读懂爱因斯坦的宇宙，从《引力》开始

《赛先生》的兔年新春书单，提到2023年湖南科学技术出版社最值得推荐图书，就包括《引力》一书。此后，多位读者向《赛先生》催促这本书的出版进度。这个月，《引力》终于上市了。

图源：湖南科学技术出版社

《引力》自1973年首次出版以来，一直是爱因斯坦广义相对论领域的权威研究生教材。它被《科学》杂志誉为“教学杰作”，适合一年的物理研究生课程。这本书不仅培养了数代物理学家和天文学家，还持续影响着专家们的思考。它全面阐述了相对论的几何框架，描述了从恒星到黑洞再到引力波直至引力研究的前沿物理应用。书中采用独特的双轨教学法：初阶适合一个学期的课程，高阶则提供高等课题，适合两个学期的课程。

本书教导学生掌握平直与弯曲时空中的物理定律、预言数量级的能力、主要的现代几何计算工具、爱因斯坦物理学的几何框架，以及中子星、黑洞、引力坍缩、引力波和宇宙学等应用。

1973 年 9 月，出版界发生了一件引人注目的大事：一部重逾 6 磅，长达 1279 页的巨著问世了，它有一个极简单的书名，《引力》。风趣而机敏的人们很快评论说，这本书不仅仅是讲引力的，而且是重要的引力源。本书得到了种种昵称，包括《电话簿》（由于它的尺寸与电话簿相仿）和《大黑皮书》（源自它光洁而时尚的黑色封面）。最常见的是“MTW”，这个名字来源于作者姓氏的首字母，Misner，Thorne 和 Wheeler。

《引力》全面阐述了广义相对论——Albert Einstein 非凡的引力理论。Einstein 以我们今天所认识的形式完成这一理论的最终版本，恰好在一个世纪之前；1915 年 11 月，他在给普鲁士科学院的一系列简短的通讯中，呈现了最后修正的细节。Einstein 的主要洞见是，时空在自然的演义中本身也是演员，而不仅仅是让其他活动演出的舞台。Einstein 认为，时空是动力学的，它们会由于物质和能量的分布而弯曲和膨胀。时空的这种弯曲反过来又会影响物体的运动，使它们偏离一条狭窄的直线路径。

作者、出版方和评论者都认为此书非同凡响。《科学》的一位评论者宣称：“这是教学法的杰作。”另一位评论者在《科学进展》上大夸它是“一部科学杰作，一盏照亮理论物理宝库的阿拉丁神灯，而 Einstein 正是这个宝库的精灵”。第三位评论者提请读者“想象三位具有高度创新力的人走到一起来创作一本科学著作，他们不仅仅去写，还创造了新基调、新风格、新阐述方式和新版式”。许多评论者称赞插图和框的创新使用。不过还有些人抱怨两线一框的结构导致了内容过于繁冗。一位评论者总结说：“这是一本很难以线性、递进的方式阅读的书。”另一位评论者指出，“有不必要的重复（实际上，几乎每件事至少叙述了三次）。”一位评论者在《当代物理学》上说，“五花八门的噱头令人疑惑——像带框的标题下的引文，页边的标题、有时长到几页的‘框’，还有粗字体、细字体、大号字、小号字等显而易见，本书在表达上进行了大尺度的试验。”

差不多所有评论者都对本书的写作风格发表了评论。在物理学家之中，惠勒以他吸引人的口号和迷人的文体著称。（在他令人难忘的贡献中，惠勒创造了“黑洞”一词。）在为本书所做的早期策划笔记中，惠勒认定自己与合作者必须“把思想本身说清楚；但要质朴、真实，而不要夸张、狂热”。如果这是他们的初心，但结果却不被所有评论者认可。一位评论者写道，本书的特色是“文体风格从不寻常的口语化到不寻常的抒情化”。不过一个人的抒情诗在另一个人看来可能是打油诗。一个评价是这样的，“本书进行了一些值得赞赏的随意性尝试，但本人发现它们有时令人恼火。”另一位评论道，“如果说以‘诗化’方式处理诸如‘前几何’这样的［思辨性］主题尚可理解，然而微分几何的‘诗化’段落却可能给苦行僧读者的理解设置障碍。”

有位评论者怒斥这种非常规的写作风格“近似居高临下的简单化，甚至到了侮辱读者才智的地步，非常危险”。本书的文风还激怒了另一位评论者，他讥讽“只有《时代》杂志的订阅者”才是这本书的理想读者，“因为两者有着同样令人窒息的风格”。

著名天体物理学家和诺贝尔奖得主 Chandrasekhar，他在印度长大，受教育于英国，定居美国，同样认为本书的风格在“精密的数学和福音式的修辞之间摇摆”。他在评论最后道出了他难忘的发现：“本书给人最深刻的印象是，‘它就像传教士怀着向野人布道的激情写出来的’（J. R. Littlewood 评价另一本书时说过的话）。但我（可能出于历史原因）总是对传教士极其反感。”（索恩给 Chandrasekhar 的回信中说，最后这段话让他“咯咯笑了十分钟”。）

家离得较近的美国读者也写信给作者。其中有封信使人尤感心酸，这是俄勒冈州波特兰的一位读者写给索恩的。“我在书中漫游，这儿绊一下，那儿摔一跤，一直在出丑。”他解释说：“不过我正在获得一种平衡感，以及一些处理这个主题的工具。”他对本书的投入令人印象深刻：当朋友们问我在做什么的时候，我犯了一个错误，告诉了他们真实情况 [ 指他尝试阅读《引力》]。有时我想他们是对的，我感到自己仿佛处于疯狂的边缘。我出去喝啤酒，听别人谈论风流韵事，小货车上的离合器，以及孩子、管道、公共汽车服务问题。我看着他处理这些重要问题，我问自己，为什么要在乎自己能否理解“轻子”（leptons）和“麻风病”（leprosy）之间的差别呢？然而，他仍然无法动摇自己对 Einstein 提出的问题的痴迷，“上帝在宇宙的创生中是否有选择。”他需要知道：“上帝会不会是位巡回设计师，负责监督引力坍缩和大爆炸？”

出版 6 年以后，年度销量依然强劲，惠勒试图找到成功的原因。他在给他的编辑的信中推测“很多买书的人都是被书中的神秘性、框和有趣的插图和想法吸引了，但他们并不打算也永远不会深入到数学里去。”他认为有一半的购书人都属于此类，并且他迫切希望不要失去他们。

《引力》在今天有多有用

《引力》首次出版于 1973 年，差不多接近相对论复兴时代的尾声，我们手头拥有绝大多数复兴时代的重大理论见解和观测发现。在《引力》初版后的 40 年里，又出现了一些重要的新见解和新观测，但数量很少，所以《引力》只在屈指可数的几个领域严重过时了，这可能在一定程度上解释了《引力》为何如此长寿：时至初版 44 年之后的今天，它仍旧可以作为全球大量相对论课程的扩展读物。近几年，有一些课程仍将它作为主要教科书。

为了帮助学生、教师和其他读者选择一条路径顺利进入现代广义相对论，我们提供一个《引力》的逐章描述，说明哪些内容过时了，哪些没有；假如我们要讲一学年的高阶广义相对论课程，还应该补充哪些遗漏的、我们认为重要的内容；读者又能从哪里学习这些遗漏的东西。