对零度。”他跟工业界和科学界都比较熟，因此就由他出面，邀请了一帮物理学家们，在布鲁塞尔的大都会酒店里面开会，好吃好喝好招待。能斯特是大会的秘书长，大会主席还是请德高望重的洛伦兹来担任。一直到洛伦兹去世，索尔维会议的主席都是他担任的，他会N国外语，时不时地还要帮着当各国科学家的翻译，万一碰上语言不通的科学家大吵架，洛伦兹老爷子能忙得人仰马翻。有两位年轻的后辈充当大会的秘书，负责整理记录各位大牛的发言。其中一位大会秘书的弟弟后来看到了会议记录，发疯似地爱上了物理学。果然这个小子后来一个雷天下响，因为一篇博士论文而拿到了诺贝尔物理学奖，他姓德布罗意……1912å¹´2月埃伦费斯特来访，爱因斯坦和他一见如故，两个人结成了莫逆之交，爱因斯坦的朋友圈在不断地扩大。10月份，爱因斯坦又回到了母校苏黎世工学院任教。苏黎世工学院1911年已经升格成了有完整博士授予权限的工业大学，格罗斯曼早就留校任教了。爱因斯坦和同窗好友成了同事，因此他才有机会跟格罗斯曼一起研究弯曲时空的问题。格罗斯曼也并不知道该用什么样的办法去计算，他停下自己手头的工作帮爱因斯坦查了好几天的资料，回来告诉爱因斯坦，有几个意大利人正在研究一门学问，叫做黎曼几何，相信这本“武功秘籍”可以帮到你。格罗斯曼是他一生中的贵人，帮了他两次大忙。第一次是大学考试的时候借给他笔记，这样爱因斯坦才能顺利地从大学毕业。第二次是帮助安排了专利局的工作，解决了生计问题。要不然，恐怕也没有这样安逸的环境来保障爱因斯坦的物理学研究。      这一回，是格罗斯曼第三次帮到爱因斯坦。爱因斯坦早就知道黎曼几何，他当年在奥林匹亚科学院就读过庞加莱的数学科普书籍，知道有黎曼几何这么一门学问。书到用时方恨少啊，这时候爱因斯坦临时抱佛脚去啃黎曼几何，哪有那么好啃！这东西是难以想象的复杂，要了解黎曼几何是怎么回事呢，就必须从几何学的起源讲起。大家现在普遍都熟悉的几何学，那是古代一个叫做欧几里得的人整理出来的，所以叫做“欧几里得几何学”。当年徐光启碰上了从西方来的传教士利玛窦，俩人谈起《几何原本》这本书，徐光启当时就感到十分惊奇，于是他就缠着利玛窦，俩人一起翻译这本书。为啥徐光启对这本书这么感兴趣呢？因为这是一个用公理系统作为骨架，然后一步步推理出来的逻辑大厦，好几百条的定理，都是由最开始的五条公设推出来的。徐光启知道，我国过去儒家士大夫们对这样的思维方式很不熟悉，古代没有这种东西。这样的思维体系正是西学之精髓所在，正因为有了这种方式，整个数学系统才是一个严密的体系。欧几里得几何学，是以五条公设开篇的，这五条公设非常重要，它们就是几何学大厦的基石：1．任意两个点可以通过一条直线连接。2．任意线段能无限延伸成一条直线。3．给定任意线段，可以以其一个端点作为圆心，该线段作为半径作一个圆。4．所有直角都全等。5．若两条直线都与第三条直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直角，则这两条直线在这一边必定相交。（平行公理）第五公设说得很复杂，简化版本就是直线外的一点，只能做一条线与此线平行。      这五条公设人为设定，是显而易见不证自明的。欧几里得的设定都是日常司空见惯的东西，是长期的实践中检验过的，因此整个欧几里得几何学与实际的生产生活之中的测量结果完全符合。但是大家觉得有点不爽的是第五公设，也就是平行公设。前面几条都简单易懂，一句话解决问题，但是这个第五公设就描述得十分啰唆，而且，欧几里得的前二十九项都没用到第五公设。大家想，第五公设能不能简化呢？又或者能不能去掉这条公设，从其他的公设推出这一条？要知道，一个体系的公设越少，那么普适性就越好。到了十九世纪，好多数学家就跟这条公设不断地死磕。一般来讲，这种极端基础的问题，直接证明是很困难的。大家就想到了反证法，能推出矛盾，就说明假设是错误的，那也就反证了第五公设是对的。首先是意大利的数学家萨开里设想了一个萨开里四边形（图9-3）。一共四个角，两个底角是直角，剩下的两个角呢？他假设三种情况：1．都是直角，那么与跟欧几里得一致。2．都是锐角？3．都是钝角？      假如锐角成立呢？看看有啥奇葩的结论出来，他一口气推导了三十几个定理，这些定理都很古怪。萨开里觉得，差不多了，这些奇葩的结论肯定不靠谱啊，那么第五公设应该是没问题的。后来出场的是个匈牙利人，他叫亚诺什·鲍耶，他也跟这平行公设过不去，也死磕第五公设。他的父亲是著名数学家法尔科斯·鲍耶，老爹一看儿子跟第五公设死磕，当时连哭的心都有了，自己当年也曾希望把几何学中的这个白璧“微瑕”消除干净，但发现最后只是赔上了自己的时间、健康和生活的快乐。亚诺什倒是觉得，虽然推导出来的结论很古怪，但并非真的有矛盾，这种几何学，看着虽然不爽，看时间长了，慢慢也就习惯了。那时候，一批数学家就开始鼓捣这种偏离了欧几里得祖师爷的几何学，统称叫做“非欧几何”。      1832年亚诺什的论文最后还是作为他父亲用拉丁文所写的数学书的附录发表了，老爹到底是向着儿子。法尔科斯还写信给了大数学家高斯寻求帮助，高斯号称数学王子，各个方面都有涉及，是哥廷根数学学派的开山祖师爷。高斯自己也有类似的想法，十五岁的时候，他也和第五公设死磕过一阵子，这种想法大家都曾经有过。高斯接触非欧几何也不是平白无故地找祖师爷欧几里得麻烦，而在大地测量学之中常常碰到弯曲表面的形状计算。大地表面毕竟是个球面，并非是平面。于是高斯写了封回信，信里写道：“如果我一上来就说我不能赞赏这项工作，你一定会大吃一惊，但我不得不这么说，因为赞赏这篇附录就等于赞赏我自己。实际上这篇附录的方法和结果，都和我三十年来的某些工作极其类似……我认为你的儿子有着第一流的天赋。”老爹法尔科斯一看回信，心里还是蛮高兴的，毕竟儿子和大名鼎鼎的高斯想到一起去了！可儿子亚诺什却憋了一肚子气，自己辛辛苦苦地折腾半天，高斯就来了这么一句评语，这简直是“还乡团下山摘桃子”啊！你让他怎么能舒心呢？亚诺什心眼有点小，后来发现罗巴切夫斯基拿出的东西跟自己的很相似，第一反应还是认为人家是剽窃。后来才搞清楚，人家完全是独立思考的结果，之后他还是蛮支持罗巴切夫斯基的。      高斯当然了解非欧几何研究的一些动态，但是他主要还是把精力放在了微分几何上。这是一门运用微积分来研究空间的几何性质的数学学科，高斯就是微分几何的开创者，他还跟俄国的罗巴切夫斯基通了信。这个罗巴切夫斯基是俄罗斯喀山大学毕业的，然后就留校任教了。他们之间也讨论了不少有关第五公设的事，最后就是这个罗巴切夫斯基把这个工作给完成了。      罗巴切夫斯基设定：过已知直线外一点至少可以作两条直线与已知直线平行，代替欧几里得的第五公设。在这个前提下，他推导出了一整套几何学。他也认为，这些理论非常古怪，但是系统内部是没有矛盾的。1826年，他发表了论文，那时候他还是个年轻人，站上讲台宣讲他的理论，底下的一大群教授听他讲得云山雾罩，脑洞大开，一个个都冷嘲热讽的，还有人直接就写文章骂他。他写了篇回应的文章，但是人家杂志社审核没通过，硬是没给发表。然而罗巴切夫斯基顶住了压力，他坚信自己是正确的。不仅数学家冷嘲热讽，连文学家也来凑热闹，德国的歌德在《浮士德》中写道：“有几何兮，名为非欧，自己嘲笑，莫名其妙。”高斯是罗巴切夫斯基的朋友，私下里挑大拇指称赞罗巴切夫斯基了不起啊，但是在公开场合，高斯一句鼓励的话也没说。罗巴切夫斯基后来当了喀山大学的校长，去世的时候大家都说了一堆冠冕堂皇的话，他给喀山大学做了多少多少贡献等等，但是对他的几何学，一个字都没提。      罗巴切夫斯基的这一套几何学与欧几里得的几何学是不一样的，因此也被称为“罗氏几何”。他去世的时候是景况凄凉，死后不久，意大利的数学家贝特拉米就证明了，其实罗氏几何学是在弯曲的表面上实现的几何学。欧式几何与罗氏几何这两个看似矛盾的理论体系，其实并不矛盾，彼此之间是可以互相转换的。如果欧几里得的几何学是正确的，那么罗巴切夫斯基的几何学也是正确的。人们这才豁然开朗，罗巴切夫斯基也被称为数学界的哥白尼。因为他打破了欧几里得几何学的一统天下，大大扩展了数学界的视野。原来早已经熟悉的几何学还能这么玩儿啊！到了1893年，喀山大学的门口为他树立了一座雕像，纪念他在几何学上的成就，这也是第一次为数学家塑像。当然啦，喀山大学的人物像不止一座，有一座雕像，雕刻的是一个年轻人，他背着行囊，风尘仆仆的样子，仿佛要去远方旅行。这个年轻人叫弗拉基米尔·伊里奇·乌里扬诺夫，他自己也不喜欢这个贵族化的名字，另外一个名字震撼了整个二十世纪，他的笔名叫列宁。      罗巴切夫斯基的假设是过直线外一点，起码可以做出两条线与此直线平行。有人就开始唱反调了：别说两条平行线，一条都做不出来，不存在平行这种情况，必定是要相交的。敢出此狂言的人是谁啊？此人叫黎曼，他是高斯的学生，也推出了一整套几何学，叫“黎曼几何”。要知道，杨振宁点出了几个在几何学的发展史上做出重大贡献的人物，那就是所谓的“欧高黎嘉陈”：欧几里得、高斯、黎曼、嘉当、陈省身。这个黎曼可不得了，能够成为几何学大家，功力非同小可。他描述的是球面的状况，罗巴切夫斯基描述的是马鞍面的状况，欧几里得描述的是平面的状况。各种稀奇古怪的几何学，本质上其实就是空间弯曲方式不一样造成的。黎曼延续的是老师高斯的微分几何的思想，空间弯成什么样子都能计算。...

      米涅娃回到了爱因斯坦身边，她一边带孩子一边操持家务，爱因斯坦的小屋开始变得干净整洁。爱因斯坦平时去专利局上班，办公室就在邮电大楼的四楼，视野十分开阔。好友贝索先生也来到了专利局工作，他们成了同事。爱因斯坦仍然喜欢业余时间与“奥林匹亚科学院”的成员碰头讨论科学问题，朋友们尊称爱因斯坦为“院长”，爱因斯坦也经常称呼另外一位成员哈比希特为“冷血的老鲸鱼”或者“干瘪的书虫”。索洛文和贝索先生也常来参加。小伙伴们相处得非常融洽，互相之间开开玩笑，偶尔恶作剧一下，也是很常见的事。      那时候，他们讨论最多的还是马赫的《力学史评》。马赫是一位奥地利的物理学家，也是哲学家，他在科学方面最大的贡献是发现了“激波”。为了纪念马赫在空气动力学方面的贡献。大家把速度与当地音速之比称为“马赫数”。他在哲学方面的影响也非常大，马赫的哲学思想被称为“马赫主义”，影响了后来的维也纳学派。马赫对很多过去的物理学思想持怀疑态度，对牛顿的绝对空间与绝对时间观念就非常反对。      牛顿拥有什么样的观点呢？牛顿认为是存在绝对空间和绝对时间的。“绝对”与“相对”是两个颇具哲学意义的词汇，时间就像一条河流，它均匀地流动着，永不停歇，不依赖外界事物。论语里面也有记载，子曾经曰过：“逝者如斯夫，不舍昼夜”，看来牛顿和孔老夫子想到一起去了。既然时间不依赖外界事物，那么无论是你的时间还是我的时间，都是一样的。空间也是一样，空间也与外界事物无关，一米的长度，无论是在我看来还是在你看来，都是一米，这有什么可奇怪的呢？在大部分人的脑子里，这简直是不言自明的真理，无论你走到天涯海角，一个小时就是一个小时，全宇宙处处相等，如果你发现有差错，那一定是你的表坏了。            并不是所有人都同意牛顿牛老爵爷的意见，莱布尼茨就不同意。莱布尼茨说时间不过是一连串事件的罗列。你看到过时间吗？没有啊！你看到的只是运动。沙漏里面沙子漏下是运动，河水流动也是运动，我们都是用周期运动来计量时间的，钟摆是周期运动，心跳是周期运动，电磁振荡还是周期运动。这一切的一切，概莫能外，没人能直接看到时间，我们只能看到运动。时间就如沙漏里面的沙子，不过是发生了一连串的沙粒掉落事件而已。      马赫敢于反对牛顿的思想，在当时很了不起，因为他居然敢说物理学祖师爷不对。他否定了牛顿的观点，认为一切都是相对的，直接反驳了牛顿为了证明绝对空间的“水桶实验”。爱因斯坦对马赫崇拜得五体投地，他觉得马赫说得太对了。      奥林匹亚科学院不仅仅看马赫的书籍，还看庞加莱的书籍，庞加莱的《科学与假设》他们就热烈地讨论过。不过爱因斯坦后来不怎么提庞加莱，庞加莱也不提爱因斯坦，个中原委，恐怕只有他们自己知道。倒是奥林匹亚科学院的另外几个人都回忆说庞加莱的书他们曾经看过，而且讨论过。庞加莱就旗帜鲜明地支持相对性原理，也认为应该支持。小伙伴们都有疑问：到底运动学里的相对性原理，能不能在电磁学里适用呢？首先就要讲到参考系的问题。      所谓“参考系”，就是“观察者参考系”的简称。以谁的角度来观察物理现象，从参考系概念，又引申出了“惯性参考系”概念。在牛顿看来，假如一个观察者是在做匀速直线运动，或者静止，那么他就是一个惯性参考系，简称惯性系。惯性参考系也可以用牛顿第一定律来描述，一个不受力的观察者，就是惯性参考系。      伽利略在研究相对运动的时候，并没有这些名词概念。他只是坐到一艘全封闭的大船里，吩咐水手，开船的时候不要告诉他，船行驶要缓慢而且平稳，晃得太厉害就露馅儿了。实验的结果验证了伽利略的想法，他看不见窗外的景物，完全感觉不出船开着和停下有什么不一样，无论是测量钟摆，还是自由落体实验都没看出有什么不同（图7-1）。      牛顿在伽利略的基础上提出，不看外界参照物的话，到底是在做匀速直线运动或者干脆是静止，根本没法分辨，做力学实验是分辨不出来的。不管你弄个摆锤测周期，还是弄个石头搞自由落体实验，最终的测量数据都一样。      假设观察者A飘荡在太空里，不受任何力的作用，那么他就是一个惯性观察者。那A根本无法分辨自己是在动还是不动，他完全不知道自己所处的状态。A看到有个观察者B从旁边延直线匀速飞走，那么B也是惯性观察者。只是A与B不是同一个参考系，但A与B两个参考系的力学规律完全一样。假如两个观察者做相同的力学实验，结果也应该是相同的。你必须选定一个参考系，才能讨论物理现象。一个现象，在A看起来是这个样子，在另外一个观察者B看起来又是什么样子呢？两个参考系之间，能不能相互换算呢？...

 è¿”回柔软的宇宙：相对论外传 柔软的宇宙 第6ç«  两朵乌云      阿劳中学的生活是愉快的，爱因斯坦同学以前在德国上中学的日子太憋屈了，还是在瑞士过得比较有收获。时间过得真快，终于迎来了高考的日子。苏黎世工学院的老师对他还不错，法文考得比较差，但也算过关了，爱因斯坦如愿以偿，进入大学深造。放弃德国公民权的手续，也委托了亲戚去办理，他终于可以不当德国人了。不过填写的表格材料上有一点跟以前不一样：宗教信仰那一栏写着“无”，爱因斯坦这辈子跟神仙再也没什么瓜葛。他放弃了德国国籍，瑞士国籍还没申请，就这样成了黑户。好在瑞士政府并不驱赶盲流，有没有国籍并不重要，只要到居民管理部门登记一下就可以了。没国籍不能当公务员，爱因斯坦也不惦记，人家只求在苏黎世工学院上学。      苏黎世工学院那时候主要是培养工程师的，只有在师范系有纯科学类专业。那时候上大学的人很少，整个大学也仅仅有一千人。爱因斯坦学的这个专业一共收了十名学生。爱因斯坦惊奇地发现，班上居然还有一个女生，叫米涅娃，那个年代上大学的女学生非常稀少，学习理工科的女生就更少。当时的苏黎世工学院是个普通的学校，没有授予博士学位的权利，有教授头衔的人也不多，那年头教授头衔是很金贵的，不像现在一抓一大把。爱因斯坦的老师里面，有一位挺有名气，叫做闵可夫斯基。这位闵可夫斯基教授从小也是远近闻名的神童，他的兄弟几个也都是神童。他原本住在立陶宛，后来跑到了东普鲁士的柯尼斯堡。家门前有条小河，河对面也出了一位大数学家叫“希尔伯特”，这几位在相对论的发展史上都有重要的贡献。      闵可夫斯基老师发现，爱因斯坦怎么总是翘课啊？一点名就不在。爱因斯坦的同班同学并不多，老师一眼就可以看到谁没有来，想蒙混过关难如登天。闵老师总是问：“格罗斯曼，爱因斯坦哪儿去啦？”班长格罗斯曼一摇头：“不知道哪儿去啦。”闵老师说：“你不跟他关系很好嘛？叫他别老翘课啊！”不仅仅是闵可夫斯基，爱因斯坦跟不少老师关系都不好。物理教授韦伯是个电工学家，尤其不喜欢爱因斯坦这个学生，觉得这孩子怎么老是问一些莫名其妙的问题。他老是打听麦克斯韦的电磁学理论，可是韦伯教授是个老派的学者，他对最新的麦克斯韦电磁学理论并不熟悉，也没有兴趣，上课的时候他也不讲麦克斯韦的东西。      每当到了考试的时候，爱因斯坦就显得手忙脚乱，毕竟很多课都没怎么听啊。他只有厚着脸皮跟米涅娃借阅课堂笔记，顺便跟米涅娃套近乎，一来二去的，米涅娃就成了他的女朋友。他抓过米涅娃的笔记就突击学习，一般的考试还都能对付过去。可是到了期末大考，米涅娃的笔记就不够用了，因为她自己学得也不是太出色，笔记整理得并不是很好。爱因斯坦只好求助于好友格罗斯曼，这个格罗斯曼是班上的学霸，每门功课都是数一数二的，有他帮忙，爱因斯坦的考试总是有惊无险顺利过关。格罗斯曼家境殷实，父亲人脉关系很广，格罗斯曼天分也高，而且人缘颇好，老师都喜欢这种听话的孩子。格罗斯曼跟爱因斯坦是好朋友，爱因斯坦就喜欢跟他聊天，天南海北地胡侃，在咖啡馆里一泡就是一个下午。米涅娃坐在一边静静地看着这两位讨论问题，一脸的不解之色，她的思维早就被两位天才给甩出去好几条街了。      当时，两人聊得最多的是一个叫马赫的哲学家提出的观点，牛顿认为是有绝对的时空观的，可是这个马赫不认账。马赫认为绝对的时空并不存在，一切都是相对的。这个马赫在空气动力方面还颇有建树，速度与当地音速之比称为“马赫数”，我们听见航空界常说的2马赫、3马赫就是2倍音速、3倍音速的意思，就是为了纪念马赫的贡献。反正爱因斯坦很喜欢马赫的观点，经常跟格罗斯曼讨论个没完没了，米涅娃只好一头雾水地在旁边陪伴。此外，爱因斯坦还认识了一位好朋友叫贝索，他们的友谊维持了一辈子。这位贝索先生在机缘巧合之下，一不留神就名垂物理学史，这是后话按下不表。      大学时光就这么一天又一天地过去了，爱因斯坦总是沉浸在大量的图书之中，物理学、哲学类书籍是他的最爱，最新的各种理论各种思想也总引起他深深的思考。爱因斯坦在苏黎世工学院过得比较悠闲自在，上课也有一搭没一搭的。韦伯教授的课他不喜欢，闵可夫斯基的课他也听得不多。对于数学这种东西，他一直就当做一个工具来对待，工具够用就可以了，完全犯不上学那么多数学知识。况且数学分科极细，很多犄角旮旯的学问都够人研究一辈子。爱因斯坦把心思都集中在了理论物理上，电磁学、以太，这些才是他的最爱，他毕竟是电气工厂里面长大的孩子。不过，世事难料，不久以后他就为自己轻率的翘课行为追悔莫及。闵可夫斯基这么好的老师的课不听，那是多亏本的一件事儿啊！与大师相伴本身就是最好的学习，这些高人可以开阔你的眼界，扩展你的知识面。数学够用就可以？爱因斯坦的经历充分说明了，他的数学水平是真不够用，因为他的理论需要用到当时非常偏门的数学工具。后来爱因斯坦不得不突击恶补数学知识，好多次求教好友格罗斯曼。格罗斯曼后来成了一名出色的数学家。      1900年是个世纪之交的年份，从十九世纪迈进了二十世纪。这也是不平凡的一年。这一年正值中国农历庚子年，义和团围攻东交民巷使馆区，打得不亦乐乎，一不留神，把德国公使克林德给打死了。那欧洲列强岂能善罢甘休？组织八国联军打进北京，鉴于德国人是苦主，八国联军公推德国陆军总参谋长瓦德西瓦大帅为总司令。慈禧光绪吓得一溜烟儿跑去了西安避难，一路上狼狈不堪，等到瓦大帅从德国不远万里来到中国，仗早打完了。瓦大帅得意洋洋地住进了中南海仪鸾殿，跟奕劻和李鸿章展开了一轮又一轮的讨价还价。大清国丧权辱国，赔偿白银四亿五千万两，折合一人一两。如此屈辱，怎一个惨字了得。       亚欧大陆这一端的大清王朝已经进入了生命的倒计时阶段，另一端的欧洲却是一派欣欣向荣的景象：世界博览会四月份就要在巴黎开幕，到时必定是冠盖云集；五月份巴黎还要举办夏季奥运会，运动健儿也将来到赛场一展身姿；北欧的瑞典政府批准设立诺贝尔基金会，日后这个名字将响彻全世界，无数科学家将以获得诺贝尔奖为最大荣耀。不过，此时此刻在瑞士苏黎世，毛头小伙子爱因斯坦最大的任务还是找工作，因为——他失业了。      爱因斯坦成了“苏漂”，一天到晚到处游荡。他彻底成了“四无”人士：无工作，无房，无钱，外带无聊，每个月就靠亲戚们从意大利寄钱给他过活。他焦急万分地到处投寄明信片，希望能在大学里弄个助教的职位干干，他还是喜欢在学术部门工作。现在学生毕业求职都要打印一大堆简历到处送，那个年代还没有这种先进的工具，也没有招聘求职网站帮助年轻人就业，凡事只能靠邮政系统。爱因斯坦搞了一堆明信片，写上求职意向，统统寄出去，然后就石沉大海，没有了任何消息。爱因斯坦一边求职，一边准备博士论文。爱因斯坦那个时代，只要论文合格，就可以获得一个博士的学位。爱因斯坦写了一篇有关毛细管的论文，题目叫《由毛细管现象得到的推论》。这一年爱因斯坦就在一边写论文一边求职等回信中度过了。第二年，论文在莱比锡的《物理学杂志》上发表，没多久，爱因斯坦便获得了数学教师的证书，也就是说，上讲台教课的资格是到手了。      此时，在海峡对岸的英国，德高望重的开尔文勋爵在皇家学会的大会上做了一次颇有展望意味的发言。开尔文勋爵对自己的发言感到很满意，于是就记录下来发表了。这篇文章的题目是《在热和光动力理论上空的十九世纪的乌云》，发表的时候加了大量的资料。文章开宗明义就说了，动力学理论断言，热和光都是运动方式，但现在，这一理论的优美性和明晰性都被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……      开尔文老爷子继续提出了自己的意见，光的波动理论已经被菲涅尔和托马斯·杨的实验证明了：假如光是在以太这种东西里面传播的，那么地球是如何穿过以太而没有丝毫察觉呢？这便是第一朵乌云。第二朵乌云，那便是有关麦克斯韦-玻尔兹曼的能量均分学说的。      对于第一朵乌云，开尔文勋爵写到，按照菲涅尔的思想，他是这么解释的：地球对于以太来讲可以毫不费力地穿过去，对以太只有部分拖动的效果。可是迈克尔逊和莫雷的实验完全检测不到这样的现象，以太相对于地球一动也不动。我看他俩的实验很严谨很精密，无懈可击，这该如何解释呢？斐兹杰惹和洛伦兹虽然做出了收缩假设，但是这样一个收缩假设已经动摇了以太的地位。因为假如收缩假设成立，那么我们就失去了任何测量以太存在的手段，换言之我们根本无法测量以太。一个不能测量的东西，到底有多少必要继续保留在物理学体系里面呢？以太的地位岌岌可危，我看这一朵乌云依旧浓密，以太只是暂时涉险过关。开尔文勋爵说话还是很严谨的。      至于第二朵乌云，是有关比热的观测。麦克斯韦-玻尔兹曼的学说，跟实验结果偏差得很大，这是为什么呢？十年前我就觉得这事儿不对劲啊，还给他们写了信，然后就没消息了。不过瑞利是支持我的，瑞利他明白，这是一个本质性的困难，没那么容易解决，我看还是否定这个理论比较靠谱一点。    这位老爷子算是比较保守的人士，毕竟岁数大了，但是这老爷子还是很有洞察力的。第一个问题，涉及后来爱因斯坦的伟大成就——相对论，第二个问题，则是涉及量子论的崛起。物理学经过了牛顿和麦克斯韦两位巨人以及无数科学家的努力，已经建成了宏伟的大厦，还差最后两块砖无论如何也塞不进去。仅仅因为这两块该死的砖头，不得不拆了整个大楼建了更加宏伟的双子塔。开尔文老爷子的洞察力，不得不叫人佩服。      到了1901年，老爷子的文章也发表了，不知道爱因斯坦是不是在第一时间看到这篇文章。那年头大家都需要通过专业杂志来了解研究的动态，消息也都不太及时。有时候，好几个月以后才能见得到，也可能有的杂志没看到，导致完全错过。      这一年开春，爱因斯坦还是没找到工作，不过瑞士国籍倒是申请下来了。工作上他已经不仅仅是盯着瑞士了，他申请了德国、荷兰、意大利的教学职位，结果照样没人甩他。他怀疑，是他老师韦伯搞鬼。其实人家韦伯才没那个时间精力跟你爱因斯坦过不去呢，大部分情况都是学术机构的人事部门不重视这个名不见经传的毛头小伙子，收到了他求职明信片，瞄上一眼就随手一丢，然后这事儿也就忘了个干净。最后爱因斯坦不得不降低门槛，到一所技术学校当临时教师，后来又到一所私立中学当老师。大学不要他，中学总可以吧，那一阵儿爱因斯坦过得真是艰难。      最后，还是人家格罗斯曼出手了，他找了自己的父亲帮忙。他老爸人脉很广，四处一打听，瑞士专利局要招人，局长还是老相识。格罗斯曼他老爸当然就推荐了爱因斯坦，专利局局长也觉得可以考虑，就发布了一份招聘启事，声明要找一个学习机械工程的大学毕业生，特别指定，要学过物理学的，这简直是那个年代瑞士版的“萝卜招聘”嘛！      那个年代的大学生本来就稀少，学过物理学的人就更少了。其他人都有了工作岗位，唯独爱因斯坦还没找到工作，这可不就是为他量身打造的职位吗！爱因斯坦自己也是这么认为的，他还挺感激格罗斯曼，毕竟人家老爸挺帮忙，就是为了照顾自己嘛。不过深究起来，瑞士专利局的确需要一个懂得电气工程的人才，电气时代已经是碾压般地滚滚到来，电不仅仅作为一种能源深入城市和乡村，深入人们的工作和家庭，还产生了迅速便捷的交流与通讯方式。蒸汽机只能放在工厂矿山里使用，电却可以拉根电线深入到方方面面。电气时代风起云涌，远超当年的蒸汽时代，各种各样有关电器的发明越来越多。专利局的那些审核人员都是学机械出身，对电器不熟悉，他们面临着知识的老化与落伍，因此特别需要有电器知识背景的人才加入。格罗斯曼的老爸一推荐，局长立刻就眼睛一亮。      就这样，爱因斯坦在1900年的年底，终于有了工作。不过专利局在首都伯尔尼，爱因斯坦不得不举家搬迁。米涅娃跟着他也毫无怨言，夫唱妇随嘛。米涅娃在苏黎世工学院学的也是物理，可以说是理工女，但是她拿的是一纸肄业证书，不得不说是一种遗憾。不过，瑞士专利局的工作需要走程序，等着各部门一环套一环的程序走下来，也要好多时间。爱因斯坦一等没消息，二等还没消息，更要命的是米涅娃要生孩子了，他俩还没举行婚礼呢，连订婚仪式都没有举行过。爱因斯坦的母亲拼命反对，别的事情都可以由着孩子自己决定，这事儿坚决不同意。米涅娃不得不回塞尔维亚父母那里去住，起码生孩子有人照顾。爱因斯坦没有工作，没有保障，一个丈夫该承担的养家糊口的任务，他都承担不了，也难怪双方家长都有意见。...

简介:  目录:  中译本序译者序致谢前言导言第一号染色体 生命第二号染色体 物种第三号染色体 历史第四号染色体 命运第五号染色体 环境第六号染色体 智慧第七号染色体 本能X和Y染色体 冲突第八号染色体 自身利益第九号染色体 疾病第十号染色体 压力第十一号染色体 个性第十二号染色体 自我组装第十三号染色体 史前第十四号染色体 永生第十五号染色体 性别第十六号染色体 记忆第十七号染色体 死亡第十八号染色体 疗法第十九号染色体 预防第二十号染色体 政治第二十一号染色体 优化人种论第二十二号染色体 自由意志文献列表与注释索引 内容介绍：也许可以说，组成人类基因组的23对染色体的图谱绘制是新世纪最重大的科学发现，它提出的问题与它解答了的问题同样多。这些问题将深刻地影响我们对疾病、寿命和自由意志的思考方式。这些问题将影响你的后半生。这个让人难以置信的突破会有什么后果？《基因组》在这方面提供了超群的洞察力。通过在每一对染色体上选择一个新近发现的基因并讲述其故事，马特.里德利叙述了我们这个物种及其祖先从生命出现之初到未来医学边缘的历史。他探讨了由于基因组的图谱绘制而出现的科学、哲学以及首先问题，将帮助你理解这个科学里程碑对你、对你的孩子、对人类意味着什么。作者简介：马特・里德利过去是《经济学家》的科技编辑、驻华盛顿记者和美国地区编辑。他是《红色皇后：性与人类本性的进化》、《美德的起源：人类本能与合作的进化》，和《借助于后天培养的自然力量：基因、经历以及造就了我们人类的一切》的作者，现居英国。内容截图： ...

简介:  目录:  前 言第一章 “我们这儿全都不正常”第二章 基因如何影响大脑：情绪的生物学基础第三章 盲猫与“小小爱因斯坦”：养育的生物学第四章 狗、扑克牌和孤独症：读心术的生物学第五章 “专一的伴侣”：依恋和信任的生物学第六章 旁观者的大脑：美貌和性吸引力第七章 记得忘记：恐惧和情绪记忆的生物学第八章 一种新的“正常”致 谢注 释 内容介绍：信任和爱的生物学基础是什么？为什么我们的大脑对评价他人的外貌和性吸引力有一种根深蒂固的兴趣？优秀的基因确实意味着互补的基因？母亲的行为会影响孩子的情绪发展，为什么可以持续到第三代？感情给我们的记忆涂上了哪些本来不存在的色彩？……这些问题并非新近才提出，但只有掌握了神经科学和遗传学的工具后，科学家才找到解答的门路。而他们得到的答案，向我们展示了隐藏在看似熟悉的心灵背后全新的生物学——有关“正常”的生物学。作者简介：乔丹·斯莫勒（JordaSmoller），医学博士，科学博士，马萨诸塞州综合医院（Massachusetts General Hospital）精神科主任，负责情绪与焦虑症的遗传学项目。他目前是哈佛医学院精神病学系副教授，也是哈佛大学公共卫生学院流行病学系副教授。内容截图： ...

  返回柔软的宇宙：相对论外传 第4章 电气时代   1879年的最后一天，美国东北部大雪纷飞，第二天就是1880年的新年了，但是寒风与大雪都阻挡不住人们的热情，就在大约一个星期之前，纽约报纸大幅报道了一个神奇的实验室，在这个实验室里，有一个神奇的玩意将要大放异彩。报纸不惜笔墨，花费了整整一个版面，文章标题也很吸引眼球，但绝无“标题党”之嫌疑。报社记者把爱迪生的魔法讲得有声有色，扣人心弦：把电流通到“一口气就能吹得走的小纸条上”就产生了一种明亮的、美丽的光，像意大利秋天日落时分的太阳那样柔和……      连篇累牍的报道彻底激发了读者的兴趣，这个名叫爱迪生的三十二岁年轻人一时间成了大家关注的焦点。爱迪生还非常懂得在商业营销上趁热打铁，借舆论造势的手法，他宣布要在12月31日邀请大家来看看这种“未来之光”。就在12月31日的晚间，宾夕法尼亚铁路公司的火车陆续拉来了三千人到场参观，他们都是从人口众多的大城市纽约和费城赶来的。爱迪生把从车站到自己在门罗公园的实验室的道路沿途都安装了电灯，每当一班火车到站，爱迪生就扳动开关点亮电灯，下车的人群立刻就被这种神奇的光线震撼了。上至达官显贵，下至贩夫走卒，一个个看得目瞪口呆。在爱迪生的实验室里，大家更是兴奋，因为他们第一次看到扳动开关就能够随便控制亮灭的灯，要知道街边儿那昏黄的煤气灯，每天傍晚都是要工人爬上爬下逐个点燃的。实验室庭院里的数百盏电灯让人们神魂颠倒，到了午夜时分大家还都不肯离去，甚至还有人不断地高喊“爱迪生万岁！”此刻的爱迪生已经创造了历史。      爱迪生显得信心满满，将来要建立发电厂，城市里要架设电线，气灯煤油灯也将全部都被电灯所代替。未来恐怕还需要培养大批量的电气人才，电气工程师将是炙手可热的高科技职业。他分明感到一个电气时代已经扑面而来，就如同过去的蒸汽机代替风车时所发生的一切那样。但是，一个对电气时代的到来做出重大贡献的巨人，却没能看到门罗公园这令人欣喜的一幕。就在一个多月前的1879年11月5日，麦克斯韦因胃癌去世，他的母亲也是在同样的岁数，因同样的疾病去世的，深究起来恐怕有家族遗传的因素。麦克斯韦去世的时候，仅仅四十八岁，他留下了尚未整理完的卡文迪许的文稿，留下了亲手创建的剑桥大学卡文迪许实验室，留下了揭示了电磁奥秘的方程。人们在他离去之后才发现，他是一位堪与牛顿比肩的科学巨人。      进入十九世纪，科学研究的重心也已经转移到了欧洲大陆，法国科学家开始独领风骚。现在的物理学标准计量体系都由法国人建立，从“米”到“千克”，到“行车靠右”等等一系列标准也都是法国人的贡献，英国的地位开始不可避免地下降。因为牛顿与莱布尼茨关于微积分发明权的争议，英国科学界与欧洲大陆的科学家们开始心存芥蒂，他们甚至不肯使用由莱布尼茨发明、经过无数数学家改进的微积分符号。长期与欧洲大陆隔离，长期使用陈旧的数学思想，英国的科学研究水平逐渐被法国超越。紧跟着，德国也逐渐显露出了后来居上的势头，但英国仍然是那个率先走进了工业时代的英国，几代科学宗师都诞生在这孤悬海外的英伦三岛。牛顿、麦克斯韦、达尔文都是英国人，《自然哲学之数学原理》《电磁通论》《物种起源》成为近代科学最重要的三大基石。在这其中，麦克斯韦就是那力挽狂澜的擎天巨柱。            麦克斯韦去世前大约半年，身体已经每况愈下，但是他还在关心着光速的测量问题。正在为大英百科全书整理撰写《以太》词条的他假设：如果能够从A点发射一束光到B点，测量一下光速。然后反过来，从B点发射一束光到A点，再次测量光速。假如两者是不一样的，那么我们的地球必定是在“以太”之中运动着。这也好理解，同样一条船顺流而下与逆流而上，速度自然不同。一正一反的速度不一致，那么就正好可以说明介质是相对于地球运动的。不过麦克斯韦也很悲观，光速太快了，一正一反，即便有差异，恐怕也在一亿分之一的水平上，现在没有办法测量到这么精密的程度。1879年3月19日，他写了一封信给美国航海历书局的托德，询问观察木星食测量光速是不是有足够的精度，这又回到了人类最初粗测光速的道路上来了。“以太”到底是个什么东西？还是没有定论。麦克斯韦最终也没能知道这个问题的答案，而此时就在美国航海历书局，一位有心人暗下决心要解决这个问题，这是后话按下不表。      1879年是有意思的一年，陈独秀、斯大林都是在这一年出生，没人知道他们长大成人到二十世纪时，会掀起怎样的世纪波澜。历史总是把千般线索巧妙安排，让那么多人的命运有了交集。麦克斯韦一定不会想到，以太的“掘墓人”刚刚出生，二十世纪最伟大的物理学家，此时此刻正在婴儿的摇篮里甜甜地睡着。就在几天前的3月14日，这个婴儿刚刚降生，他出生在德国南部的小城乌尔姆。这里靠近奥地利和瑞士，南边就是白雪皑皑的阿尔卑斯山，翻过阿尔卑斯山，不远处就是意大利。就在这座小城里面，这位年轻的母亲，刚刚产下了他的儿子。有了儿子，全家都高兴得不得了，第二天，父亲立刻跑到市政厅给孩子上户口，他给孩子起名叫阿尔伯特。这名字很有意义，来源就是他爷爷的名字亚伯拉罕，一听这个名字就知道，他们家是犹太人。孩子的父亲也在填写表格时，郑重其事地填上了“犹太人”三个字。       孩子快一岁的时候，他们家搬到了慕尼黑。要知道，德裔犹太人是善于做生意的民族。他家显然是个小有积蓄的家庭，远房的叔叔伯伯掰着手指头也数不过来。孩子的亲叔叔是他们家唯一接受过高等教育的人，大学深造以后就干上了电气工程师的工作，这也是那个时代的一个特征——电气时代到来了。电气工程师属于高科技行业，因此兄弟俩搬家来到慕尼黑，开办了一家电气公司，叫做“爱因斯坦电气公司”。听出来了吧？孩子家姓“爱因斯坦”。这个姓氏，将因这个孩子在物理学方面的成就而名满天下。不过，当时大家可是发现，这孩子说话太慢。爹妈非常担心。这孩子怎么不说话呢？他们仔细一研究，发现他先要自己叨念两遍，有把握了才大声地说出来，因此显得说话慢。看来阿尔伯特小时候往好了讲是个完美主义者，往坏了讲就是“自闭症”。后来，孩子长大了，爹妈又发现一个毛病，这孩子脾气太暴躁了，碰上啥事儿不对胃口，立刻脸煞白，看着十分凄惨。有一次他把一个碗砸到了妹妹的头上，后来又变本加厉，扔了一把玩具镐过去，妹妹脑袋被打了个洞。把他父母给急坏了，这孩子太难伺候了！      孩子到了七岁，脾气不那么暴躁了，开始变得正常起来，不过仍然有些不合群，不太喜欢和别的孩子来往。孩子要上小学了，而他家是犹太人，本来应该上犹太学校，可是他们那儿的犹太学校早就关门了。不得已，只好就近入学，学校离他家二十分钟的路程，是个天主教小学，但爱因斯坦在这所小学过得一点也不快乐。...