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⑤该实验原先的目的是为了证实一种荒谬绝伦的血液循环理论，但我们应该识别，任何一种通过实验探索自然界的想法都是一种重要的改革。
⑥欧多克斯（Eudoxus）和阿基米德于德漠克利特之后也是这一领域的先驱。
⑦唯物主义与物质主义在英文中都是materialists。——校者注
⑧公元前6世纪，是地球上人类智慧和精神上的百家争鸣时代。在这个时期不仅在爱奥尼亚出现了泰勒斯、阿那克西曼德、毕达哥拉斯等许多优秀人物，而且在古埃及，出现了法老尼科二世，他使人类完成了环绕非洲的航行；在古波斯，出现了琐罗亚斯德；在中国，出现了孔子和老子；在以色列，出现了犹太人先知；在印度，出现了释迦牟尼，等等。很难设想，这些优秀人物的出现，相互之间是毫无联系的。
⑩但其中也有一些值得欢迎的例外情况。毕达哥拉斯对和声学中整数比的沉醉明显地是基于对弹拨音弦发出声音的考证，甚至是基于实验形成的。恩培多克勒至少在部分上是毕达哥拉斯学派的。人们知道，毕达哥拉斯的一个叫做阿尔克马厄昂的学生是第一个解剖人体的人。他区分了动脉和静脉，而且是第一个发现视神经和耳咽管的人。他还确认头脑是收藏知识的地方（这个论点后来被认为知识来自于心脏的亚里士多德所否认，再往后才得到希罗菲勒斯的恢复），他还创立了胚胎学。但是，阿尔克马厄昂在晚期对“净化”的热情不如他的毕达哥拉斯学派的同事们高。在争论中，更需要的是论据的分量，而不是权威的势力。确实，对那些渴望学习的人来说，教授者的权威性经常是一种极大的障碍。因为学习的人不再自己作出判断，而只是把自认为老师的既定结论作为解决问题的办法。在讲到这个问题时，我实际上并没有把这种传统的教学法归因于华达哥拉斯学派。据说毕达哥拉斯学派在争论中，每当有人问及其论点的根据时，总是答道：“大师这样讲的。”“大师，就是指毕达哥拉斯。一种已有定论的意见是极其有力的，它使权威性无需理智的支持便畅行无阻。
⑾有一位叫做希帕苏斯的毕达哥拉斯学派学者著书发表了《具有12个面的球体之秘密》（即12面体）。他后来死于船难，据说他的同学们都认为这是正义的惩罚。他的著作后来也没有发表。⑿哥白尼的日心说思想，可能是他阅读阿里斯塔恰斯的著作时受到启发的。最近发现的古教科书，在意大利大学里引起了轩然大波。当时，哥白尼就读于那儿的一所医科学校。在哥白尼所著书籍的草稿中，提到了阿里斯塔恰斯的先著，但在他的书付印时，他又删掉了引文，在写给教皇保罗三世的一封信中，哥白尼写道：“据西塞罗的著作，尼斯塔斯（Ncetas）想到了地球本身是运动的……。据普鲁塔克的著作（此人探讨了阿里斯塔恰斯的学术思想）……，其他的一些人也具有相同的见解。我在研读他们的著作时，亦与他们颇具同感，也开始考虑到地球运动的可能性。”⒀惠更斯实际上是用一颗玻璃念珠来推导透过小孔的光度的。⒁这种关于地球处于当时已知宇宙中心的具有优越地位的假设，使华莱士在他1903年的著作《人类在宇宙中的位置》中，站到反对阿里斯塔恰斯的立场，认为地球极可能是惟一的有居民的星球。
第八章 在时空中旅行
第八章 在时空中旅行
莫寿乎殇子，而彭祖为天。
天地与我并生，而万物与我为一。
引自公元前300多年中国庄子所著《齐物论》
酷爱星辰。岂惧夜幕
引自两位业余天文学家的碑文
星星在我们的眼中书写着朦胧的史诗，
书写着永不消失的空间的闪烁篇章。
引自哈特·克雷恩的《桥》
波涛的起伏部分是由潮汐造成的。月亮和太阳虽然距我们甚远，但它们对地球的引力作用却是明显的、确确实实存在的。海滩使我们联想到了宇宙。海滩上的细沙粒基本上是大小均匀的，它们是由大石块在波浪长年累月地冲击和摩擦、腐蚀和风化作用下形成的，而这一切又都是在遥远的月亮和太阳的驱动下发生的。海滩还使我们想到了时间，地球本身要比人类古老得多。
一捧细沙大约有1万粒沙，这比我们在皎洁的夜空中肉眼所能看见的星星还要多。但是我们肉眼能看得见的星星只占星星总数的极小一部分，我们在夜空中所能看见的星星只是离我们最近的星星中很少的一部分，而宇宙之丰富和辽阔是难以度量的，星星的总数比地球上所有海滩的沙粒总数还要多得多。
尽管古代的天文学家和星占学家竭力描述星空的景象，星座却不过是星星的任意组合。某些本来不太明亮的星星，由于离我们较近而显得很亮，而有些本身较亮的星星却离我们比较遥远。严格地说，地球上的任何一个地方，对任意一颗星星而言距离都是一样的。因此，无论是在苏联的中亚细亚，还是在美国的中西部，观察某个星座时，星星的排列位置都是一样的。从天文学的角度来看，苏联和美国是同一个地方。只要我们局限在地球上，任何星系的星星都距离我们如此遥远，根本无法辨认出它们的立体构像。星星之间的平均距离只有几光年，不过别忘了，一光年就是约10万亿公里的距离。若要观察星座图像的变化，我们必须跨越与星星之间的距离差不多的路程，即跨越光年级的距离，非如此，则无法看到星座中的星移斗转和无穷变幻。
但是，要实现如此宏伟的星际航行，目前的技术还完全做不到，至少在相当长的一段过渡时期内还做不到。尽管如此，我们却可以用计算机模拟距离我们较近的星星在空间的位置，从而进行某种类似的星际航行。譬如进行环绕由明亮的星体组成的北斗星的旅行，观察星座位置的变化。我们按照一般的天体绘图法沿点连线，将某个星座的星体用线连结成图，视角不同，所绘制的图形也不相同。遥远的行星上的居民所看到的夜空星座形状，与我们在地球上看到的大不相同。再过若干世纪，人们也许能造出一种宇宙飞船，它速度巨大，能飞越宇宙空间，使人们看到迄今除了用计算机看到以外从未看到的新星座。
星座形状的变化不仅体现在空间上，而且也表现在时间上。我们不仅通过变换视角可以看到星座的变形，而且只要等待的时间足够长，也可以观察到它们形状的变化。星星有时组成星团，成群结队地一起飞奔。有时某颗恒星独自狂奔，结果脱离原来的那个星座，而跑到另一个新的星座中去。在个别的情况下，双星系的某一成员会发生爆炸，从而摆脱相互间引力的束缚，以其固有的轨道速度冲向宇宙空间。此外，星星也有生死存亡、演化发展的历程。假如我们观测的时间足够长，就会看见新生星体的出现和旧星的泯灭。也就是说，星空中的图像也处在缓慢地消融和变化之中。
就是在有人类的几百万年中，星座也一直在变化着。以北斗七星或大熊星座的图形为例，借助于计算机我们可以超越时空的界限，把北斗七星拉回到100万年以前的状态。人们可以发现，那时的北斗七星与现在的模样大不相同，不像一把勺子，而颇像一根长矛。如若时间机器猛然把你带回遥远的、未知的过去，你可以根据星座的形状大致判断出所处的年代。如果北斗七星状如长矛，那肯定是在更新世中期。
上图：100万年前的北斗七星
中图：50万年前的北斗七星
下图：现在的北斗七星由计算机模拟的100万年和50万年前从地球上看到的北斗七星。
我们还可以让计算机把时间往前推移，预测星座未来的图像。以狮星座为例，黄道带由12个星座组成，像一条带子包裹着太阳每年在天空穿行的路径。黄道带（Zodiac）一词的词根与动物园（Zoo）相同，因为黄道带中的星座如同狮星座一样，大都是以动物命名的。再过100万年，狮星座将比现在看到的更不像一头狮子。也许，我们的后代会把它称为射电望远镜星座。不过我猜测，射电望远镜在那时可能比石矛之于现在更加过时了。
猎户星座（非黄道带）以4颗亮星为界，被3颗星组成的对角线分为两半，这一对角线表示猎人的腰带。根据通用的天文投影方法，悬挂在腰带下的2颗较暗的星组成猎人的剑。剑身中间的那颗星，实际上不是一颗星，而是巨大的气团，叫做猎户座星云，星云中不时地产生出新的恒星。猎户星座中的大多数星体炽热而年轻，而且大都演化迅速，最终在称为超新星的宇宙爆炸中了却残生。它们的生命周期大约为几千万年。假如用计算机进行模拟，把猎户星座未来的情形描述出来，我们就会惊奇地发现，这个星座中多数星体的诞生及其蔚为壮观的混灭，如同夜空中的萤火一般，闪烁明灭、飘忽不定。
半人马座α星是距太阳最近的恒星系。它实际上是一个3连星，两颗星各自绕对方旋转，而第三颗星（半人马星座的比邻星）则始终以一定的距离环绕前两颗星运行。当第三颗星处于其轨道的某个位置时，它是离太阳最近的恒星，它的名字就是由此而来的。我们在天空中所见到的大多数恒星都是双重或多重的星系。太阳这个星系倒是一个有点奇怪的例外。
在仙女星座中，第二颗最亮的β星距我们75光年。我们现在所看到的它的光亮，在黑暗的星际空间旅行了75年才到达地球。举一个不大可能的例子，如果仙女座β星上星期二因爆炸而消毁的话，也只有等75年之后我们才能得到这个消息。这是因为，爆炸产生的有趣信息以光速运行也要75年的时间，才能穿过茫茫的宇宙空间到达地球。我们现在所看到的这颗星的星光在它出发的时候，年轻的爱因斯坦还是瑞士专利局的工作人员，刚刚发表了划时代的伟大理论狭义相对论。
空间和时间是互相关联的，我们不可能只是遥望太空而无须顾及时间。光的运行速度极快，但空间极其浩瀚，且星体遥遥相隔。在天文数字上，75光年左右的距离是微不足道的，仅举几个例子便可说明这一点。从太阳到银河系中心的距离为3万光年；从地球到位于仙女星座的、离我们最近的旋涡星系M31的距离为200万光年。我们现在所看到的M31的星光向地球出发时，地球上还没有出现进化成现代人的人类祖先；而从地球到最远的类星体需要80～100亿光年，我们现在所看到的是它们在地球凝聚之前、在银河系形成之前的形状。
这种现象并非仅仅局限于天体，只不过由于天体相距非常遥远，有限的光速才显得如此重要而已。假如你的朋友站在房间里3米外的另一头，你用眼看她时，你所看到的并不是“现在”的她，而是 1／亿秒“以前”的她＇（3米）／3 ×108米／秒＝1／（108 ／秒）＝10…8秒，即1％微秒。在这类计算中，我们只要用距离除以速度就得到了时间＇。你的朋友的“现在”与1／亿秒以前的差别微乎其微。谁也不会去注意这点变化。相反，如果我们观察一个80亿光年以外的类星体，我们所看到的是80亿年前的它，这一事实可能就非常重要了（例如，有人认为类星体可能是只发生在星系早期历史的爆炸事件中。如果真是这样，那么星系离我们越远，我们观测到它的历史就越早，它也就越可能是类星体。当我们遥望50亿光年以上的距离时，类星体的数目确实在增加）。
两艘“旅行者”号宇宙飞船目前正以光速的万分之一的速度飞行，它们是地球上发射的最快的飞行器。但是，它们可能要用4万年的时间才能到达最近的恒星。那么，难道就没有希望飞离地球，穿过惊人的遥远的旅程到达半人马星座比邻星吗？此外，难道就无法达到光的速度了吗？光速的奥秘究竟何在呢？我们不能飞得比光速更快吗？
例如你在19世纪90年代里去过意大利迷人的托斯堪乡下，你或许会在通往帕维亚城的大道上碰到一位留着长发的、中途退学的中学生。他的德国老师对他说过，他绝不会有任何成就，他提出的问题破坏了课堂纪律，他最好还是退学。于是，他离开了学校，漫步在乡间的大道上。在意大利北部的自由天地里，他反而能够思索那些与在纪律严明的普鲁士课堂中被强行灌输的、来不及消化的各种课程相差甚远的事情。这个青年学生名叫阿尔伯特·爱因斯坦，正是他的沉思默想改变了整个世界。
伯恩斯坦的科普著作《自然科学通俗读物》使爱因斯坦爱不释手。书的第一页就描述了电流通过导线以及光通过空间的不可思议的速度。他不禁想到，假如能以光的速度运动，世界将会是什么模样呢？一个10多岁的孩子，走在乡间阳光绮丽的小道上，竟然会想到以光速旅行，这是多么迷人、多么不可思议的想法啊！假如以光的速度旅行，你是不会感到在运动的。如果开始时你从光的波峰上出发，那么在旅行的过程中你会觉得一直在这波峰上，完全不会意识到它是波动的。倘若以光速旅行，就会出现这种怪事。爱因斯坦对这类问题想得越多，就越是摸不着头脑。如果真能以光速旅行，好像到处都会出现矛盾。人们往往不加仔细地推敲，就把某些说法当成真实的。爱因斯坦提出的这些简单问题，早在几个世纪之前就应该想到。例如，我们说两件事情同时发生，究竟指的是什么意思呢？
让我们设想一下我骑着一辆自行车向你奔去的情景。当我接近一个十字路口时差点撞上一辆马车，为了避免相撞，我赶紧转弯。让我们再把这一事件细细地体会一下，并设想一下马车和自行车都以接近光速的速度行驶的情景。如果你站在路上，马车行驶的方向与你的视线垂直。通过阳光的反射，你看见我向你骑来。难道我的速度不该叠加到光速上，我的影像不是要比马车先到达你的眼睛吗？难道你不是在看到马车之前就看到我转弯吗？从我的角度，而不是从你的角度看，马车和我会同时到达十字路口吗？我会不会几乎和马车相撞？在你看来，我是否无缘无故地转弯，并兴高采烈地朝芬奇城骑去呢？这些都是奇怪而又微妙的问题。它们向一切显而易见的常情提出了挑战。有理由相信，在爱因斯坦之前没有人想到过这类问题。正是从这些基本的问题出发，爱因斯坦才对整个世界进行了彻底的再认识，从而导致了物理学上的一场根本变革。
要想认识世界，要想在高速运动时避兔上述逻辑上的矛盾，肯定存在某些我们必须遵循的自然规律。在爱因斯坦的狭义相对论中，他总结了这些法则。一个物体发出的光（不管是反射还是发射出来的），不论这个物体是处于运动状态还是处于静止状态，光的运动速度都是相同的。就是说，不能把物体的运动速度叠加到光速上。此外，任何物体的运动速度都小于光速，即不能以光速或大于光速的速度运动。在物理学上，没有任何事物阻碍你以尽可能接近光速的速度运动，即可达到光速的99。9％，但无论人们如何想方设法，都绝对不可能再获得最后的0。1％的速度。既然从逻辑上讲世界是协调一致的，那么就必定存在一个速度极限。否则就可以通过增加运动物体的速度来达到任何想要达到的速度了。
本世纪初，欧洲人普遍相信存在不受一般法规制约的特殊参照系：德国、法国或英国的文化和政治结构比其他国家好；欧洲人比殖民地国家的人优越，他们受统治是他们的福气。阿里斯塔恰斯和哥白尼思想在社会和政治上的应用遭到反对和藐视。但是年轻的爱因斯坦在物理学上反对特殊的参照系，在政治上同样反对这种优越感。他认为，宇宙中充满了星体，这些星体在各个方向上匆忙地奔驰着，没有任何处于“静止”的地方。在对宇宙的观测上也不存在一处优于另一处的问题。这就是相对论一词的含义。相对论乍看起来很玄乎，其实很简单：就宇宙而言，没有什么地方比其他地方更优越。不论由谁来描述，自然规律都应是一致的。如果自然规律具有不变的一致性，那么认为我们这个小天地在宇宙中有什么特殊之处，就是令人费解的逻辑了。因此可以得出结论，人们不可能以超光速的速度运动。
我们之所以能听到鞭子抽动的噼啪声，是因为鞭梢以大于声速的速度运动。从而产生一种冲击波，产生一个小小的声响。雷声的道理也与此类似。人们曾经认为飞机的速度不能大于声速，但如今超音速飞行却是极平常的事。但是，光障和声障不同，它不仅仅是一个技术上的问题（像超音速飞机所解决了的技术问题），而是如同万有引力一样）是一个基本的自然规律问题。在人类的历程中，还没有任何现象（包括鞭响和雷声）能在真空中以大于光速的速度运动。相反，人们的普遍经历（包括核子加速器和原子钟）都精确地、定量地符合狭义相对论。
同时性的问题适用于光，但却不适用于声，因为声音是通过某种物质媒介，通常是空气传播的。当你的朋友在谈话时，到达你耳朵的声波是空气分子的运动，然而光却可以在真空中传播。空气分子要运动需要一定的条件，真空中不具备这样的条件。太阳光能够穿越宇宙空间照射到我们身上，但是无论我们如何仔细地倾听，也不可能听到太阳黑子的爆炸声，或者听到太阳闪光的轰鸣。在相对论学说创立之前，人们一度认为光的传播是通过一种特殊的、充满宇宙空间的介质以太。但是，著名的迈克尔逊…莫雷实验证明，根本不存在以太这种物质。
我们有时会听说某种事物能运行得比光还快，特别常提到的是所谓的“思维速度”。这是一种格外愚蠢的说法，因为思维的脉冲通过脑神经细胞的速度并不比一辆驴车快多少。人类聪明到能够提出相对论，这只说明我们有高超的思维能力，但并不能因此吹嘘，说我们的思维速度有多么快。不过，计算机的电子脉冲速度倒确实与光速相差无几。
20几岁的爱因斯坦创�