从伽利略到爱因斯坦不可抗拒的引力 | 周末赠书

引力的谜团已吸引人类数百年。但究竟什么是引力？它又是如何运作的？这本引人入胜的书将带你深入探索引力物理中奇异且常常反直觉的世界。跟随著名天体物理学家卢西亚诺·雷佐拉教授，踏上这场虚拟旅程，走进爱因斯坦的引力世界；每一座里程碑都将呈现引力更加迷人的面貌。通过轻松易懂的方式，你将逐步接触时空弯曲、广义相对论等概念，发现引力物理中最奇特的现象——黑洞、中子星和引力波。作者还讲述了近年来最震撼的科学成就之一：首张超大质量黑洞照片的问世。作为参与这一成果的关键科学家，雷佐拉将为你揭开这张照片背后的幕后故事，让你了解物质和光在黑洞附近究竟会发生什么。

雷佐拉刚收到《不可抗拒的引力》中文版。崔寅 摄 （源自人民日报）

卢西亚诺·雷佐拉是德国法兰克福理论物理研究所的理论天体物理学讲席教授和所长。他曾荣获多项大奖，包括卡尔·史瓦西奖、法兰克福物理学奖、巴里大学金印奖章、2020年基础物理学突破奖（与EHTC共同获得）以及爱因斯坦奖章（与EHTC共同获得）。自2019年起，他担任都柏林圣三一学院的天文学安德鲁斯教授。

当读完最后一页，意犹未尽地合上书时，让我们再次回味这段美妙的“引力”之旅。作者从呱呱坠地的婴儿对引力的本能认知开始，借助一个个巧妙的思想实验，一步步把我们带入中子星和黑洞这样的强引力场中光怪陆离的现象。我仿佛在平缓的坡道上漫步，沿途欣赏一路风景，却不知不觉间已至云雾缭绕的山巅。

在这段旅程中，除了那些令人叹为观止的奇妙现象，也看到了在科学前进的道路上，踌躇徘徊总是与高歌猛进交织在一起，在那无数个黎明前的漫漫黑夜里，科学家们仍怀揣对真理的向往，苦苦寻求出路。比如，为了解释水星近日点进动、X射线双星等现象，研究者们曾构思出成百上千种方案。如今站在无数巨人肩膀上的我们，或许会觉得：这些问题的答案很明显啊，只需要······就解决了，这些五花八门的方案看起来“着实可笑”。然而，正如电视剧《人民的名义》中的一句经典台词所说：“看未来远不如看过去要来得清楚，激昂和困惑交织在每个人的心头。”

再想一想我们今天的处境，探索宇宙诞生至今所面临的一系列困惑：大爆炸核合成的“锂丰度疑难”背后的真正原因是什么？宇宙初代恒星是如何形成与演化的？将星系物质凝聚起来而不致分崩离析的暗物质究竟是什么？推动晚期宇宙加速膨胀的神秘力量是否真的来源于暗能量，其性质又是什么？测量当前宇宙膨胀速率（或哈勃常数）时遇到的“哈勃危机（Hubble tension）”又源自何处······

在寻求出路的过程中，我们又何尝不是与前辈们处于相似的境地。以“哈勃危机”为例，它指的是：普朗克卫星通过宇宙微波背景测量给出的哈勃常数值，与宇宙局域距离阶梯法直接测量的结果存在显著差异，达到了5σ（99.999943%）以上的置信水平，前者低了约8%。这引发了科学界的激烈争论：有人提出这可能是因为我们处于一个巨大的宇宙空洞之中；有人则认为需要对爱因斯坦的引力理论进行修正；也有观点认为暗能量是动态演化的，且可能与暗物质之间存在能量交换；还有人猜测一些物理学常数（如万有引力常数、光速、电子电荷等）可能随时间演化······总之，面对这个难题，近年来也是涌现出成百上千种模型与猜测，比起以前是有过之而无不及。

不过，这也没什么好笑的，因为这恰恰说明科学家们在追寻真理的道路上，从不放弃任何一丝可能性——哪怕是一条荆棘丛生、看似不起眼的小径，他们也愿意前往一探究竟。真理当然只有一个，但通往真理的道路，却是人类一步步走出来的。尽管悲壮的是几乎所有构筑的模型终将埋葬在历史的长河中，但它们确实为科学前进的洪流筑起了一道坚实的堤坝，曾经告诉我们——此路不通。

山重水复，柳暗花明。科学的进步往往伴随着范式的转变。当然，这说起来容易，做起来难。很多时候，并不是我们不想转变，而是面对一团乱麻时，常常无从着手。对此，回顾科学的发展历程，或许能带来一些启示，提高范式转变发生的几率。

首先，历史经验一再表明，自然界往往遵循“简单性原则”（或奥卡姆剃刀原理）。例如，行星运动无需地心说中复杂的“本轮”描述，只需转换到日心说的框架下，便能以简洁优雅的方式被准确地描述；水星近日点进动也无需离奇的“小行星”假设，只要从牛顿的引力观转换到爱因斯坦的引力观，就能得到完美的解释；而对于X射线双星的辐射能量来源问题，只需引入中子星或黑洞这类致密天体后便可迎刃而解。因此，当我们觉得要付出巨大的代价才能摆平遇到的问题时，或许到了该转头的时刻。

要找到问题的突破口，还需时刻警惕思维的牢笼。书中也提到，我们的思维不可避免地受限于生存环境与日常经验。例如：正因为身处地球这样的弱引力场，我们日常并没有体验到不同地方的时间流逝会有差异，因此才会对黑洞附近强引力场中的时间膨胀现象感到不可思议。这提醒我们，科学并非单凭直觉就能把握。一方面，我们要保持敏锐的洞察力，善于从反常现象中捕捉到真理透出的一缕光芒。爱因斯坦正是抓住了光速不变这一关键点，从而撕开了将我们与高速世界阻隔的巨大黑幕，并一手构建了相对论，使人类的认知从低速世界跨入高速世界。另一方面，我们需要从捕捉到的那一缕光芒出发，借助正确的理性思维和严密的数学逻辑，让它带领我们冲破日常经验的牢笼，将思考推向更远、更深的层次。例如，狄拉克在将狭义相对论与量子力学融合后，借助构建的狄拉克方程很自然地就解决了电子自旋问题，甚至进一步窥探到反物质世界。

最后，当今天文观测告诉我们：每天伴随我们东升西落的太阳，不过是银河系数千亿颗恒星中的一员；而银河系又只是可观测宇宙中数万亿个星系之一。寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。人类之于宇宙，确实无比渺小。

然而，人类智慧的力量却常常令我们动容。读完这本书，我们也了解到，拍摄黑洞的照片并非如同举起相机拍张照片那般简单。为了达到绘制这张图像的分辨率，科学家们将散布在全球的射电望远镜整合起来，构成了一台相当于地球大小的巨型望远镜。这一壮举，怎能不令人惊叹！当然，这样的壮举在其他领域也不胜枚举，比如：人们以整个太阳为探测器来探索暗物质的性质；将超新星甚至宇宙历史上所有的超新星爆发作为中微子源来研究中微子的性质；利用恒星和星系（如造父变星、超新星、类星体等）打造横亘上百亿光年的标尺来测量宇宙的运动······

君子生非异也，善假于物也。只要人类的智慧足够强大，整个宇宙都可以成为我们探索真理的实验室。

李歌星

2025年10月