想象一下，假如我们降落在另一颗拥有发达外星文明的行星上，那些外星人可能跟我们一点儿都不像：它们没准长着三条腿，或者一条腿都没有；它们可能披着一身滑溜溜的紫色皮肤，看起来比裸鼹鼠还丑；又或者它们个个都是“舞”林高手。谁知道呢？我们唯一可以确信的是，它们的世界遵循的自然规律必然和我们的一样。

用科学术语来说，这就是物理定律的普适性。

如果你想跟这些外星人交谈，它们说的肯定不是英语、法语，也不可能是普通话。你也不知道对它们来说，握手到底是一种打招呼的友善举动，还是严重的羞辱。但只要它们的文明足够发达，它们就肯定懂得和我们一样的物理定律。不管这些外星人是高是矮，皮肤是不是滑溜溜，它们总知道引力是什么。所以你最好想办法利用科学的语言和它们交流，这样更容易成功。

★

定义并塑造了我们这个世界的科学规则适用于宇宙的每一个角落，从你家后院到火星地表，甚至更远。就连《星球大战》（ Star Wars ）系列电影里的故事也应该遵循这些规则，虽然它们发生在一个非常非常遥远的星系里，但即使是最遥远的星系，也是我们这个宇宙的一部分。

过去的科学家并不明白物理定律的普适性。直到1666年，一位名叫艾萨克·牛顿的先生写下了引力定律，这条定律可以算是某种描述引力作用机制的秘方；在那之前，谁都没有任何理由相信我们这里的科学规则同样适用于宇宙中的其他地方。地面的事归地面，天上——恒星和行星——的事归天上。

在我们的日常生活中，每个地方的规则可能各不相同。你也许可以穿着运动鞋在自家的房子或者公寓里乱跑，但要是你去拜访朋友，他可能要求你进门脱鞋，以免泥巴踩得到处都是。科学家们曾经认为宇宙也是这样。但牛顿发现，宇宙的运作机制并非如此。

同样一套规则适用于任何一个地方。

★

1665年，为了躲避一种名叫黑死病的致命传染病，人们纷纷逃离伦敦。艾萨克·牛顿爵士也加入了逃亡的人群，躲进了自家在林肯郡的乡间庄园。远离城市的牛顿得到了一点儿可供思考的闲暇。望着自家的果园，他开始好奇：是什么力量将熟透的苹果从树上拽了下来？为什么苹果总是径直坠向地面？到了1666年，在这个问题的启发下，他想出了引力定律。

牛顿理论的天才之处在于，他意识到引力不仅能将树上的苹果拽向草地，还能让月亮绕地球旋转。

牛顿引力定律指引着行星、小行星和彗星绕太阳运动。

正因为引力定律的存在，银河系里的数千亿颗恒星才不会四散到宇宙深处。

普适于全宇宙的不只是引力定律。自牛顿的时代以来，科学家们发现了其他许多同样适用于全宇宙的物理定律。物理定律的普适性帮助科学家做出了了不起的发现。我们可以研究遥远的恒星和行星，并假设它们遵循同样的规则。

继牛顿之后，19世纪的天文学家利用这一理念确定了组成太阳的元素就是他们在地球上研究的那些，包括氢、碳、氧、氮、钙和铁。他们甚至在阳光中发现了一种新元素的痕迹，所以这种新物质以希腊语中的“ helios ”（太阳）为名，它就是氦（Helium）。在元素周期表的大家族里，氦是第一种也是唯一一种在地球以外被发现的元素。多年以后，孩子们发现他们可以从气球里吸一口氦气，让自己的声音变得像卡通片里一样滑稽，从此生日派对和以前再也不一样了。

★

好吧，就算这些定律普遍适用于太阳系，那它们在银河系其他地方也同样管用吗？

整个宇宙呢？

一百万年甚至几十亿年前呢？

这些定律一步步地经受了考验。

天文学家发现，附近的恒星同样由氢和碳之类常见的基本元素组成。后来在研究双星（像拳击场里的拳手一样相互绕圈的成对恒星）的时候，天文学家再次发现了引力的影响。把牛顿的苹果从树上拽下来、让五年级学生无法灌篮的普适定律将这些成对的恒星束缚在一起，让科学家得以预测它们的运动。

所以这些定律不仅适用于我们这里，也同样适用于遥远的地方。可是谁知道它们是不是一直适用呢？100万年前，它们也同样有效吗？

答案是肯定的。我们之所以知道这一点，是因为天体物理学家能看到过去。

当你透过望远镜凝视火星的时候，你看到的并不是此刻的红色星球。地球和火星之间的距离一直在变化，但我们不妨认为，地火距离大致是2.2亿千米。这意味着光必须跑过2.2亿千米才能落到我们眼里，对光线来说，这段旅程大约需要12分钟。既然光需要12分钟才能到达你的望远镜，那么实际上你看到的是12分钟前的火星。

天体物理学家拥有的望远镜比你的大得多，所以我们才能研究比火星远得多的天体。我们朝宇宙中望得越远，看到的就是越久远的过去。

我知道你在想什么：哇哦！

是的，你的反应很对。

当我们谈到遥远恒星和星系与我们的距离时，通常用“光年”这个术语，或用一束光从特定天体到达我们的望远镜所需的时间来衡量。所以如果我们研究的是一个50亿光年外的星系，就意味着光需要50亿年的时间才能到达那里。

换句话说，我们此刻看到的是那个星系50亿年前的样子。

我们真真正正地回望着过去，而且我们发现，宇宙中最遥远的天体——它们已经有几十亿岁了——遵循的规则和我们今天观察到的完全一样。环顾宇宙，那些普适性的定律从最开始就一直在勤恳运作。

★

当然，物理定律的普适性并不意味着发生在宇宙中的所有事情也同样会出现在地球上。宇宙中处处遵循同样的规则也不意味着任何事情在任何地方都有可能发生。比如说，我打赌你肯定没在大街上碰见过黑洞。

这些宇宙中的“怪物”是由密度极大的恒星在引力作用下坍缩而成的。引力将恒星内部的所有物质吸到它的最中心，在这颗恒星曾经闪耀的位置留下一个洞。黑洞周围的引力如此强大，就连光都无法逃脱。要是这样的宇宙洞穴真的出现在大街上，你肯定不是唯一的受害者。整颗行星都会被拽进黑洞的旋涡，消失不见。

不过，尽管黑洞如此强大，它们仍遵循同样的自然规则。

★

宇宙中处处适用的不仅是物理定律。这些定律还依赖于一些名叫“常数”的数字，它们能帮助科学家预测某条定律的影响。被称为“大G”的引力常数能帮助科学家计算特定情况下的引力强度。比如说，我们可以利用大G来估算火星地表的引力。

不过，在所有常数里面，光速是最著名的一个。执行阿波罗任务的宇航员大约需要3天时间才能飞到月球，但如果他们能达到光速，那么这趟40万千米的旅程只需要1秒出头就能完成。那他们为什么没有这样做呢？因为不可能。

截至目前，我们没有在任何实验中观察到任何形式的任何物体达到光速。

无论我们跑多快，也追不上一束光。

人类一直在实现各种不可能。我们常常低估了工程师和发明家的能力。有人断言我们永远无法飞翔，也有人坚称我们不可能抵达月球或者分裂原子。现在这三件事都已实现，但它们都没有违反既定的物理定律。

飞向月亮的确很难，但不是不可能。

“我们永远无法比一束光跑得快”的预言完全不一样。它出自经过时间考验的基本物理规则。宇宙里说不定贴满了光速限速标志，上面写着：

光速：

不仅是一个好主意，

更是一条法律。

无论外星人有多先进、多聪明，它们都没法超越光速，但它们可能更熟悉这些常数。我们对宇宙所有的科学研究、测量和观察表明，无论何时何地，那些主要的常数——从大G到光速——和依赖于它们的物理定律，从来就没有变过。

★

或许我有点儿太自信了。科学家不是无所不知的。还差得远呢。我们也不是对每件事都能达成共识。像兄弟姐妹一样，我们也常常吵架，只不过我们争执的焦点往往是大家不太理解的概念和宇宙事件。

一旦涉及普适的物理定律，争议必然十分简短。

但不是每个人都明白这一点。

几年前，我在加州帕萨迪纳市的甜品店里喝了一杯热可可，点单的时候当然是加了掼奶油的。但可可端上来的时候，我却没看到奶油的踪迹。我告诉服务生，我的可可没加奶油，他却一口咬定我看不见奶油是因为它沉到杯底去了。

但掼奶油的密度很低。它会漂浮在人类喝的任何饮料之上，当然也包括热可可。不管你身在宇宙中的什么地方，密度低的物质都会浮在密度更高的液体上。这是一条普适定律。

所以我为那位服务生提供了两种可能的解释：要么有人忘了给我的热可可加奶油，要么普适物理定律不适用于他家餐馆。他不服气地弄了一团掼奶油来，试图证明自己的说法。那团奶油在杯子里颠簸了一两下以后就浮到了液面上，安安稳稳地待在那里。

要证明物理定律的普适性，还有比这更好的证据吗？ gnzGvMfNY7ApImWKO/LljMvRoAUvJlnhxfSxJYDyNf+wkzUfWkcZSqrg77M0S7mz