《宇宙中的最大構想》書評：人人都能懂的物理學！——《華爾街日報》

美國宇航局模擬的黑洞周圍"吸積盤"可視化圖像。圖片來源：傑里米·施尼特曼/美國宇航局戈達德太空飛行中心理論物理學家肖恩·卡羅爾深愛他的學科，並夢想着一個人人共享這份熱忱的世界。“人們畢竟會對供給端經濟學或批判性種族理論持有觀點，“他寫道，“為什麼不能討論暴脹宇宙學和超弦理論呢？“作為不逃避責任的人，卡羅爾先生推出了一系列YouTube視頻，帶領觀眾從力和能量等基本概念，一直深入到希格斯玻色子及更前沿領域。《宇宙中最宏大的理念》——計劃作為三部曲的首卷——以同樣令人愉悦的對話風格涵蓋了類似的廣泛主題，並不迴避數學細節。在這第一卷《空間、時間與運動》結束時，你不僅應該理解E=mc²的真正含義，還能寫下描述引力的愛因斯坦方程。至少，理論上是這樣。

該視頻系列吸引了大量忠實追隨者，他們的評論和提問成為了持續更新的素材。書籍版本捕捉了這種互動感，頻繁稱呼"你”——讀者；儘管這不可避免地是單向對話，作者試圖猜測你可能提出的問題並非總能命中。雖然本書面向"數學基礎不超過高中代數的人羣”，但我懷疑任何缺乏物理背景知識的讀者都可能感到困惑——如果不是因為內容本身，就是因為其呈現順序。每個物理系學生很快會明白：在接觸真正激動人心的內容前，必須掌握那些不那麼迷人的基礎課題。“我們都對高中幾何有着或美好或糟糕的記憶，“卡羅爾先生在174頁寫道。那些帶着糟糕記憶的讀者可能無法堅持到這裏，早前章節的微積分和向量就已讓他們卻步。人們放棄物理的首要原因是對數學的牴觸，而本書並未提供解決方案。不過，對於那些願意堅持到底的人，回報將十分豐厚。

這本雄心勃勃的著作最吸引人之處，在於其技術精確性與輕鬆筆調的完美結合。雖然與羅傑·彭羅斯的《現實之路》有着同樣崇高的目標，但卡羅爾先生的作品對讀者更為友好，我相信任何考慮攻讀物理學學位或試圖填補科學教育空白的人都會喜歡它。卡羅爾先生寫道：“正確的理解方式是：物體即使完全靜止也具有能量，這種靜止能量等於質量乘以光速的平方。“通常我們看不到這個巨大的靜止能量，只能觀察到運動引起的微小變化——就像只動用鉅額銀行存款進行小額交易。只有當物質在核反應中轉化為輻射時——就像整筆存款兑換成另一種貨幣——我們才能真正體會到一千克質量所對應的能量價值。

儘管本書的科學與數學部分無可挑剔，但作者偶爾涉足人文學科的論述則較為可疑。開篇時，卡羅爾先生提到中世紀的"衝力"概念——這種被認為能使運動物體保持運動的特性——並稱14世紀的讓·布里丹"提出了一個數學公式…將其等同於物體重量乘以速度”。這聽起來與動量概念驚人地相似，但我們並未獲知布里丹論述的出處——參考文獻這個重要概念被卡羅爾完全忽略了。我追溯了布里丹關於衝力的論述，發現他實際提出的觀點截然不同：他將之比作熱量，認為緻密物質更容易吸收它。當哲學論述脱離歷史語境時，就存在被誤讀的風險。若這些論述還是從他人網頁上二手摘錄的，風險就更大了。

時間——這個能想象到的最重大哲學命題之一——得到的關注卻少得驚人。“有時我們談論時間彷彿它是某種不可言喻的神秘事物，“卡羅爾寫道。相反他堅稱"時間本身並不像我們有時假裝的那樣神秘”。他對這個難題的解決方案是：事件發生在"一系列瞬間"中，而時間是"衡量某些瞬間集合持續時間的方式”。時間並不流動或消逝——我們只是以為它在流動——未來與過去的區別在於"封閉系統（包括整個宇宙）的熵會隨時間推移而增加”。卡羅爾所指的時間，其實就是他方程中的字母t——只要我們不過度思考它試圖表徵的現實，就沒什麼神秘可言。

掌握了張量和座標框架的知識後，我們開始探索黑洞——這種被稱作事件視界的球形區域所包裹的時空奇點。“奇點並非空間中的位置，而是時間中的一刻。“對於任何穿越事件視界的物體而言，撞擊致命的奇點"就像迎來明天一樣不可避免”。卡羅爾先生警告説，如果你的宇宙飛船誤入黑洞，千萬不要試圖加速逃離——這隻會讓"明天"來得更快。

最離奇的設想是黑洞可能通過"蟲洞”——時空中的扭曲節點——連接不同宇宙。2011年電影《雷神》的製片人需要類似概念，讓角色能以科學上可信的方式快速穿越宇宙。他們想要一個比"蟲洞"更專業的術語，於是選擇了"愛因斯坦-羅森橋”。卡羅爾解釋説這確實存在理論依據，儘管現實中不可能實現，只是當某些方程被"表面化理解並推演……超出其原本描述的物理情境"時在紙面上成立的構想。他補充説這個理論出現在《雷神》中是"我的責任”——他擔任了該片的科學顧問。他這本寓教於樂的著作恰如其分地彌補了這個"過錯”。

克魯米先生是新近出版《虛無的偉大鏈條》的作者。

本文發表於2022年10月8日印刷版，標題為《物理課堂》。