第二部分 理解外部空间 第6章感受引力
04-12Ctrl+D 收藏本站
驾驭我们宇宙的一共有四种基本作用力，其中引力大概是我们最经常意识到的一种。每次摔倒，每次利用腿部肌肉推动自己站立，每次抬起重物，你都会被提醒引力的存在。
所有一切都受到引力影响。
但所有一切也都创造引力，包括你，包括你那悉尼的阿姨每次圣诞送你的水晶花瓶。
正好说到花瓶，想象一下在小岛上的你身边恰好有一只她送你的花瓶。
看看它。
现在让它掉落在一个坚硬的表面上。
它落下去，成为碎片。
你可以想象让你收藏的那些花瓶全部落下，在地球上你能想到的各个地方。
真奇怪，它们总是会落下。打碎。不管在哪里。
好。
这个实验不仅处理了你的那些花瓶，还证明了一件事：只要比空气密度大，任何在地球上投下的物体都会落下，牛顿（以及任何头脑正常的人）从一开始就知道这件事。
那么比空气轻的东西呢？为什么气球可以升到天空而不落下？它们没有感受到地球引力吗？
它们的确感受到地球引力，但是它们有竞争对手存在。
当物体被地球往下拖拽时，密度越高的往往会处于越下面的位置。如果比空气轻的物体看上去在往上飞，那是因为它们上面的空气密度比它们高，所以要下来占据它们的位置。如果我们能够看见空气，你就能直观地看到这一现象，可惜你看不见空气，只能看到整个过程的结果：轻于空气的物体被往上推，因为看不见的空气堆积到了它们的下面。引力永远是互相吸引的，它永远让物体掉落，但竞争产生了层次，某些物体不得不往上走，以腾出空间容纳比自己更重的物体。
明白这些以后，我们可以把地球想象成一个巨大的球体，因为它在自己周围的宇宙构造中产生了陡峭的弧度，所以许多东西粘在了它的表面。你所见到的一切物体都会顺着斜坡滑下，你自己也顺着斜坡滑下，直到地板或者其他什么东西——比你密度更高的东西出现在你下方，防止那些物体、你和其他一切东西进一步下滑。地壳上的岩石比水密度大，因此海洋位于海底坚硬的岩层之上。石头与水比空气密度大，因此大气层位于我们地球表面（岩石或水）之上。
我们人类，生活在吸附于地球表面约一百公里厚的大气层下。我们比空气密度大，我们不会飞起来。但我们比地面密度低，所以我们能够站在其上。
有些时候，一些物体（或动物）能够离开地面，升入天空，但它们需要能量来支持这种行为，往往要不了多久就必须回到地面，除非它们比空气轻，我们从来没有见过比空气轻的动物，如果真有这样的动物，显然结局必然是不幸的。
那么要是没有地球，所有的一切又会掉到哪里去呢？
你那热带岛屿上现在正是星期日早晨，你的朋友们在你那次奇怪的意识旅行后天天给你带早餐，而且显然他们对你的故事表现出越来越强的好奇心。一些人甚至怀疑你是不是真的看到了你描述中的东西，其余人觉得晚上睡不着觉，担心太阳的死亡。不幸的是，这些人想方设法要让你不再说下去。看上去他们的确找到了一个办法。
你睁开双眼。
空气里的尘埃在早晨的阳光里翻腾舞动，它们一定也感受到了引力，你正浮想联翩，有人来敲你的门。
“进来。”你一边说，一边从床上坐起身，期待着面带微笑的朋友或许会带来水果和咖啡。
门开了。是她。你那位住在悉尼的阿姨。
她身边还有三只大包，里面装满了水晶花瓶，虽然你一直认为不可能，但它们的确比你想在引力实验里打碎的那些还要丑陋许多。
她走进房间，一点也没有为你还躺在床上感到担忧，她走到你身旁，拍拍你的脸颊，递给你一只花瓶，静静地微笑着，脸上带着理解你的表情，知道没有语言能够准确地形容你见到她突然来访时的兴奋之情。
你手捧花瓶，闭起眼睛想要保持平静，内心里突然绝望地想要飞去另一个地方。
幸运的是，当你再次睁开双眼时，发现你的确飞走了。
非常“另类”的地方。
外太空中。
小屋、阳光、你的床和阿姨，都不见了。
你又回到了恒星中间，如同在本书第一部分中一样，不过这次看起来要安全得多。
环顾四周，你禁不住微笑起来。
没有什么马上爆炸的迹象。
没有被熔化的地球。
所有的恒星都很远，一切都那么安静。你漂浮在充满微小亮点的无边黑暗之中，感觉很酷，虽然有一些怪异。
在本书第一部分中，你发现在太空里的只是自己的意识。除了被弹出黑洞的那一个瞬间，你感受不到任何力量。这次，你将经历一些不同的感觉，你没有把自己的身体留在岛上，而是在太空中，包裹着的宇航服材料给它提供了保护，你正体会着失重的感觉。
看上去一切都很真实，甚至你能感受到阵阵恶心，但很快你就克服了它。
而且你还意识到，虽然很幸运，你的阿姨已不在你身边，但她给你的花瓶依然在你手中。
你带着嘲讽的微笑环顾四周，发现没有什么东西可以让你砸那只花瓶。没有地球，没有恒星。
你脸上露出坚毅的神情，决定再做一次引力实验。
你伸出双臂，放开手，放下花瓶，不管你怎么看，那只花瓶依然停在原地，纹丝不动。一分钟过去了，又一分钟过去了，很快，时间一分钟一分钟地流逝，什么都没发生。
或许这只花瓶还向你移动了一点，但没有多少距离。没到能够记录到的程度。
最后，你失去了盯着这只大花瓶看的兴趣，你用指尖推动它，看着它慢慢离你而去，沿着一条直线。可喜的摆脱。
如果你不推它，这只花瓶会一直陪伴着你。它不会掉落。无论如何，它又能掉到哪里去呢？周围没有行星与恒星，也就没有上下左右之分。一片虚空之中，所有方向都是等价的，没有一个花瓶可以飞向的地面，除非，你把自己看作地面。但那样太粗暴了吧，不是吗？好吧……谈论宇宙时，你不会过于在意自己。过了好长一段无所事事的时间，你果然看见那只花瓶在朝你飞来。真难看，即便隔着这么远。引力在起作用，你创造的引力。
你心底浮现出一个奇怪的问题：是这只花瓶飞向你，还是你飞向它？
从你的角度看，也同样可以把花瓶看作地面，而你正向它掉去。不幸的是，你还来不及仔细想想这个问题，一颗小行星从你身边掠过，用它看不见的引力抓住你和那只已经很近了的花瓶。
如果有人问你，你或许会说因为你更重，会比花瓶更早落到小行星的地面上。然而，不对。事实并非如此。你和那只花瓶同时到达了那块表面满是尘土的石头上。当你的双脚接触到那软软的地面时，你立刻抓起那不成功的艺术品砸向小行星的地面。
不幸的是，那颗小行星的地面并不像地球的那么坚硬，花瓶没碎。相反，一片巨大的宇宙尘土被你扬起，包裹着你……满心不快，你举起花瓶用尽全力往外扔去，彻底摆脱它。这下，它回不来了，你认为，你透过尘埃云看着它消失在远方，放下心来，觉得它将永远在宇宙中孤独自转。
终于清静了！
你现在可以放松一下，欣赏欣赏不受干扰的美景，仔细想想那些从来没有人想过的引力实验。
正当你胡思乱想时，忽然注意到你所站立的这块石头不再直线前进，它的轨道突然变弯了，朝向一个黑暗冰冻的世界飞去，那是一颗没有恒星的游离行星，在虚空中游荡，怀着一个可能永远不会实现的希望——就是某天能够找到一个闪亮的新家。你的周围依然存在危险。只是你刚才没有发现。
有一个瞬间，当你的石头正往下向着那颗行星加速时，你的心被提到了嗓子眼，几乎可以肯定，你将与行星正面碰撞，即将撞上那个冰冷而死寂的世界表面。你听说过，面对即刻到来的死亡之时，人们会记起早已忘记的记忆，或看见自己的一生在眼前展开。你好像没有经历这些，除了阿姨的脸，你什么都想不起，似乎将你这个身体所面临的必然死亡归咎于她和她的花瓶。
为了拯救自己，你拼命向下发力，跳离了小行星表面，刚完成这个动作，你就意识到两件事：一是与你想象的不同，你并不在一条撞击轨道上；第二，虽然你能跳离小行星，但却无法在太空中游泳。
就像星际过山车，你和你的石块速度越来越快，沿着行星在宇宙构造上产生的斜坡一路滑下。如同你预期中的，你在离行星表面几千英里的地方与它擦肩而过，掠过它黑暗冰冷的地面，与你的石块一起再次飞向太空，但速度比下落时快了很多。你和你的小行星刚从那个行星世界偷了一些能量——动能，就像在迷你高尔夫球场上的一只高尔夫球，错过了那个调皮移动着的球洞，绕着它的边缘转了一下，却令人失望地从另一边转了出去。
一个静止的球洞不会发生这样的行为，静止的世界也不行。但移动球洞可以，移动中的行星也一样。
几分钟后，那颗死亡行星已从远处消失，你又降落到你的小行星上。奇怪了，你意识到，它从来没有停止吸引你，而且更奇怪的是，你发现你们俩沿着非常相似的轨迹绕过了那个已经不见了的被遗忘的世界。
那个只有你重量四十分之一的花瓶沿着与你相同的轨迹掉落在小行星上虽然有些惊奇，但一座小山那么大的石头——小行星，居然也和你一样飞向行星实在令人难以接受。但这，却是活生生发生的事实。看起来所有物体无论质量差别都以同样的方式掉向行星，或者掉向彼此。虽然听起来离奇，但太阳与羽毛都会以同样的方式掉向小行星、行星，或任何东西。之所以如此，因为受引力作用，只是沿着质量或能量在宇宙构造上产生的斜坡滑下而已。
我可以理解，你需要在你的石头上坐一会儿，让这种想法变得更实际一些。
你看着外部太空。
头脑里一片混沌。
你依然不肯放弃，终于，你的坚持给你带来回报，突然间，你的头脑里浮现出一幅无比美丽的画面。
你开始看到到处存在的曲线：斜坡和山峰，分布在石头、远处的行星和恒星，甚至星系周围。从远处光源射来的明亮光线看上去也一样沿着这些斜坡滑行，留下短暂的荧光足迹，让你能够看见，让你看到宇宙画布的真正形状。你看到与你以前的想法不同，光在太空里也与物体和你自己一样，并不一直以直线前行。当它路过星系、恒星、行星，甚至一小块石头附近时，光线变弯了。物体密度越大，光线路径离它越近，弯曲程度就越明显。当星系、恒星、行星移动时，它们所引起的曲线和斜坡也一并移动，跟着它们一起互相舞动、融合。在我们的宇宙里，一切都在移动，所有地方，所有事物，包括宇宙构造本身。
你所看到的带有各种形状的宇宙构造本身，直到刚才对你一直以来保持着不可见的状态，而实际上现在显露真相，看起来就像生命体一样不停变化。
站在小行星上看着这一切的你，与现在正在读这本书的你一样，正沿着某条曲线下滑。在小行星上，那块石头产生了它，读这本书时，地球创造了它。在小行星上，这条曲线很柔和，你不需要太多能量就能飞离；在地球上，这条曲线要陡峭很多。
如果你现在没有往下掉的感觉，那是因为你的脚下有着地面，或者你坐在椅子上，防止你往下滑落，当然你可能还是能感觉到自己的肩膀在往下掉，一直如此。然而，如果你是坐在一架自由下落的飞机上读这本书，那么你就真的沿着地球创造的曲线往下滑落。这种沿着时空构造的斜坡往下掉的运动是宇宙中所有物体自己及周围所有运动中最自然的运动。
当你第一次推开那只丑陋的花瓶时，它慢慢地爬上因你的存在而引起的不可见斜坡，然后它又沿着同一个斜坡滑下，就像从地球表面向上抛出的物体向上移动时速度越来越小，而在向下时又开始加速。
想要离开地球表面进入太空，你向上扔出去的物体速度必须高于每小时40,320公里。慢于这个速度它就会掉回来。永远如此。
要逃脱你的引力（不是魅力）的束缚，需要有个最低速度，就如同你需要一个最低速度才能将小孩玩的弹珠滚过一个地面的高坎一样。
那次你没有将花瓶推得足够快，所以它又回到你的身边，因为你也弯曲了宇宙的构造。
后来，当你在飞速掠过行星时利用行星本身的运动加上一点点力后从它的边上绕道，从另一边飞速离去的时候，恰好在你自己不知情的情况下用到了宇宙火箭科学家们常用的技术，这一技术能将卫星送到太阳系中遥远的地方而无需耗费能源：他们让卫星以合适的角度与距离飞近行星，卫星就会被弹射加速进入到我们太空近邻的更远区域。
这些想法在你大脑中奔流，你明白了就是在地球上，一切东西也都沿着我们的星球所产生的斜坡一直下滑。因为这个原因，我们的星球有着不同的层次，从天空之顶到最里面的地心，最轻的粒子在上面，最致密的在最深处。其致密的内部完成整个平衡花了几十亿年时间。
不知道你意识到没有，你已经完全不再把引力看作一种作用力了。现在，你把它看作是一幅由曲线、高峰和斜坡构成的风景。看起来这就是这次旅行带给你的收获。读到这里，你发现自己忽然又回到了小屋，躺在床上，面对你的阿姨——她看上去有些不知所措。
“我刚才有没有给过你花瓶？”她有些迷惑，看着你空空的双手。
“什么花瓶？”
“没什么，亲爱的，没什么。”
“但是……你来这里干什么？”你问道。
“你的朋友们给我打电话。他们说你有幻觉。关于引力的。等你到了我这年纪，就会发现这种力真是一个负担。但你还年轻，没必要为此操心。现在，看看我给你带来的花瓶，是不是很可爱？”
“没有什么吸引住你的力，只是斜坡。”你有些生气地说，默默诅咒自己那些讨厌的朋友。
“斜坡，是的，我知道。”她心不在焉地回答着，顺手打开那些花瓶的包装。
让你吃惊的是，她甚至反驳说，从向下的角度说，“力”还是“斜坡”或其他什么，从来没让她觉得有什么不同；当人掉落下去时往往喊的是“救命！我掉下去了”，而不是“救命！我被拉下去了”。你多蠢啊！会斤斤计较这些。
然后她就开始用她带来的十几只花瓶重新装饰你那至今为止还算有品位的度假小屋。你静静地看着她，思考自己的人生怎么会变成这样。
那个晚上，当终于找到一些能够独处的时间时，你逃离了相对文明的小屋，一个人来到沙滩散步，仰望星辰。你阿姨关于引力的评论让你心烦意乱，你想总结一下自己对于引力到底了解些什么。
宇宙构造本身有着斜坡。
所有东西都在任何方向上产生不可见的斜坡，我们称此为引力。物体越致密，其产生的斜坡就越陡。如果所有的大家伙们能让我们宇宙的构造变弯，光一定也能够，因为能量就是质量，质量也就是能量，E=mc²。
真的是这样吗？
真的一切东西都能让宇宙弯曲？包括光？那么宇宙的这种构造到底又是什么东西呢？
当你在你的小屋里，或者你曾经到过的所有地方，你感觉到过这种构造吗？你感觉到过墙面形成的斜坡吗？沙发呢？天花板？或者天空？或者从灯泡射出的光线？没有，你从来没有过。你只感受到我们整个地球形成的斜坡，那个让你的肌肉与骨骼在每个早晨起床之时与之争斗的斜坡。如果你是水，你将会被压平并平摊在地板上，而非墙上。
事实上，你现在所感受到的引力是你周围所有东西产生的斜坡之和，包括墙、天花板，甚至某只从你头顶高高飞过的小鸟或飞机。
但那些现在位于你下方的东西与你上方的东西相比远为显著。你脚下的地球比你头顶的天空含有更多质量与能量。因此它产生的斜坡最陡。因此你首先会沿着它滑下，并感觉最强。那就是地球的引力。
但宇宙的构造又是怎么回事？它到底是什么？被弯曲的是什么东西？
事实上是爱因斯坦搞明白了这个问题。
通过公式E=mc²，他告诉我们质量与能量的差别只是表面的，质量与能量只是同一样东西的两面。那是在一九〇五年。到了一九一五年，爱因斯坦又表示宇宙在任何一个地点的形状由位于该处的质量与能量决定。在这个过程中，他抛弃了把引力看作一种作用力的观念。引力只是一种几何学，是曲线与斜坡，由质量和能量所产生。但究竟是什么东西的几何学呢？宇宙中并没有一个涂了肥皂的被拉紧的橡皮膜让一切物质在上面运动，这是显然的。当然，也要记住：我们没有看见某样东西，并不是它不存在的理由。
在人类了解包围我们的不可见空气也是由原子与分子组成之前，所有人都认为那是空的。
这里我们面对着同样的鸿沟需要跨越：外太空，虽然看起来是一片虚空，但实际上并不空。同样，它也并非静止不变。
让它成为一个运动和变化着的几何实体的，正是我至今以来一直称之为“宇宙构造”的东西。
爱因斯坦发现这个构造是空间与时间的混合，我们在过去的一个世纪中学到，时间与空间这两个概念，无法彼此分开。
因此“时空”是个更好地形容宇宙构造的名词，爱因斯坦的广义相对论告诉我们，时空是如何被其包含的物质所弯曲，以及该效应的反作用。一边是能量与质量，另一边是时空的几何学，对于引力来说这两者是一样的概念。
至今，你所经历的只是空间的弯曲，不包括时间，你这样想。事实上，时间的弯曲一直存在。它甚至就发生在现在的你身边，就在你阅读这句话时。
只是这个效应过于微弱，你的感官无法感知，但很快你就会发现自己会到一个时间弯曲效应非常显著而令人迷惑的地方。这将在本书第三部分的一架飞机上，以及你在第六部分中最终跃入黑洞时发生。
至于现在，你又回到沙滩上看着星空。夜已很深，但你毫不在意。你看着夜空，确实感觉到自己漂浮在各种奇思妙想之中，它们看上去完全疯狂，却又奇迹般地以极好的方式解释了我们所在的真实宇宙。
因为我们星球给时空带来的弯曲，让它附近的一切物体落向自己的表面，这又随之进一步加强了时空的弯曲。自从地球从一片星云中诞生数十亿年以来，它已经实现了某种平衡，我们的星球包裹着一层大气，保护我们免于暴露在太空之中，让我们能够呼吸存活，并且有时候给我们提供机会，看向天空。
就在这层大气外面，地球之外，还存在着我们的月球，绕着地球旋转，就像在大碗里转动的玻璃珠，差别在于，月球本身也在时空中造成弯曲。月亮造成的时空弯曲让存在于地球表面的水向月球滑去。这就是水面跟随着围绕地球旋转的月亮而产生潮汐的原因。
更远的地方有着太阳，它那陡峭的时空弯曲让太阳系所有的行星、彗星和小行星们都顺着滑下，以不同速度和高度绕着自己旋转，就像在一个非常大的大碗中转动的玻璃珠们。
接下来还有来自我们邻近恒星们的竞争。
一些距离之外，其他恒星对时空的弯曲效应超过了我们的太阳，那些距离遥远的彗星在临近太阳系边缘时会到达山顶，从一个恒星系的地盘跑到了另一个恒星系，就像一颗玻璃珠转动时到达了一只大碗的边缘后会落入另一只碗，如果边上恰好有一只碗的话。在太空里，边上永远有一只大碗。
银河系中所有恒星对时空的弯曲加在一起就成为银河系对时空的弯曲，与我们邻近星系的弯曲竞争，然后我们本星系群的弯曲又与其他星系群的总体弯曲竞争，永无止境。而爱因斯坦用一个公式就解释了这一切。
干得好，爱因斯坦！
你几乎希望他现在就能出现在你面前，让你能够与他握手，但你感觉应该还有更多东西需要搞明白。甚至一些更深刻的东西。是什么呢？你不是已经读到过，早先，爱因斯坦打开了一扇门，通往我们的宇宙拥有历史这一想法？我们的宇宙在过去曾经比现在小？
你在沙滩上坐下，闭超眼睛，集中思想，准备想清楚这到底意味着什么。
从第三部分开始，你会熟悉其他三种作用力。这里只是稍微提一下，它们的存在让你能够站起走动而不用害怕穿过地板掉下去。
在本章里“更轻”实际上指的是“不够致密”。
从任何枪支中射出的子弹的速度都远远低于它，所以它们注定要回到地面，即便你是朝天发射。所以，不用尝试。这个40,320公里/小时被称为地球逃逸速度。作为对比，太阳逃逸速度大约是220万公里/小时，而那个欧洲宇航局的空间探测器“菲莱号”在二〇一四年登陆的像橡皮鸭形状的彗星的逃逸速度只有5.4公里/小时，只要轻轻一跳就能离开。
月亮当然也吸引其他一切，包括我们地球上固体的地壳，以及我们自己、茶杯、勺子等，但因为这些都是固体，所以效应不那么明显。