《黑洞与时间的弯曲》堪称一流的具有科学史价值的高级科普书籍。至少在我所看到的中文科普书籍中,还很难找到一本写得如此探幽入微、淋漓尽致的好书。2000年4月初版1万多册,一年之后就迅速再版,也说明这本书已经受到国内读者普遍的好评。
在国外,这本书更是好评如潮。《纽约时报书评》头版评论说本书是:“近年来出现的同类题材中的最佳读物。”著名的科普作家卡尔·萨根简直是欢呼地说:“杰作啊!关于这个主题的许多书该作而没能做到的,它都做到了……我想它本身就是一股强大的力量。”《华盛顿邮报》评论说:“读者恐怕找不到更大的权威(或者更好的小说家)来谈宇宙的最奇异的特征……大手笔,真动人!”
为什么这本书能够如此地激动人心呢?我想有以下几方面的原因。
阿兰·莱特曼指出:“很少有书像《黑洞与时间的弯曲》那样表现了科学的事业:它打开了历史的画卷,描绘了现代物理学的奇迹和激动人心的发现,更难得的是让我们看见了一个亲历者对科学风格和气质的洞察。”由这段话可以知道,这本书之所以动人的一个非常重要的原因,作者索普就是一位杰出的科学家,他本人就亲自经历了这一个伟大而惊心动魄的的探索。霍金在为本书写的序言中说:“这是一本活的科学发现的历史,作者是发现的参与者,这很像DNA结构,它使我们认识了遗传密码的发现者沃森写的《双螺旋》。”作者本人在“导引”中也写道:“三十年来,我一直在探索,……我和我要讲的东西关系太近了,我个人从六十年代到今天都在亲历它的发展,我最好的几个朋友从三十年代起就身在其中了。”
这样珍贵的经历,当然是写好这本书的重要原因。但是,这只是成功的条件之一,还不是充分的条件;而且,我们也不能要求每一个写科学史或科普著作的人都有索普这种亲历其境的经历。这样的作者只可遇而不可求。但是,这类书的作者至少要十分熟悉所写的科学的内容。如果本人几乎不懂所写的科学知识,那是绝对写不好这类书的。
为什么写这本书?索普说:“为的是去认识爱因斯坦为后代留下的遗产——他的相对论和相对论关于宇宙的预言——去寻找相对论失败的地方,看它如何失败,会有什么来取代它。”这一宗旨很重要。
国内科学史或科普著作很少触及科学家的失误,这是很可惜的。英国著名化学家戴维曾经感受至深地说:“我的那些最重要的发现是受到失败的启发而获得的。”伟大的英国物理学家麦克斯韦说得好:“科学史不限于罗列成功的研究活动。科学史应该向我们阐明失败的研究过程,并且解释,为什么某些最有才干的人们未能找到打开知识大门的钥匙,而另外一些人的名声又如何大大地强化了他们所陷入的误区。”
美国著名生物学家和科学史家迈尔在他的巨著《生物学思想的发展》一书指出:“历史所表现出来的不仅是解决问题的成功的尝试,还有不成功的努力。在处理科学领域的重大争论的时候,要努力去分析争论对手用来支持相反理论的思想、观念(或信条)以及具体证据。”他还深刻地指出:“只有通过学习这些概念形成所经历的艰难道路,学习早先的错误假定怎样一个一个地被否定,换句话说,就是要学习过去的所有错误,才有可能获得真正透彻和完满的理解。在科学中,人们不仅通过自己的错误的历史进行学习,而且也通过别人的错误的历史进行学习。”
索普本人的经历肯定使他十分清楚失败的价值,所以他在书中不厌其烦地用科学家犯错误的经历来叙述探索黑洞的进程。广义相对论的时空弯曲本身可以预言黑洞的存在,但是爱因斯坦是广义相对论的创建者,爱丁顿是最先懂得和用实验证实广义相对论的科学大师,却偏偏是他们两位坚决拒绝黑洞的预言。这件事本身就非常吸引读者。在进一步研究白矮星、中子星及黑洞时,所有的科学家包括茨维基、朗道、奥本海默……都先后犯过错误,作者一一指出,而且在适当的地方还会分析这些错误的原因。
读者看到这些大师的错误,在心理上会更加认同这些大师;而且对于读者来说,知道这些错误对于提高他们的兴趣,有绝大的好处。
作者的亲身经历,使他深深明白一个道理:“在探索中,我明白了科学家的头脑是如何工作的,我看到了不同头脑之间的巨大差异(如霍金的与我的),我知道了为什么为了更真切地理解宇宙需要那么多不同类型的科学家以他们自己的方式工作。”“科学是公共的事业,形成我们宇宙观念的思想不是来自哪一个人或者某几个人,而是来自许多人的共同奋斗……”
例如,弗里兹·茨维基完全相信自己内心有一条通向最终认识的道路,而别人都是错误的;而且他是一个“喜欢自我宣扬天才”。也许正因为如此,他确实有些粗野,不能很好地控制自己。这样,“茨维基的许多同事都认为他是一个令人头痛的小丑”。如果在一个不宽容的环境里,这个“小丑”和“天才”就会萎缩、死亡,不会给人类带来知识的突破。索普怀着极大的热情描述了茨维基奇妙的思考和永远伴随着他的错误(他太自信而不大熟悉物理学)。
朗道是一个“热情的马克思主义者”,他很失望自己晚生了几年,使得“所有的漂亮女孩儿都被抢走跟人结婚了,所有好的物理问题都被解决了”。虽然朗道有些悲观,但是在探索黑洞等问题上他还是核心人物。为了避免斯大林的“大清洗”,他急迫地发表“中子核”(以某种方式处在正常恒星内部的中子星)的文章,希望由此引起国际上的瞩目,显示自己的重要性,从而避免清洗。但是事与愿违,他还是被清洗了。如果不是卡皮查和玻尔的救助,他就会惨死在监狱中。
爱因斯坦喜欢一个人做研究,但是奥本海默害怕学术上的孤独,他的身边总是簇拥着一大群学生。他和他的研究生合作的方式是“前所未有的”。他的小组由8~10名研究生和6~7名博士后组成。每天他和小组成员见一次面,他依次和每一个组员讨论他们研究的问题,提出意见。尽管问题极其广泛,但是他却怀着极大的兴趣,并能够一一应答和提出意见。当他对某一个很有价值的问题感兴趣时(如朗道的中子核),他先作一些初步的估算,有了眉目后,他就交给研究生或博士后来干。
这些性格、头脑各不相同的科学家,会让读者感受到不同性格的魅力。
科普最大的困难是既想写得生动,让读者感兴趣、能够看懂,又要保证科学思想的正确性。这的确不是一个容易处理的问题。写得太通俗,会损害科学的严谨;过分强调科学性,又失去了科普的意义。难矣哉!索普当然知道这一难处,因此他颇费周折地用了一系列方法来克服这一困扰所有科普作家的难题。且看他的招数。
在导言中他开门见山的说:“我想在这本书里与非科学家和不同领域里的科学家分享我的这些感受。一条历史线索将相互关联的话题串在一起,那是我们为阐明爱因斯坦的精神遗产而奋斗的历史,也就是我们从遗产中发现那些奇异的黑洞、奇点、引力波、虫洞和时间弯曲的预言和历史。”
以历史为线索,的确是一个好方法!索普还十分具体地说:“书的主体(第1章到第14章)与序幕有完全不同的风味。中心线索是历史的,在历史的线索中交织着别的东西。我会用几页篇幅来追溯历史,然后离开历史讲一些题外话,然后又回到历史中来。这样,读者可以看到不同的思想观念如何精美地交织在一起,它们来自物理学、天体物理学、科学哲学、科学社会学和政治学。”
但是事情也不那么简单,这是因为科学研究同人生一样,不同的人可能在同时探索许多相同的问题,而某些“一时的顿悟”很有可能是几十年前的某些思想带来的灵感,而那些思想在几十年间却被忽略了。这样错综复杂的局面是很难妥当处理的。索普采取的办法是:“为了让读者能对此有些感受,本书将在时间里跳跃,从六十年代跳到三十年代,然后又回到七十年代的历史主流。”这样处理也会带来副作用,使读者在这样的时间旅行中感到眼花缭乱,失去方向感。为此,索普又在书后附上一个历史年表。感到眼花缭乱的读者可以用这个年表来理顺紊乱了的前因后果。
但是科普著作不是正儿八经的科学史,不能完全按历史的顺序。对此索普说:“从序幕开始:我要讲一个科幻故事,它会很快把读者引向书中的物理学和天文学概念。有些读者可能会对故事感到沮丧,这些概念(黑洞和它的视界、虫洞、潮汐力、奇点和引力波)来得太快,几乎没有解释。我告诉大家,不要管它,好好看故事,留下一点儿印象。每个概念在正文中还会以更令人愉快的方式重新提出来。读过全书后,你可以再回来看序幕,慢慢体会它的专业趣味。”
“我不求历史学家要求的完整、准确和公正。如果要求完整,多数读者会跟我一样厌倦地将书扔到一边;如果要求更准确,这本书就会堆满公式而成为难啃的专著。”
话虽如此,漏洞却总会不期而至。怎么办呢?索普想出了另外一个办法来解决:“为帮助那些想更完整、更准确、更公正地了解历史的读者,我在书后的注释里列举了很多历史记述的来源,也请读者去参考探索者们为向彼此阐释自己的发现而写的原始专业论文。注释里还对某些问题作了更准确(因而技术性也更强)的讨论,这些问题在正文里可能因为太简单化而容易使人误会。”“有些物理学东西可以粗略看过,书后的物理学词汇表可能有一点帮助”。“书中出现了许多人物,为帮助读者记住那些多次出现的人,书后列了一个‘人物表’,对他们作了简单的介绍。”
我想,《黑洞与时间的弯曲》一书的成功,很重要的一点就是索普采用了以上的原则和措施。这些措施对我国科普作者也有借鉴的价值。
(《黑洞与时间的弯曲:爱因斯坦的幽灵》,基普·S·索恩著,李泳译,湖南科学技术出版社,2000年4月出版)