书城童书青少年应该知道的百部世界名著
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第40章 科学学与未来学世界名著(3)

3.内容梗概

1.时间起始点——宇宙大爆炸奇点

人们曾一直相信宇宙以静止不变的状态存在了无限长的时间,并将以这种状态无限地存在下去。但1929年埃德温·哈勃的具有里程碑式的观测使这种观念寿终正寝,并将宇宙开端的探索带进科学王国。哈勃发现无论在哪个方向观测,远处的星系都是远离我们急速而去。也就是说,宇宙是不断膨胀着,那么它在最初就应该收缩为一点,这一时刻被称为宇宙大爆炸时刻。宇宙在这一点的密度无穷大,这一点即为数学上所称的奇点。所有的科学定理在此奇点处均告失效。这意味着,所有在此时刻之前发生的事件都不能对此时刻之后的事件产生任何影响,之后发生的事件亦不可能通过科学定理由之前的事件推导而来。换言之,大爆炸时刻之前与之后的事件之间不存在任何意义上的因果关系。这样,从时间的物理意义上来说,时间在宇宙大爆炸奇点处开始。

2.时间终结——黑洞

恒星由于引力作用会不断收缩,向自身坍缩。当恒星的质量大于某个极限时,泡利不相容原理产生的排斥力不能平衡引力,于是恒星将继续坍塌下去,形成一个我们称之为“黑洞”的无限致密的区域。黑洞表面的引力如此之强,以致在黑洞这个区域之内不可能有任何东西,包括光线从该区域内逃逸而到达远处的观察者。这意味着,如果有一个无畏的航天员和恒星一起向内坍塌,并每一秒钟向环绕该恒星的宇宙飞船发一信号。如果在11点整恒星刚好坍塌到临界半径而形成黑洞,那么,宇宙飞船上的同伴们在收到恒星上的航天员在10点59秒发出的最后一个信号后将再收不到任何信号。时间在此终止。人们可以将诗人但丁针对地狱入口所说的话恰到好处地用于黑洞,“从这进去的人必须抛弃一切希望”。

3.上帝是如何启动宇宙的——宇宙的起源和命运

尽管人们对于宇宙大爆炸后的演化图景有了一定的了解,但依然有些问题始终困扰着人们。比如,为何在空间和时间的所有地方和方向上表现一致?为何宇宙以这样接近于介于坍塌和永远膨胀模型的临界膨胀速率开始并膨胀下去?尽管在大尺度上宇宙是如此一致和均匀,又如何存在局部的无规则性?或者我们可以问,在宇宙大爆炸的一瞬问是谁决定了宇宙以这种模式演化至今?

霍金在此书中描述了人们在追溯宇宙起源的道路上艰辛的脚步。一种是以人择原理来解释的叫做紊乱边界条件的宇宙起源。就像著名的一大群猴子敲打打字机,大部分敲出来的必是废话,但纯粹的偶然也许会使它们敲出一行莎士比亚的短诗。类似地,在宇宙开端的多种无规则可能中,我们刚好生活在这样一个光滑一致的区域里,才有可能使我们这样复杂的人类存在。另一种解释称为“暴涨模型”,它认为宇宙在开始的一瞬间是以加速度膨胀,在远小于1秒的时间里宇宙的半径增大了100万亿亿亿倍(10的30次方)。这些理论在不同程序上虽可以解答人们的某些疑惑,但最终不能确定宇宙的根本的内在秩序。现在人们开始转向寻求一种将量子力学和引力结合起来的完整而协调的理论,在这种理论指导下,人们找到另一种描述宇宙起源及命运的模式,即空间——时间只有有限的尺度,却没有奇点作为它的边界或边缘。空问——时间就像表面积有限而无边界的地球,只不过多了两维。宇宙的开端曾使人们想像一个造物主来启动这个世界,但是,如果宇宙是完全自足的、没有边界或边缘,就意味着它既没有开端也没有终结——它就是存在。那么,还有上帝存身之处么?

4.物理学的统一——终极理论

人类在寻求建立一个适用于宇宙中每一事件的、完整的、协调的统一理论,在这理论中不需要选取特定的常数去符合事实。寻找这样的一个理论被称之为“物理学的统一”,是当代物理学的首要目标。爱因斯坦用晚年的大部分时间进行这项工作,但没有成功。人们将力分为四种,即引力、电磁力、弱核力和强核力,并已通过所谓的“大统一理论”将后三种力统一起来,而将引力也包括进来的工作正在进行之中。这一工作的难度在于广义相对论是一个“经典”理论,它没有包含量子理论的不确定性原理,而其他的部分理论又非常基本地依赖于量子力学。所以必须是将广义相对论和量子力学结合起来。虽然还存在着一些未解决的问题,但从目前人们研究的“弦理论”中已看出成功的希望。

4.社会评价

《时间简史》是一部讲述宇宙奥秘的科普读物。霍金所有理论公式都弃置不用,因为别人告诫他,放在书中的每一个方程都会使本书的销售量减半。霍金成功了,此书自经问世,已售出1000万册。霍金曾戏称,写此书的目的是为了给女儿挣学费,结果是,他女儿得到了丰足的学费,而读者获得了丰富的知识。

《中国科学技术史》[英国]李约瑟著

展示中国光辉耀眼的科学宝藏

1.作者简介

李约瑟是剑桥大学教授,英国皇家学会会员、英中了解协会会长。因为这部著作,他的名字逐渐为每一个真正关注中国的人所熟知、所赞颂。

2.内容梗概

《中国科学技术史》是一部真正的巨著。全书共分七卷,内容包括我国有史以来的地理和历史情况(第一卷)、科学思想的发生和发展(第二卷)、数学、天文学、地学(第三卷)、物理学、工程技术(第四卷)、化学、化工(第五卷)、生物学、农业、医药(第六卷)以及这些学科得到发展的社会背景(第七卷)。仅仅以各分卷的主题情况看,这部书就称得上是中国古代科学技术的百科全书。

但作者不愿在这里就停下探索的步伐,他还讨论了中国哲学中科学思想的发生和发展问题。他认为,中国人已经用自己的历史证明了,中国人在较早时期至少是和希腊人一样善于推测大自然的法则。中国没有产生亚里士多德那样的人物,只是因为阻碍现代科学技术在中国发展的那些抑制因素,早在中国可能产生亚里士多德那样的人物以前,就已经开始起作用了。虽然中国人总是运用原始型的理论与假说,但那些经验性的发现和发明,还是对世界的历史产生了深远的影响。这是因为中国人很善于计划并能进行有用的实验来进一步改良技术。很清楚的一个事实是,中国社会发展技术的有利条件虽然少于文艺复兴以后的欧洲社会,但中国古代,却取得了比古代地中海地区奴隶制的城邦文化或封建时代的欧洲文明大得多的发展。欧洲从中国汲取去的技术极为丰富多彩,可是在公元后头14个世纪中,欧洲人往往完全不知道这些技术的来源。

在欧洲人看来——中国也同样——我们所面对的是一系列惊人的科学创始精神,突出的技术成就和善于思考的洞察力。既然如此,为什么现代科学,亦即经得起全世界考验、并得到合理的普遍赞扬的伽利略、哈维、牛顿的传统,是在地中海和大西洋沿岸发展起来,而不是在中国或亚洲其他任何地方得到发展呢?李约瑟在全书的最后部分提出了这个问题的讨论。

在第一卷的第五、第六两章里,李约瑟对中国古代科技史描述了一个大致的轮廓。第五章是先秦时期,在史前时期主要讲了农作物和劳动工具,一些家畜、家禽的驯养。商、周时期主要讲了青铜器、铁器的制作。第六章内容是全国统一的帝国,从秦开始到明末耶稣会传教士的东来。概述了这1800年的历史及科技,这一工作是在一种全球史观的背景下进行的。李约瑟考察中国的具体的科技史料时,发现它们的焦点往往在宋代。不管在应用科学方面或在纯粹科学方面都是如此。特别应该提到的是水利工程的改进以及它们的扩大应用,如闸门和新的测量仪器等。在宋代,至少有496项水利工程收到了效果,而唐代只有91项。在建筑方面,李诫在公元1100年所著的《营造法式》是中国建筑工程的经典著作。

宋朝的代数学达到了古代中国的最高峰。最重要的,对人类作出最大贡献的还是化学,它是在唐代道观里不知名的实验室里开展起来的,现在终于的确出了成果:火药成了有用的武器——宋金之战便是它的第一个试验场。最迟在公元1000年左右,宋朝人就已经用弩炮来发射出“炸弹”了。在公元1040年左右写的《武经总要》这一巨著中,就已确定了“火药”这一名称,并且记载了抛射武器、毒气和信号弹、喷火器以及其他新发明的迅速发展。

另一项伟大发明——活字印刷术,也出现在这一时期,沈括在《梦溪笔谈》里详细记载了它的发明人及工作原理。而《梦溪笔谈》正是一部伟大的著作,科学的内容占全书五分之三,包括许多天文学、数学以及化石方面记载,还包括凸雕地图和制图方面的注意事项、冶金方法的描述以及占很大的生物学观察。中国古代的另外一项伟大发明,也在这部书里有了最早的那就是罗盘。

如果说中国古代有具有独特特色的一种学科,并且在现代还有发展的那就是中医学及药物学。从第一个大医生扁鹊,第一部医书《黄帝内经》开始的中医传统,划过了一条明亮夺目的轨迹,到明朝出现了一个总结性的人物李时珍,他的《本草纲目》,无疑是明朝最伟大的科学成就。李约瑟指出,李时珍在和伽利略·凡萨利乌斯(16世纪德国名医,现代解剖学的奠基人)的科学运动完全隔离的情况下取得如此辉煌的成就,这对任何人来说都是难能可贵的。《本草纲目》共62卷,详细叙述了约一千种植物和一千种动物,并说明它们在药用上的价值和可能具有的价值。他还非常精确地讨论了蒸馏法及其历史、预防天花的牛痘接种、水银、碘、高岭土和其他物贡在治疗中的用途等等。

总体来说,李约瑟这部《中国科学技术史》是一项开创性的工作,向全世界说明了古代中国人的聪明智慧对人类文明的发展作出了巨大的贡献。

3.社会评价

《中国科学技术史》是李约瑟教授的煌煌巨著。如果你想了解中国古代的科学技术,就必须读这部书;如果你想了解中国古代文化的灿烂成就,就必须读这部书;如果你想了解中国古代对世界文化的贡献,就必须读这部书。

我们国家本来是有编纂历史的伟大传统的,但近代以来,我国科技落后了,有志之士急于赶上先进的西方,把精力大都投在学习、应用现代科技上,对本民族传统的整理未免就拖延下来。因为语言及文化的相对关系,中国人了解西方,相对于西方人了解中国,要广泛与深刻,相信随着时间的推移和研究的深入,中国人也可以写出自己的站在全球历史上的科技史。

李约瑟在全书的序言里,站在一个西方研究者的角度,列出了写这么一部中国科技史的条件,共有6条:(1)有一定科学素养,并从事多年实用研究;(2)熟悉欧洲科学史;(3)熟悉欧洲历史;(4)作为科学家体验中国人的生活;(5)能阅读中文文献;(6)得到中国学者的指导。李约瑟不无骄傲地说,这些难得的条件在他身上都具备了。他在中国呆过一段时间,并与许多中国一流的学者建立了友谊,比如李四光、竺可桢、华罗庚等等。这些都为他的工作提供了莫大的便利。

从以上的叙述可以看出,本书有两个显而易见的优点:第一,在全球视野中对中国科学技术史的考察;第二,最大限度地搜集了中文文献资料。如果你是一个科技史作者,中国人难在第一点,西方人难在第二点。这两个难点在一部书都得到解决,立刻就成了无可比拟的优点。我们就能看到中国古代在科技上取了多么伟大光辉的成就,这些成就与当时的世界其他文明相比,显示出伺意义。