黑洞

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第一篇：引力與光

理論研究就像釣魚：你不知道水中有什麼，只有投竿，才可能有所收穫。

——瓦爾（Novalis）

第一章　首批碩果

最幸運的人

一隻小鳥的重量足以移動地球。

——列奧那多·達芬奇（Leonardo　da　Vhco）

古希臘哲學家在許多領域的天才思想至今仍未被超越，但他們對弓l力卻所知甚少。亞男士多德（Aristotle）相信每個物體都有其在宇宙中的“自然位置”。最底層足陸地及其所有的直接附著物，在這上面是水，然後是空氣，最後是最輕的元素火。一個因受力而離開其自然位置的物體總足要返回它自己的層次，因此，被拋射到空氣中的箭或石塊總是會落回地面。亞里士多德還進一步斷言，物體的運動都沿直線進行，由弓射出的箭將沿直線向上運動，當弓所提供的力停止作用時，箭就又沿直線落回地面。

在20個世紀裡幾乎沒有人對古希臘哲學家的理論表示過懷疑，儘管日常生活提供了反面的證據：箭的運動軌跡並不是一條直線，而是一條曲線即拋物線。只有一個人，即6世紀時生活在亞歷山大城的約翰·菲羅帕納斯（John　PhiloPonus），敢於提出慣性原理，向亞里士多德的思想挑戰。

伽利略（Galileo）是對引力進行嚴格的科學考察的第一人。他做了一系列實驗，包括讓各種不同的物體從比薩斜塔上落下以及讓不同大小的球沿斜面滾下。1638年，他發現了引力的最基本的性質：在其作用下的所有物體都得到同樣的加速，與物體的質量或化學成分無關。

伽利略的工作以其對物理現象的仔細觀察和深刻的科學推理而著稱。他的結果顯然與亞里士多德對世界的認識相反。在研究一個物理現象時，我們必須分離出所有那些使我們的日常經驗複雜化的外部因素。為了從對在空氣中下落的物體的觀察而推匯出支配真空中物體自由下落的普遍規律，伽利略必須首先理解摩擦力和空氣阻力，因為正是這些與物體的大小和質量有關的“寄生”效應掩蓋了引力的真正作用（如果像某些歷史學家所認為的那樣，伽利略事實上並沒有從比薩斜塔上丟擲物體，那麼他由一連串的抽象推理而得出自己理論的能力應當受到更高的讚譽）。

直覺的天才有分析的天才為後繼。按照廣泛流傳的說法，1666年的一個滿月之夜，當一隻蘋果從樹上落下時，伊薩克·牛頓（Isaac　Newton）正坐在那棵樹下沉思。他突然意識到，由於同一種吸引的力量即地球引力，月亮和蘋果都會朝地球下落。他計算出，兩個物體之間的引力隨它們距離的平方反比例減小，距離加倍，則引力減小4倍。月亮與地心的距離（384000公里）是蘋果與地心距離（6400公里）的60倍，故月亮下落的加速度比蘋果小60X　60＝3600倍。然後他運用伽利略的自由落體定律，即下落距離正比於加速度，也正比於時間的平方，於是得出蘋果在1秒鐘內下落的距離與月亮在1分鐘內下落的距離相等。月亮的真實運動是已知的，牛頓所估計的距離與之相符。他所發現的正是萬有引力定律。

牛頓的工作（當然遠不止是他的引力理論）是人類智慧最輝煌的業績，對當時和後世的思想都有巨大的影響。一個世紀後，法國的“黑洞之父”皮爾·西蒙·拉普拉斯（PICtrC　SllollLaPlace）認識到了牛頓的著作《自然哲學的數學原理》那種“勝過人類其他精神成果的卓越預示”。數學家約瑟夫·拉格朗（Joseph　Lagrange）則更進一步說道：“由於只有一個宇宙需要去解釋，沒有人再能重複牛頓所做的工作，他真是最幸運的人。”建立一個科學理論不一定會導致個人的快樂，但是的確沒有任何其他科學工作具有牛頓理論那樣根本的重要性，直至我們的時空觀念被阿爾伯特·愛因斯坦（Albert　EinstCin）所徹底改變。

行星的愛好

牛頓理論最令人矚目的應用是在天體力學中。牛頓運用了他的萬有引力定律（“萬有”意味著一切物體都受引力支配）去解釋開普勒（xevter）描述“行星對太陽的愛好”的經驗規律。有了這個驚人精確的理論工具，科學家們興奮地揭示出一個新的太陽系。

新力學的第一個成功是愛德蒙·哈雷（Edmund　Halley）預言了一顆管星（後來即以他的名字命名）將於1759年迴歸，這顆管星果然在1758年的聖誕節重現