田松按

作者基普·索恩（Kip Thorne）刚刚得了诺贝尔奖，我把此文重新发一遍。我当初关注此人，因为他是惠勒（John Wheeler, 1911-2008）的学生。当下活跃在引力波领域的很多人，都是惠勒的学生。

惠勒是哥本哈根学派最后一位大师，是他把“黑洞”命名为黑洞。他有很多惊世骇俗的观点。比如他说，要想了解某一个领域，就写一本关于这个领域的书；要写一本关于这个领域的书，就开一门关于这个领域的课。作为量子力学的重要人物，他想了解广义相对论，就在普林斯顿开了一门广义相对的课，带领一些青年学生一起研读广义相对论，这其中就有基普·索恩。几年之后，出了一本书，叫做《引力》（1973年），基普·索恩也在作者之列。这本书很快成为美国广义相对论领域的重要教材，直至今日。惠勒本人没有得过诺贝尔奖，不过，他的学生理查·费曼(Richard Feymann, 1918-1988)早在1965年就获得了诺奖。基普·索恩是第二位。

惠勒是一位优秀的物理学教育家，除了费曼和基普之外，还有很多优等生。比如艾尔佛雷特Everett，是科幻小说里常用的多世界理论的提出者。再比如贝肯斯坦，曾与霍金打赌，他认为黑洞的熵正比于黑洞的视界面积，最后战胜霍金，赢了一美元。当时只有惠勒支持这位学生，说：你这想法足够疯狂，所以很可能是对的！

基普·索恩于1962年从加州理工学院毕业，去了普林斯顿，跟随惠勒。只用了三年，1965年，就获得了博士学位。1967年，基普·索恩回到加州理工任职，三年后，1970年，在他三十岁的时候，升为教授。是加州理工历史上最年轻的教授之一。加州理工，是理查·费曼所在的学校，也是谢耳朵所在的学校。

基普·索恩很早就有了公众知名度。当年卡尔·萨根(Carl Sagan, 1934-1996)写他唯一的科幻小说《接触》(1985)，想要时间旅行，专门给基普·索恩打电话，基普就告诉他，此刻物理学能够允许的时间旅行，唯有通过虫洞。不过，虫洞压力巨大，连飞船都会被挤碎成一个一个粒子，不过卡尔·萨根不管那许多，就用了虫洞。于是在电影《接触》(1997)中，朱迪·福斯特就坐在大椅子上，向基地报告：我穿过了一个又一个虫洞！

再后来，前几年风靡一时的《星际》（2014，中文翻译成《星际穿越》，“穿越”为原名所无，我以为属于添足之举），科学顾问赫然就是基普·索恩。所以《星际》之中，也是穿越虫洞。

刚找到他的照片，原来他是1940年出生的，我还以为他年轻着呢！

此外，根据林磊先生的建议，对本文的下面一句作了修改：

如果有谁不信，一定是个与情人闹情绪的女人，只有这时的女人才会凭着一股浩然之气否定一切理性。

2017年10月4日中秋之日

我凭什么相信我说的？

——读《黑洞与时间弯曲：爱因斯坦的幽灵》

田松

任意画一个三角形，根本就不需要测量，就可以告诉你，三角之和为180度——一个大劈叉。这件事对于学过几天平面几何的人来说差不多是不言自明的。我在上初中时曾对此事半信半疑，拿三角器认真地量过几个任意的三角形，结果是都不等于180度，当然都近似地等于。但是我只能认为是我劈叉的本领还不够。因为在测量之前我已经相信了——我只不过是想验证一下。欧氏几何简洁严谨的证明让任何一个有逻辑头脑的人不能不信。如果有谁不信，一定是个与情人闹情绪的女人/男人，只有这时的女人/男人才会凭着一股浩然之气否定一切理性。

但是这事想起来也很奇怪，有无穷多种三角形，大部分从来没有被人画出来过，怎么就敢于凭着公理和推理就认定人家三只角的加起来的尺寸？

1846发生了一件大事，有人根据牛顿的引力定律预言了一棵行星，而天文学家竟然根据预言的方位发现了这颗星，轨道、大小都与预言一致。这颗星就是海王星。（76） 以前亚里斯多德相信天地有别，遵从不同的物理规律。可是作为地球上渺小的人竟然能预知天体的奥秘，这件事比三只角的大劈叉还让人奇怪，凭什么？不过人们很快就想通了。自那以后，任何一个有逻辑头脑的人都会相信天地无二的万有引力定律，谁要是不信，不知要闹多大的情绪才行。牛顿定律说什么事情会怎么样，那就会怎么样，如果不怎么样，那才让人惊奇。

可是让人震惊的事情还是发生了。1919年5月，英国的爱丁顿爵士派了两支远征队跑到巴西拍摄日食。其实不是想拍太阳，而是想拍被太阳遮住的一颗恒星，想看看当太阳经过时，这颗星星是不是还在那个地方。这个想法本身就很疯狂，爱因斯坦就责问过量子物理学家们：“你们是否怀疑月亮在没有人看到它的时候就不存在了？”星星当然还是那个星星，只是位置有些偏。因为爱因斯坦的广义相对论认为，太阳的引力会使光线弯曲，所以星星就会偏一个角度，就像我们看水中的筷子似的。而爱因斯坦不是说说而已，还把偏离的角度给算出了。爱丁顿就是想看看它究竟偏没偏，偏多少？结果大家都已经知道。当年11月爱丁顿公布观察结果时，广义相对论差不多成了全世界报纸的头条。

这件事说起来还是让人奇怪。根据一个简单的原则，得到一个用数学表达的物理规律，就把一个从来没有被人意识的问题给发现出来了。注意，不是去解决一个人们没有解释清楚的已知事件，而是预言一个未知事件。相对论的出发点其实非常简单，就叫做相对性原理：在不同的参照系中的物理规律应该相同。他假定光速不变，就得到了狭义相对论；假定惯性质量和引力质量相同，就得到了广义相对论。然后他就告诉你，光和引力正在调情，时间和空间都弯曲了。就好比说，去，画一个三角形吧，三角之和是一个劈叉角。他自己连画都不画就等着你量结果证明他伟大。爱因斯坦本人也觉得这样的事情实在不可理解，于是他说：这个世界最不可理解的事情在于它可以理解。

事情当然没有结束。你敢做大劈叉，就有人敢做后空翻。根据广义相对论，人们已经能够对整个宇宙进行描述。想想吧，人是宇宙的一部分，也只能观察到宇宙的一部分，竟然能描述宇宙的整体。就好比一个虱子不仅能画出人体表面地图，还能分析人类的繁殖速度，看能够它们可持续发展多少年。这个比喻有些不雅，不过我一时也想不出更好的。如果真有上帝存在，知道人正琢磨宇宙的事，一定吓一大跳，就想人忽然知道虱子怎么盘算吃他一样，如果不惹出点乱子来，实在不对头。有人根据广义相对论的宇宙学公式一算，宇宙是不稳定的，要么在膨胀，要么在收缩。就像一个虱子知道人正在长个一样。爱因斯坦觉得这事不大好，就给自己的方程上生生加了一项，以保证宇宙的稳定。爱因斯坦后来说：“这是我一生中最愚蠢的一件事。”宇宙真的不稳定，忧天的杞人大有道理。

有史瓦西设想，既然引力能使光线弯曲，当引力足够大的时候，就能把光线牢牢吸住，根本就发不出去。这个天体就是一个黑洞。（114） 连光都逃不出来，别的东西就更不用说了。史瓦西也不是说说而已，他也算出来了。爱因斯坦和爱丁顿都不爱黑洞这个怪东西，就说史瓦西算得还不够，他要接着算。结果是，大家都算对了，但是爱因斯坦对计算的解释错了。（117） 此头儿一开，各种人们在地球上匪夷所思的事情，白矮星、中子星、奇点、引力波、虫洞、时间弯曲和时间机器，等等等等，接踵而至。

写了这么多，其实才写到开头。这些奇异的事情才是我要介绍的这本书所要介绍的东西。黑洞大概是物理学家所创造出了的最奇异的东西，这本书的作者基普·索恩亲身参加这个东西的创造，非常有资格谈这件事。与艺术家的创造不同，物理学家的创造物很可能真的存在。尽管天文学家也只发现一点儿间接的证据。（37） 但作者显然坚信黑洞的存在，同时他也相信，广义相对论只是某个真正的引力定律的近似，而真正的定律一定是量子力学的。（399） 如同劈叉角一样，这个信心当然来自公理和推理。不过，现在的天体物理学家已经完全进入到理论的狂想，完全走到天文观测的前面。作者不免要问：“我从没见过黑洞，怎么能有信心保证这些事情呢？”（37） 这样的问题被一代一代的物理学家反复追问，把物理学追得向前疯跑。所以在本书的注释前，作者又郑重地写上了本文的标题：我凭什么相信我说的？（519）

真是一个好问题。

（基普·S·索恩著，李泳译，黑洞与时间弯曲：爱因斯坦的幽灵，湖南科学技术出版社，第一推动丛书，2000年4月第一版，共590页，定价30元。文中括号内的数字是本书的页码。）

2000年7月6日

北京 稻香园

（原发表于《中华读书报》2000年7月12日第23版）

（此文收入《堂吉诃德的长矛》，上海科技教育出版社，2002年）