卡洛·羅韋利的全新科普作品：一位物理學家的智性冒險

今天我們的評審書目——《物理學家的智性冒險》，來自意大利作家卡洛·羅韋利。

“偉大的科學和偉大的詩歌一樣，都是有遠見卓識的，有時可能會得出同樣的見解?！?/p>

喜愛科普讀物的讀者一定熟悉卡洛·羅韋利這個名字。作為意大利著名的理論物理學家、圈量子引力理論的開創者之一，卡洛·羅韋利在學術研究中成果斐然，被譽為“下一個史蒂芬·霍金”。與此同時，卡洛·羅韋利在學術界之外也廣受贊譽，科普著作《七堂極簡物理課》在全球銷量超過了百萬冊。他的最新著作《物理學家的智性冒險》從詩意的宇宙望向復雜的世界，以浪漫的語言來解答關于我們所棲居世界的真相。

The Jury of Books

評審團

本期書目

《物理學家的智性冒險》

作者：（意）卡洛·羅韋利

譯者：胡曉凱

版本：磨鐵圖書｜北京聯合出版公司2022年1月

卡洛·羅韋利，意大利理論物理學家，圈量子引力理論的開創者之一，在時空物理學上做出了突破性貢獻。曾在美國、意大利工作，現在法國帶領量子引力研究小組，兼任法蘭西學院（IUF）院士、法國科學哲學國際學院資深會員、匹茲堡大學客座教授、北京師范大學榮譽教授等。他的《七堂極簡物理課》《現實不似你所見》《時間的秩序》暢銷全球，被譯成了41 種語言。國內出版后歷次獲得文津圖書獎、新京報年度好書、出版人年度書目等。

這是一套什么樣的書？

本書是享譽世界的物理學家卡洛·羅韋利近10年人文科普隨筆首次結集出版。

共收錄46篇精品隨筆，分別從物理學和宇宙奧秘、科學家的傳奇人生、人文與科學三個角度，引領你了解困擾哲學家、詩人、藝術家的亙古難題，解答關于我們所棲居世界的真相。

“偉大的科學和偉大的詩歌一樣，都是有遠見卓識的，有時可能會得出同樣的見解。”

從黑洞、引力波、大爆炸的量子引力與時間的誕生到空間、三維球面、確定性與全球變暖。

從亞里士多德、哥白尼、牛頓到喬治·勒梅特、羅杰·彭羅斯、史蒂芬·霍金。

從作為昆蟲學家的納博科夫、在《洛麗塔》中顯示的科學素養，到關心地外文明的丘吉爾、在政治生涯中對科學事業的支持。

它為何吸引人？

《時間的秩序》出版3年之后，下一個“史蒂芬·霍金”，享譽世界的物理學家卡洛·羅韋利的全新科普力作。卷福、坂本龍一等名人們都在讀，口碑如潮的明星作家！

系列作品暢銷10年、銷量接近60萬冊；一代人的宇宙啟蒙，新作延續傳奇。極致精裝精美開本，封面燙銀設計?！镀咛脴O簡物理課》《現實不似你所見》《時間的秩序》等書暢銷全球，被譯成了41 種語言。

完整呈現科學世界的迷人與優美，一代人的宇宙啟蒙從詩意的宇宙望向復雜的世界，一場物理與人文的對話。隨書附贈“納博科夫的藍蝴蝶立體書簽”。

《物理學家的智性冒險》（試讀）

但丁、愛因斯坦和三維球面

在但丁攀登到亞里士多德宇宙的最外層之后，貝雅特麗齊邀他向下看。他看到了整個天界，其中位于最底部的地球似乎在他的腳下緩慢旋轉。然而，接著貝雅特麗齊就邀請他往上看，看向亞里士多德宇宙之外的地方。亞里士多德認為，宇宙有一個確定的邊界，在那兒一切都將結束。然而，但丁卻看到那里有一個炫目的光點，周圍有九個巨大的天使球面圍繞著它。這個光點在哪里，那些有天使的球面又在哪里？它們是否位于亞里士多德意義上的宇宙這個巨大的球體之外？但丁說，宇宙的另一部分“環繞著第一個宇宙圍成一個圈，就像第一個宇宙圍繞別的部分一樣”，在下一個詩章中，就說它“似乎是被它圍住的東西反圍住了”。這個光點和天使球面圍繞著宇宙，同時又被宇宙包圍著。

這是什么意思呢？對大多數讀者來說，兩套同心圓，一個包圍著另一個，只是一個令人費解的詩歌意象。意大利的高中課本干脆將這個光點和球面從亞里士多德的宇宙論中剔除了。但是對于當代的數學家或宇宙學家來說，這種對宇宙的描述是非常清晰的，但丁描述的那個物體是確定無疑的。他描述的是一個“三維球面”，1917 年，阿爾伯特·愛因斯坦就假設過，這是我們所居住的宇宙的形狀，今天，它跟最新的天文測量數據是相符的。但丁奔涌的詩歌想象力和非凡的智慧，在幾個世紀前就預見了愛因斯坦對我們的宇宙可能是什么形狀的敏銳直覺。

什么是“三維球面”？它是一個數學結構，一個幾何形狀，不容易想象，但也沒那么困難。要理解它，可以想想下面這個問題：如果我在地球上沿著一個方向一直走下去，最后會到哪兒呢？我會到地球的邊緣嗎？不會。我會在路上經過無數個新國家嗎？也不會。所有人都知道，我們如果一直繞著地球走，最終會回到出發的地方。這對我們的祖先來說很難理解，今天依然會讓小學生們大笑，但是最后我們都會習慣它，我們現在發現它也非常合理。這是因為地球是一個“球面”。數學家們的說法更精確：地球表面的“拓撲學”，也就是它的“實在形式”，是“二維球面的”（“二維”是因為在地球上我們能夠往兩個主要方向走：南北或東西）。讓我們代所處的這個宇宙問同樣的問題。讓我們想象乘坐一艘巨大的宇宙飛船旅行，一直保持一個方向。最后我們會到哪兒？我們會到達宇宙的邊緣嗎？這種可能性很小。我們會發現無限的新空間嗎？這個似乎既沒什么吸引力，也不可信。所以接下來呢？存在第三個可能性：在地球上旅行了足夠長時間后，我們回到了最初出發的地方，“環繞”了宇宙一圈。如果宇宙是個三維球面，這就是會發生的事情。

想象三維球面的困難在于，它在我們習慣的空間內并不存在。出于這個原因，地球表面不能在一個平面地圖上很好地呈現。雖然如此，有一個簡單的想象三維球面的方法。想想地球的表面，一個在地圖上復制它的方法就是畫兩個圓盤：一個上面畫上北半球的大陸，中間是北極；另一個用同樣的方法，畫的是南半球。赤道在兩個圓盤的邊緣，畫了兩次。如果我們從南極出發，往北走，在某個時間我們一定會穿越赤道：我們將地球表面分成了兩個圓盤，我們從一個圓盤“跳”到另一個。顯然，在現實中，這樣的跳躍是不會發生的，因為南邊來的人看到的北半球“包圍”著南半球，而在北邊來的人看來，南半球則“包圍”著北半球。

三維球面可以用兩個球以同樣的方式來呈現。一個球是它的“南半球”，另一個是“北半球”。隔開和連接兩個半球的“赤道”面被呈現了兩次：它是兩個球之間的界線。

一個從第一個球中心出發的旅行者，像但丁一樣，“從一個球面到另一個球面”，當他到達赤道（球的表面）后，他往下會看到一個同心球面的組合，在他頭上有另一個相似的同心球面，圍繞著一點閉合。這另一個半球會同時“包圍”第一個球，也被第一個球所包圍。換句話說，這種對三維球面的呈現和但丁的描述是相符的。美國數學家馬克·帕特森在1979 年發表了一篇文章，在其中，他首次寫到但丁是如何清晰描繪了三維球面的。但是今天任何一個物理學家或者數學家都會輕易地在但丁對宇宙的描述中認出三維球面。

但丁怎么能在6個世紀前就預見到愛因斯坦的發現呢？

我認為一個原因可能是，但丁的空間想象力是中世紀的，沒有被僵化的牛頓物理學所束縛。牛頓物理學認為物理空間是歐幾里得式的，是無限的。對但丁而言，就像對亞里士多德一樣，空間只是事物之間關系的結構，這個結構可能會有古怪的形狀。而且，神居于宇宙邊界“之外”的觀點在《寶庫》中可以找到，這是但丁的老師布魯內托·拉蒂尼對中世紀知識的精彩匯編。而且，上帝作為被天使環繞的一個光點的觀念，在那一時期就已經存在，并且在很多中世紀形象中都能找到。但丁只是將已經存在的拼圖碎片以一種創新和智慧的方式拼在一起。

我想但丁可能尤其受到一個形象的啟發。他在1301 年離開佛羅倫薩，當時浸禮堂穹頂上無與倫比的鑲嵌畫行將竣工。如果今天你去參觀浸禮堂，抬頭往上看，你會看到一個光點（穹頂頂端的天窗透進來的自然光），周邊環繞著九個等級的天使，每個等級都有清晰的標簽：天使、大天使、權天使、能天使、力天使、主天使、座天使、智天使、熾天使—和它們在天堂里的排序一樣。想象你是浸禮堂地板（南極）上的一只螞蟻，你向任何方向去爬；不管你當初是從哪個點出發去爬墻，最終都會到達那個天使環繞著的光點（北極）。那個光點和天使“包圍著”浸禮堂其他的內飾，同時也被它們所“包圍”。浸禮堂的內部顯然是個二維球面。但丁和13 世紀佛羅倫薩的任何一個居民一樣，一定都被城市里這座即將落成的宏偉建筑所震撼。那幅令人震撼的、可怕的地獄鑲嵌圖案，是齊馬步埃的老師，科博·迪·馬克瓦爾多的作品，它被廣泛認為是但丁筆下地獄的靈感來源。但丁是否可能在浸禮堂的內部結構中找到了他關于宇宙形狀的靈感？天堂復制了它的結構，里面有一圈圈天使，還有那個光點，從二維變成了三維—通過這種做法，它抵達了愛因斯坦的三維球面。

不管是什么讓他有了這個想法，一個事實是，但丁以其非凡想象力解答了一個古老的問題：怎樣讓一個有限的世界和一個沒有“邊緣”的世界達成和解。令人驚奇的是，他給出的答案，跟六個世紀后愛因斯坦用精確的數學演算得到的答案是一樣的。而且，它很可能就是那個正確答案。

我們為什么對但丁這么感興趣呢？有很多原因，其中一個我作為科學家很容易接受，那就是，但丁不僅學養很高，而且擁有非凡的智慧，這也包括科學上的理解力。聽今天一個有學養之人開玩笑甚至是炫耀說，他們對于科學完全無知，就像聽一位科學家吹噓說他從未讀過詩一樣令人感到沮喪。

詩歌和科學都是人類精神的表現形式，它們創造新的思考世界的方式，以求更好地理解世界。偉大的科學和偉大的詩歌一樣，都是有遠見卓識的，有時可能會得出同樣的見解。今天的文化將科學和詩歌截然分開，這在我看來是愚蠢的，因為它讓我們更難看到兩者所共同揭示的世界的復雜和美麗。

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標簽： 亞里士多德 物理學家