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《黑洞与时间弯曲》在黑洞的地平线上重印后记

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南山的雪闪着耀眼的光芒,勃朗峰直插我们头上的天空;在我们周围,牛群带着铃响在绿油油的牧场上吃草;山下离学校几百米的地方,是美丽如画的莱苏什的村庄……

大多数下午的时间我们都在不断讨论新的问题:诺维科夫和我关在小木屋里,想发现吸积到黑洞的气体是如何发射X射线的;在学校休息室的长椅上,我的学生普雷斯和特奥科尔斯基在讨论小干扰下的黑洞是不是还稳定;在50米外的山坡上,巴丁、卡特尔和霍金在全神贯注地用爱因斯坦的广义相对论推导完整的黑洞演化方程组。那真是难忘的田园诗,醉人的物理学!

我十多年前学相对论时,把图书馆里大大小小的相对论著作都找来看了。当然也有些科普的,但除了几个书名今天都记不起来了。为什么?因为它们不过是一些没有数学的教科书。学过数学以后,就遗憾地过河拆桥了。这样的科普读物很多,它们像风景区的路标,将陌生的游客引向一座座险峰,却几乎永远不能伴着风光走进人们美好的回忆。幸运的是,在《黑洞与时间弯曲》里的这幅60年代田园物理学风情画,自然令我想起海森伯对20年代的回忆,那是他发现量子力学矩阵形式的那些天,哦,多么壮丽的发现!

那是1925年5月底,我患了严重的花粉热,只好向玻恩请了半个月的假,直接去了赫里戈兰,我希望在远离花草的海滨,那令人心旷神怡的空气能很快让我恢复健康……我的房间在三楼,能看到村庄远处的沙滩和大海的壮丽景象。我坐在阳台上,反复地考虑着玻尔说过的话。

……结果,差不多到凌晨三点,我才最后算完……我太兴奋了,通宵未睡。黎明时,我朝岛的南端走去。我曾渴望登上那块伸向大海的岩石。没费多大力气我就爬上去了,在那儿等着日出。(海森伯《物理学及其他》)

我读这段话时,不知道量子理论是什么;今天,虽然我大概懂得了它的数学(照狄拉克的说法是一套计算法则),还是不知道它到底说了什么。不过,在量子论的发现的历史中,我经历了许多令人向往的思想奇迹。至今还影响着我的一句话,也在海森伯的这段回忆里,那是爱因斯坦对他说的:“在原则上,单靠可观测量去建立一个理论,是完全错误的。实际上,正好相反,是理论决定我们观测到什么。”这差不多是我所理解的“爱因斯坦的幽灵”。在黑洞发现的经过里,这句话有着更加生动的表现,大概也更能够唤醒读者也许因为生活太累而昏睡了的科学理想。

一条历史的河流,当然比“过了河的桥”更值得人们回忆。在我看来,索恩的《黑洞与时间弯曲》,首先是一段活的历史,爱因斯坦身后的相对论历史。关于这段历史,我没见过什么系统的读物。我想,一方面,它涉及的数学太多,离人们生活太远,不会引起大众的关心;另一方面,它确定的东西太少,离我们时代太近,很难形成专门的话题。也正因为这些,读者才是幸运的。正如策划者之一的Frederick Seitz博士在《前言》里说的,“读这本书的人应怀着两个目标:学一些我们物理宇宙中的尽管奇异却很真实的可靠事实;欣赏那些我们还不那么有把握的奇思妙想。”当然,在别的关于“黑洞”的读物里,我们也能看到这些;不过,作者写得更真切,因为他是那些事实的经历者,是某些奇思妙想的参与者。“我和我要讲的东西关系太近了,我个人从60年代到今天都在亲历它的发展,我最好的几个朋友从30年代起就身在其中了。”我们看一个思想产生的经过,其实要比看它的结果有趣得多。

最显著的例子就是作者关于时间机器的叙述。多年来,科幻小说和一般的科普读物给很多读者留下了不太正确的印象。实际上,一定物理条件下(如弱能量条件)产生的一定的数学结构(如类时闭曲线),只能在物理学概念的基础上讨论,借一个纯数学结果来展开想象,是没有什么意义的。反过来说,我们读一本内容陌生的书,谈一个没有最后答案的问题,最重要的还是思想和问题的过程,而不是结果——也许很久都不会有结果。读者从这些疑惑中,或许会萌发一点雄心,与作者开宗明义表达的心愿产生某种共鸣:“30年来,我一直在探索,为的是去认识爱因斯坦为后代留下的遗产……去发现相对论失败的地方,看它如何失败,会有什么来取代它。”这其实也正是爱因斯坦向往过的牛顿的幸运:“幸运啊,牛顿;幸福啊,科学的童年!”(为牛顿《光学》写的序),像朗道那样抱怨自己生得太晚(第5章),没有赶上百年前物理学革命年代的人,应该幸运地感到在新世纪的门口,遭遇了令人更加困惑的问题,从某种意义上说,主题还是当年爱因斯坦与玻尔的对话;在这一点上,我们离爱因斯坦的幽灵并不遥远。

这本书,从爱因斯坦时代走到90年代,把遗产和火炬接过来,又传下去;只有一个幽灵不变地在读者眼前徘徊,那个永远追求统一的幽灵,今天落在广义相对论和量子论之间,落在黑洞的地平线上……

译者

2000年8月