沒有蘋果的外星牛頓

華石誠

外星科學家們也許會用一種完全不同的方式來理解蘋果落地和日月穿梭之間的關系——

一只蘋果落向地面，砸中了蘋果樹下思考的牛頓，讓他悟出了萬有引力。如果沒有這只蘋果，牛頓還能悟出萬有引力嗎？

引力世界不直觀

根據傳說，蘋果落地啟發了牛頓，這個傳說據考證只是牛頓的一句玩笑話。牛頓和許多人一樣，也用好奇的眼睛觀察在天空中劃過的太陽、月亮和行星，想破解它們的運行秘密。最終他想到，是引力讓地球上的各種物體比如蘋果有落向地心的趨勢，也同樣是這種引力，讓月球停留在繞地球公轉的軌道上。

牛頓敏銳地抓住了月球和蘋果之間的共同性質，比如它們都是固體，都在空間中以一定速度穿行而過。但是除此之外，月球和蘋果的差別實在太大了，從直觀上看，月球根本不會落到地面上，而是奇跡般地一直懸掛在天空中。如果我們從直覺上考慮，認為月球在一條透明的軌道上運動，或者天空中有一個巨大的漩渦，而月球就在漩渦的邊緣盤旋，甚至認為月球只是天庭上的一個不太明亮的火球，這些解釋也都還說得通。

所以我們不得不佩服牛頓深邃的洞察力，能夠看到操縱這兩個截然不同的物體運動的引力。他打破了直覺給思考問題帶來的障礙，從數學的角度描述了蘋果和月球的運動，并引入引力的概念來表示各種運動。他在人類歷史上首次提出，在天空上適用的物理學規律和在地面上適用的物理學規律是相同的。這個思維的確很偉大，畢竟引力是一種看不見、摸不著的東西，多少有點違反人類的直覺。雖然自愛因斯坦以來，人們已經用時空彎曲替代萬有引力來解釋許多物體的運動，但時空彎曲一樣不直觀，而牛頓讓人們對直覺產生了懷疑，開托了后來科學家的思路。

沒有蘋果的地外星球

我們居住的星球上到處都是堅硬的東西，連我們自身也可以看成是固體，我們還能夠看到巨大的固體巖石型物體，比如月球和在天空中穿行的金星、火星等等。所以地球上的科學家會認為，世界是由微小的堅硬粒子組成的，粒子之間靠引力相互作用。

但是，外星人居住的星球上，很可能沒有蘋果這樣的東西。因此外星牛頓不太可能從蘋果落地想到萬有引力。實際上，外星人的周圍環境也許和地球環境差距很大。想一想太陽系中的海王星和天王星，它們的表面被液態的物質所包圍。外星人的星球也許并不是巖石質的，而是液態的。到處都是流體，像蘋果這樣堅硬的固體幾乎看不到。

再進一步設想，外星人的星球周圍也沒有自己的衛星，所以除了遙遠的一團火焰般的本星系的恒星，外星人的天空中再無明顯的運動天體。于是，外星牛頓不僅失去了蘋果，還失去了月亮甚至土壤，他還能從自然界中悟出萬有引力嗎？

液態星球上的外星人當然不能純粹是一團液體，它們也會有自己的身體表面，類似我們的皮膚一樣的東西。它們的模樣也許和地球上的水母很相似，它們依靠捕捉汪洋大海中的營養物質或其他低等生物為生，而那些生物也都是軟軀體的。這種軟軀體的生物一旦進化出智慧生命，恐怕難以很快從自然界中發現引力的奧秘。外星牛頓會把充斥在周圍的海洋想象成一顆顆微小的堅硬小球，彼此之間依靠引力聯系在一起嗎？對于成長于液態環境的外星牛頓來說，這絕對不可能，太荒誕了!宇宙應該是被液體充滿的，大海中沒有空隙可言。

外星牛頓無法發現萬有引力，至少在它們的科學還不很發達的時候，一時還無法發現萬有引力。但這并不妨礙它用另外一種理論來解釋世界。

外星人的萬有磁力

我們地球人對牛頓提出的引力世界實在太熟悉了，甚至把引力推而廣之，試圖用它來解釋一切。我們在望遠鏡中發現，各種天體都遵循著牛頓的萬有引力定律運轉著。當我們研究微觀的原子時，我們發現了“微小的太陽系”：電子繞著原子核運動，就像行星繞著太陽運動一樣。我們很自然地會以為，電子和原子核也在遵循萬有引力定律。

但是，在電子和原子核之間起作用的并不是引力，而是電磁力。當我們說原子圍繞原子核運動時，這種想法其實只是對真實情況的十分粗糙的近似而已。電子的分布并沒有什么直觀的軌道，電子的位置飄忽不定，時而出現在這里，時而出現在那里。

由于環境的影響，液態星球上的外星牛頓可能更關注微觀的東西，而非宏觀的天體。于是，它們的科學界很可能先發明出探索微觀世界的顯微鏡，而不是觀察太空的望遠鏡。在微觀世界中，電磁力起著至關重要的作用，而引力反而退居二線。這樣，外星牛頓會首先發現，電磁力真是一種奇妙的東西，它控制了大海中的巨浪和潛流，也控制了原子中的電子運動。電磁力控制了萬物，因此可以把其稱為“萬有磁力”。

外星牛頓建立的原子模型絕對不是由堅硬的電子小球和原子核小球構成的，他更愿意把原子想象成液滴，把里面的電子想象成在液滴中游走的潛流，把原子核想象成位置相對固定的漩渦。外星牛頓的這種原子模型是不是很可笑？

收起我們的笑容吧!這種模型至少比我們試圖用萬有引力來解釋原子結構要科學得多，甚至比起我們用電磁力解釋的原子模型也毫不遜色，甚至還更優越一點。原因是，根據量子理論，電子屬于量子之一，它的狀態根本就是所謂的疊加態，它可能同時在左旋，也在右旋，只有當外界觀察到它時，它的各種狀態才坍塌了，展現給我們一個固定的狀態、一個固定的位置。正因為如此，地球人用電子云來表示電子在空間中出現的概率。誰的電子更像電子云？是地球人經典的固體電子小球，還是外星人古怪的液態電子漕流？當然是后者。

外星牛頓們在踏入真正的科學殿堂時，可能首先用萬有磁力來解釋世界，而不是地球人的萬有引力。從電磁力出發，外星牛頓們逐漸發現了一些奇怪的現象無法用磁力來解釋，比如原子核里的質子和中子之間的作用與萬有磁力不符合，當它們終于發明了望遠鏡后，對自己的星球與恒星之間的作用也感到莫名其妙。于是，弱力、強力和引力相繼被它們發現了，它們和地球人在物理學上殊途同歸了。但是，它們絕對不會把引力叫做“萬有引力”，那個地位是屬于電磁力的。

沿著萬有磁力的科學道路向前走，外星科學家們甚至會更容易提出量子理論，因為量子的不確定性正好和汪洋大海中肆意流淌的水流有相似之處，而與堅硬的蘋果相差甚遠。在外星哲學家眼中，世界萬物本來就不是由孤立的固體組成的，而是由各種各樣的流體組成的，微觀世界和宏觀世界是統一的，都具有流動的性質。

在外星牛頓眼中，蘋果可不是一個純粹的固體，蘋果釋放的氣味甚至反射的光也是蘋果的一部分。我們可以把蘋果看作一種特殊的流體，不是么？

（選自《科學之謎》）