《宇宙中的最大构想》书评：人人都能懂的物理学！——《华尔街日报》

美国宇航局模拟的黑洞周围"吸积盘"可视化图像。图片来源：杰里米·施尼特曼/美国宇航局戈达德太空飞行中心理论物理学家肖恩·卡罗尔深爱他的学科，并梦想着一个人人共享这份热忱的世界。“人们毕竟会对供给端经济学或批判性种族理论持有观点，“他写道，“为什么不能讨论暴胀宇宙学和超弦理论呢？“作为不逃避责任的人，卡罗尔先生推出了一系列YouTube视频，带领观众从力和能量等基本概念，一直深入到希格斯玻色子及更前沿领域。《宇宙中最宏大的理念》——计划作为三部曲的首卷——以同样令人愉悦的对话风格涵盖了类似的广泛主题，并不回避数学细节。在这第一卷《空间、时间与运动》结束时，你不仅应该理解E=mc²的真正含义，还能写下描述引力的爱因斯坦方程。至少，理论上是这样。

该视频系列吸引了大量忠实追随者，他们的评论和提问成为了持续更新的素材。书籍版本捕捉了这种互动感，频繁称呼"你”——读者；尽管这不可避免地是单向对话，作者试图猜测你可能提出的问题并非总能命中。虽然本书面向"数学基础不超过高中代数的人群”，但我怀疑任何缺乏物理背景知识的读者都可能感到困惑——如果不是因为内容本身，就是因为其呈现顺序。每个物理系学生很快会明白：在接触真正激动人心的内容前，必须掌握那些不那么迷人的基础课题。“我们都对高中几何有着或美好或糟糕的记忆，“卡罗尔先生在174页写道。那些带着糟糕记忆的读者可能无法坚持到这里，早前章节的微积分和向量就已让他们却步。人们放弃物理的首要原因是对数学的抵触，而本书并未提供解决方案。不过，对于那些愿意坚持到底的人，回报将十分丰厚。

这本雄心勃勃的著作最吸引人之处，在于其技术精确性与轻松笔调的完美结合。虽然与罗杰·彭罗斯的《现实之路》有着同样崇高的目标，但卡罗尔先生的作品对读者更为友好，我相信任何考虑攻读物理学学位或试图填补科学教育空白的人都会喜欢它。卡罗尔先生写道：“正确的理解方式是：物体即使完全静止也具有能量，这种静止能量等于质量乘以光速的平方。“通常我们看不到这个巨大的静止能量，只能观察到运动引起的微小变化——就像只动用巨额银行存款进行小额交易。只有当物质在核反应中转化为辐射时——就像整笔存款兑换成另一种货币——我们才能真正体会到一千克质量所对应的能量价值。

尽管本书的科学与数学部分无可挑剔，但作者偶尔涉足人文学科的论述则较为可疑。开篇时，卡罗尔先生提到中世纪的"冲力"概念——这种被认为能使运动物体保持运动的特性——并称14世纪的让·布里丹"提出了一个数学公式…将其等同于物体重量乘以速度”。这听起来与动量概念惊人地相似，但我们并未获知布里丹论述的出处——参考文献这个重要概念被卡罗尔完全忽略了。我追溯了布里丹关于冲力的论述，发现他实际提出的观点截然不同：他将之比作热量，认为致密物质更容易吸收它。当哲学论述脱离历史语境时，就存在被误读的风险。若这些论述还是从他人网页上二手摘录的，风险就更大了。

时间——这个能想象到的最重大哲学命题之一——得到的关注却少得惊人。“有时我们谈论时间仿佛它是某种不可言喻的神秘事物，“卡罗尔写道。相反他坚称"时间本身并不像我们有时假装的那样神秘”。他对这个难题的解决方案是：事件发生在"一系列瞬间"中，而时间是"衡量某些瞬间集合持续时间的方式”。时间并不流动或消逝——我们只是以为它在流动——未来与过去的区别在于"封闭系统（包括整个宇宙）的熵会随时间推移而增加”。卡罗尔所指的时间，其实就是他方程中的字母t——只要我们不过度思考它试图表征的现实，就没什么神秘可言。

掌握了张量和坐标框架的知识后，我们开始探索黑洞——这种被称作事件视界的球形区域所包裹的时空奇点。“奇点并非空间中的位置，而是时间中的一刻。“对于任何穿越事件视界的物体而言，撞击致命的奇点"就像迎来明天一样不可避免”。卡罗尔先生警告说，如果你的宇宙飞船误入黑洞，千万不要试图加速逃离——这只会让"明天"来得更快。

最离奇的设想是黑洞可能通过"虫洞”——时空中的扭曲节点——连接不同宇宙。2011年电影《雷神》的制片人需要类似概念，让角色能以科学上可信的方式快速穿越宇宙。他们想要一个比"虫洞"更专业的术语，于是选择了"爱因斯坦-罗森桥”。卡罗尔解释说这确实存在理论依据，尽管现实中不可能实现，只是当某些方程被"表面化理解并推演……超出其原本描述的物理情境"时在纸面上成立的构想。他补充说这个理论出现在《雷神》中是"我的责任”——他担任了该片的科学顾问。他这本寓教于乐的著作恰如其分地弥补了这个"过错”。

克鲁米先生是新近出版《虚无的伟大链条》的作者。

本文发表于2022年10月8日印刷版，标题为《物理课堂》。