苹果与宇宙膨胀

有人说，现在的宇宙学理论越来越玄乎。所谓玄乎，实际上是由于随着科学的发展、人类对自然的探索的加深，越来越远离人的直觉，越来越难以被普通人理解了。

人的直觉是什么？实际上就是动物的一些基本的感官，包括触觉、视觉等。这些感官都是基于电磁作用产生的经验，而且大部分是经典的电磁作用。但是物理科学的理论与实践早已超越了经典电磁作用。100年前，爱因斯坦就几乎是通过纯粹思维发现了相对论，完全改变了时间与空间的概念。而随后的量子理论则是在大量的实验现象，例如氢原子的光谱等，无法用经典理论解释的情况下，应运而生。

但是人大多是守旧的。就像那些从小被宗教熏陶的人一样，很多人把小学、初中背的书当成了教条，一旦遇到新的东西，就会产生反感，而不是去试图理解。

量子物理与相对论，这些似乎高深的理论并非玄学，而是代表了我们对自然界的理解的层次。不仅如此，它们的运用改变了人们的生活方式。我举个例子，苹果的iPhone看似一个组装的电子产品，但是其基础就是量子理论与相对论。其半导体芯片是量子理论的运用，而其GPS技术必须依赖广义相对论。

人的特殊性在于他能够运用自己的知识创造自然界不存在的物体。比如说，古人能够运用对矿石、金属、以及火的知识，制造青铜器。而现代工程技术人员，则能运用量子固体理论，设计制造半导体芯片。如果你去读读那些固体物理方面的论文，其玄乎程度也许不亚于一篇宇宙学论文，上面一堆复杂的符号，一堆玄乎的概念。我随便找了一篇固体物理方面的论文，http://arxiv.org/PS_cache/cond-mat/pdf/0301/0301031v2.pdf，似乎就是如此。没有量子理论，整个半导体工业不可能产生、发展，也就无法制造GPS装置上的计算芯片。类似的，如果没有狭义与广义相对论理论，GPS无法工作。GPS通过精确的信号时间来计算位置，而时间是相对的，时间会因为物体的运动与引力场的强弱而不同。根据广义相对论，引力越强，时空弯曲越大，时间流逝越慢。虽然GPS卫星的速度远小于光速，地球的引力场也不强，但是这些细微的时间变化如果不加以考虑，一天之后就会有10公里的定位误差。听到时空弯曲之类的学说，肯定有人会认为玄乎。但谁会愿意使用误差10公里的GPS？

因此GPS的应用必须根据狭义相对论与广义相对论进行修正。可以想象，这是由某些懂物理的人算出一个公式，然后由其他工程人员编入相关的计算机进行时间修正。编程的人无需懂物理，而用GPS导航开车的百姓们则更不必懂物理了，对他们而言，只要工作就行，至于背后的知识与技术是无关的。这正是现代社会高度分工的特点。我们不需要一个出租车司机懂广义相对论才能使用GPS，也不需要他懂牛顿力学、热力学、麦克斯韦尔方程才能开车，他只要正确的发出神经信息，控制其肌肉，安全地操纵相关设备就可以了。

牛顿发现了牛顿第二定律 f=ma，后来，据说被一个坠落的苹果启发，发现了万有引力。牛顿的天才在于，他认为宇宙天体、金星、火星、月亮没有什么特殊，它们不是由神仙控制，而是与一个地面上的烂苹果一样，遵循同样的规律，那就是f=ma与引力。根据苹果的运动规律而得出的物理理论作为自然界的普遍适用的法则，牛顿计算了行星的轨道，地球的潮汐，炮弹的轨迹，等等。其结果是一场科技革命，更是一场思想革命。

而相对论与量子理论是对牛顿力学的修正与发展。GPS应用证明广义相对论的计算结果与实测结果达到了极为精密的吻合，理论计算与实验测量的差别只有几百亿分之一。

现代的宇宙学，大爆炸理论也好，暗能量也好，都是运用广义相对论与量子理论来解释观测到的天文现象。它们的正确与否在于它们能否解释、预测观测结果。

如果这些理论得出的结论超越了人的动物直觉所能接受的范围，那正是人类理性的成就。

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