追捕祝融星:爱因斯坦如何摧毁了一颗行星

水星是距离太阳最近的行星，在几个世纪的观测中，人们发现水星轨道存在轻微的扰动。这与牛顿理论所预言的行星行为有些许偏差。为了解释这种现象，根据牛顿万有引力定律，法国天文学家勒威耶进行了计算，于1859年提出假设：水星轨道内尚有一颗未被人们发现的行星。他还以罗马神话中火神的名字（Vulcan）为之命名（对应中文译名即“祝融星”）。此后，人们开始疯狂地寻找这颗行星，但除了一位乡间业余天文学家声称目击了它之外，没人能再次证实它的存在。1915年，爱因斯坦的广义相对论体系构建完成，首先解决的问题就是解释水星轨道的扰动现象。自此证实：祝融星并不存在。

高爽，北京师范大学天文系讲师，从事天文学教学和银河系结构与演化研究工作。2011年获德国海德堡大学自然科学博士学位，2011-2014年于中国科学院国家天文台从事博士后研究。

译者导读............................................................... i
前言................................................................................... iv
第一部分 从牛顿到海王星（1682―1846年） .......... 1
第1章 “牢不可破的世界秩序” ...................... 3
第2章 “快乐的思想” .................................... 14
第3章 “这颗星没在星图上” ........................ 27
插 曲 “太不可思议了” ................................ 43
第二部分 从海王星到祝融星（1846―1878年） ........ 51
第4章 38秒 .................................................. 53
第5章 扰动质量 ............................................ 68
第6章 “搜索将圆满结束” ............................ 78
第7章 “躲藏了这么久” ................................ 91
插 曲 “解决问题的特殊方法” .................... 110
第三部分 从祝融星到爱因斯坦（1905―1915年） ... 123
第8章 “最快乐的思想” ............................... 125
第9章 “帮帮我吧，我快要疯了” ............... 139
第10章 “欣喜若狂” ..................................... 157
后记：“渴望看到……先定的和谐” ............................. 171
致 谢 .................................................................................. 180
注 释 .................................................................................. 185
参考文献 .............................................................................. 205
插图来源 .............................................................................. 216
出版后记 .............................................................................. 217

    第1章“牢不可破的世界秩序”
     1684年8月，剑桥
     埃德蒙？哈雷（EdmondHalley）刚刚经历了一个悲伤而又焦躁的春天。3月，他的父亲失踪了。在斯图亚特王朝统治的最后几年中，政局混乱，这算不上多么稀奇的事。哈雷的父亲在五个星期之后被发现，当时已经死亡，也没有留下任何遗言。在接下来的几个月里，年轻的哈雷不得不处理麻烦的后事：教区牧师欠他父亲12英镑；作为房地产交易费用的一部分，每年要付给一位女士3英镑；还要收租、安抚托管人。这些痛苦的差事几乎耗费了哈雷整个夏天。最后，他还必须跑到剑桥镇，当面处理一些在伦敦理不清的细节。
     这趟旅行起初没有什么快乐可言，但交代清楚那些法律事务之后，意想不到的好运找上了他。早在1月，哈雷遭遇这些变故之前，他巧妙地对天体进行了分析，计算表明，驱使行星围绕太阳运行的作用力满足这样一种性质：力的大小与它们到太阳的距离的平方成反比。但紧接着问题就来了，这个被称为平方反比定律的数学表达，可以解释我们观测到的所有行星的运动轨道吗？
     这看起来只是个技术问题，但欧洲最聪明的头脑意识到，它将带来一场变革。平方反比定律的确成了科学革命的高潮，在那场漫长的斗争中，数学取代拉丁语成为科学的语言。1684年1月14日，哈雷和两位老友在一次皇家学会会议之后聊了起来。这两位分别是博学的罗伯特？胡克（RobertHooke）和皇家学会前任主席克里斯托弗？雷恩（ChristopherWren）爵士。当他们把话题转到天文学的时候，胡克宣称他已经得出了指导宇宙万物运动的平方反比定律。雷恩不相信他，因此用一本在今天价值300美元的书作为赌注：哈雷和胡克之中，如果谁能在两个月之内给出这一定律的严格证明，谁就能得到这本书。哈雷很快就承认无法做到，而胡克尽管虚张声势，却也没能在雷恩的截止日期之前提供书面的证明。
     事情就卡在了这里，直到哈雷与亲属一起料理完父亲的后事。当时，哈雷就在伦敦东边的剑桥――为什么不顺路去剑桥大学呢？在那里至少可以享受一下午讨论自然哲学的乐趣，缓解之前的悲伤与烦躁。哈雷走人圣三一学院，大门的左侧是学院广场，右侧的楼梯把哈雷领到一个房间。在这里面的，正是卢卡斯数学教授――艾萨克？牛顿。
     对牛顿的大部分同时代人来说，1684年的夏天是一个谜。伦敦的自然哲学家们往往视牛顿为智慧非凡的圣人，但哈雷是牛顿为数不多的熟识的人，更是他寥寥无几的朋友之一。关于牛顿工作的公开记录非常稀有。他的名望基于少数几个杰出的研究结果，这些成果大部分都体现在17世纪70年代初他写给皇家学会秘书的信件中。牛顿暴躁、骄傲，动辄就生气，还记仇。早年问，他与胡克的纠纷让他不愿意再冒险进行烦人的公开辩论；往后的10年问，他的大部分研究成果都没有公开。因此，正如为他立传的传记作家理查德？韦斯特福尔（RichardWestfall）所言，如果牛顿死于1684年的春天，那他为人们所记住的将是他非凡的天赋和古怪的性格，仅此而已。但那些到三一学院巨庭（GreatCourt）东北角房间访问的人却会发现，这里有一颗热情的、整个欧洲都无人能与之匹敌的头脑。（P3－5）