蘋果與宇宙膨脹

有人說，現在的宇宙學理論越來越玄乎。所謂玄乎，實際上是由於隨著科學的發展、人類對自然的深刻認識，越來越遠離人的直覺，越來越難以被普通人理解了。

人的直覺是什麽？實際上就是動物的一些基本的感官，包括觸覺、視覺等。這些感官都是基於電磁作用，而且大部分是經典的電磁作用。但是物理科學的理論與實踐早已超越了經典電磁作用。100年前，愛因斯坦就幾乎是通過純粹思維發現了相對論，完全改變了時間與空間的概念。而隨後的量子理論則是在大量的實驗現象，例如氫原子的光譜等，無法用經典理論解釋的情況下，應運而生。

對於物理科學而言，沒有什麽科學理論是真正神聖的。No theory is sacred。隻要一個新理論能更好地解釋自然現象，舊的理論就可以揚棄。就像量子理論，似乎很違反人的動物直覺，但卻屢試不爽嗎，總是正確。

但是人大多是守舊的。就像那些從小被宗教熏陶的人一樣，很多人把小學、初中背的書當成了教條，一旦遇到新的東西，就會產生反感，而不是去試圖理解。

量子物理與相對論，這些似乎高深的理論並非玄學，而是代表了我們對自然界的理解的層次。不僅如此，它們的運用改變了人們的生活方式。我舉個例子，蘋果的iPhone看似一個組裝的電子產品，但是其基礎就是量子理論與相對論。其半導體芯片是量子理論的運用，而其GPS技術必須依賴廣義相對論。

人的特殊性在於他能夠運用自己的知識創造自然界不存在的物體。比如說，古人能夠運用對礦石、金屬、以及火的知識，製造青銅器。而現代工程技術人員，則能運用量子固體理論，設計製造半導體芯片。如果你去讀讀那些固體物理方麵的論文，其玄乎程度也許不亞於一篇宇宙學論文，上麵一堆複雜的符號，一堆玄乎的概念。我隨便找了一篇固體物理方麵的論文，http://arxiv.org/PS_cache/cond-mat/pdf/0301/0301031v2.pdf，似乎就是如此。沒有量子理論，整個半導體工業不可能產生、發展，也就無法製造GPS裝置上的計算芯片。類似的，如果沒有狹義與廣義相對論理論，GPS無法工作。GPS通過精確的信號時間來計算位置，而時間是相對的，時間會因為物體的運動與引力場的強弱而不同。根據廣義相對論，引力越強，時空彎曲越大，時間流逝越慢。雖然GPS衛星的速度遠小於光速，地球的引力場也不強，但是這些細微的時間變化如果不加以考慮，一天之後就會有10公裏的定位誤差。誰會願意使用誤差10公裏的GPS？

因此GPS的應用必須根據狹義相對論與廣義相對論進行修正。可以想象，這是由某些懂物理的人算出一個公式，然後由其他工程人員編入相關的計算機進行時間修正。編程的人無需懂物理，而用GPS導航開車的百姓們則更不必懂物理了，對他們而言，隻要工作就行，至於背後的知識與技術是無關的。這正是現代社會高度分工的特點。我們不需要一個出租車司機懂廣義相對論才能使用GPS，也不需要他懂牛頓力學、熱力學、麥克斯韋爾方程才能開車，他隻要正確的發出神經信息，控製其肌肉，安全地操縱相關設備就可以了。

牛頓發現了牛頓第二定律 f=ma，後來，據說被一個墜落的蘋果啟發，發現了萬有引力。牛頓的天才在於，他認為宇宙天體、金星、火星、月亮沒有什麽特殊，它們不是神仙控製，而是與一個地麵上的爛蘋果一樣，遵循同樣的規律，那就是f=ma與引力。根據蘋果的運動規律而得出的物理理論作為自然界的法則，牛頓計算了行星的軌道，地球的潮汐，炮彈的軌跡，等等。其結果是一場科技革命，更是一場思想革命。

而相對論與量子理論是對牛頓力學的修正與發展。GPS應用證明廣義相對論的計算結果與實測結果達到了極為精密的吻合，理論計算與實驗測量的差別隻有幾百億分之一。

現代的宇宙學，大爆炸理論也好，暗能量也好，都是運用廣義相對論與量子理論來解釋觀測到的天文現象。它們的正確與否在於它們能否解釋、預測觀測結果。