5. 牛顿的机械宇宙观 (1666 - 1905)

物理学巨人牛顿小时候有没有被苹果掷中就无从稽考，但他奠定了古典物理学的基础则无庸置疑。他的三大运动定律和万有引力论令人对世界有新的看法：大自然是由一些基本的法则所操纵，而这些法则既简单又可为人所了解。例如牛拉车而车会动，是因为牛的力比车与地面间的摩擦力大，所以车向牛的方向加速；假如牛的力与摩擦力刚好一样大，则车子一是保持均速前进，一是停下来（视乎车子本来的运动而定），而车的速度、牛的力度、摩擦力的大小等，全都可以运用简单的牛顿力学公式计算出来。又例如月亮公转，亦可用简单的万有引力公式描述。有趣的是，苹果的掉落也可用同样的万有引力公式描述。即是说，存在于天上的物理法则，亦同时存在于地上，存在于我们四周，存在于整个大自然的每一角落！宇宙和人都被相同的一套法则所操纵，宇宙不再超然，忽然之间，宇宙与人的关系亲切了许多了。

另一方面，只要我们知道物件在某一时刻的速度和位置，还有它身处的环境情况，就可根据牛顿定律预测它将来的速度和位置。譬如说玩桌球吧，如果我们量度出白球刚被棍子击中后的速度和位置，加上其他球的位置、桌子大小、桌面摩擦力等资料，就可以计算出哪些球将被碰到、哪些球将会进袋，及每颗球最后停下来的位置。我们知道，世上所有物件都由原子组成，如果有一部超级电脑，将世上每一颗原子的位置和速度都记下来，然后运算，得出每一颗原子十年后的位置和速度，那就可以重组十年后的世界模型，亦即是说，我们可以预知世界十年后的样子！而这个未来是固定的，因为它完全是由十年前的所有原子的状态所决定。虽然世上不可能有这么一台超级电脑，但这个故事反映出一个可怕的事实：未来是既定的。命运早已决定好，即使是有思想的人也不可能改变──别忘记人的脑袋也是由原子组成的，因此人的思想也是既定的。自由意志并不存在，尽管我们以为它存在。

世界就如一台庞大的自动机器，流转不息，无需外人操作，而且忠实得不会出现丝毫差错。这就是「决定论」(determinism)的思想，亦即「宿命论」。这是值得高兴的，因为未来不再神秘；这也是令人沮丧的，因为人只能顺从既定的路走。

这是人类思想史上的一个重大里程碑。决定论的影响力不但遍及世界各地，也遍及往后三个世纪的人。时至今日，仍有不少人抱持决定论的想法。稍后我们将会看到，在二十一世纪的今天，这种想法可能已经落伍了！

6. 宇宙尺度之扩展 (1718 - 1930)

在讨论取代决定论的新思潮之前，先来看看人们何时突破了「宇宙就是太阳系加一层星星」的想法。1718年，英国天文学家哈雷(Edmund Halley)发现有些恒星的位置与一百五十年前第谷(Tycho Brahe)的记录有出入，由此发现有些恒星是会移动的。哈雷想，假如这些恒星的移动速度和地球环绕太阳的速度差不多，则表示它们都离地球极之遥远（所以看起来动得很慢），并非如一般人所想，星星都是挂在一个比土星轨道稍大的天球面上。而且，如果根据这样的距离计算其亮度，结果将是亮得和太阳差不多。由此看来，天空充满像太阳一样的星体，换句话说，太阳，以至太阳系，可能并非独一无二！

1785年德国的赫歇尔(William Herschel)首先估计星星所占范围的大小，这个范围现今被称为银河系。虽然赫歇尔估算的银河系直径比实际小了十倍，但也已将当时人们认识的宇宙尺度扩大了一万倍。

1755年德国哲学家康德(Immanuel Kant)推测银河系是一个「宇宙岛屿」，而夜晚看到的某些星云可能是银河系以外的另一些宇宙岛屿。康德的创见引领人们脱离本星系的尺度，进入更庞大的空间。这推测直到1925年才给美国天文学家哈勃(Edwin Hubble)证实了。哈勃利用当时世上最大的望远镜观测仙女座星系，分解出其中的造父变星，得出这些星体的距离，藉此知道仙女座星系距离我们有多远。结果他惊讶地发现，仙女座星系极之遥远，完全超出了银河系的范围，而且是一个能与银河系相比的庞大星际系统！之后，更多更远的星系陆续被发现，哈勃甚至将它们分门别类。霎时间宇宙的尺度再大了一万倍，而人也等于再渺小了一万倍。

随后天文学家再发现，星系组成星系团，星系团组成超星系团，而宇宙就是由数之不尽的超星系团构成。可观测宇宙的半径，大约是150亿光年。

另一方面，科学家们相继发现比土星更外围的行星：天王星(1785年)，海王星(1864年)，冥王星(1930年)。太阳系的尺度也不断在扩展。

7. 爱因斯坦的相对论宇宙 (1905 - ?)

被选为二十世纪最具影响力的人──爱因斯坦(Albert Einstein)当然无人不识，但他的相对论则不是很多人看得懂。相对论有分狭义相对论(Special Theory of Relativity, 1905年发表)和广义相对论(General Theory of Relativity, 1915年发表)。前者描述物件在高速直线运动时会有何物理变化，后者则进一步将加速度、重力等也考虑在内。相对论提出了几项令人震惊的事实：

i) 任何运动都是相对的，除了光速──光速是绝对的。光速的值不因光源或观测者的运动而改变。
ii) 没有任何物质的速度可以比光速快，而光速是有限的，所以资讯的传播速度受制于光速(3108m/s)。
iii) 运动中的物件，其时间、长度、质量都会改变，而且速度越快，改变越大。
iv) 质量可以转化为能量；能量可以转化为质量（就是着名的公式E=mc2所指）。
v) 任何物质都会令周围的空间扭曲；物质的质量越大会引致越严重的空间扭曲。宇宙中所有物质的质量加起来，令宇宙的整体空间有一定程度的扭曲。

举个例子，一部林宝坚尼在你面前掠过，你度到它的速度是时速100公里。好，现在你开你的保时捷以时速90公里追它，它的速度自然看起来慢了，相当于时速10公里。可是如果林宝坚尼换成是光（速度是3108m/s），而你的保时捷开到90%光速追它，然后量度其速度，你会预期度得10%光速，但事实上，你会度得100%光速！不论你以甚么速度与光竞赛，光乃是依然故我，高傲地以3108m/s的固定速度抛离你。为甚么？因为你量度光速需要用到时钟和尺，而在高速移动的保时捷上，时钟跑慢了、尺缩短了，最终度得的光速无可避免地会保持在3108m/s。

再举个例子，太空人甲坐火箭高速飞过地球。在地球的我们，看到火箭缩短了，火箭上的时间慢了，太空人甲的一举手一投足都显得很缓慢，有如录影带慢速播放。但相对地，在太空人甲眼中，快速移动的是地球而非火箭，地球的形状变了，时间也慢了，慢动作的是我们。

再举个例，光速是有限的，所以光从一件物件到达我们的眼睛需要时间。太阳的光需要8.5分钟才到达地球，所以我们现在看见的太阳，其实是8.5分钟前的太阳。夜晚看见的星星，其实是她们数年至数千年前的幻影。我们看见的一切都是过去。

以上种种，无不违反了我们的直觉和常识！时间变慢、空间扭曲、质能转化等，恐怕是我们做梦也想不到的新概念。要命的是，这些都通过了实验验证！牛顿的物理定律，只能应用在运动速度低的物体，是相对论中的特例而已。至于牛顿的绝对时间和绝对空间的概念──即使符合我们的直觉──已给相对论的「相对时空」所取代。时间的流动不是处处一样的，而是因物而异的。你的时间，不同于我的时间。

爱因斯坦的惊世理论一出，大自然突然变得匪夷所思。宇宙并不是人们一直以为那样的。科学家们不再相信直觉，因为这种东西已欺骗了人类数千年。

另外我们亦意识到，随着文明的发展，科学理论会不断被修正，越趋真实。尽管牛顿当时的理论是如此有力，二百多年后还是给相对论取代了。人们都相信，将来爱因斯坦的理论也将被更强大更完美的理论取代，无人敢说自己的理论必定是对的。科学家都不得不谦卑起来。

不过相对论的影响似乎只及科学界，未及一般市民大众。无他，因为相对论并不容易理解。大部份人都不明白宇宙如何违反直觉，以为绝对时间绝对空间是理所当然。

上文提过牛顿的决定论思想。相对论是支持决定论的，即宇宙是机械式地运作的。决定论牢不可破，直至量子物理学的出现。

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