本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
下方;上方:将宇宙一分为二是与文明一样古老的观念。“在最初,”无数创世神话以此开篇,然后列举最初存在的事物。这些原始的内容在不同的文化、大陆、海洋和千年之间几乎总是相同的——20世纪神话学者 H. J. 罗斯称之为“原始的一对”:大地和天空。
我们将宇宙视为两个部分的原因是重力。我们不假思索地认同下方,因为重力将我们锚定在那里,我们不假思索地不认同上方,因为重力不让我们去那里。这两个领域,在我们的直觉中,是彼此对立的。如果我们像鸟一样飞翔,像鱼一样游泳,或者像光子一样消解时间和空间,我们与宇宙中非我们自身的部分的物理关系就会有所不同。
但是,这种根本的分裂不仅仅是物理上的;它也是心理上的。重力使上方不仅与众不同,而且遥远,而这种距离会蒙蔽我们对基本统一性的认知。然而,只要稍加努力——并结合一些历史背景——我们就可以弥合那道鸿沟。
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创世神话只是一个开始,可以这么说。上方仍然是神秘的,因此是神祇的领地,而下方仍然是世俗的——源自拉丁语mundānus,意为“属于地球的”。然后出现了天堂和地狱这两个永恒的正负值推论。当亚里士多德在《论天》中将哲学应用于物理学时,他带来了同样未经思考的假设。在亚里士多德的宇宙中,下方由四种不完美的物质组成,它们直线向上、直线向下或以任何组合方式运动,而上方由一种完美的物质——以太组成,它以单一的完美圆形方式运动。
即使是艾萨克·牛顿也无法分离宇宙。在他推翻亚里士多德物理学的时候,尼古拉斯·哥白尼已经设计出数学方法,允许地球成为一颗行星,而伽利略已经做出了决定性的观测,验证了这一预测。然而,牛顿的成就不仅在于推导出捕捉下方和上方物质运动的方程,还在于发现相同的方程适用于这两个领域——从而将它们重新定义为一个领域。一个真正普遍的万有引力定律使得上方/下方的区别变得毫无意义,至少在物理上是如此。
然而,在心理上,这种鸿沟仍然像以往一样宽阔——而且有充分的理由。顾名思义,违反直觉的概念会击败我们的大脑。我们知道地球绕太阳运行,而不是相反,但在一天结束时,我们仍然说太阳下山了。当我们思考重力时,我们想到的不是黑洞或宇宙大爆炸,而是飞机、苹果和我们自己。
即使是物理学家也忍不住要延续这种鸿沟。当思考重力时,他们会提到“大 G”和“小 g”——G 是一个普遍常数(在牛顿术语中,质量与距离平方反比定律的相关性,或者在爱因斯坦术语中,时空几何与能量-动量张量的相关性),而 g 是局部加速度率。
这种区分服务于有效的科学功能:G 代表已故理论家约翰·阿奇博尔德·惠勒曾经描述的累积效应,即时空告诉物质如何运动,物质告诉时空如何弯曲,而 g 大致代表事物下落的速度。尽管如此,这仅仅是物理学家的一个便利,反映了一种可能永远不会消失的根本心理鸿沟,因为他们——我们——只是人类。
这并不是说鸿沟必须保持不可逾越。下次当您发现自己身处远离城市灯光的晴朗夜晚的户外时,请务必惊叹于眼前的景象——浩瀚、壮丽,是的,还有遥远。但也要尽量记住,您正在照镜子,如果您眯起眼睛仔细看,您甚至可能会看到自己。