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　　5 浪漫的宇宙

　　THE ROMANCING COSMOS

　　虽然远程观测高效便捷，但我们也不能否认高山观测的壮美。不管结果如何，我想总有一天，当我老了，我会对我的研究生们说：过去，人们不可能待在家里就能获得数据。

　　我终于抵达了山顶。那是我从上小学时第一次通过双筒望远镜望向夜空时就深埋在心中的梦想。我其实登上过很多山峰。最开始是在得克萨斯大学读研期间登上了得州西部洛克山的麦克唐纳天文台。那是北美大陆最偏远（夜间最黑暗）的地区之一。我的第一篇科研论文就是基于我在麦克唐纳天文台搜集的数据，当时我还在读研。

　　我去过的位于偏远山区的天文台还有加利福尼亚南部帕洛马山的哈尔天文台和位于亚利桑那州基特峰的国家天文台。这些天文台还是容易去的，而其他的天文台却要经过长途跋涉才能到达。去智利安第斯山上的托洛洛山美国洲际天文台就是这样的旅程，但我在那里做的宇宙观测实验却比去其他任何天文台做的都多。

　　我骨子里是一个习惯城市生活的人，但高山对我来说却是特别的存在。站在高山上，我内心深处的一些想法和灵感就会迸发出来，山顶清新的空气也能让我的思维更加清晰。我想不只是我一个人有这种感受。历史上，高山也曾启发过无数先人，促使他们采取相应的行动。还有什么能驱使理性的人去爬山呢？没有其他原因，只是为了看看山的另一边是什么。此外，摩西在山顶上受到了神的感召，知晓了“摩西十诫”，而不是在山谷里。如果山不过来，穆罕默德很乐意自己走过去。当大洪水退下时，诺亚将救世方舟停在了一座山上。1968年4月3日，马丁·路德·金发表了一场预言性的演讲，那也是他遇刺的前一天。他大声宣告：“我到达过山顶……我看到了一片希望之地。也许我不能和你们一同到达那里，但我希望你们知道，人类终有一天会到达。”

　　我在山顶上构思出了我的博士毕业典礼演讲——我人生中最重要的演讲。如果夜空景观公寓的屋顶也算一种形式的山顶，在那里发生的很多事情也给过我很大启发。然而，在智利的托洛洛山美国洲际天文台，我终于能以最近的距离直面自己的灵魂。

　　托洛洛山美国洲际天文台位于南半球，这里的夜空景观的繁星种类和方向都和北半球观测到的完全不同。特别是托洛洛山美国洲际天文台，位于南纬30度——银河系中心，星星在日落时升起，在日出时落下。6月份，银河系中心正好在头顶正上方经过。我的研究领域基本集中于距离银河系中心3度以内的地区，也就是所谓的“银河系核球”。那是一个稍扁平的球状区域，由超过100亿颗恒星组成，总数量大概占到银河系的10%。在观察距离我们最近的星系时，我们一般只能清晰地看到最亮最大的恒星，而其余的几十亿颗星星只不过是一团团模糊的亮点而已。而在这个季节，我们可以单独观测到银河系的一颗颗恒星，于是我们就有了可以了解整个银河系结构的独一无二的平台。

　　要观察银河系核球，我们得先提前半年提交一份概述我们想法的观测申请。我们得证明此次的科学项目是有价值的，还要详细描述所需的硬件设备。我们要与别的科学小组竞争观测的时间，山上最大的一组望远镜的预定率可以达到同期的5倍。天文台使用分配委员会负责分配观测时间，最短只有两晚，不过一般都是4—6个晚上。在分配观测时间时，天气因素是不予考虑的，所以如果遇到坏天气，夜空就会乌云密布。

　　正式观测前一两周，我就准备好了具体的坐标图，搜集了星空图表，找来了先前观测中做的对此次观测有用的手稿和笔记，然后就出发了。在6月份，从纽约城区飞5000英里到达圣地亚哥，当地时间并不会改变。但这一点并没有什么用，毕竟我们的终极任务就是白天睡觉，晚上进行观测。天体物理学家永远不会抱怨倒时差，因为倒时差最多也就12个小时，正好是我们进行夜间观测要适应的时间。这么看来，倒时差只会让我们更好地适应日夜颠倒的作息。

　　我们的旅程需要先从纽约飞两个半小时到达迈阿密国际机场，中途停留两个小时后再飞七个半小时到达圣地亚哥国际机场，然后再搭40分钟的出租车驶过一段危险的路程到达托洛洛山美国洲际天文台在圣地亚哥市中心的“接待屋”。在那里待8小时后，我们要再坐20分钟的出租车（这次的路程不再那么危险了）到圣地亚哥公交车站。然后公交车会朝北沿着安第斯山脉的海岸线一路向上开7个小时，到达托洛洛山美国洲际天文台的拉塞雷纳行政总部。在总部过一夜后，我们还要坐一个半小时的面包车到达埃尔基谷，最后再步行去托洛洛峰。一路上，我带的厚衣服能帮我抵挡智利山区冬季的严寒。我凭借敏锐的视力看到巨大的南美秃鹫不断向山脉的上升暖气流飞去，这预示着今晚不利于观察星空。等到了山顶上，在与银河系核球的光点相约之前，我们只有24小时的时间来准备夜间观测的设备。

　　你也可以用另一种眼光观察银河系核球。这些光点在26000年前的克罗马农人时期就开始围绕着银河系中心运动。而我的观测之旅比他们的历程要短得多，三天前才开始，但同样充满戏剧性。我和这些光点在望远镜焦平面上的探测器上相遇了。我不禁思索那些没有被望远镜巨大镜面捕捉到的光点的命运。想象一下，这些光穿越了26000光年的距离才到达地球，却不能被望远镜观测到，而是出现在了山的另一边。虽然我们在地球上完全看不到银河系中心的大多数光点，但它们仍然在星际间不断移动。我看到的只是无数光点中的一小部分，而这一小部分已经足够成为我宇宙研究生涯的基础。

　　最佳的观测时刻已经到来。时间把握得刚好，夜空万里无云，无数个光点呈现在夜空中。天文台俨然成了我的圣殿——穹顶之下是一架望远镜，晦暗的控制室里二十几台电脑监视器不断更新着望远镜、探测器、观测目标、不断简化的数据和当地天气的信息。

　　这次旅行中，我在控制室的助手是我的同事和好友，他是一位著名的纯理论学家，也就是说他不需要全面了解望远镜。我们是三位合作伙伴中的两位，在这个项目中收集成千上万颗恒星的重元素和它们在宇宙中运行速度的原始数据。利用这些数据，我们就能研究银河系核球的历史和结构。我的这位同事从来没有通过大型光学望远镜观测过，所以我觉得应该带他来托洛洛山美国洲际天文台感受一下，但在他走进天文台5个小时之后，智利中心地区就发生了6.5级的地震。探测器的镜片因为地震而错位了，搜集了好几个小时的数据也毁了。也许是天文台的神明因为一个纯理论家踏入这片圣地而动怒了，或是安第斯山脉的地质活动太剧烈。不管怎样，下次我还是不要带他来了。

　　在普林斯顿大学，天体物理学部有强大的电脑工作站。我们可以通过这些电脑简化和分析观测到的大量数据，就像古生物学家通过沉积岩里的化石来分析岩石年份，我们根据恒星重元素的密度来判断它的年龄。根据大爆炸理论，宇宙中最早形成的气体云块和从中产生的最早的恒星都是由纯氢和氦构成的。宇宙中大多数比这两种元素更重要的元素源于超新星爆发——大质量恒星在演化后期发生的剧烈爆炸。超新星喷射出的携带重元素的物质和气体云块混合，于是新一代恒星就诞生了。每一代恒星在不断演化中其重元素会不断累积。

　　虽然有些恒星在诞生不久就死亡了，但大多数恒星的寿命可达好几十亿年。所以，我们看到的银河系核球是无数代恒星的混合体。我们可以通过比较银河系核球中拥有少量重元素的恒星和拥有大量重元素的恒星的数量来分析恒星的历史。通过标记每颗恒星的速度和在银河系中的位置，我们就可以得到关于银河系核球的质量、引力和起源的有用信息。

　　要得出可信度高的科学结论，我们需要高质量的数据。要在天文台拥有一晚高质量的观测体验，就需要绝佳的大气条件。地表的升温和降温现象是不规则的，低层大气会因为上升和下降气流变得不稳定。秃鹫喜欢向山脉的上升暖气流飞去，但对天体物理学家来说，上升气流是十分不利的。上升气流会使恒星的影像在探测器上变成波纹状的亮点，这会严重影响观测的效率和数据的质量。所以为了你自身的安全，请不要对一个天体物理学家说：“希望你观察到的星星都会眨眼睛。”

　　在低层大气中，你越向上走，气压就会以指数形式下降。海拔7000英尺高的托洛洛山美国洲际天文台位于地球25%的空气分子之上，其相应的气压也会减少25%。这样的观测条件可以大大优化观测到的大部分天文学数据。比托洛洛山高一倍的山，像是夏威夷的冒纳凯阿火山（世界上很多大型天文望远镜的所在地）位于地球40%的空气分子之上，是全球最好的天文观测点的所在地。

　　艾萨克·牛顿爵士也在他1704年发表的光学论文中讲到了山顶是最理想的天文观测点。他夸张地描述道：

　　即便制造望远镜的理论可以完全地在实践中展现出来，望远镜还有无法突破的界限。我们通过大气观察星空，而大气永远处于运动之中。所以我们看到的星星都是一闪一闪的。

　　艾萨克爵士继续说道：

　　解决这个问题的唯一办法就是通过十分平静的空气观察星空。在最高的山顶上才能得到这样的空气，因为云层都在下面。

　　现在，广泛使用的哈勃天文望远镜已经成为解决这个问题的“方法”。人们把哈勃望远镜发射到轨道中，这样观察所有天体的时候就不会因为低层大气波动而造成图像质量低下和分辨率差的情况了。

　　然而，稀薄的空气也有弊端，在智利漫长的冬季进行夜间观测，我必须保持日常生活中难以维持的高度警觉性和机敏性。在高山上，我吸进的每口空气的含氧量都比海平面的空气低25%，但我还要操控价值几百万美元的高精度光学仪器和硬件。压力驱使着我自觉保持一种对宇宙的兴奋状态。只有在观测星空时，我才发现，在日常生活中我常常因为心理上的发呆而走神，像是在喝咖啡的休息时间、午餐时间、查看邮件的时候以及偶尔透过办公室的窗户看向外面的时候。

　　观测的最后一晚，我在天文台的穹顶下听了一首古典音乐，为我的旅程画上句点。贝多芬《第九交响曲》的第四乐章里那20下重击正合适。我关上了天文台的观测裂口，你可以想象，裂口发出的一声巨响在穹顶下发出回声，好像教堂里丰富的乐声。在夜间，最令人梦寐以求的景象就是月球接近新一轮月相的时刻。在连续四五天的观测之后，冉冉升起的一弯新月在晨光中低低地垂在地平线上，镶嵌在黎明时分绚烂的天际。从山顶望去，日出前地平线上的天空和在海平面上看到的天空一样明亮，但四周的天空还未受到晨曦的照耀，依然沉睡在黑暗里。天空中是一片日夜交替的美景：头顶深沉的夜空还未褪去，但东方地平线上已经是一片灿烂的晨光。

　　我把观测数据记录在一盘高容量数据磁带上，并把它放在胸前的口袋里。回家前，我还做了两个备份：一份放在行李箱里，一份留在了山上。

　　然而，时代变了。

　　我在普林斯顿大学天体物理学系参与联合任职期间，来自6所机构的科学家拥有并使用着新墨西哥州阿帕奇波因特的一个3.5米的望远镜，我们也在这些科学家之列。阿帕奇波因特是新墨西哥州太阳黑子地区附近一个9200英尺高的山崖崖顶，是国家太阳天文台的所在地。它就在新墨西哥州克劳德克罗夫特的山间度假小镇边上。阿帕奇波因特天文台的特殊之处在于它可以通过互联网进行远程操控。控制室可以是每个项目成员的所在地。普林斯顿大学的控制室就在天体物理学系地下室一个特别设置的地方。在阿帕奇波因特天文台观测和在托洛洛山美国洲际天文台观测的唯一区别不过是连接电脑控制台的“电线的长度”。

　　虽然远程观测高效便捷，但我们也不能否认高山观测的壮美。不管结果如何，我想总有一天，当我老了，我会对我的研究生们说：过去，人们不可能待在家里就能获得数据。我们得去很远的地方，登上巍峨的高山，才能面对面地观测到宇宙繁星。

　　* * *

　　物理学的发现史是一个由成功的理论和实践相互交织的过程。有时，科学工作者理论和实践皆擅长，但他们通常要么是理论家要么是实践家。在天体物理学上，对宇宙现象的研究很少需要在实验室进行实验，所以更确切地说，天体物理学领域的实践家就是观察家，他们在很大程度上会通过山顶的天文望远镜进行观察。

　　观察家和理论家完全不同。如果观察家的数据在过去存在缺陷（由于低级的观测方法或无法重新观测），那么他在未来发表的数据会受到质疑，特别是当数据推翻了经过准确验证的观点或涉及了新的现象。相对的，只要还在不断探索新思路，依靠纸笔和公式的理论家可能多次犯错，而新思路往往包含了打开未来发现之门的钥匙。

　　在纯数学理论上，一个代数方程只需让等号左边的数值和等号右边的数值相等，而且不必和真实世界有所关联。但在物理宇宙中，方程和温度、能量、速度和力等测量出来的数值紧密联系。因此，一个关在橱柜里的人也能演算所有形式的数学公理（如果真是如此），但他不可能成为一个领先的理论物理学家。大自然拥有无穷无尽的力量，可以推翻物理学家的观点，而数学只需要解释其本身具有的逻辑。这就是为什么神童一般都在数学上有惊人天赋，而不是在物理学上。

　　宇宙探索的数学原理包含了一套看似复杂的代数方程语言。有些很美，有些则很晦涩，但它们都不过是物理学观点的数学表达而已。基于方程的理论和基于推理的理论之间最大的区别在于，带有你的观点的数学形式可以促进观点的成熟，而推理从数学原理中得到根据，使观点在逻辑上成立。数学是人类思维纯粹的创造。实际上，数学的惊人之处在于它是帮助我们探索宇宙的工具。天空中并没有写着宇宙可以通过数学来解释，但人类发明了数学。没有数学，科学就不会成为今天这样。

　　在布朗克斯科学高中上高二的时候，我第一次接触到了微积分。我记得教科书的封面和封底上满满的都是成列的难懂的方程。这些方程虽然很迷人，但对我来说完全是陌生的。我不懂它们的意义和目的。但学年才过去了一半，在冬季的雾气还没到来之前，我就把它们全学会了。它们不过是些衍生方程和积分——微积分在自然中改变数值的优雅的方式。艾萨克·牛顿爵士发明了微积分来解释为什么行星绕太阳运行的轨道是椭圆形的。我深受启发和激励，决心更多地学习数学，这样我就能研究宇宙的任何角落。

　　我认为，人类不可能天生就会逻辑思考。如果人天生就会逻辑思考，那么数学就是学校最简单的科目了，人类也不用耗费几千年的时间来探索科学方法。如果你惧怕方程，你不是一个人。在热销书《时间简史》的序言里，斯蒂芬·霍金引用了他的一个出版商朋友的话：如果他在书中引用一个方程，书的销量就会减少一半。如果霍金在书中引用了10个方程，那么销量就会减少到原来的1/2的十次方，也就是说，只剩下了千分之一的读者。当然在出版的时候，书里还是引用了一些方程，但少了很多。我们也都知道，《时间简史》成了有史以来最畅销的科普书籍之一。

　　如果你一看到方程就心烦，你就简单地把它想象成你一开始不了解的事物。比如说，下列这个方程是麦克斯韦速率分布方程，是英国著名物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831—1879）发明的。这个方程包含了很多符号：

　　就像很多重要的描述宇宙现象的方程，这个分布方程只比普通报纸上的统计图表复杂一点而已，《今日美国》这样的报纸就很喜欢刊登图表。这种方程告诉我们宇宙的各种特性是如何组织在一起的。麦克斯韦速率分布方程就是让我们计算在一定速度范围内运动的气体分子而已。

　　当你要计算低层大气的分子活动时，你可以利用这个方程计算出当运动的空气分子数量最多时的空气速度。这个速度是每秒450米。利用这个速度，你可以进一步计算出空气中声音的传播速度（要用到另一个公式），这个数值和先前的空气速度密切相关。

　　从高中到大学，再到研究生，我都学的是数学和物理，渐渐地，世界的运行方式在我眼里变得越来越明朗。我可以了解、描述和预测我先前无法掌控的现象了。

　　学会这些方程确实需要你花费15秒的时间阅读描述它们的段落。一旦你彻底了解了方程式的深度和精髓，你就能把它们和其他需要广泛研究的方程式联动起来使用。然而，物理学方程并不比其他学科的表达渠道神秘。比如说，几乎每个人都知道脱氧核糖核酸就是DNA。DNA可以用来识别所有的生物，但经过常年的研究，人们除了充分了解其功能外，对它一无所知。或者拿肿头龙举例。8岁的孩子都知道肿头龙是一种长相好玩、头上有鼓鼓的瘤状突出头骨的恐龙，但要了解肿头龙的类属，古生物学家要做的工作可比单单记住它的名字困难多了。大家都知道，化学中有很多复杂的物质名称。我最喜欢的化学物质是盐酸羟甲唑啉，也就是我每天都要用的鼻腔喷雾剂的活性成分。它能清理我的鼻子，除此之外，我得参加药理学课程才能了解这种物质在我鼻子里如何发挥作用。以下的四行诗句节选自乔叟的《坎特布雷故事集》的序言。这些诗句是古英语，需要做不少的功课才能破译和理解呢。

　　And smale foweles maken melodye

　　That slepen al the nyght with open yë

　　(so priketh hem nature in hir corages);

　　Thanne longen folk to goon on pilgrimages.

　　所以我从不抱怨方程式太过晦涩难懂。此外，和其他复杂的表达不同，方程能让我们准确预测自然和宇宙现象。在历史长河中，狂热的宗教崇拜总是围绕着那些称自己有特殊的力量、能预测未来的人。而事实上，一般的科学工作者都能掀起有史以来最虔诚的狂热崇拜。他们只需隐藏起现象背后的公式和科学方法，只向教徒们说出预言就行了：明天太阳会在7:02升起；一颗彗星会碎成20多块撞向木星；正午的太阳会被黑暗吞噬。从社会学来看，这些预言肯定会引起轰动。

　　有些方程之所以非常晦涩难懂，是因为其中包含了一些陌生的符号。这年头，不包含扭曲外文字母的方程已经很少了，而最歪歪扭扭的字母要数小写的希腊字母。按照从前到后的顺序，它们是：αβγδεζηθικλμνξοπρστυφχψω。其中最著名的一个应该就是字母π。π通常表示的是圆的周长和直径的比值，因此，各种涉及几何学的公式里都有它的存在——从圆的面积到宇宙的形状。顺便一提，你永远都会记得计算圆面积的公式，因为俗语说：π不是圆的， π是方的、平方的（squared 有双关意义，既是“方的”，又有“平方的”之意）。用公式表示就是A=πr。至少有一半的小写希腊字母经常在天体物理学上用来表示物理量。

　　我们也会用到大写希腊字母： ΑΒΓΔΕΖΗΘΙΚ∧Μ ΝΞΟ∏Ρ∑ΤΥΦΧΨΩ，虽然其中很多字母与我们熟悉的罗马字母很像。宇宙学是研究宇宙的起源和命运的学科。在宇宙学上，最常用的一个符号就是Ω。Ω是宇宙中实际质量密度和“临界”密度的比率。它能告诉我们不断扩张的宇宙会不会有一天因为所有宇宙物质引力的积累而再度坍缩。最近的数据显示目前的 Ω=1，这意味着平面宇宙会永远在坍缩的边缘不断扩张。用小写希腊字母ρ 表示密度，那么它们的关系就是：

　　Ω=ρ/ρ

　　公式不是观点本身，公式只是表示观点的符号。依靠这个微妙但又重要的区别，四肢瘫痪的史蒂芬·霍金能在大脑中演绎宇宙的本质，而不用在纸上演算公式。

　　虽然公式非常严谨，但公式也有它们的小趣味。如果一个公式里包含了太多的希腊字母，你就可以说：“它太希腊了。”如果你不喜欢数学，但又想在都是工程师和科学家的派对上博大家一笑，我向你保证下面的这个谜语肯定会让他们开怀大笑：

　　问：让兔子和大象杂交（cross有“杂交”和“相乘”的意思），你会得到什么？

　　答：兔子大象sinθ。

　　以上的谜语之所以好笑是因为有一个数学运算叫“向量积”，即取两个向量（比如两个速率和两个力），将它们的值与θ的正弦相乘就能得到“向量积”，θ就是两个向量之间的夹角。正弦函数是三角学中的运算之一，你在高中之后应该再也没见过了。在数学上，向量积的公式是：

　　|A×B|=ABsinθ

　　“| |”符号指的是要计算AB向量的值。在显然荒谬的代数代换中，你把A设成兔子，B设成大象，原来的谜语就说得通了。每个物理和工程学的学生都学过向量积和其他与物理量有关的有用公式，但他们一般在大学第一年后就不学了。

　　我第一次看到这个公式是在高中的浴室里。

　　这个细长而优雅的“S”形符号是17世纪的著名数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨发明的，看起来很像字母“S”的艺术字形式，它用来表示一个总量。如果不把这个公式当作一个正式的公式，它读起来真的很像“性=乐趣（sex=fun）”。这就是我们高中浴室的一点小幽默啦。

　　在我看来，有史以来意义最丰富的公式莫过于英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦创造的方程组。麦克斯韦方程组是经典物理学（20世纪之前的物理学）的顶峰，它完善地描述了电磁波传播的形式（比如通过光）。我把这些方程组列出来不是要你们通过它们计算，而是因为这些方程组很美，展现了宇宙中一种无与伦比的对称美。

　　E表示电场，B表示磁场，J表示移动电荷的电流。从前，人们认为电和磁是两种不相干的概念，但麦克斯韦的方程将电和磁联系起来，展现了一种叫作电磁的物理现象。看看第一行里旁边有一个点和字母E的倒三角形。这个方程展现的是带电物体周围电场的运动。对应这个方程的是第三行方程，它展现的是磁场的运动，只是这个方程等于零。自然界有一个鲜为人知的特殊情况，宇宙中的电荷是可隔离的（隔离成正电荷和负电荷），但磁荷不可隔离。也就是说，磁铁的北极和南极总是互相吸引。不信你试试看，把家里的磁铁敲碎，不管碎片大小如何，它们都会同时变成拥有南北两极的磁铁。在物理术语中，宇宙中没有单极子（正如麦克斯韦方程组揭示的那样）。这仍是宇宙的一大谜题。

　　如果你想了解更多的关于麦克斯韦方程组的知识，你需要学习矢量演算和电动力学。我在这里就不多加赘述了。

　　有些公式也是对称的，但相对来说更简单，这要看它们构成的坐标系。一个广泛应用的用来表示很多东西的空间形状的公式叫拉普拉斯算子，它以法国著名数学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯命名，表现在常见的x、y、z坐标系上：

　　这是一个流畅的算子，就好像生产线上的机器一样。你输入一个数学函数，它就会输出三维空间中该函数的表达形式。在很多情况下，当你把x、y、z坐标系转换成球坐标系r、φ、θ，这个公式会更简单。所谓的球坐标系就是应用于球体的自然坐标系，这些球体可以是恒星，也可以是星系光晕。但现在，这个公式可以让一个成年人难哭:

　　在布朗克斯科学高中，你口袋计算机上的数学函数越多，你在学校就越受欢迎，比当体育明星还有用。在学习了麦克斯韦方程组后，我的一个同班同学叫弗朗斯·拉伦斯，他当时正沉迷于一组数学关系，希望有一天把它们变成“拉伦斯方程”。我已经了解了拉普拉斯和与他同时代的著名数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日（1736—1813），我想拉伦斯肯定无法和他们匹敌。

　　如果一个人的名字和大量的公式联系在了一起，那么他将永远和源源不断的科学发现有关。比如，在拉普拉斯又发明了一些数学公式之后，牛顿的万有引力定律让我们能通过天王星轨道受到的引力牵拉作用发现太阳系外的行星。我们也确实利用这个方法按照预计的那样发现了海王星。

　　水星的轨道运动也不严格遵循牛顿的运动定律。尽管考虑到水星受太阳系中其他星球的引力的影响，但水星在其椭圆轨道上的近日点进动总是和预计的有偏差。然而，虽然所有已知的引力来源，即所有其他的行星都考虑到了，但观测到的进动偏差还是超出牛顿运动定律的解释范围。在成功发现海王星之后，天文学家便蓄势待发。1846年，预测了海王星的存在和位置的天文学家奥本·尚·约瑟夫·勒维耶(1811—1877)又接手了发现新行星的任务。没过多久，勒维耶就在1846年提出了一颗新的行星——火神星的存在。火神星以罗马神话中火神的名字命名。当它接近太阳的时候，它的引力会对水星产生牵拉作用，这个牵引力足够弥补之前与牛顿运动定律的偏差。这颗行星本可以（本将会）在历史上无数次的日全食中被观测到，不过别介意这个了，至少它在牛顿万有引力定律下存在了70年。

　　1916年，爱因斯坦提出了广义相对论（现代引力理论）。他的引力方程表示：在强烈引力源头的附近区域，牛顿的万有引力定律无法准确解释物质的运动。由于时空结构会发生弯曲，人们不能仅仅依靠牛顿万有引力定律来解释物理现象了。当然，水星近日点进动偏差完全证明了爱因斯坦的新理论。在勒维耶的事例中，面对无法解释的行星运动，科学家想到了预测并发现新行星的存在。而在爱因斯坦的事例中，无法解释的行星运动却促使了新物理理论的诞生。这就是科学研究者要面对的令人精神崩溃的道路。

　　在物理学历史上，更加完善的理论会取代先前成功的理论，但这并不意味着先前理论（和公式）突然间完全失去作用。这两者之间是一种传承的关系。在慢速和弱引力的情况下，爱因斯坦的公式和牛顿的公式完全一样。而拆去牛顿公式的外壳，它就跟约翰尼斯·开普勒的行星运动的三大定律一模一样。

　　用纸笔计算一个方程里的未知数就和在烛光下用羽毛笔写信一样高尚而孤独。为了解出复杂的方程，你可以专心致志地伏案数小时。在通往答案的路上，你可以不吃饭、不顾个人卫生，无视时间的流逝。我发现，当我计算前人没有计算过的数据时，比如在山顶天文台观测夜空，我的专注力达到了顶峰。但讽刺的是，在这些时刻，我常常会忘记那些连精神病人和被打蒙的拳击手都知道的东西：你叫什么名字？今天星期几？美国的总统是谁？在精神高度集中的时候，我什么也不记得、不知道、不在乎，因为我正静静地通过方程式操控着整个宇宙的引擎。 凤凰联动文库：论文学涵养细节（套装共15册）