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现在,拿走水星。再拿走太阳。
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(提醒一下:现在宇宙里什么都没有了。)
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如果引力来自“什么也没有”,也就是说,来自宇宙的基本构造(不管所指何物),会是什么情况?
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如果的确如此的话会有什么后果,让我们先把太阳放回去想想。如果我们可以先假设宇宙的构造是可塑的,那么太阳对它最简单的影响就是让它弯曲。这是怎么样的情景?让我们想象一个很重的球被放在一张被拉紧了的橡皮膜上。橡皮膜会在球的周围向下弯曲。如果你在橡皮膜上涂上肥皂,任何在橡皮膜上行走的东西——比如说,一只蚂蚁——如果走到弯曲的部分,就会滑向那只球,向下滑。对于那只蚂蚁来说,这种效果就如同引力。
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显然,如果恒星与行星都在一张涂满肥皂的橡皮膜上,我估计我们早就注意到了。因此,宇宙的构造不可能真是一张水平实在的橡皮膜。但是,它或许是一个3D,甚至4D不可见的膜呢?先不管这充满空间的巨大的膜是用什么做的,为什么不能想象它会在其包含的物体周围弯曲呢?当然,不只是在一个平面上,而是在所有方向,就像一只浸在海洋里的球令周围的水弯曲。
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仔细考虑一下这种想法,引力就仅仅是这种弯曲的结果,当一个人跌落时,并不是有一个往下拉的力让他跌落,而是他沿着宇宙构造中一个不可见的斜坡滑行而已(直到他撞到地上或其他类似地方阻止了他进一步跌落)。
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一个疯狂的想法,是的,但是,无论如何,试试又有什么关系?在这样的宇宙里物体是如何运动的呢?
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对除了水星之外的所有行星,使用这种“弯曲”理论进行几何计算的结果与牛顿公式给出的完全相同。这让人既兴奋又放心。那水星怎么样?
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那个想出这种疯狂的“弯曲”理论的人发现,在他的宇宙中,水星那被压扁的圆环轨道会绕着太阳转动。多快呢?大概是一秒钟角度的五百分之一,每一百年。不可思议。牛顿死后一百五十多年里,没有人能够解决的问题,
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他解决了。他是对的。突然之间,引力不再神秘了。引力原来是宇宙的构造被它所含的物体弯曲所引起的。牛顿没有看到这些。在此之前,没有人看出来,直到今天,我们依然在试图了解这种看法带来的各种后果。
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史蒂芬·霍金常常说:“我不会拿发现的快感与性快感比较,但它持续得更长。”看一眼这个解决水星问题的人的照片,你就会同意霍金的话。
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阿尔伯特·爱因斯坦
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他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦,我们刚才介绍的理论——那个将物质与宇宙的局部几何联系起来并用以解释引力本质的理论,被称为广义相对论。
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此理论首次发表于一九一五年,一百年以前。科学家们花了一些时间才意识到爱因斯坦捎带着改变了我们对所有事物的看法。与在他之前的人们所相信的相反,他发现了我们的宇宙不仅可能有形状,而且这个形状还是动态的,也就是说会随着时间而变化。当恒星、行星以及其他一切东西运动时,它们在我们宇宙构造中造成的弯曲也随之改变。适用于这些物体周围的规律同样适用于整个宇宙。换句话说,虽然爱因斯坦自己并不相信,但他发现了我们的宇宙会随时间而变化,它有未来。如果某个东西有未来,它就应该有过去,有历史,甚至有开端。
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在爱因斯坦之前,根据牛顿看来,我们的宇宙一直“如此”。现在我们知道它并非如此,至少不是如我们所经历的方式。我们已经知道这个事实一百年了。所以,就从知识上来说,我们所生活其中的宇宙,我们的宇宙,才一百岁。
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极简宇宙史 第4章 过往层层
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你在本书第一部分中在已知宇宙中的游历,就像是在你那小岛上绕着树林散步并惊叹树木的美丽。散步结束后,你肯定会回到小屋,邀请你的朋友小酌并告诉他们外面风景多么美丽,海风多么清新。而你的朋友也有足够的理由问你为什么这里长着这么多树,它们的叶子为什么是绿色的,以及为什么这些植物长成现在的样子……
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如果宇宙就是我们的树林,我们需要了解些什么?除了质疑你吃进去的虾的新鲜程度,你那些朋友又应该对大场景提出哪些问题?除了看看,还能理解到什么?还有就是,严肃地说,你是不是真的有可能像这样出去旅行?
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最后一个问题的答案很简单:如果是你的身体,或者是乘坐宇宙飞船,答案是否定的。就我们所了解——至今为止——除了你的意识之外,没有任何其他方式或物体可能这样在空间与时间中穿行。没有任何带有信息的东西可以以比光速更快的速度旅行。所以,你的意识在第一部分里所做的是飞过一个按照今天所知道的宇宙做出的3D冻结图画,一个依据地球上所建的所有望远镜所拍到的所有照片拼接而成的宇宙再现模型。你或许会反驳说你看到物体在运动,不是一个静止的画面……没错。让我修正一下,这是一个“几乎”冻结的画面。那,我们可以从中推断出什么?是不是有某种定律可以决定所有东西的演化?
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你以意识进行旅行之后的第二天早晨,在你那位彻夜照顾你的朋友离开小屋替你取早餐的时候,你的直觉告诉你她就在外面某个地方,虽然你看不到她,对不对?你没有想象她忽然化成一团烟雾穿越到过去去猎杀恐龙,割下恐龙的一条腿来做早餐,再带回来给你吃。我同意,那样的确很酷,但依据跳下悬崖或窗户不是一个好主意的同样理由,你的想象不会发生。为什么这不会发生的根本理由很难在此阐述或证明,但我们必须在试图揭开我们宇宙谜团的过程中假定一些事情。而这正好就是我们要作的第一个假定,或者“基本原理”:为了了解大自然,我们必须超越我们的感官所告诉我们的感知,而为了实现这一点,我们必须假定,在相似条件下,大自然在任何时间与空间都遵循同样的定律——无论在此处还是彼处,在现在还是过去或未来,在我们看到的时候还是没看到的时候。我们把这个称为宇宙第一原则。我用了粗体字,因为它很重要。如果没有这个假定,我们就完全丧失了推理能力,无法对于我们没有看到的地方、离我们太远的地方或过去的事情作出任何猜测,你的朋友说不定就真的进行时光旅行猎杀恐龙去了。
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事实上,有很多东西暗示这个第一原则是正确的,至少在我们通过望远镜所能看到的宇宙中是正确的。
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以太阳为例。
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