沒有蘋果的外星牛頓

華石誠

外星科學(xué)家們也許會(huì)用一種完全不同的方式來理解蘋果落地和日月穿梭之間的關(guān)系——

一只蘋果落向地面，砸中了蘋果樹下思考的牛頓，讓他悟出了萬有引力。如果沒有這只蘋果，牛頓還能悟出萬有引力嗎？

引力世界不直觀

根據(jù)傳說，蘋果落地啟發(fā)了牛頓，這個(gè)傳說據(jù)考證只是牛頓的一句玩笑話。牛頓和許多人一樣，也用好奇的眼睛觀察在天空中劃過的太陽、月亮和行星，想破解它們的運(yùn)行秘密。最終他想到，是引力讓地球上的各種物體比如蘋果有落向地心的趨勢，也同樣是這種引力，讓月球停留在繞地球公轉(zhuǎn)的軌道上。

牛頓敏銳地抓住了月球和蘋果之間的共同性質(zhì)，比如它們都是固體，都在空間中以一定速度穿行而過。但是除此之外，月球和蘋果的差別實(shí)在太大了，從直觀上看，月球根本不會(huì)落到地面上，而是奇跡般地一直懸掛在天空中。如果我們從直覺上考慮，認(rèn)為月球在一條透明的軌道上運(yùn)動(dòng)，或者天空中有一個(gè)巨大的漩渦，而月球就在漩渦的邊緣盤旋，甚至認(rèn)為月球只是天庭上的一個(gè)不太明亮的火球，這些解釋也都還說得通。

所以我們不得不佩服牛頓深邃的洞察力，能夠看到操縱這兩個(gè)截然不同的物體運(yùn)動(dòng)的引力。他打破了直覺給思考問題帶來的障礙，從數(shù)學(xué)的角度描述了蘋果和月球的運(yùn)動(dòng)，并引入引力的概念來表示各種運(yùn)動(dòng)。他在人類歷史上首次提出，在天空上適用的物理學(xué)規(guī)律和在地面上適用的物理學(xué)規(guī)律是相同的。這個(gè)思維的確很偉大，畢竟引力是一種看不見、摸不著的東西，多少有點(diǎn)違反人類的直覺。雖然自愛因斯坦以來，人們已經(jīng)用時(shí)空彎曲替代萬有引力來解釋許多物體的運(yùn)動(dòng)，但時(shí)空彎曲一樣不直觀，而牛頓讓人們對直覺產(chǎn)生了懷疑，開托了后來科學(xué)家的思路。

沒有蘋果的地外星球

我們居住的星球上到處都是堅(jiān)硬的東西，連我們自身也可以看成是固體，我們還能夠看到巨大的固體巖石型物體，比如月球和在天空中穿行的金星、火星等等。所以地球上的科學(xué)家會(huì)認(rèn)為，世界是由微小的堅(jiān)硬粒子組成的，粒子之間靠引力相互作用。

但是，外星人居住的星球上，很可能沒有蘋果這樣的東西。因此外星牛頓不太可能從蘋果落地想到萬有引力。實(shí)際上，外星人的周圍環(huán)境也許和地球環(huán)境差距很大。想一想太陽系中的海王星和天王星，它們的表面被液態(tài)的物質(zhì)所包圍。外星人的星球也許并不是巖石質(zhì)的，而是液態(tài)的。到處都是流體，像蘋果這樣堅(jiān)硬的固體幾乎看不到。

再進(jìn)一步設(shè)想，外星人的星球周圍也沒有自己的衛(wèi)星，所以除了遙遠(yuǎn)的一團(tuán)火焰般的本星系的恒星，外星人的天空中再無明顯的運(yùn)動(dòng)天體。于是，外星牛頓不僅失去了蘋果，還失去了月亮甚至土壤，他還能從自然界中悟出萬有引力嗎？

液態(tài)星球上的外星人當(dāng)然不能純粹是一團(tuán)液體，它們也會(huì)有自己的身體表面，類似我們的皮膚一樣的東西。它們的模樣也許和地球上的水母很相似，它們依靠捕捉汪洋大海中的營養(yǎng)物質(zhì)或其他低等生物為生，而那些生物也都是軟軀體的。這種軟軀體的生物一旦進(jìn)化出智慧生命，恐怕難以很快從自然界中發(fā)現(xiàn)引力的奧秘。外星牛頓會(huì)把充斥在周圍的海洋想象成一顆顆微小的堅(jiān)硬小球，彼此之間依靠引力聯(lián)系在一起嗎？對于成長于液態(tài)環(huán)境的外星牛頓來說，這絕對不可能，太荒誕了!宇宙應(yīng)該是被液體充滿的，大海中沒有空隙可言。

外星牛頓無法發(fā)現(xiàn)萬有引力，至少在它們的科學(xué)還不很發(fā)達(dá)的時(shí)候，一時(shí)還無法發(fā)現(xiàn)萬有引力。但這并不妨礙它用另外一種理論來解釋世界。

外星人的萬有磁力

我們地球人對牛頓提出的引力世界實(shí)在太熟悉了，甚至把引力推而廣之，試圖用它來解釋一切。我們在望遠(yuǎn)鏡中發(fā)現(xiàn)，各種天體都遵循著牛頓的萬有引力定律運(yùn)轉(zhuǎn)著。當(dāng)我們研究微觀的原子時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了“微小的太陽系”：電子繞著原子核運(yùn)動(dòng)，就像行星繞著太陽運(yùn)動(dòng)一樣。我們很自然地會(huì)以為，電子和原子核也在遵循萬有引力定律。

但是，在電子和原子核之間起作用的并不是引力，而是電磁力。當(dāng)我們說原子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種想法其實(shí)只是對真實(shí)情況的十分粗糙的近似而已。電子的分布并沒有什么直觀的軌道，電子的位置飄忽不定，時(shí)而出現(xiàn)在這里，時(shí)而出現(xiàn)在那里。

由于環(huán)境的影響，液態(tài)星球上的外星牛頓可能更關(guān)注微觀的東西，而非宏觀的天體。于是，它們的科學(xué)界很可能先發(fā)明出探索微觀世界的顯微鏡，而不是觀察太空的望遠(yuǎn)鏡。在微觀世界中，電磁力起著至關(guān)重要的作用，而引力反而退居二線。這樣，外星牛頓會(huì)首先發(fā)現(xiàn)，電磁力真是一種奇妙的東西，它控制了大海中的巨浪和潛流，也控制了原子中的電子運(yùn)動(dòng)。電磁力控制了萬物，因此可以把其稱為“萬有磁力”。

外星牛頓建立的原子模型絕對不是由堅(jiān)硬的電子小球和原子核小球構(gòu)成的，他更愿意把原子想象成液滴，把里面的電子想象成在液滴中游走的潛流，把原子核想象成位置相對固定的漩渦。外星牛頓的這種原子模型是不是很可笑？

收起我們的笑容吧!這種模型至少比我們試圖用萬有引力來解釋原子結(jié)構(gòu)要科學(xué)得多，甚至比起我們用電磁力解釋的原子模型也毫不遜色，甚至還更優(yōu)越一點(diǎn)。原因是，根據(jù)量子理論，電子屬于量子之一，它的狀態(tài)根本就是所謂的疊加態(tài)，它可能同時(shí)在左旋，也在右旋，只有當(dāng)外界觀察到它時(shí)，它的各種狀態(tài)才坍塌了，展現(xiàn)給我們一個(gè)固定的狀態(tài)、一個(gè)固定的位置。正因?yàn)槿绱耍厍蛉擞秒娮釉苼肀硎倦娮釉诳臻g中出現(xiàn)的概率。誰的電子更像電子云？是地球人經(jīng)典的固體電子小球，還是外星人古怪的液態(tài)電子漕流？當(dāng)然是后者。

外星牛頓們在踏入真正的科學(xué)殿堂時(shí)，可能首先用萬有磁力來解釋世界，而不是地球人的萬有引力。從電磁力出發(fā)，外星牛頓們逐漸發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的現(xiàn)象無法用磁力來解釋，比如原子核里的質(zhì)子和中子之間的作用與萬有磁力不符合，當(dāng)它們終于發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡后，對自己的星球與恒星之間的作用也感到莫名其妙。于是，弱力、強(qiáng)力和引力相繼被它們發(fā)現(xiàn)了，它們和地球人在物理學(xué)上殊途同歸了。但是，它們絕對不會(huì)把引力叫做“萬有引力”，那個(gè)地位是屬于電磁力的。

沿著萬有磁力的科學(xué)道路向前走，外星科學(xué)家們甚至?xí)菀滋岢隽孔永碚摚驗(yàn)榱孔拥牟淮_定性正好和汪洋大海中肆意流淌的水流有相似之處，而與堅(jiān)硬的蘋果相差甚遠(yuǎn)。在外星哲學(xué)家眼中，世界萬物本來就不是由孤立的固體組成的，而是由各種各樣的流體組成的，微觀世界和宏觀世界是統(tǒng)一的，都具有流動(dòng)的性質(zhì)。

在外星牛頓眼中，蘋果可不是一個(gè)純粹的固體，蘋果釋放的氣味甚至反射的光也是蘋果的一部分。我們可以把蘋果看作一種特殊的流體，不是么？

（選自《科學(xué)之謎》）