序言

序一（自序）

在自然的基本力当中，我们最熟悉的是引力。在无边的黑夜中，我们迷失在个人的思想里，和光的世界隔绝，却仍然感到重力的不停牵引。在我们出生之前重力被母亲子宫羊水的浮力所平衡，当我们出生时立即就感到引力的向下牵引。但我们并不了解引力。

物理学从引力开始。两位伟大的理论家，牛顿和爱因斯坦，一位在另一位的基础上，努力去探寻这个普适力的秘密。从爱因斯坦以来，物理学家考虑、辩论和激烈争辩引力的本性。我们所最熟悉的力是从远在我们经验之外的高能量领域中来的闯入者。我们只是由于偶然才认识了它。

引力和量子之间的巨大冲撞半个世纪以来摇动着物理世界。近年来一个奇异美丽的弦理论迷住了许多物理学家，并许诺能解释一切。但在我们对引力的理解中有一个重要佯谬仍在嘲笑着我们。

我们将要探索引力——它的内在性格和外在显示。在序幕中，我们评述牛顿引力。在第一部中，我们追踪对引力的理解，从老人的玩具到量子时代。在这个讨论中，我们自然地去探视一下引力在宇宙中的工作和休闲。在第二部中，我们追随宇宙，从大冷冻到大爆炸。在第三部中，我们探讨物质和结构如何从虚空中涌现。在宇宙的演化中，引力的手有时是直接和明显的，有时是藏在幕后的，但同样是不可缺的。从宇宙的旅行我们回到第四部，注视引力的核心机密。这是四个乐章的书：引力、宇宙、宇宙和引力。

这本书是关于引力和宇宙的。我的希望在于解释在动力学宇宙中最富戏剧性的体现引力的物理和涉及引力现象的物理。宇宙学肯定是令人深感兴趣的，它与引力的物理学可以平分秋色。宇宙学更能令非专业读者接受，但是在探索为什么我们会下落的秘密和了解宇宙的生命二者之间，基础物理学家的热情更多地给予了前者。

我愿意说几句话向乔治?伽莫夫致敬，这位已故的美籍俄罗斯物理学家从大爆炸的一般概念中形成了近代物理宇宙学，如我在第6章中描述的。伽莫夫是个激情又玩世不恭的人，因为在探讨物理的时候还要开玩笑而名声不好。相当多物理学家认为诺贝尔委员会忽视他是不公正的，或许他们不喜欢他把物理当作好玩的爱好而不是严肃的职业。无论如何他的风格对我有感染力。伽莫夫写过一个有趣的通俗物理书系列。我在高中时偶然看到其中的一本，这是我选择学习物理的部分原因。

我不愿意写只讲主题的通俗物理书。作为物理学家和教授，我想解释得尽可能多。但在第四部中讨论量子引力和弦理论时，可惜我能做的只是给你有关物理的一点味道，因为在该问题中量子场论的全部奥妙都上场了。对需要知道更多的人，我只能建议你选择理论物理作为你的事业，就像我读到伽莫夫在一本通俗书中承认他不能解释量子统计时下的决心一样。

在另一方面，我要说一下关于近来一些激动人心的进展。我尽量避免那些今天提出明天就消失的“进展”。从这本书开始到本书写作出版的四年左右时间里，通俗出版物喘不过气来地报道很多激动人心的“发现”。总的来说，我在这本书中只讨论我认为能存留下来的东西，至少在指导思想上做到这一点。当我讨论到没有最后确定的结论时，我尽量把这点说清楚。

我从来不喜欢通俗科学书歪曲历史，传播只有极少数人对所有的发现负责的神话。可惜的是，我自己也不能避免这样做：爱因斯坦的名字几乎在每一页上出现。例如我也想叙述导致牛顿伟大发现的历史潮流和影响，但我只能简单提一下。我能做的这一点只能算历史的草图，如果不是漫画的话。

序二 徐一鸿和他的作品

（卢昌海，2013年写于纽约）

杨绛在《记钱钟书与<围城>》一文中记叙过一则小典故：上世纪80年代《围城》热兴起之后，很多读者对作者钱钟书产生了极大兴趣，于是钱钟书以他独有的幽默对一位读者作了这样的回应：“假如你吃了个鸡蛋觉得不错，何必认识那下蛋的母鸡呢？”清华大学出版社的朱红莲编辑让我替徐一鸿科普《爱因斯坦的宇宙——老人的玩具》的中译本写序时，我忽然想起了这则小典故。

之所以想起这则小典故，是因为发觉自己的情形从某种意义上讲跟那些读者恰巧相反：他们吃过了“鸡蛋”，对“下蛋的母鸡”感到神秘；而我呢，久仰“下蛋的母鸡”大名，略知其事迹和作品，却很惭愧地尚未在通读意义下吃过“鸡蛋”。不过，编辑慨然应允我以对作者及作品的一般介绍为内容，来撰写这篇“离题”的序言，从而使我有了这份替徐一鸿科普写序的缘分和荣幸。

我最早注意到“徐一鸿”这个名字是因为一段发生在上世纪70年代的趣闻。那时徐一鸿刚到普林斯顿大学（Princeton University）做助理教授，并讲授量子场论，为他做助教的则是威顿（Edward Witten）。对于像我这样在上世纪90年代中后期念物理系研究生的人来说，威顿这个名字可谓是如雷贯耳，因为那时候正是所谓的“第二次超弦革命”时期，系里常有超弦方面的讲座，而威顿作为超弦革命的“主帅”，几乎是所有此类演讲的“关键词”。不过，替徐一鸿做助教时的威顿还是一位刚“入行”的新手，这也是那段趣闻的趣意所在。虽然还籍籍无名，但威顿为习题提供的精彩答案给徐一鸿留下了极深的印象，以至于第二年更换助教后，因感觉到助教水平的“滑坡”而向系主任抱怨道：“今年的助教出什么问题了？还不如去年那家伙的一半！”这段趣闻让我从此记住了“徐一鸿”这个名字。

关于“徐一鸿”这个名字，还有段小插曲值得一提，那就是其所对应的英文Anthony Zee中的“Zee”乃是来自“徐”字的上海话发音，跟如今常用的来自国语发音的“Xu”或“Hsu”有很大差别。这一独特之处使得早年未经作者授权的湖南科学技术出版社翻译出版徐一鸿科普《可怕的对称》（Fearful Symmetry）时，将作者名字按英文缩写A. Zee音译成了颇具西藏风味的“阿?热”。不过，随着越来越多的徐一鸿作品传入中国，这类错译应该已成绝响，就像丘成桐先生的英文名字中，来自广东话发音的“Yau”不会被错译一样。

徐一鸿是一位研究领域十分宽广的物理学家，在宇宙学、高能物理、凝聚态物理、数学物理、乃至生物物理等领域都做过工作。其中1972年的一项工作，即寻找具有渐近自由性质的量子场论，是该方向上最早的研究之一，具有先驱性。除从事研究外，徐一鸿还是一位多产的作家，而且与研究领域的宽广相类似，徐一鸿作为作家的兴趣及作品类型也很宽广，有教材，有科普，甚至还写过一本关于中国饮食、语言及文化的书，书名叫做《吞云》（Swallowing Clouds）。徐一鸿的教材和科普中最著名的则是深浅搭配的两组作品：一组是以量子场论为主题的教材《简明量子场论》（Quantum Field Theory in a Nutshell）与科普《可畏的对称》；另一组是以引力理论为主题的教材《简明爱因斯坦引力》（Einstein Gravity in a Nutshell）与您手中的这本科普《爱因斯坦的玩具——探询宇宙和引力的秘密》。徐一鸿在求学期间曾先后师从著名引力理论专家惠勒（John Archibald Wheeler）及量子场论专家科尔曼（Sidney Coleman），后来又长期讲授量子场论及引力理论，这两组作品的选材与他的学术经历可谓遥相呼应。

与“普罗大众”对科学家的刻板、枯燥的印象迥然相异，徐一鸿作品的显著特点是诙谐（witty）和有趣（fun），这也是书评者评价徐一鸿作品时很爱用的词语。比如《今日物理》（Physics Today）杂志的一位书评者就将《简明量子场论》称为是继《费曼物理学讲义》（The Feynman Lectures on Physics）之后自己读到过的最有趣的物理教材。教材如此，科普就更可想而知了。徐一鸿作品的诙谐和有趣不仅在于文字，还体现在间杂于正文中的各种趣闻上，那些趣闻中有一些是徐一鸿作为物理学家所亲历的，可谓是独家趣闻，比如前面提到的威顿当助教的趣闻就是一个例子，它写在了《简明量子场论》的序言中。

不过，徐一鸿作品虽以诙谐和有趣为特点，最大的优势却在严谨——以深厚学术功底为后盾的严谨。这一点对科普来说尤为可贵。徐一鸿曾引述爱因斯坦的名言：“物理学应尽可能简单，但不能过分简单”，并将之改为了“物理学应尽可能有趣，但不能过分有趣”。这句名言既道出了徐一鸿科普的境界，也警示了科普界的一个也许是最常见的误区，那就是将通俗置于严谨之上，以为单凭文笔就能写出好科普。其实，文笔对于科普中的“普”字虽功不可没，但科普顾名思义，乃是“科”在先“普”在后，离开了“科”，再好的“普”也将成为“过分有趣”的无源之水。除严谨外，徐一鸿作品还有一个额外优势，那就是研究领域的宽广为他提供了一个触类旁通的独特视角，比如他的《简明量子场论》就显著突破了高能物理这一类教材的传统“地盘”，而扩展到了凝聚态物理等领域，这对于读者也是极有帮助的。

在结束这篇“离题”的序言之前，好歹谈几句正题吧。《爱因斯坦的宇宙——老人的玩具》这本书问世于1989年，最初的书名是《老人的玩具》（An Old Man's Toy）。12年后（2001年），该书以《爱因斯坦的宇宙》（Einstein's Universe）为题再次发行，中译本的书名是将前后两版的英文书名合并翻译的结果，这其中旧版书名“老人的玩具”乃是指一件特殊的生日礼物，一件爱因斯坦一生最后一个生日（76岁生日）所收到的礼物。那礼物——如右图所示——本质上是一个连着弦线的小球，弦线另一端与一根空心管内的弹簧相连，初始时小球位于空心管外，弹簧的拉力因不足以克服小球的重量而无法将之拽入管内。送礼者给爱因斯坦的挑战是：找一个尽可能巧妙的办法让小球进入管内（当然，用手直接将小球放入管内是不够巧妙的）。如果您此刻正在阅读这篇序言，那么不妨停下来想一想，看自己能否找到一个办法？同时您想必也很好奇，爱因斯坦是否找到了办法？若找到了，那办法是什么呢？徐一鸿这本精彩的科普将不仅会告诉您答案，而且还会为您展示答案背后广阔而美丽的天地。

因为那不仅是“老人的玩具”，而且也是“爱因斯坦的宇宙”。