“我唯一知道的是我什么都不知道——蘇格拉底”。

最近我聽(tīng)到一種說(shuō)法，就是說(shuō)現(xiàn)代社會(huì)人文學(xué)科已經(jīng)到頭了，很難再出現(xiàn)顛覆性的理論。殊不知19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，人們曾經(jīng)也有過(guò)相似的念頭，那個(gè)時(shí)候人們傾向于認(rèn)為人類(lèi)已經(jīng)解開(kāi)了物理學(xué)上的大部分謎團(tuán)，諸多學(xué)科已經(jīng)建立完善。一大堆普遍規(guī)律被發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)上的空缺已基本被填滿(mǎn)，基礎(chǔ)也已經(jīng)很牢靠。許多人認(rèn)為科學(xué)家已經(jīng)沒(méi)多少事可以干了——物理學(xué)的重大問(wèn)題都已經(jīng)得到解決，20世紀(jì)只是鞏固和提高，似乎不大可能再出現(xiàn)革命。不過(guò)，1887年的一個(gè)實(shí)驗(yàn)讓這種看法出現(xiàn)了縫隙。

19世紀(jì)末科學(xué)界的主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為光是一種波，所以必然需要一種媒介（例如水波必須有水、聲波必須有空氣），人們假設(shè)這種媒介稱(chēng)作“以太”(19世紀(jì)以前，人們認(rèn)為光以太是一種穩(wěn)定、看不見(jiàn)、沒(méi)有重量、沒(méi)有摩擦的東西，宇宙中充滿(mǎn)這種媒質(zhì))。在牛頓物理學(xué)中，光傳播就像池塘表面上水波。地球就像一艘在“以太水面"上運(yùn)動(dòng)的小船，在小船上的乘客看來(lái)，小船激起的漣漪朝著小船運(yùn)動(dòng)方向擴(kuò)展的速度，要比向后擴(kuò)展的速度慢。因?yàn)樵谇耙环N情況下要從漣漪原來(lái)的速度減去小船的速度，而在后一種情況下卻要把兩個(gè)速度相加，這叫做速度相加定理，這個(gè)定理一直被看做是不證自明的。因此，在穿過(guò)以太運(yùn)動(dòng)時(shí)，光的速度同樣應(yīng)該隨著它相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)的方向的不同而不同。

1887年，經(jīng)過(guò)幾年的精心測(cè)量，邁克耳遜和莫利得出了一個(gè)令他們本人和整個(gè)科學(xué)界都吃驚而沮喪的結(jié)論：地球的運(yùn)動(dòng)對(duì)光速根本沒(méi)有任何影響，不管在哪一個(gè)方向上，光的速度都是完全相等的，這個(gè)奇怪的結(jié)果違反了速度相加定理。如果說(shuō)有某種實(shí)驗(yàn)結(jié)論違反了某個(gè)定律，那么只可能有兩個(gè)結(jié)論，要么這個(gè)實(shí)驗(yàn)室錯(cuò)的，要么這個(gè)定律是錯(cuò)的，如果說(shuō)這個(gè)定律——速度相加定理是有瑕疵的，那么牛頓物理學(xué)這座堅(jiān)固光滑的大廈毫無(wú)疑問(wèn)就出現(xiàn)了某種裂痕，如此建筑在這座大廈之上的所有東西就都無(wú)法斷言為毋庸置疑了。于是這實(shí)驗(yàn)結(jié)論“就像一股發(fā)霉的味道”一樣。當(dāng)時(shí)的人們還不敢這樣想象——這是古典物理學(xué)統(tǒng)治的終結(jié)的，牛頓定律并不是在任何時(shí)候、任何地方都適用。

1905年，德國(guó)物理學(xué)雜志《物理學(xué)年鑒》發(fā)表了一系列論文，作者是一位年輕的瑞士專(zhuān)利局三級(jí)技術(shù)審查員，名字叫做阿爾伯特愛(ài)因斯坦，那一年他向《物理學(xué)年鑒》遞交的五篇論文，其中的一篇概述了狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論用最簡(jiǎn)單的話(huà)來(lái)說(shuō)就是：質(zhì)量和能量是等價(jià)的，它們是同一種東西的兩種形式，能量是獲得釋放的質(zhì)量，質(zhì)量是等待釋放的能量。由此，他得出著名的質(zhì)能公式E=mc2（E是能量、m是質(zhì)量、c是光速）。1998年，霍金在《時(shí)間簡(jiǎn)史》序言中寫(xiě)道：“我朋友有建議我書(shū)中不要寫(xiě)公式，那樣會(huì)嚇跑至少一半讀者，所以我考慮過(guò)不寫(xiě)，不過(guò)后來(lái)我還是決定寫(xiě)且僅寫(xiě)愛(ài)因斯坦的一個(gè)公式"E=mc2"。這足見(jiàn)質(zhì)能公式的地位。愛(ài)因斯坦斷言在真空中，光速不變，它是個(gè)常數(shù)，由此可以完美的解釋宇宙性質(zhì)的一些核心問(wèn)題。狹義相對(duì)論也解決了光以太的問(wèn)題，愛(ài)因斯坦的宇宙中不需要“以太”，這種假想出來(lái)的東西不存在。那么光速為什么在相同的介質(zhì)中不變呢？答案是不知道，我們可以反證它，又或者這是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果，不過(guò)我們沒(méi)有定理在解釋光速為何不變。

狹義相對(duì)論是一項(xiàng)深刻而重要的成就，但這只是開(kāi)始，狹義相對(duì)論之所以稱(chēng)為“狹義”，是因?yàn)樗芯康氖峭耆珶o(wú)障礙（比如引力的作用）下的運(yùn)動(dòng)。愛(ài)因斯坦的思考并沒(méi)有停止。1917年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了題為《關(guān)于廣義相對(duì)論的宇宙學(xué)思考》的論文，這個(gè)劃時(shí)代的理論徹底改變了物理學(xué)以及人們對(duì)宇宙的認(rèn)知。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，廣義相對(duì)論的內(nèi)容是：空間和時(shí)間不是絕對(duì)的，而是既相對(duì)于觀(guān)察者，又相對(duì)于被觀(guān)察者。廣義相對(duì)論徹底超出了人們大腦的想象。據(jù)說(shuō)最初愛(ài)因斯坦想為引力問(wèn)題找個(gè)答案，他思考的問(wèn)題是，要是一個(gè)運(yùn)動(dòng)中的東西，比如光，遇到了引力這樣的問(wèn)題會(huì)怎么樣？

在廣義相對(duì)論眾多概念中，最具挑戰(zhàn)性的，最直覺(jué)不到的是關(guān)于時(shí)間與空間的闡述。時(shí)間是空間的組成部分，時(shí)間不是絕對(duì)的，它可以改變，甚至是不斷變化的。時(shí)間甚至有形狀。用霍金的話(huà)來(lái)說(shuō)：“一份時(shí)間與三份空間無(wú)法解脫的交織在一起，形成一份“時(shí)空”。愛(ài)因斯坦的宇宙不是空的，也不是平坦的，是彎彎曲曲的。我們看不到空間，但我們知道它不是平坦的。所以與其說(shuō)物體（從天體到鋼筆無(wú)所不包）處于空空蕩蕩的太空，還不如說(shuō)所有的物體（所有有質(zhì)量的東西）處于一個(gè)看不見(jiàn)的“果凍”中。常用的對(duì)這個(gè)概念通俗的解釋是這樣的：想象一塊柔軟的地毯或類(lèi)似的墊子，上面放個(gè)又圓又重的鐵球，鐵球的重量使墊子伸展和下陷。這大致類(lèi)似于龐大天體（比如太陽(yáng)）對(duì)時(shí)空的作用，凡是有質(zhì)量的物體都能在時(shí)空底墊上造成一個(gè)凹坑，當(dāng)你用一個(gè)小球滾過(guò)這個(gè)底墊的時(shí)候，當(dāng)小球接近底墊下陷的部分，它就會(huì)滾向低處。所以對(duì)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，萬(wàn)有引力“不是一種力，而是時(shí)空彎曲的副產(chǎn)品?！被蛘摺霸谀撤N意義上，引力并不存在，使行星和恒星運(yùn)動(dòng)的是空間和時(shí)間的變形?！彼跃蛷V義相對(duì)論，我對(duì)萬(wàn)有引力的解釋是：天體的弧形軌道并不是由于被某種力牽引的緣故，而是天體在彎曲的時(shí)空表面滾過(guò)或滑過(guò)的自然趨勢(shì)。需要說(shuō)明的是，這種說(shuō)法并不確切，只是為了便于理解。

廣義相對(duì)論可以推導(dǎo)出很多見(jiàn)解，其中之一是宇宙是膨脹或者收縮的。但當(dāng)時(shí)的主流的看法是宇宙是固定的，永恒的，于是愛(ài)因斯坦為了這種“正確”的看法，給自己的理論中加上了一個(gè)常數(shù)，以使廣義相對(duì)論與宇宙學(xué)理論相符。幾乎于此同時(shí)，埃德溫哈勃正在花時(shí)間觀(guān)察宇宙星系的光譜。哈勃于1926年發(fā)布了他令人驚奇的結(jié)果：大部分星系是紅移的，而且紅移的大小也不是隨機(jī)的，而是與星系離開(kāi)我們的距離成正比。換而言之，根據(jù)多普勒效應(yīng)，星系之間的距離在增加，也就是說(shuō)宇宙不是靜止的，而是在膨脹。

可見(jiàn)光由電磁場(chǎng)的起伏或波動(dòng)構(gòu)成，光的波長(zhǎng)極其微小，而光的不同波長(zhǎng)正是人們?nèi)庋劭吹讲煌伾脑颉？梢?jiàn)光范圍內(nèi)，最長(zhǎng)的波是紅色的，最短的波是藍(lán)色的。多普勒效應(yīng)是指，當(dāng)波源向我們靠近時(shí)，波的頻率就越高波長(zhǎng)也越短，當(dāng)波源反方向離開(kāi)我們時(shí)，波的頻率就越低波長(zhǎng)也越長(zhǎng)。這個(gè)原理最常見(jiàn)的例子是我們?cè)隈R路上遇到拉響警笛的警車(chē)或者救護(hù)車(chē)，當(dāng)它駛向、經(jīng)過(guò)以及駛離我們的時(shí)候，我們聽(tīng)到的警笛聲是不一樣的，所以我們可以只通過(guò)警笛聲的頻率來(lái)判斷警車(chē)是駛向我們還是在遠(yuǎn)離我們。

至此，哈勃的觀(guān)察與愛(ài)因斯坦的理論完全相符了，幾十年后以此為基礎(chǔ)的“宇宙大爆炸”理論成為現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的一種學(xué)說(shuō)。

在愛(ài)因斯坦和哈勃就宇宙大尺度結(jié)構(gòu)方面成果累累的時(shí)候，另一些人在努力搞懂微觀(guān)世界的科學(xué)規(guī)律，這就是量子理論。1910年，科學(xué)家盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部主要是空無(wú)一物的空間，只有當(dāng)中密度很大的核，比喻一下的話(huà)如果把一顆原子擴(kuò)大到人民大會(huì)堂那么大，原子核大約只有一只蒼蠅那么大。但這馬上產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)原子的假象圖是一兩顆電子圍繞著原子核轉(zhuǎn)動(dòng)，就像行星繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，但事實(shí)上這種假想是錯(cuò)誤的，因?yàn)?/font>根據(jù)所有傳統(tǒng)物理學(xué)的全部定律，這樣狀態(tài)的原子就不應(yīng)該存在。那么如果用量子力學(xué)來(lái)描述呢？由于量子理論的基礎(chǔ)是能量的傳輸是一份一份的整體，所以電子就根本不可能像軌道上運(yùn)行的行星，而是像幽靈一樣的跳躍式，它會(huì)從一處消失，在另一處出現(xiàn)，就像瞬間轉(zhuǎn)移，這就是著名的“量子躍遷”，但是這種描述事實(shí)上還不確切，那只是為了遷就我們只管理解能力的說(shuō)法，更加合乎量子力學(xué)的描述是：電子在所有地方同時(shí)出現(xiàn)，也在所有地方不出現(xiàn)，它出現(xiàn)或不出現(xiàn)沒(méi)有精確的值，只有概率。

電子的另一些古怪表現(xiàn)也讓科學(xué)家絕望，它有時(shí)候表現(xiàn)的很像粒子，有時(shí)候又像是波，這種難以置信的雙重性讓科學(xué)家抓狂。薛定諤偏重于電子波的屬性提出波動(dòng)力學(xué)，海森伯偏重電子粒子的屬性提出矩陣力學(xué)。于是微觀(guān)領(lǐng)域就出現(xiàn)了兩種相互沖突的卻得出同樣結(jié)論的理論。最后一種妥協(xié)的辦法“不確定原理”，解決了這個(gè)問(wèn)題，它說(shuō)電子是一種粒子——不過(guò)是一種可以用波來(lái)描述的粒子。

古怪的事情繼續(xù)層出不窮。根據(jù)量子理論中的原理，某些成雙結(jié)對(duì)的亞原子粒子，即使被分開(kāi)很遠(yuǎn)的距離，一方如果旋轉(zhuǎn)，另一方馬上以相反的方向、相等的速率開(kāi)始自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這就是“量子糾纏”理論。這好比你有兩個(gè)臺(tái)球，一個(gè)在北京，一個(gè)在華盛頓，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)的時(shí)候，另一個(gè)馬上以相反的方向旋轉(zhuǎn)，而且速度完全一樣。這個(gè)理論現(xiàn)象于1997年得到了證實(shí)。而這種超距作用，即一個(gè)粒子可以在幾萬(wàn)億公里之外影響另一個(gè)粒子，完全違反了狹義相對(duì)論，因?yàn)檫@種超距離瞬間的傳遞速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了光速。迄今為止，對(duì)于粒子是怎么辦到這件事的，誰(shuí)也解釋不清楚。

量子力學(xué)在一定程度上打亂了物理學(xué)，結(jié)果是現(xiàn)代物理學(xué)有兩套規(guī)則，一套用來(lái)解釋小世界，一套用來(lái)解釋大宇宙，各過(guò)各的日子。

應(yīng)該說(shuō)21世紀(jì)的科學(xué)已經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)展，科技極大的改變了我們的生活，但迄今為止我們對(duì)我們生活的這個(gè)宇宙還幾乎一無(wú)所知，“它的年齡我們算不大清楚，我們與周邊的天體以及它們之間的距離我們并不完全知道，宇宙中充滿(mǎn)我們無(wú)法識(shí)別的東西，宇宙在按照物理學(xué)的定律運(yùn)行，但這些定律的性質(zhì)我們并不真正了解。”從某種角度來(lái)說(shuō)，這就是我們所知道的宇宙知識(shí)的全部。