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让我们回到飞机上继续探讨
同一个地方是什么意思
在飞机上
你可以说
十二点和十二点十五分
你在同一个地方
可对于一个坐在地上看飞机的人
情况并非如此
当飞机以六百英里每小时的速度飞过头顶
它会说
十二点到十二点十五分之间
你已经移动了一百五十英里
也就是说
十二点和十二点十五分
你处在不同地方
谁是对的
谁是运动的
谁又是静止不动的
如果你答不出来这个看似平常的问题
别担心
很多人有同样的苦恼
古希腊圣哲之一亚里士多德就完全搞错了
他会毫不含糊的说
是你飞机上的乘客在运动
亚里士多德认为地球是静止的
他的外面是五十五个铜心的水晶球面
像俄罗斯套娃一样层层套在一起
太阳 月亮
行星和恒星附着在这些水晶球面上
围绕着地球旋转
它展示了一个顺应直觉的空间
装着地球和水晶球壳的盒子或舞台
这幅宇宙图像只由地球和一组旋转球壳组成
让现代人听起来很可笑
但是稍作思考
你会得到什么宇宙图像呢
前提是你尚未被告知地球围着太阳转
也不知道恒星是远处类似太阳的星体
其中一些甚至比太阳亮几千倍
只是距离太远
有数十亿英里
你肯定也难以想象地球是在一个巨大的宇宙中流浪的星球
现代宇宙图像是通过几千年的实验和思考形成的
来之不易
而且常常违反直觉
若非如此
像亚里士多德这样的旧时代伟人早就自己解开谜团了
因此
如果你觉得本书中的每一个概念都很难理解
那么请记住
古代最伟大的思想家也有同样的感受
现在
让我们暂时接受亚里士多德的解答
看他会得出什么结果
从而找出其中的漏洞
亚里士多德认为
人们可以用以地球为中心的虚拟网格线来填充空间
借此来确定万物的位置和运动状态
如果空间是一个盒子
装满物体
地球被固定在它的中心
那么飞机上的你很明显已改变了位置
而看着你飞过的人
静止的站在地球表面
在空间中一动不动
也就是说
这个假设中
绝对运动是存在的
相对应的
绝对空间也因此存在
如果一个物体随着时间的流逝
改变了它在空间中的位置
以地球为中心的假想网格就可以把运动测出来
它就被认为处于绝对运动的状态
问题来了
地球并不是静止的
也不是宇宙中心
它是一个围绕太阳公转的球体
地球正以六万七千英里每小时的速度相对太阳运动
从上床睡觉到早晨起床
八个小时内
你已经走了不止五十万英里了
你可能会说
当地球用大约三百六十五天时间完成绕太阳一周的轨道运动时
你的卧室就回到了空间中完全相同的地点
因此
你决定把网格的中心放在太阳所在的位置
这样稍作修改
就保持了亚里士多德观点的精髓
这个想法很简单
但还是错了
因为太阳在以银河系为中心的轨道上
我们身处的银河系是一个拥有超过两千亿个太阳的岛屿
大的超乎你的想象
转上一圈可需要不少时间
而太阳距离银河系中心十五万六千万亿英里
以四十八点六万英里每小时的速度绕其运行
完成一周需要二点二六亿年
因此不得不进一步移动网格的中心
来尝试拯救亚里士多德的观点
把网格的中心放在银河中心呢
你可以想到
上次地球经过你的床上所躺的这个位置时
一只恐龙正在清晨的阴影里吃史前的叶子
事实上
星系正在彼此飞离
距离我们越远的星系
飞离的速度越快
所以把银河系作为中心的空间也难以描述
总之
在包含无数星系的宇宙中
想要精准的锚定我们的运动状态却是非常困难
物体静止不动的这种状态无法被准确定义
这正是亚里士多德体系的问题
也就是说
无法给他的网格系统找到一个中心
以此为原点
确定物体的位置和他们的运动状态
亚里士多德本人却从未受到这个问题的困扰
因为在之后的两千年中
他所倡导的地心说也从未受到过严重的挑战
或许早该有人提出疑问
但正如我们前面所说的
即使对于最伟大的思想家
看透本质也绝非易事
公元二世纪
在埃及亚历山大图书馆工作的克劳迪斯
托勒密斯
也称托勒密
他是一个细心的夜空观察者
五颗在空中运动相当奇怪的星星让他感到忧心忡忡
这五颗星星又叫游荡的星
而行星一词就起源于此
通过数月的观察
他发现行星并不沿一条平滑路径穿行于星空
反而会迂回前行
这种奇怪的运动被称为行星逆行
事实上
这早已为人所知
比托勒密早了几千年的古埃及人将火星描述为向后移动的行星
托勒密深信亚里士多德的地心说
但是为了解释行星逆行
他不得不将行星安置到不以地球为中心而旋转的更小轮轴上
再把这些轮轴安置在绕地球旋转的球壳上
这个模型能够解释行星在夜空中的运动
却相当复杂
更谈不上优美
直到十六世纪中叶
尼古拉斯
哥白尼才提出了更为正确而美妙的解释
即地球并非静止在宇宙中心
而是与其他行星一起绕太阳运行
哥白尼的作品饱受批评
直到一八三五年才从天主教会的禁书名单中移除
通过帝古
布拉赫的精确测量和约翰内斯
开普勒
伽利略和牛顿的大量工作
才终于证明了哥白尼的理论是正确的
这些工作还促进了建立以牛顿力学定律和万有引力为基础的行星运动理论
在一九一五年爱因斯坦的广义相对论问世之前
这些规律很好的解释了从炮弹到行星再到旋转星系在内的所有重力作用下的物体运动
人们对地球和行星的位置以及他们在天空中运动状态的观点不断改变
这为所有对自己的认知深信不疑的人上了一课
乍一看
许多事情似乎不言而喻
例如
当我们不动时
就认为自己是静止的
而未来某天的观察总能让我们大吃一惊
或许不应该太惊讶
大自然有时会违反我们的直觉
毕竟我们只是类人猿后代中比较善于观察的
一只拖着碳水构成的血肉之躯
漫游在一个岩石堆积的行星表面
而这颗行星所围绕着的一个恒星
又是银河系边缘最普通的一颗中年恒星
事实上
本书中所给出的时空理论
也仅仅是为更加深奥的理论提供近似初步探讨
科学是一门拥抱不确定性的学科
认识到这一点
是取得科学成功的关键
在哥白尼提出日心说宇宙模型后的第二十年
伽利略
伽利雷出生了
他对运动的定义进行了深刻的思考
尽管他的直觉很有可能和我们一样
地球在脚下静止不动
然而行星在天空中运动的有力证据表明
事实并非如此
伽利略伟大的洞察力让他从这个看似矛盾的现象中提出一个深远的结论
感觉上我们是静止不动的
内心却知道我们在绕太阳运动
不可能有办法提出一个准则
决定什么是静止的
什么是运动的
也就是说
只有相对于其他物体时
谈论运动才有意义
这是一个非常重要的想法
又似乎是明摆着的事情
但要充分理解它的内涵
需要做些思考
很明显
当你在飞机机舱里读书时
书就在你手里
你把它放在桌子上
书就会和你保持固定的距离
书相对于你并没运动
对于地面上某个人
这本书却是随着飞机在空中运动的
伽利略真知灼见的真正意义在于
这是唯一可以成立的解释
当你描述书本是如何运动时
只能描述为它是如何相对于你运动的
是如何相对于大地
太阳
银河系运动的
总是需要相对于其他某个物体运动的
那么绝对运动便是一个多余的概念