前言 理解大自然的奧秘，無法抗拒的渴望

理論物理對于它的研究者來說有某種獨特的吸引力，這么說應該并非全無道理。研究這個領域需要敏銳而富有創造力的思維，也需要一種能夠理解深奧概念與復雜數學的特殊天分。某種程度上可以說，是這類人自己選擇了投身理論物理研究。這類人中的大多數對物質財富并沒有多少興趣，但如果我們要深入討論這個處于理解現實本質與物質存在最前沿的學科領域，我們就必須承認，理論物理需要研究者有另外一個共同的性格特征。

理論物理鐘愛叛逆者。

這么說吧：如果你要改變我們對時空本質結構的理解，如果你要顛覆世界，推翻我們對于更大宇宙的看似毫無問題的現有認識，你就不能在意別人怎么想。

許多叛逆者是為了逃離塵世生活才選擇了理論物理。在這里，他們可以遠離現實生活的不公、紛繁復雜的人事，以及少年時與旁人的格格不入，他們可以最大程度地發揮自己的直覺。如果說其他領域鼓勵一定程度的叛逆思維，那么理論物理遠遠不止于此——叛逆思維是必備條件。

在俄亥俄州辛辛那提的沃爾納特希爾斯高中，16歲的李·斯莫林對革命政治、搖滾明星、數學、建筑學和他的女朋友（排名不分先后）都興致盎然。他的老師們覺得他腦子不夠靈光，建議他不要選高階的數學課程，而作為一名叛逆者，他為了證明老師們錯了，在短短一年時間里完成了三年的課程。這個舉動在有些人看來也許算不上激進，也不像玩搖滾或者出版地下報刊那么具有顛覆性，但這讓斯莫林發現高階數學課程“也挺好玩兒的”。

在高二的時候，他對建筑學產生了興趣，并邀請了離經叛道的建筑師、系統理論學家理查德·巴克敏斯特·富勒（Richard Buckminster Fuller）來他所在的高中做報告。富勒設計的短程線穹頂讓斯莫林對一個名叫張量分析的數學分支領域產生了興趣，而他又在閱讀與此相關的書籍的時候接觸了愛因斯坦的相對論，以及愛因斯坦本人。

高三那年，斯莫林的世界崩塌了：他追的搖滾樂隊解散了，他的女朋友跟他分手了，而他的“政治革命”也沒能實現。他的化學掛了科，而他在物理學上似乎缺乏天分，因此沒能選上物理學的課。斯莫林決定退學。

就在這個時候，他在公共圖書館里讀到了改變他一生的那本書，書名叫作《阿爾伯特·愛因斯坦：哲學家–科學家》（Albert Einstein:Philosopher-Scientist），由西北大學的哲學家保羅·阿瑟·席爾普（Paul Arthur Schilpp）編著，初次出版于1949年。這本書的第一章是67歲的愛因斯坦寫的自述，愛因斯坦稱其為“類似于寫給自己的訃聞”。他的文字直接寫進了夢想破滅、萬念俱灰的斯莫林的心里。

愛因斯坦提到，“大多數人花畢生的時間去追逐一些毫無價值的希望和努力。”他早在少年時期就“深切地意識到這種追逐并不輕松，甚至有些殘酷，不過，這在當年被精心地用比如今更偽善和漂亮的字句偽裝起來”。愛因斯坦拒絕通過有組織的宗教來獲得內心的安寧，轉而從物理學中尋求安慰：

有一個不可知的世界在我們之外存在著，它的存在并不取決于我們人類的主觀意愿。盡管它是一個高深而永恒的謎，但值得慶幸的是，我們人類至少可以部分地用觀察和思維觸及它。這個世界深具魅力，猶如爭取自由、得到解放一樣，吸引我們的凝視深思。而且不久我就注意到，在這項事業中，許多我所尊敬和欽佩的人找到了內心的自由和安詳。

就在當晚，斯莫林決定成為一名理論物理學家。與愛因斯坦一樣，他受“理解大自然奧秘的無法抗拒的渴望”所驅動。“當時我心里浮現出這樣的念頭：如果我這輩子不能做其他的事情，那么也許我可以成為一名理論物理學家。”

而這可不是什么好的決定。當時，斯莫林已經被罕布什爾學院建筑學專業錄取，這是位于馬薩諸塞州阿默斯特的一個激進自由的藝術學院，他只得艱難地轉專業。幸好他也不是完全毫無準備：他的母親是辛辛那提大學的英語教授，母親幫他選上了一門該校的廣義相對論研究生課程，由保羅·埃斯波西托（Paul Esposito）教授。這是他上的第一門物理學課程。

炎熱的夏天里，斯莫林在洛杉磯的范納伊斯取暖與空調公司當金屬沖壓工學徒，在學校與公司之間穿梭，在業余時間則自己閱讀基礎物理學、相對論和量子力學的相關書籍。

卡洛·羅韋利的理論物理學之路發生在另外一個大洲，在另外一個語言環境中，其細節也不同。但他的經歷與斯莫林有一些顯著的相似之處。

羅韋利也曾對成年人構建出來的這個既不平等也不正義的世界充滿失望。他在維羅納長大，這是意大利北部的一個城市，離威尼斯不遠。當時，意大利的偏遠地區蔓延著一股懷念法西斯主義的氣氛，羅韋利激烈反對這種思想。他經常與老師發生激烈的沖突，并反抗自己所在的高中權威（這所傳統的高中教學生基礎的課程，讓他們考上大學）。他也渴望逃離自己的家庭：他是父母的獨子，母親對獨子的愛可以給人撫慰，也可能會讓人窒息。羅韋利迫切地需要喘口氣。

他如饑似渴地閱讀政治學、社會學和科學相關的書，也看小說和詩歌。20歲那年，羅韋利踏上了一場尋找真理的環游世界之旅。在旅途中，他強烈地感受到了自由，也學到了如何掌控自己的生活并追尋自己的夢想。但當他遠離了自己一直以來在各種方面痛恨的故鄉以后，他的看法發生了一些轉變。意大利的確有很多讓他憤怒的地方，但在那里也有很多事物有待他學習。而且他想念他在意大利的女朋友了。

回到意大利以后，羅韋利就進入博洛尼亞大學學習物理學。博洛尼亞大學是全世界最古老的大學，建立于1088年。進入博洛尼亞大學讀書對羅韋利來說是個偶然，并非有意計劃。讀高中時，他在數學和物理學方面表現出了天賦，但他最喜歡的學科是哲學。不過，他不想把哲學當成大學的專業，因為他不相信當時的大學教育系統能幫助年輕的理想主義者重視并嚴肅對待他所關心的哲學問題。

博洛尼亞城以藝術、文化和歷史建筑知名，尤其是紅磚屋頂景觀，反映了該城市的共產主義政治傾向。而這正合羅韋利的心意。在博洛尼亞求學期間，他與觀點相似的朋友們建立了一個有共同目標的團體，他們都信奉后嬉皮士非主流文化。這個群體服用迷幻藥，實踐多種多樣的生活方式與愛情關系，還養了一只名叫盧克雷齊婭（Lucrezia）的山羊。他們夢想通過一場和平的文化上的革命，讓世界變得更美好。

這種公社的生活方式并沒有影響羅韋利學習物理學。他在學習的時候極為專心致志，甚至會忘記周圍其他一切事情。有一天，一位建筑工人來到他們所住的那座破舊的房子，要拆除一面內墻。噪聲持續了幾個小時之久，而羅韋利工作的房間離拆除地點只有幾米遠。當被問及建筑工人有沒有打擾到他時，正在看書的他抬起頭茫然地問：“什么建筑工人？”

1976年2月，羅韋利加入了艾麗斯電臺（Radio Alice）。這是一個自由電臺，旨在“為每個人遞上麥克風，讓大家自由交流經歷和夢想”。電臺的話題包括工人抗議活動、政治評論、詩歌、瑜伽、烹飪、愛的表白，以及貝多芬和美國搖滾樂隊杰斐遜飛機（Jefferson Airplane）的音樂。

這是羅韋利一生中的一個決定性時期，而當他的政治夢想逐漸消退時，他意識到“一個人要想改變世界，不是那么容易的”。

夢想破滅、困惑不已的羅韋利必須做出決定，在接下來的一生中該做些什么。這個時機也許完全出于偶然。他之所以選擇學物理，是因為他必須學點兒什么（除了哲學以外），而他也很愿意通過上學來逃避服兵役的義務。大三時，他終于直面20世紀初完全顛覆了物理學的觀念革命。在量子力學和愛因斯坦的相對論中，羅韋利發現物理學和哲學不僅發生了碰撞，甚至變得你中有我、我中有你，難以區分了。

愛因斯坦再次給了羅韋利靈感。在完成了相對論方面的工作后，愛因斯坦為自己的理論寫了一套面向大眾的闡釋，并稱之為“小冊子”。這本書在1917年春天首次出版，以德語寫成，題為《狹義與廣義相對論淺說》［Relativity: The Special and the General Theory （A Popular Exposition）］。愛因斯坦自己對這本書并不滿意，后來曾開玩笑地說，盡管這本書封面上稱它“基本可以看懂”，但其實基本不能看懂。

不過，這本書仍然極受歡迎，被多次再版、翻譯、重印。在再版的過程中，非物理學專業人士的讀者（以及出版商）急切地要求這本書在數學上解釋得更加清晰一些，而在這段時間里，支持相對論的觀測與實驗數據也日益增多。

1953年，74歲的愛因斯坦為這本小冊子寫了第五篇附錄，題為“相對論與空間問題”。這篇附錄的風格與此前大不相同，包含一些關于時間與空間本質的深刻的哲學洞見。它代表了晚年的愛因斯坦在提出相對論后近50年內的深思。兩年后，愛因斯坦即與世長辭。

在這篇附錄中，愛因斯坦討論了幾個世紀以來盤桓在哲學家腦海里的問題。他寫道：“要給廣義上的空間——尤其是空的空間——賦予物理實在性，確實是一項嚴苛的要求。從最古老的時候開始，哲學家們一直很抗拒這一假設。”

這就是羅韋利最感興趣的內容，他一下子就被吸引住了。這種物理學給他打開了一扇“既不放棄改變和冒險的渴望，又能保持思想的自由、保持自我”的窗戶。

斯莫林和羅韋利各自對探索自然奧秘的渴望，最終使得他倆走到一起，實現當代科學最高產、最喜人的合作之一，雖然目前階段的兩人還不知曉以后會發生的這些事。

為了理解這兩位理論物理學家在長達30年的合作中都取得了什么樣的成就，我們首先要理解他們在學生時期是如何學習物理學史上最偉大的兩個理論——相對論和量子力學的，進而了解是怎樣的黑暗秘密令這兩個理論互不相容。