縱使弓弦朽壞，我的心傷也不會痊癒。——彼特拉克

卡洛·羅韋利的這本《現實不似你所見：量子引力之旅》，用極其形象易懂的語言描述了傳統物理學以及量子物理的發展史，以及重要的現代物理學概念。我根據自己的理解，整理了一些書中的精彩論述，供讀者先睹為快。

一 E=mc2

1905年，阿爾伯特·愛因斯坦，25歲。 那年他給《物理學年鑒》投了三篇文章，其中每一篇都足以讓他獲得一次諾貝爾獎。其中第二篇便是現在所稱的「狹義相對論」。

這裡「相對論」的「相對」，實際上是指時空對於觀察者來說，就是「相對的」。我們說「此時」，或者「此地」，對宇宙來說都沒有意義，只有說「此時此地」，有相對的參照物，才有意義。比如，有個火星上的人講個笑話，以電磁波的形式光速傳到地球，我們過一刻鐘才會發笑。那中間的這一刻鐘火星上發生什麼，對我們地球人來說既非過去，也非未來，我們的現在總是有這「一刻鐘」的縫隙的。而對於宇宙中的其他星球來說，也只是相對的。

時間與空間如同硬幣的正反面，是可以轉化的。愛因斯坦重建了「時空」的概念。

圖：1905年的阿爾伯特·愛因斯坦

狹義相對論認為，光速在所有慣性參考系中保持不變，它是物體的最大運動速度。愛因斯坦據此將傳統牛頓力學的「F（合外力）=m（質量）*a（加速度）」改寫，建立了相對論力學，由此推導出能量質量守恆定律。能量與質量也是同一事物的正反兩面，一種可以轉化為另一種。他快速計算通過轉化一克物質可以得到多少能量，結果就是著名的公式：

E=mc2

由此應用的發展，使得世界進入了「核紀元」。

二 空間是不存在的

對於我們的日常感受來說，一定會認可牛頓力學中的「空間」的概念。如果一杯水裡裝滿水，倒掉水，杯子就會被空氣填滿；如果把空氣也抽走呢，空間到底是什麼?

德謨克利特說，空白空間是某種「介於存在與不存在之間」的東西。

亞里士多德對此解釋說，如果兩個物體間沒有東西，那麼就什麼都沒有。

牛頓對此也感到迷惑，因為牛頓的力學全部是基於空間的。他甚至宣稱空間是「上帝的感官」。就連這個偉大的物理學家也陷入了不可知論的死胡同。

1915年，也就是愛因斯坦提出「狹義相對論」的剛好10年後，他又提出了被其他物理學家稱之為「最美的理論」的「廣義相對論」。

圖：時空是「彎曲」的

在「廣義相對論」的闡釋中，牛頓力學中的空間就是萬物的引力場，而引力場就是空間。微觀層面的電磁場，宏觀層面的引力場，以及空間，在「廣義相對論」的理論中完全融為一體，形成一種波瀾起伏「彎曲」的真實實體。這些都是——「場」。

這裡的「彎曲」概念，和我們在「電磁場」中學到的麥克斯韋、法拉第的場和力線的理論形成共鳴。十年前愛因斯坦的「時空」概念在這裡進一步得到延伸，得到整個時空都是彎曲的。最終的一步，是用數學來構建和夯實理論。愛因斯坦在卡爾·弗里德里希·高斯的曲面數學、以及伯恩哈德·黎曼的三維曲面數學的理論幫助下，計算出了星體附近的時空如何彎曲。

2016年02月11日美國的「激光干涉引力波天文台」（LIGO）觀測到的「引力波」.

圖片來源：optochina.net

愛因斯坦在一百年前預測的「引力波」，是兩顆黑洞合併時，損失大量的質量，由此散發出的能量讓宇宙的「場」在一瞬間產生了「彎曲」的波紋。

還有很多複雜的宇宙現象，如黑洞的產生、宇宙膨脹、宇宙大爆炸等等，都源自「廣義相對論」的理解：空間並非一個靜止的容器，而是有自身的「物理學」，就像微觀層面物質、「場」的「物理學」一樣。

三 時間是不存在的

這並不是什麼感嘆，而是一個科學事實。宇宙中每個物體都有自己的時間之流，其速度由當地的引力場決定。在量子物理的尺度上，引力場的微觀角度就是量子場，時空便是由量子場產生的，而非量子場依託於時空產生的。

諾蘭導演的電影《星際穿越》中，有這樣一幕：馬修·麥康納及安妮·海瑟薇所飾演的主角一行人，乘坐宇宙飛船降落到一顆行星，遇到了如山一般高的海嘯。他們慌忙逃離回地球，發現剛才過去的一小時，地球已過去7年。

用現代物理學來解釋，電影中的劇情是會真實存在的。

而且現在地球上，就存在時間流逝的差別。如果一對雙胞胎，分別有一個生活在海邊，一個在山上。最終年齡是不一樣的。儘管差異很微弱，但數量上的微小並沒有改變差異確實存在的事實。

如果乘坐一艘足夠快的火箭，在離黑洞固定距離的地方反方向飛行，以抵消黑洞的萬有引力，持續一小時後再到地球，會發現地球上已經過了幾個世紀了。

這裡必須打破和消除對眼前的認知，才能理解物理學的美妙。

四 宇宙為誰而生？

最後必須要提一位古代思想家，他的精神也貫穿了整個物理學發展史。

他是德謨克利特，公元前460年-前370年，生活在古希臘。他是「原子論」的提出者。他通過觀察來論證原子的存在。他發現車輪的磨損或是衣服晾乾，可以歸因於木頭或者水的粒子在緩慢飛走。

「甜是從俗約定的，苦是從俗約定的，熱是從俗約定的，冷是是從俗約定的，顏色也不例外，實際上只有原子和虛空。」——德謨克利特

德謨克利特能夠將世俗的思想剝離開來，秉持對自然的敬畏，思考事物的本質。由於古希臘時期的社會不同於中世紀時期的一切受到教會的思想控制，其實社會思想是非常開放和多元的。站在現代科學的認知基礎上，儘管他的說法受到歷史限制顯得有些粗獷，我們仍可以認為德謨克利特的科學精神非常廣博，展現了一種強烈的理性主義、唯物主義。

西塞羅稱德謨克利特，「他的偉大，不僅在於其天才，更在於其精神，誰可與他比肩？」

後來在很長一段時間內，科學都進入了蠻荒的境地。雖然柏拉圖和亞里士多德在很多領域非常偉大，但他們堅持著目的論，導致了自身科學思想陷入迷途。比如，柏拉圖問：「地球如果是圓的，那為什麼是圓的，有什麼必要，以及這樣好在哪裡？」目的論在德謨克利特的思想對比下，顯露出功利主義的狹隘與局促。一直到兩千年以後，文藝復興時期一切才回到正軌，思想逐漸得到解放。

難道說，宇宙存在的目的就是圍繞人類運轉嗎？宇宙並不是為誰而生，客觀物質就在那裡，科學也在那裡。宇宙自身的規律形成，與任何人都無關、與你眼前所見也無關，它只是靜靜地埋在土地里，等著人類的智慧去挖掘。

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不蹭熱點，不追流行，一個有態度的公眾號。

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