膨脹的宇宙--愛因斯坦的玩具 Einstein’s Universe—an old man toy

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印行

Einstein’s Universe-An Old Man’s Toy

膨脹的宇宙

徐一鴻（A. Zee）著

張禮譯

愛因斯坦的玩具


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出版聲明

Einstein’s Universe-An Old Man’s Toy

Copyright © 2001 by Anthony Zee

Chinese translation rights © 2005 by Wu-Nan Book Inc.

Published by arrangement with Wu-Nan Book Inc.

All Rights Reserved.


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繁體中文版作者序

001


愛因斯坦七十六歲生日時，也是他最後的生日，收到一個

有趣的玩具，這個玩具是由一個掃帚柄、一個黃銅球、一段繩

子及一個軟彈簧所組成的，而玩具的原理是根據他在五十年前

研究引力時所提出的。收到禮物的愛因斯坦會心一笑，我心深

受震撼。這個玩具便是激發我寫作《膨脹的宇宙──愛因斯坦

的玩具》的靈感與熱忱來源。

在大自然的基本力中，我們最親近熟悉的是引力。在無邊

的黑夜裡，當我們的思緒正陷於迷惘中，且被隔絕於光的世界

之外時，仍能感受到重力的不斷牽引。我們出生之前，引力被

母親子宮內羊水的浮力所平衡，當我們一出生時，即刻感受到

引力的向下牽引。「引力」到底是什麼？其實我們皆不全盤瞭

解。

物理學從引力開始，兩位偉大理論家──牛頓和愛因斯

坦，在承續的研究基礎上，致力於揭開萬有引力（Universal

Gravity）的秘密。自愛因斯坦以來，世界各地的物理學家不曾

間斷地沉思、辯論和爭執引力的特性。我們所謂最熟悉的力，

竟是遠在我們經驗之外的能量領域中，一位神秘的侵入者；我

們因而認識引力，純粹出於偶然。

近半個世紀以來，引力和量子間的勢力如鐵達尼號般巨大

的衝撞，搖撼著物理界。近年來奇特美麗的弦理（String Theory）

日漸盛行，成為熱門的話題，也因此深深讓許多物理學家著

迷。他們承諾以弦理可以解釋一切，然而在我們對引力的瞭解


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膨脹的宇宙

002

中仍存在著一個主要矛盾，至今尚未解決。

本書探索引力的方式，包括內在特質與外在形式。在前序

中，引導評述牛頓引力。第一章，即從愛因斯坦的玩具到量子

時代，追溯我們對引力的瞭解，並自然地進一步一瞥引力如何

在宇宙中工作玩樂。在第二章中，從大寒冷（Big Chill）到大

爆炸（Big Bang），主以追蹤明瞭宇宙的演變。在第三章中，

以探討物質和結構如何在虛空中呈現。在宇宙的演化中，引力

的手有時是直接而明顯的，有時卻是藏在幕後操控，但兩者皆

不可或缺。淺遊宇宙之行後，我們再回到第四章，注視引力的

核心機密。

這本書是關於引力和宇宙的。我希望能夠以有趣通俗的方

式，解釋在動力學宇宙中最富有戲劇性的引力物理，與涉及引

力現象的物理。宇宙學令人深感興趣的程度可與引力物理學平

分秋色！事實上，宇宙學更容易與一般讀者親近。然而，基礎

物理學家相對於宇宙的生命而言，更熱衷探究引力的奧秘。

也許年輕學子對於喬治‧伽莫夫（George Gamow）感到陌

生。在此我要向這位已故的美籍俄羅斯物理學家伽莫夫先生致

敬。他從大爆炸的一般性概念中，時性地將之形成近代物理宇

宙學，如我在第六章所描述的。伽莫夫是位感情奔放且不拘泥

於世俗規範的科學家。他做物理的風格是以尋找樂趣為前提，

導致評價兩極。曾有許多人為他打抱不平，為何諾貝爾獎沒有

他？有些物理學家猜測伽莫夫未獲諾貝爾獎評議委員會的青

睞，是因伽莫夫未把做物理這件事當成嚴肅的專業，而是取悅

人心的興趣，對此我不予置評。但他做學問、做研究的風格的

確感染我。

我在高中偶然機會中，讀到伽莫夫一本讓我發笑的通俗物

理書系列後，便部分啟蒙我選擇學習物理作為終身研究的志


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003

趣。也許這是一個機會與年輕人分享我的心得，便是應當勇於

探索自己，找到興趣，忠於自己的興趣，有個快樂熱情的人生。

在這本書中，我希望儘量解釋得透徹。但在第四章中討論

量子引力和弦論時，由於該問題中量子場論的全部奧妙盡在其

中，由於篇幅所限，我能帶給讀者的僅是一種有關物理性的味

道與啟發。另一方面，關於近年來許多令人興奮的發展，本書

也提出說明。但也儘量避免昨是今非，但能經過嚴核審定，歷

久彌新的想法與理論。

我從不喜歡有些科普書是有意或無意的扭曲歷史，也不喜

歡所謂的拜神運動。我儘量，但仍無法全然避免這樣做，因為

愛因斯坦的名字幾乎在每一頁上出現。然而關於牛頓發現的歷

史潮流與影響，在本書我僅能簡短提示。我微薄所能做的是，

盡可能準確地描繪歷史的草圖與讀者分享。

我很高興五南出版社穆小姐在二四年底與我接洽出版

本書，繼牛津出版社再版後，日本TBS及中國清華大學出版社

皆相繼翻譯出版此書。我感謝讀者的回饋與指教，更激發我許

多的靈感，將物理描寫得更貼近生活。事實上，我在周遊世界

四十多個國家後，於一九九七年第一次應中研院之邀參訪台

灣。台灣，是個充滿生命力的美麗寶島！這裡有最傑出的研究

計劃，最上進的學生，最溫馨的人情味！我要感謝吳茂昆院

士、黃偉彥教授、張達文教授、張圖南教授，讓我有機會更進

一步瞭解台灣的學術研究與風土民情。當然還有許多在中研

院、台灣大學、清華大學、中央大學的好朋友們默默對我的關

照。我更感恩的是在二三年十一月的初冬，在台大驚豔我

美麗聰慧的妻子緯緯，她對於台灣的熱愛不遺餘力，這使我非

常感動、也非常謝謝她協助我完成此序。

在愛因斯坦一百歲生日之際，讓我們一起回到時光隧道，


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膨脹的宇宙

004

一起冥想這一代偉人的思潮是如何翻騰這整個世紀、這整個宇

宙！

徐一鴻寫於聖塔巴巴拉（Santa Barbara）

2006 年元月


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牛津版序言

001

牛津版序言

我很高興牛津大學出版社為《愛因斯坦的宇宙》（原名

《老人的玩具》，繁體中文版為《膨脹的宇宙──愛因斯坦的

玩具》）出修訂版。我為此寫了跋，討論了在千禧年前夕的兩

個激動人心的進展。

《愛因斯坦的宇宙》是從圖 12.2 起源的，圖中重力拒絕參

加她的姊妹相互作用的舞蹈。當我在寫《可畏的對稱》一書時

（去年普林斯頓大學出版社出了修訂版。這是一本關於近代物

理學中大統一理論的基礎對稱的書），我痛切地感覺到重力被

丟在一邊了。關於重力我想說而又不能納入《可畏的對稱》一

書中的東西就形成了《愛因斯坦的宇宙》的基礎。

在原有的序言中，我談到《愛因斯坦的宇宙》是四個樂章

的書：重力、宇宙、宇宙和重力。我時刻想著《可畏的對稱》

和《愛因斯坦的宇宙》是一個三部曲的兩部分，它們是彼此補

充的；但我沒有寫三部曲中的第三本書，而寫了一本關於中國

文化、美食和語言的書《吞雲》。恕我在此就不解釋事情的緣

由了。

我感謝牛津大學出版社的科克‧嚴森（Kirk Jensen）實現

了這個出版計畫，感謝他的耐心和幾年來具有闡明作用的交

流。我得以和編輯林達‧羅賓斯（Linda Robbins）相識並成為

朋友，從她那裡我得到不少忠告。我喜歡她在聽我一會兒說這

個，一會兒又扯那個時的耐心態度。


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原文序

001

原文序

在自然的基本力當中，我們最熟悉的是重力。在無邊的黑

夜中，我們迷失在個人的思想裡，和光的世界隔絕，卻仍然感

到重力的不停牽引。在我們出生之前重力被母親子宮羊水的浮

力所平衡，當我們出生時立即就感到重力的向下牽引。但我們

並不瞭解重力。

物理學從重力開始。兩位偉大的理論家，牛頓和愛因斯

坦，一位在另一位的基礎上，努力去探尋這個普適力的秘密。

從愛因斯坦以來，物理學家考慮、辯論和激烈爭辯重力的本

性。我們所最熟悉的力是從遠在我們經驗之外的高能量領域中

來的闖入者。我們只是由於偶然才認識了它。

重力和量子之間的巨大衝撞，半個世紀以來搖動著物理世

界。近年來一個奇異美麗的弦理論迷住了許多物理學家，並許

諾能解釋一切。但在我們對重力的理解中有一個重要佯謬仍在

嘲笑著我們。

我們將要探索重力──它的內在性格和外在顯示。在序幕

中，我們評述牛頓重力。在第一部分中，我們追蹤對重力的理

解，從老人的玩具到量子時代。在這個討論中，我們自然地去

探視一下重力在宇宙中的工作和休閒。在第二部分中，我們追

隨宇宙，從大冷凍到大爆炸。在第三部分中，我們探討物質和

結構如何從虛空中湧現。在宇宙的演化中，重力的手有時是直

接和明顯的，有時是藏在幕後的，但同樣是不可缺的。從宇宙

的旅行我們回到第四部分，注視重力的核心機密。這是四個樂

章的書：重力、宇宙、宇宙和重力。


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膨脹的宇宙

002

這本書是關於重力和宇宙的。我的希望在於解釋在動力學

宇宙中最富戲劇性的體現重力的物理和涉及重力現象的物理。

宇宙學肯定是令人深感興趣的，它與重力的物理學可以平分秋

色。宇宙學更能令非專業讀者接受，但是在探索為什麼我們會

下落的秘密和瞭解宇宙的生命二者之間，基礎物理學家的熱情

更多地給予了前者。

我願意說幾句話向喬治‧伽莫夫致敬，這位已故的美籍俄

羅斯物理學家從大爆炸的一般概念中形成了近代物理宇宙學，

如我在第六章中描述的。伽莫夫是個激情又玩世不恭的人，因

為在探討物理的時候還要開玩笑而名聲不好。相當多物理學家

認為諾貝爾委員會忽視他是不公正的，或許他們不喜歡他把物

理當作好玩的愛好而不是嚴肅的職業。無論如何他的風格對我

有感染力。伽莫夫寫過一個有趣的通俗物理書系列。我在高中

時偶然看到其中的一本，這是我選擇學習物理的部分原因。

我不願意寫只講主題的通俗物理書。作為物理學家和教

授，我想解釋得盡可能多。但在第四部分中討論量子重力和弦

理論時，可惜我能做的只是給你有關物理的一點味道，因為在

該問題中量子場論的全部奧妙都上場了。對需要知道更多的

人，我只能建議你選擇理論物理作為你的事業，就像我讀到伽

莫夫在一本通俗書中承認他不能解釋量子統計時下的決心一樣。

在另一方面，我要說一下關於近來一些激動人心的進展。

我儘量避免那些今天提出明天就消失的「進展」。從這本書開

始到本書寫作出版的四年左右時間裡，通俗出版物喘不過氣來

地報導很多激動人心的「發現」。總的來說，我在這本書中只

討論我認為能存留下來的東西，至少在指導思想上做到這一

點。當我討論到沒有最後確定的結論時，我儘量把這點說清楚。

我從來不喜歡通俗科學書歪曲歷史，傳播只有極少數人對


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原文序

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所有的發現負責的神話。可惜的是，我自己也不能避免這樣

做：愛因斯坦的名字幾乎在每一頁上出現。例如我也想敘述導

致牛頓偉大發現的歷史潮流和影響，但我只能簡單提一下。我

能做的這一點只能算歷史的草圖，如果不是漫畫的話。


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致謝

001

致謝

我的沒有任何科學背景的朋友布魯斯‧卡倫（Bruce Car-

on），派特‧考克萊（Pat Coakley）和阿布德－阿爾‧哈伊穆

爾（Abd-al Hayy Moore）讀了原稿。他們的意見和提到的問題

對我有巨大的幫助，使我把書寫得更清楚。我感謝他們。

我的前妻格列青（Gretchen）她的評論，對我講清某些困

難的段落起了決定性作用。

我很高興大衛‧沃爾夫（David Wolff）做我的編輯。對他

自始至終的熱心、鼓勵和耐心，我表示感謝。他的忠告對本書

的完成是不可缺少的。

我前一本書《可畏的對稱》的編輯查理‧萊文（Charles

Levine）在 1985 年早期參與了本書的計畫，我感謝他在我開始

寫作時的支援和所提的意見。

我感謝簡‧立特爾（Jane Littell）在本書最後的生產階段提

供的不可或缺的幫助。

最後感謝我的文字編輯林達‧馬歇爾（Linda Marshall）幫

助我理順了本來是很亂的段落。

索尼亞‧吳（Sonia Ng）安排了一些圖的繪製，一併感謝。

圖的繪製者

彼得‧阿蘭（Peter Allen）：圖 P.1、P.2、P.3、P.4、P.5、

1.2、1.4、2.1、2.4、4.2。

黃季軍（Jiun Huang）：圖 6.4、8.2、11.4、12.3、12.5。


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膨脹的宇宙

002

梁儀（Yee Leung）：圖 7.1、12.6、14.1。

格列青‧徐：圖 P.7、1.1、2.3、4.4、4.7、5.1、5.2、5.3、

9.2、9.5、9.7、11.1、11.2、12.4、N.1。

斯泰拉‧徐（Stella Zee）：圖 6.2、8.1、12.1、12.2。

徐一鴻：圖 P.6、1.3、2.2、2.5、4.3、4.5、5.4、5.5、6.3、

9.1、9.3、9.4、9.6、9.8、9.9、9.10、10.1、11.3、13.1。

圖 1.5 和圖 1.5 ：源於赫爾日著《月球的探索者》(Ex-

plorers on the Moon)，比利時布魯塞爾喀斯特曼協會（Casterman

Societe Anomyme）許可使用。

圖 4.1：〈安德羅美達星座〉（The Constellation of Androm-

eda），載於阿里蘇菲（西元 903～986）著《恆星的灌木叢》

（The Bush of Fixed Stars），重印於肯尼斯‧格林‧瓊斯著《探

索星雲》(The Search for the Nebulae by Kenneth Glyn Jones 1975,

Alpha Academic, Canada)，經作者許可使用。

圖 6.5：依勒母照片選自伽莫夫著《我的世界線》(My World

Line)，伽莫夫版權所有，1970 年維京企鵝出版社允許翻印，紐

約美國物理學聯合會培爾‧安德森（Per Anderson）許可使用。

圖 8.3：《一個午夜的流行談話》(A Midnight Modern Con-

versation)，倫納德‧保爾森（Ronald Paulson）著《何噶爾斯圖

像作品》，耶魯大學出版社（1970），耶魯大學出版社許可使

用。


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推薦序

001

推薦序

知道五南圖書出版公司決定出版徐一鴻教授的經典著作之

一《膨脹的宇宙──愛因斯坦的玩具》，我非常興奮。因此，

當五南圖書出版公司的穆小姐來函要我為之作序時，很快就答

應。能為徐教授的書寫序是我極高的榮譽，也義不容辭。徐教

授是我們同個世代中，最有才華的華人物理學家。

徐教授不僅是一位了不起的理論物理學家，他的研究貢獻

幾乎涵蓋所有理論物理領域，包括高能物理（High Energy Phys-

ics）、場論（Field Theory）、宇宙論（Cosmology）、生物物理

（Biophysics）、凝固態物理（Condensed Matter Physics）、數學

物理（Mathematical Physics）。此外，徐教授是一位國際知名

的科普作家，他的作品非常傑出且具有高度的戲劇性與啟發

性，被評為美國最佳的科學作家之一。事實上，徐教授的文章

被引用為學生英文散文寫作的教材，與著名的小說家 George

Orwell、John Updike、E. M. Forster 等並列。

徐教授確實是一位非常會說故事的物理學家，可以將隱藏

在繁複數學方程式內的物理概念以和人閒話家常的方式敘說。

《膨脹的宇宙──愛因斯坦的玩具》從愛因斯坦最後的生日收

到的一個有趣玩具開始，以幽默、簡潔、明確及令人拍案叫絕

的文字，闡述大自然中我們日夜感受的萬有引力的秘密。本書

探索引力的方式，包括內在特質與外在形式。從大寒冷（Big

Chill）到大爆炸（Big Bang），追蹤明瞭宇宙的演變，進而涉

及令人著迷的宇宙學。在這本書中，徐教授更將今天最令人興

奮的量子引力和弦論之發展，以具趣味性與啟發性的方式介紹


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膨脹的宇宙

002

給讀者。

閱讀徐教授的小說，讓我回味起大學年代讀George Gamow

（著名的美籍俄羅斯裔物理學家）所寫的「Mr. Tompkins in Won-

derland」的感受。我選擇以物理作為職志，有相當程度是受到

此一經歷的影響。若你不曾因閱讀科普小說而發出「會心的微

笑」，閱讀《膨脹的宇宙──愛因斯坦的玩具》一書或可為你

帶來一個全新的經驗。

吳茂昆

中央研究院院士

行政院國家科學委員會主任委員


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目錄

001

目錄

推薦序


牛津版序言

原文序

致謝

序幕蘋果和月亮／ 001

023 PART Ⅰ 重力的升起

1 老人的玩具／ 025

2 在空間和時間中疾行／ 042

3 無所不能的必定是弱的／ 057

073 PART Ⅱ 膨脹的宇宙

4 出航／ 075

5 夜間的黑暗／ 099

6 從大冷凍到大爆炸／ 116

135 PART Ⅲ 從虛無中出來的結構

7 宇宙誕生物質／ 137

8 富人變得更富／ 157

9 從頭髮旋渦到創世的初期／ 168

10 天空中的鬼騎手／ 190


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002

膨脹的宇宙

11 戴上了光環／ 211

225 PART Ⅳ 重力的秘密

12 重力的墜落和升起／ 227

13 弦的音樂／ 248

14 思索的人和發笑的上帝／ 269

282 跋

293 註記

319 索引


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序幕：蘋果和月亮

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從樹上掉下來的蘋果告訴我們，天上和地下由同樣的

定律所管轄。我開始思考作用在月球上的重力……我推導

出行星維持在軌道上的力必須反比於它和軌道中心之間距

離的平方，如果把維持月球在其軌道上運動的力與地球表

面上的重力相比較，所得出的結果是很相近的。所有這些

想法都是在西元 1665～1666 年這兩年瘟疫期間所產生的。

那些日子正是我發明創造時期的巔峰，而我當時對哲學和

數學的興趣比往後任何時候都來得大。

──牛頓在他回憶錄中所記載的一段話

瘟疫

西元 1665 年的夏天，當時英格蘭正流行著瘟疫。劍橋大學宣

布關閉，學生都被送回了家。學生中有當時年僅 23 歲的艾薩克

‧牛頓（Issac Newton）。他回到了位於伍爾斯瑟普（Woolsthorpe）

的家庭農場，並在那裡待了兩年，在農村與外界隔絕的情況下進

行思考和學習。一天，一粒蘋果掉到了他的頭上，讓這兩件歷史

性的遭遇，激勵牛頓創造了他的重力理論。

誰又能知曉這個故事是真確的嗎？看起來，它像是一個編劇


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002

膨脹的宇宙

人的精心傑作，但實際上它是牛頓自己在老年時第一次講出來

的。無論如何，這是一個很好的故事，具有猶太教──基督教中

蘋果是智慧之果的色彩。

艾薩克‧牛頓爵士是何許人也

物理學家把牛頓作為他們同行中最偉大的人來尊敬，說他的

工作奠定了自然科學1 的基礎並不過分。但艾薩克‧牛頓爵士究

竟是何許人也？

這位偉大的天才是他父系中唯一會寫出自己名字的人。他父

親的兄弟認為沒有必要讓自己的兒子們受教育，他們終身未受教

育。他的母親僅會寫字，並且並不打算把艾薩克送去上學。在他

舅舅的堅持下，牛頓才得以接受教育。在此之前，他舅舅是家族

中唯一受教育的人。

在一個世紀中，牛頓的父系祖先從普通農民成為土地擁有

者，這個升遷說明他們的智力應該高於平均水平。牛頓的父親據

說是一個粗野、過激和孱弱的人，他在結婚後 6 個月就去世了。

幾個月後，牛頓在西元 1642 年的一個耶誕節早晨出生，一生來

即失怙。由於早產，牛頓生下來太瘦小，以致沒有人認為他能活

下來。

當這個沒有父親的孩子成長到 3 歲的時候，他的母親再婚

了，嫁給了一位 63 歲的神職人員。這個討人厭、說話過分的牧

師不讓牛頓和他的母親生活在一起。這段經歷被心理分析家毫不

猶豫地把這個被迫失去母愛的案例，作為牛頓以後行為的解釋。

1 Physical Science，自然科學中的非生命科學部分，譯者註。


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由於當時的宗教教養，牛頓記錄過自己的「罪惡」，其中一段就

是威脅要把母親和繼父連同他們的房子一齊燒掉。

牛頓 10 歲時他的繼父死了，他得以和母親重逢。因為在這

段時間他的繼父和他的母親生了 3 個孩子，使他顯然產生了強烈

的忌妒心。這次重逢時間很短，因為不久他就被送到城裡去上中

學了。在那兒，他住在一間藥房裡，而且和藥房主人的繼女談了

一場戀愛。這是他一生中第一次，也是最後一次的愛情。

牛頓 17 歲時，他的母親讓他回家在農場幹活，他索性就一

邊讀書一邊放羊。法庭記錄顯示他曾因為羊跑到鄰居的地裡幾次

而被罰款。在這段時間牛頓自己的罪惡記錄有「推打妹妹」、

「對母親發脾氣」、和「僕人爭吵」和「跟很多人打架」。僕人

們恨他，說他懶惰，肯定是個什麼事都做不成的人。

同時，牛頓的舅舅和學校校長勸說他的母親，讓他回到學校

繼續學習。只是在校長答應免去費用並允許牛頓住到他家之後，

牛頓的母親才肯讓步。牛頓的母親真是個守財奴，她從兩個丈夫

那裡得到資產，已經夠富有的了。最後，牛頓是以領補助金的名

義註冊進劍橋大學，並以貧窮學生的身分為富裕學生做服務勞動

而掙的一些錢。他為別人買啤酒、倒便壺並做其他雜事，這對從

小就有僕人的牛頓來說是挺屈辱的。

理查‧衛斯特法爾（Richard S. Westfall）是牛頓的傳記作家，

他將牛頓描寫成一個飽受折磨的人，有極端神經質的性格，至少

在中年時就常常徘徊在精神崩潰的邊緣。在熟悉他經過那樣的童

年之後，這就不足怪了。不需要多少心理分析，就能瞭解牛頓對同

時代科學家的嚴厲、惡意的爭吵反映了他對繼父的少兒暴怒症 2。

2 infantile rage，一種心理疾病，譯者註。


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004

膨脹的宇宙

對打倒自己主要的科學上的敵人羅伯特‧虎克（Robert Hoo-

ke），牛頓毫不留情。虎克比牛頓大上 6 歲，是在牛頓之前被公

認英國最偉大的科學家。很有趣的是，牛頓曾提過一句常被引用

的名言：「如果我看得更遠些，那是因為我站在巨人肩膀上的緣

故」。這句話常被誤解為牛頓謙虛的證據。實際上這句話是對虎

克的諷刺性挖苦，因為虎克的身材既矮又駝背。現在有一些物理

學家用這句話的變體來奚落他們的同事：「如果我看得遠些，那

是因為我從矮子肩上看過去的原因。」

總的說來，從在劍橋到瘟疫流行時期是牛頓一生中最快樂的

時光。和歐洲大陸的學術中心比較起來，劍橋在當時像是知識上

的一潭死水。當時的大學有一個部分基於亞里士多德（Aristotle）

的教學計畫，幸而在 17 世紀 60 年代亞里士多德式的教學計畫即

使在劍橋也未被認真執行。牛頓幸運地能比較自由地利用時間思

考並閱讀自己要讀的東西。在瘟疫到來的時候，他已經找到伽利

略（Galileo）和笛卡兒（Descartes）的著作來學習並且初步發明了

微積分。

任意兩個物體

不停地想。

──牛頓（對於他如何發現重力定律提問的回答）

牛頓發現了任何兩個物體都彼此吸引。物體的質量愈大，萬

有重力愈強。當兩個物體遠離時，它們之間的吸重力變弱，但永

不減少到零。


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005

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現在已經清楚，蘋果掉落是因為地球拉它下來。實際上不僅

蘋果，任何東西都會掉落，看來重力和物體的細節性質無關而只

依賴於其質量──就是物體所含物質的量。力是如何依賴於質量

的呢？

伽利略的炮彈

在當時牛頓已經得出了運動三定律。其中一個定律是說當任

何一種力作用於一物體上，物體會獲得加速度。而且，物體的質

量乘以加速度等於所加的力，F = ma，力等於質量乘上加速度。

換句話說，受力的物體的加速度正是力除以物體的質量：a = F / m。

我要強調牛頓的運動定律 F = ma 是關於普遍的力效應的。力

可以是電力、磁力、重力或者任何其他的力。在牛頓以前，人們

被無所不在的摩擦力所蒙蔽，相信了必須用力才能保持物體以恆

定速度運動。也許牛頓觀看一個人在溜冰場上優雅地滑著，便想

到如果摩擦力減小到最低限度，物體便可以在很長時間內維持其

速度，並不需加力於其上。他的定律說明在沒有摩擦時，作用在

物體上的力改變物體的速度──即物體獲得加速度。

實際上重力使物體在下落時加速。伽利略已經確定了下落的

物體以約每平方秒 32 英尺的速度加速。這意味著下落的物體在

一秒之後以每秒 32 英尺的速度落下，兩秒之後是每秒 64 英尺，

以此類推。當然阻力會使它慢一些。

有了這些數據，牛頓即推出地球對物體的重力和它的質量 m

成正比，即 F 等於 m 乘上一個常數，稱這個常數為 g3，因此，F=

3 源於英文 gravity，譯者註。


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006

膨脹的宇宙

mg。下面證明它和伽利略的觀察相一致。

證明很簡單。加速度是 a = F / m = mg / m = g。質量消掉了！加

速度和物體的質量無關！

這是完全正確的！伽利略說落體的加速度是每秒 32 英尺，

並不需要標明質量是多少。

為了強調這個關鍵點的重要性，讓我們故意錯誤地假設重力

和質量平方成正比，這樣落體的加速度就應是 a = F / m = 常數×

m2 / m = 常數× m。若一個物體的質量為另一物體的兩倍，則其比

後者加速快兩倍，這和伽利略的觀察相矛盾。

想像伽利略爬上比薩斜塔（Leaning Tower of Pisa）擲下兩個

不同大小的鐵球，它們同時著地顯示所有物體以同樣的速率下

落。許多人拒絕相信伽利略，問他一塊石頭如何能和一根羽毛以

同樣的速率下落。這些人其實沒有覺察到羽毛的空氣阻力要比對

石頭的大得多。在真空中一塊石頭和一根羽毛將肩並肩地下落，

這是富有戲劇性但又是真實的事實。

我們將看到，物體以同樣速率下落這件事提供了重力本質的

線索，並提供了愛因斯坦建立其重力理論的基石，從而得出空間

和時間的深奧秘密。

把地球往上拉

嚴格說來，僅僅說地球把蘋果往下拉是不對的。在重力這個

「雙人舞」的表演中，地球和蘋果相互吸引。在地球把蘋果往下

拉的時候，蘋果正在往上拉地球。當我在兒童時第一次聽到這個

說法時，留下很深刻的印象。每次當我從樹上跳下時，地面真是

向我落下來。作用在蘋果上的力同樣也作用在地球上。當然同樣


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的力使地球移動得小得多，因為地球的質量要大得多。

同樣的道理，我們在走路的當時也不斷地將地球往後推。想

像一下，你走路時把周圍的環境往後推，就如同你在游泳時把水

往後推一樣。當然在任何給定時間在地球上走著的許多人和車輛

給地球的影響非常小，幾乎全部抵銷掉了。

重力的長手指

我們已確定，地球和一個質量為 m 的物體間的重力和 m 成正

比。這個重力也和地球的質量成正比嗎？結果正是如此。這個事

實看來似乎有道理，但並不是顯然的，因為地球的質量比一個通

常的物體的質量要大得多。

地球和蘋果之間的重力是否和地球的質量成正比的問題和牛

頓需要回答的另一個問題有關，即兩個物體間的重力如何依賴於

他們之間的距離。

答案有不同的可能性。當我們把兩個物體分開到超過一個被

稱為力程的距離時，物體間的力可能急劇減小到零。在此力程之外

力已經不再起作用。為了討論方便，假定重力的力程是 100 碼 4。

這樣只有距離蘋果約 100 碼的地球的那一部分才有貢獻，而重力

就不會正比於地球的整個質量;但如果重力的力程比地球的大小

還大得多，則地球的整個質量都能做貢獻。一個極端的可能性是

當兩個物體的距離增加時，它們間的重力逐漸減小而趨於零，但

並不完全等於零。在此情況下重力的力程為無限大。

為了決定重力的力程，牛頓作了最簡單的假定，兩個質量為

4 碼（Yard），1Yard 等於 3 英尺，譯者註。


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008

膨脹的宇宙

m1 和 m2 的物體間的重力都成正比，力並不偏向哪一個物體。我

們以後將回到這個問題，並將驗證即使在地球與蘋果之間這個事

實也是正確的。

天空中的石頭

牛頓是怎樣決定重力和物體間距離的依賴關係呢？原則上牛

頓可以從越來越高的高度擲下蘋果，並觀察作用於蘋果的重力如

何減小。這其中的困難在於，地球的半徑大約是 4000 英里。從

地球的尺度來看，牛頓所能達到的高度實在是太小了。他沒有辦

法把蘋果拿到距地面幾千英里那麼高。當然不一定用蘋果，任何

物體都可以，比如用一塊石頭。但他也不能把一塊石頭弄到那個

高度。

但的確有一塊石頭就在高空。瞧，就是那月亮！牛頓果然有

聰明的洞察力。

對於一個像月亮那樣的物體，要圍繞像地球這樣一個物體運

行，必須要有一個力作用於月亮，把它往地球拉，否則月亮將沿

一條直線飛去。在圖P.1 中，一個男孩把一塊石頭綁在繩索上繞

著自己的頭上方旋轉。假如要使石頭不停地旋轉，他需要拉住繩

索以便施加一力於石頭。一旦放手，力便消失而石頭也就飛走了。

牛頓一定意識到了地球作用於月亮的重力正好等於維持月亮

轉動所需要的力，如圖P.1 所示。運用他的運動定律，牛頓得出

這個力的大小依賴於月亮的軌道半徑和它在軌道上運動的速度。

同樣的討論適用於行星圍繞太陽的運動。早在之前，天文學

家開普勒（Kepler）已經煞費苦心地確立了每個行星的軌道半徑

和它們在軌道上運行的速度。因此牛頓就能知道維持每個行星軌


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一個男孩旋轉固定在繩索上的石頭。要使石頭不飛出去，男孩要拉住

繩索以力作用於石頭。石頭轉得愈快，所需的力愈大。要使月亮運行

在繞地球的軌道上，地球需要以力作用於月亮。和包含同樣的物理

原理。

圖 P.1

道運動所需的力，這也就是太陽作用於每個行星的力。

這是多麼幸運啊！大自然提供牛頓這麼多分別距太陽不同距

離的行星。他最終能確定兩個物體間的重力如何依賴於它們之間

的距離。牛頓利用開普勒的數據，找到了兩個物體間的重力隨它

們之間的距離平方而減小的規律。如果我們將距離增為 2 倍，則

力減為原有的 1/ (2× 2) =1 / 4；將距離增為 3 倍，力減為原有值的

1 / ( 3× 3 ) = 1 / 9，如此類推，重力具有無限大的力程。

重力是長程作用的（物理學家通常省略「無限大」一詞），

這對宇宙的演化具有重大的意義。宇宙中一個物體受到其他所有

物體的重力。當然遠處物體的力是微小的，但其總體效應是可觀

的。

重力的長程作用解釋了為什麼使蘋果落地的力是如此之強，

而我們難以發現一塊石頭和蘋果間的力。地球重力之所以強，正

因為它的長力程允許整個地球質量都能參與之故。

地球月亮


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膨脹的宇宙

010

奏樂慶祝！牛頓現在可以把這一切歸結為一個萬有引力定

律。任何兩個質量為 m1 和 m2 的距離為 d 的物體間的重力是

Gm1m2/d2。這力等於兩個質量和一個常數 G 的乘積除以距離平

方。這個 G 常數現在被稱為牛頓萬有引力常數。

常數 G 給出重力強度的一個總的量度。牛頓在他所掌握的資

料（例如地球的大小）基礎上，決定了 G 的數值。實際上這還提

供給他一個估計太陽質量的方法。

嘿！沒想到吧，所有這些推論僅需從樹上掉下來一個蘋果！

往中心瞧瞧

在牛頓完成了重力理論的表述以後，他認識到應該回到地球

與蘋果間的力的問題。在他的公式中，究竟應該代入蘋果到地球

表面的距離，還是到地心的距離，或是到地球內另一點的距離

呢？另外，他應該代入地球的整個質量，還是僅為其中一部分呢？

幸運的是，在牛頓從行星圍繞太陽的運動中找到距離的反平

方規律時，這些問題並不存在。在太陽系的尺度下，太陽和任何

行星間的距離比起它們本身的大小來說是如此之大，以致太陽和

行星都可以看成是小球，在數學上可以被視為理想的點。相應的

距離就明顯應該是這些點之間的距離。但對落下蘋果的尺度而

言，地球就太大了，它不能被當成一個點。

牛頓知道怎樣做。他把地球切成小塊，小到可以把它們當成

數學的點。用牛頓公式計算每一小塊對蘋果的重力，再把這些小

塊的重力加總起來，這樣就得到整個地球對蘋果的重力。

這個計算結果是很簡單的。要計算蘋果和地球間的重力，就

用牛頓公式，代入蘋果到地心的距離，再代入地球全部的質量。


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我們可以粗略地瞭解為什麼結果是這樣。假定蘋果處於北

極。設想地球是一塊球形的蛋糕，將它沿緯度線切成片，每 10

度切一片，保持刀鋒垂直於南北軸（見圖 P.2）。蘋果被這些地

球蛋糕片所吸引，首先被冰凍的北極處的小球冠，然後被一個稍

大的包含西伯利亞（Siberia）和格陵蘭（Greenland）的那片所吸

引，這些片變得越來越大，達到赤道時最大。然後當我們趨向南

極時，它逐漸變小。每一片都吸引蘋果。雖然北極的那片離蘋果

最近，但赤道處的兩片質量要大得多，它們的拉力最大。看來當

這些拉力被加起來時，地球的重力就像從地心作用一樣（顯然北

極並沒有什麼特別之處，我選用北極只是為了地理描述方便）。

圖 P.2 北極的球冠最接近蘋果，但赤道兩側的片質量最大。等效的結

果是地球吸引蘋果，就好像它的質量集中於地心。


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膨脹的宇宙

012

要使這個簡單結果得以成立，重力隨距離平方增加而遞減是

極為關鍵的。這樣的遞減正好使得整個地球都能有所貢獻：在牛

頓公式中的質量應是整個地球的。假定不是如此，如果重力比反

平方定律遞減得更快，那麼北極的那塊重力最強。赤道處的兩塊

雖然質量更大，但它們的效應被與蘋果的距離所減縮。在這種情

況下，並非所有的地球質量都有貢獻，有關的距離也不再是從蘋

果到地心的距離。

順便說來，牛頓構想了他的重力理論以後約 20 年，一直都

沒有發表。一個原因顯然是當時還沒有找到可以嚴格證明以上討

論結果的方法，雖然他相信其理論是對的。將一個物體──在此

情況下就是地球──分成小塊，並將每個小塊的效應加起來的觀

念正是微積分的中心思想。即使是在西元 1666 年，牛頓都還沒

有發明微積分這一部分。

並非此處和彼處都有拉力

當我走近一個質量很大的物體，例如一座山時，我應該感到

它的重力嗎？當我第一次聽到牛頓的重力定律時，很自然地想到

了這個問題。當然山比起地球要小得多，但我們到地心比到山體

的中心距離要遠得太多太多。是質量重要還是距離更重要？現在

我們知道如何弄清楚這個問題。

如果作一個粗略的估計，山的確切形狀應該沒有影響。為簡

單起見，設山是球形的，半徑為 4 英里。假定你正站在山旁（圖

P.3）。設地球半徑為 4000 英里。因為重力依距離的平方而減小，

地球和山相比影響要小一個因數 1000× 1000。地球能由於其質量

大而補償過來嗎？是的，它可以。因為它的半徑比山的半徑大


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1000 倍，地球的體積要比山的體積大 1000× 1000× 1000 倍。粗

略地說，假定地球和山是由同樣的岩石構成，它們的密度是相同

的。所以山在質量方面要小於地球一個因數 1000× 1000× 1000。

總起來看地球對你的重力要比山對你的重力大一個 1000× 1000

× 1000除以 1000× 1000的因數，也就是 1000。質量勝過了距離。

幸虧如此。否則當你經過一個又一個質量大的物體時，整個人就

寸步難行，一會兒被吸往這裡，一會兒被吸往那裡，多討厭呀！

從這個估計中你還可以看到，兩個人彼此之間的吸重力是微乎其

微。

圖 P.3 地上的一個球形山。地球的重力至少比山的重力強 1000 倍（圖

未按比例縮放）。


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膨脹的宇宙

014

重力快車

當我在高中時，我讀到重力可以被用來開發一種新的交通方

式。假設可以挖一條地道穿過地心到地球的另一側。往下看看，

可真嚇人！看來是無底深淵。我們已經買好了票，現在被邀請進

入。我們深吸一口氣並跳了進去。

喔！我們一直往下掉，就像愛麗絲（Alice）跳到兔洞裡那

樣。我們越降越快。落下的夢實現了！我們一閃通過了地心。我

們一旦通過地心，重力開始起煞車作用，它將我們往回拉向地

心。我們開始慢下來了。我們的動量足夠把我們帶過去嗎？是

的！假定沒有摩擦力，並且地球足夠圓，我們剛好能到達另一面

的出口。在那裡我們需要人接應把我們拉出洞口，否則我們將又

會掉回洞中。

實際上是有摩擦的，要走完全程我們需要一點推力。當然我

們還需要坐在堅固的艙內，它足以抗得住地心處的灼熱，更不要

提在通過地心時閃電般的速度了。

因為我們知道重力的強度，我們可以容易地算出旅程所需的

時間。結果是只需 42 分鐘！目前技術製造的飛機再快，也不可

能這樣快把你送到地球的另一面。更妙的是，這個「重力快車」

根本不需燃料，只需讓重力去幹活。

懷疑喔，這裡有詭計嗎？沒有！只是要修築一條通過地心而

不垮掉的絕熱隧道的技術和所需經費。物理上是很清楚的，重力

本來就是要把我們往下拉，我們只要讓它這樣做就行了。


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015

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地球內部的重力

要想多瞭解一些重力快車是如何工作的，我們需要知道一個

牛頓首先得到的結果。他提出了一個表面上沒有什麼意思的問

題：假如我們處於一個球殼的內部〔圖 P.4 〕，球殼是有質量

的，有重力作用於我們。這個重力往哪個方向拉我們呢？

設想把球殼切成兩塊。很清楚，兩塊的邊緣是圓形。切的角

度必須保證我們正好處於圓心。一個圖比十句話還管用，分割示

一個球殼作用於人體的重力有多大？（畫圖的人要想標出人的位置，

他同樣要指出我們不能透過固體的球殼看到什麼東西，他只好用虛線來

表示。）在圖中，畫圖的人要表明我們說的是球殼而非實心球，他將

球殼切成兩個球冠，然後把它們分開距離，表示在圖中的球是空的並

顯出一個人。兩個球冠作用於人的力彼此抵銷。

圖 P.4


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膨脹的宇宙

016

於圖P.4 。為清楚起見並為了給出我們的位置，畫圖的人把兩塊

稍稍移開了一點。

我們簡單地稱這兩塊為小塊和大塊。我們要比較小塊作用於

我們的拉力和大塊作用於我們的拉力，這是一場拔河戰，小塊的

質量較小，但平均而言小塊的物質比大塊的物質距離我們更近。

看來這兩塊對我們的拉力彼此平衡了，牛頓作了這個計算並發現

確實如此，球殼對我們沒有淨重力。

這個結果有意思，但它和重力快車的討論有什麼關係？我們

想知道當我們位於地球內部圖 P.5 的 A 點時，作用於我們的重

力是多少。在數學上我們可以把地球──或者任何球體──當成

是由許多殼一個套一個地組成的，就像洋蔥一樣。它的切面示於

圖P.5 。因為一個球殼對其中的物體不施加重力，為了計算作用

於我們的重力，可以忽略外面的殼。

當我們在地球內部一點A時作用於我們的重力是多少？我們可以把

地球想像成洋蔥：它由許多殼組成。這裡展示它的切面。當我們在A

點時，我們只感受到地球內核的重力，如正文中所述。

圖 P.5

A A A


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這將我們引到一個重要的結論，當我們位於地球內部時，只

有地球的內核對我們施加重力。內核的定義是它由比我們更接近

於地心的物質構成。因此，當我們位於地球表面時，內核就是整

個地球。當我們朝地心下降時，內核就是越來越小的球。到了地

心，內核就縮為零了。現在我們知道如何計算我們感到的重力

了，它是 G 乘以我們的質量乘以內核所含的質量，再除以我們和

地心距離的平方，如圖 P.5 所示。

這個結果是有意義的。當我們向地心下降時，內核越來越

小，我們感到的重力逐漸減小，從地面的正常值降到地心的零。

這正是我們所預期的。很顯然當我們到達地心時，我們不應感到

任何重力。我們在所有方向上被向外拉，其效應就相互抵消了。

順便說來，重力快車可以連接任意兩個城市。挖一個連接兩

個城市最短的隧道（圖 P.6）。現在隧道不再指向地心，我們不

是垂直下落，而是以一個角度下滑，所以我們走得慢些。另一方

面，走的距離短些。結果是不論我們連接哪兩個城市，一趟旅程

下來都是 42 分鐘。

雖然我們不會在近期到地心去旅行，我們在這裡學到的東西

對宇宙和星系的討論卻具有極大的重要性。要瞭解這一點，考慮

一個大致為球形的星系（星系中星體的數目是如此之多，在星系

的尺度上看，我們可以假設它們均勻分布在星系中）。決定一個

星體所受到的重力問題在數學上和決定我們在去地心的旅途中所

受到的重力問題是完全相同的。取一個星體，例如在圖 P.7 中標

以A處的星。以星系中心為球心畫一個球面，其半徑正好使星A

在球面上。根據我們剛剛學到的，只有在球面所包括的物質才對

星體施加重力。在球面外的物質對星體的重力效應總和為零。


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膨脹的宇宙

018

圖 P.6 地下重力快車：如能建成，它是一個有效的交通方式。

圖 P.7 在一個大致為球形的星系中，只有標為圓形的球面內的物質對

星 A 施以重力（和圖 P.5 相比較。圖不是按照比例畫的，一個

典型星系所含的星體比這裡畫出的要多得多。此外這是一個三

維實體的二維表示）。


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觀察星體的運動，從而推出它們所受的重力，我們就能描繪

出星體在星系中是如何分布的。關於這些以後我們會談得更多。

文化背景

牛頓找到他的重力定律的實際途徑要比我在這裡描述的艱鉅

得多。因為牛頓的筆記都保存得很好，一代代研究牛頓的學者們

可以在他那個時代的文化背景上分析牛頓的思想過程。

在當時仍存在著關於力的概念的極大混亂。很多人認為力是

在物體內的，是一種內在的活力。牛頓也不肯定在兩個有一定距

離的物體間的作用是否可能。許多當時的自然哲學家，例如笛卡

兒，認為一個物體只有在和另一個物體接觸時才能對它施以力。

牛頓一度也認為重力是如雨一般向地面落下的看不見的小顆粒引

起的。物體落下是因為它們被這些小顆粒向下方推動（當然這個

解釋會引出是什麼把小顆粒往下拉的問題，而且它會得出大的物

體落得更快的結論）。甚至在得到正確的定律以後，牛頓使用了

錯誤的地球半徑，因而得出太小的地球對月亮的重力。一段時間

內，他認為除重力外還需要某種其他的力。這個歷程確實是不容

易的。

要理解牛頓的天才，要知道在他的時代，人們認為天體是在

另一個領域中運動，還狂熱地談論天球上的音樂。當地上的運動

總是被無情的摩擦所停止，天體卻不停而永久地巡遊。從這個角

度看，牛頓天才的超越就在於他把看來是地上的重力現象一直推

廣到「月亮的軌道」了。在牛頓以後，同樣的物理規律管轄著天

上和地下。在這個意義上，可以認為牛頓的重力定律是近代文明

的基石。


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膨脹的宇宙

020

物理學的開始

可以說物理學是從牛頓重力定律開始的。當我回想牛頓對重

力的理解時，我被當時的科學和自然環境是如此有利而觸動。伽

利略和開普勒精確編撰了所需的所有資料，牛頓自己正好掌握了

運動定律。自然環境也正合適，地球有月亮這個衛星。或許牛頓

坐在蘋果樹下直到天黑，思考著為什麼蘋果會掉下來。往天上

看，可能他看到月亮並且想為什麼它不掉下來。月亮把他從地下

帶到天上，從地球物理帶到天體物理。他的思維從月亮飛向行

星，與太陽不同距離的好幾個行星，因而他能讀出重力對距離的

依賴。

艾薩克‧阿西莫夫（Issac Asimov）5寫過一個描述多星體系統

中文明得令人難忘的故事。在某處，正好幾個星體結成了團，他

們圍繞彼此運動，軌道是很複雜的。在這一團中有一個沒有月亮

的孤獨行星在蜿蜒地巡航著。站在這個行星上的任何地方，你總

是能看到一個星星。一個太陽落山了，另一個太陽已經升起。在

這個行星上發生的文明不知道什麼是夜。這個文明發展到技術的

高水準，但不知道為什麼蘋果往下掉。由於複雜的軌道動力學，

沒有任何關於基礎重力的暗示。最後一個青年天才認識到，假設

重力存在就可以立即理解這些太陽的升起和落下。他能夠預測這

些太陽的運動，他驚訝地發現，每隔一萬年這些太陽會在行星的

一側排成一條直線，一側的天空將會變黑。我們可以預想到故事

的結局。人們不相信，他的警告被完全忽略了。最後，夜降臨

5 俄語 Issac 讀為艾薩克，譯者註。


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索引IN

DE

X

319

索引

BOOMERanG 282

CP 不守恆 155

CP 守恆 152

CP 守恆（CP 代表電荷共軛和宇

稱） 151

K 介子衰變 155

wimp 209, 211, 212, 215, 216, 218,

223

wimp 的性質 223

X 射線天文學 66

乙太 203

大統一理論 146, 149, 150, 154, 177

大爆炸 88

大爆炸宇宙學 134

不可重整的 231

六重對稱 70

六維空間 255

反夸克 229

反物質 151

反物質域 144

反粒子 151

反質子直 141

尤金‧韋格納（Eugene Wigner）

138

弔詭 269-271, 277, 278

比薩斜塔（Leaning Tower of Pisa）

6

毛利斯‧戈德哈博（Maurice Gol-

dhaber） 139

牛頓常數 G 276

牛頓萬有引力常數 10

加速器 146

卡爾‧威爾茨（Carl Wirtz） 83

卡盧查─克萊因 259, 261

卡盧查─克萊因力 261

卡盧查─克萊因理論 257-262

卡盧查─克萊因概念 261

卡盧查和克萊因 257

可重整的 231

史瓦茨 249

史家伯納德‧科亨 33

史提夫‧溫伯格 209

布拉斯‧卡伯瑞拉斯（Blas Cabre-

ras） 183


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320

膨脹的宇宙

布萊斯‧巴斯卡（Blaise Pascal，

1623～1662） 100

弗蘭克‧威爾 209

正電子 141

瓦爾‧菲區（Val Fitch） 152

甲狀腺囊 198

甲狀腺囊壁 198

皮伯斯 220

伊賽亞（Isaiah） 110

伏爾泰（1694～1778） 100

吉村（M. Yoshimura） 150

吉姆‧克羅寧（Jim Cronin） 152

夸克 143, 229, 267

夸克數守恆 143

宇宙弦 186-189, 212, 251

宇宙的平均溫度 119

宇宙背景成像裝置 285

宇宙背景輻射 283

宇宙常數 273-275, 277-280, 286,

286

宇宙常數項 273

宇宙微波背景 282

宇宙微波輻射 143

宇宙審查原則 290

宇宙膨脹 75, 159, 216

宇宙膨脹速率 120

安得烈 ‧ 薩哈羅夫（Andrei Sa-

kharov） 61

安德列‧薩哈羅夫 231

安德魯‧卡內基（Andrew Carne-

gie） 76

米列娃‧馬立齊（Mileva Maric）

27

米爾恩（E. A. Milne） 93

自旋 274

艾斯潘（Aspen，Colorado） 248

艾斯潘物理中心 248

艾瑞克‧羅傑斯（Eric Rogers） 25

艾德加‧愛倫‧坡 112

艾德溫‧鮑威爾‧哈柏 79

艾薩克‧牛頓（Issac Newton） 1

艾薩克‧阿西莫夫（Issac Asimov）

20

西伯利亞（Siberia） 11

西席弗斯（Sisyphus） 280

氘核 125

伽利略（Galileo） 4

伽馬射線 132

伽馬射線天文學 66

克利斯托夫‧布斯‧巴羅特（Chris-

toph Buys Ballot） 82

希歐多爾‧卡盧查 257

沙多維契 217

沙多維契（Y. B. Zel’dovich） 179

沃夫崗‧庖利（Wolfgang Pauli）

201


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索引IN

DE

X

321

亞里士多德（Aristotle） 4

亞原子 230

亞歷山大‧亞歷山德羅維奇‧傅

里曼 97, 116

亞歷山大‧波里亞科夫（Aleksandr

Polyakov） 177

依勒母（Ylem） 126

奇異點 289

始原子 110

始原子假定 110

帕洛‧阿爾托（Palo Alto） 183

庖利 202

弦理論 249, 251-253, 255, 262

弦理論家 286

拉普拉斯侯爵（Marquis de Lap-

lace） 60

拓撲學 169, 170, 189, 262

拓撲學家 169

放射性核衰變 146

牧夫星座 219

空間和時間曲率」的方式 272

阿道克（Haddock） 38

阿爾伯特 ‧ 愛因斯坦（Albert

Einstein） 26

阿爾諾‧彭齊亞斯 133

阿蘭‧固斯（Alan Guth） 182

非對稱內空間 261, 262

保羅‧艾綴安‧毛利斯‧狄拉克

（Paul Adrien Maurice Dirac）

141

保羅‧克立（Paul Klee） 28

俄羅斯套娃娃 254

哈羅‧沙普萊（Harlow Shapley）

224

威斯脫‧斯立佛（Vesto Slipher）

83

威爾遜峰（Mount Wilson） 76

室女座星系團 194

星雲 83

洛威爾（Lowell） 83

穿衣的奇異點 289

紅外天文學 66

約爾‧舍爾克（Joel Scherk） 250

約翰‧史瓦茨 248-250, 253

約翰‧普萊斯基爾（John Preskill）

179

重力子 67, 68

重力波 64, 67

重力波探測器 291

重力理論 1, 241, 255

重力塌縮 60

重子數不守恆過程 151

重子數守恆 138, 139, 143, 147, 150,

152

重子數守恆定律 141

韋格納 149


或來電(02)2705-5066

322

膨脹的宇宙

原始密度漲落 187

原始漲落 186

弱作用 201, 251

弱作用有質量粒子 209

弱作用有質量粒子（wimp） 215

栗弗席茨（E. Lifshitz） 159

格拉斯曼（Grassman） 253

格拉斯曼數 253

格林 249

格哈德‧特扈夫特（Gerhard’t Hoo-

ft） 177

格陵蘭（Greenland） 11

氦 125

特徵能量 243

特徵能量尺度 265

珠穆朗瑪峰 30

紐結理論 170

耗散塌縮 163

脈衝星 64

能量密度分布 284

馬克斯‧普朗克 240

馬達加斯加（Madagascar） 58

鬼粒子 252

勒梅特 110

基本弦理論 252

基本粒子的大統一理論 146

密爾頓‧拉薩爾‧胡馬森（Milton

LaSalle Humason） 78

強作用 251, 276

強作用現象 250

惟象理論 242

球理論 254

理查‧衛斯特法爾（Richard S. West-

fall） 3

笛卡兒（Descartes） 4

第一代重力波探測器 291

符瑞德‧荷伊爾（Fred Hoyle）

111

都普勒效應 82, 83

麥克‧格林 248, 249, 253

喬治‧伽莫夫（George Gamow）

121

喬治‧理契（George Ritchey） 76

喬治‧愛勒瑞‧黑爾（George Ellery

Hale） 76

喬爾達諾‧布魯諾 100

彭齊亞斯─威爾遜 167

彭齊亞斯和威爾遜 134

普朗克尺度 244, 266, 270

普朗克能量 240, 241, 243, 254, 264,

266, 270, 277, 279

普適性現 52

湯姆‧基博（Tom Kibble） 186

焦智亞 ‧ 歐積伏（Georgia O’

Keeffe） 26

無線電天文學 66


或來電(02)2705-5066

索引IN

DE

X

323

等效原理 33, 42, 54, 58

紫外天文學 66

超弦理論 249-251, 253-255, 260,

262-264, 266, 268, 278

超弦理論家 270

超球理論 254

超膜理論 254

超導態 174

超導體渦旋裡 177

軸子 209, 210

量子不確定性 213

量子化 252

量子重力 277

量子重力是不可重整的 231

量子場 286

量子場論 252

量子電動力學 231

量子漲落 213, 239, 255, 274, 277,

280

量子漲落能量 239

鈉核 264

開普勒（Kepler） 8

黑洞 59, 60, 166, 196, 289

奧斯卡‧克萊因（Oscar Klein）

257

微中子 200-204, 206-209

微波 132

微波天文學 66

微波光子 133

微波望遠鏡 282

微波感測器 284

微積分 12

愛因斯坦 25, 268

愛因斯坦的方程式 97

愛麗絲（Alice） 14

暗物質 192-194, 196, 208, 210, 211

暗物質的 wimp 223

萬有引力定律 10

經典決定論 213

聖加布理埃（San Gabriel）山 76

詹姆士‧烏舍爾（James Ussher）

107

詹姆士‧靳斯爵士 159

運動三定律 5

電磁作用 251

磁矩 264, 265

磁極 189

裸奇點 289, 290

赫茲 65

赫茲（Heinrich Hertz） 64

赫爾日（Hergé） 37

赫爾曼‧邦迪（Hermann Bondi）

111

赫羅波夫（M. Y. Khlopov） 179

層子 267

德謨克力圖（Democritus） 250


或來電(02)2705-5066

324

膨脹的宇宙

暴怒症 3

暴脹宇宙 184

暴脹宇宙理論 221

暴脹時期 182

暴脹理論 221

暴脹理論家 213

暴脹劇本 212

膜理論 254

膠子 267

膨脹宇宙 97, 116

膨脹宇宙解 121

霍華德‧喬治（Howard Georgi）

146

靜態宇宙 271

龍德馬克（K. Lundmark） 86

薄煎餅劇本 217

謝利‧格拉肖（Shelly Glashow）

146

颶風眼 170

雙星系統 64

穩定態宇宙理論 134

穩定態理論 111

羅伯特‧虎克（Robert Hooke） 4

羅伯特‧威爾遜（Robert Wilson）

133

羅蘭‧歐姆納斯（Roland Omnés）

144

蘇黎世（Zurich）理工學院 ETH

26

讓‧菲力浦‧舍騷（Jean Philippe

de Cheseaux） 100


或來電(02)2705-5066


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Documents

膨脹的宇宙--愛因斯坦的玩具 Einstein’s Universe—an old man toy