载于2003年12月12日《文汇报》

 

科学故事的另一种讲法
——《圆的历史:数学推理与物理宇宙》

江晓原

 

  据说有些文明中,到死(湮灭、消亡)也未能发明出轮子来,所以轮子被某些西方学者视为衡量文明发达高度的标尺之一。就世界各主要文明来说,这个标尺当然都是达到了的。但是轮子只是物理世界的圆,而再精密的轮子,也不可能是真正的圆,因为人世间的一切制成品都是有误差的——真正的圆只存在于几何学中,存在于人们的理念中。
  这种抽象的圆,在古希腊人那里早已经出现。而且在他们的几何学中,对圆的性质已经作了大量深入研究。和世界上其他主要文明相比,古希腊人这方面的成就足以傲视群伦。中国人虽然在和希腊人差不多的时候也有了几何学意义上的圆的概念(《墨经》中已经给出了圆的定义),但是对于圆的几何性质的研究,两千年间却几近空白。不过,这种状况并未妨碍中国人求得精确的圆周率,也未妨碍中国人在工艺技术方面对圆的应用。  
  这么说来,希腊人对圆的几何性质的研究,岂非无用之功?表面看起来,似乎真是这样。其实恰恰相反,圆之为用,诚大矣哉!恩格斯说:“如果理论自然科学想要追溯自己今天的一般原理发生和发展的历史,它也不得不回到希腊人那里去。”今天的精密科学——天文学、物理学等等,其方法的源头都在古希腊。而只要对科学史稍作考察就可以知道,在微积分发明之前,西方天文学家、物理学家的科学利器,首先就是几何学;几何学中关于圆的各种性质和定理,则是利器中最重要的部分之一。
  这本《圆的历史:数学推理与物理宇宙》,从圆出发,联系到轮子、金字塔、星空、天球坐标、地球经纬度、托勒密—哥白尼—开普勒、圆锥曲线、万有引力、振动、摆线、波、相对论、原子、几何有生物,直到宇宙,堪称纵横捭阖。初看似乎信马由缰,其实起承转合都有安排,确实是一本有趣有益的科学文化读物。本书还有一个特点,就是作者胆子够大,竟敢在这样的读物中放数学方程(比如相对论中的洛伦兹变换)——当年霍金都不敢往《时间简史》中放方程,怕每放一个方程书的销量要减半!
    科学是一种文化资源,要将这一资源转化为公众可以轻松享用的精神佳肴,科学史的研究工作是最重要的途径。有些人将科学史在这方面的工作贬低为“讲科学故事”,其实科学史研究者倒不妨坦然受之——讲故事也不是容易的事。一部小说,一部电影,甚至一个风险投资方案,都需要讲故事。故事讲得好,就可以有印数,有票房,有投资。那么科学的故事,怎样讲才能吸引住听众呢?
  教化型、励志型的科学家传记,多半已成老生常谈;通史型的科学史著作,往往又沉重、沉闷或冗长;专史型的科学史著作,则容易因为太专业而吓跑一般公众。总而言之,天文学史、物理学史、数学史之类传统形式的科学史著作,已经逐渐被读者读腻味、也被作者写腻味了。腻味了就要换花样,一个非常讨巧的思路是:从某个重要概念切入,将天文、物理、数学等等都贯穿起来,这样,既不须将这几门学问面面俱到全部叙述——免得读者逃掉,也免得作者写得过于辛苦,又可以将将这几门学问中有趣的部分娓娓道来(任何一门学问都不可能处处有趣)。满足这些苛刻条件的重要概念,首选的肯定就是——圆。所以按照类似思路写作的科学文化读物,已经问世不止一种。这类著作实际上是一种天文学、物理学或数学的“外史”或“别传”。

  讲科学的故事,可以因小见大。在讲过有趣的知识、轶事和背景之后,可以引导到更大的问题上来。作者通过圆这个概念,讲了一部天文学、物理学和数学的“混合外史”,来支持这样的论断:“数学不是科学。科学不可能发现绝对真理。因为我们不可能在整个时间历程中观察宇宙整体,我们所能观察到的仅仅是一个微小的片段。当有限的观察积累了几个世纪以后,现代科学试图针对这个精妙的宇宙得出一些宏大的结论。显然,科学的结论立足于似是而非的推论,这与数学推论的清晰和严谨不可同日而语。”
    说“数学不是科学”、“科学不可能发现绝对真理”,毫无疑问是正确的;至于最后那句话,听起来对科学有些不敬,实际上也是正确的。因为科学本来就是在不断的探索、假说和纠错中前进的,科学的每一个结论都或多或少带有推论的成分。在科学发展的过程中,没有哪一种结论(以及方案、数据、模型等等)是永恒的,今天被认为“正确”的结论,随时都可能被新的、更正确的结论所取代。
    科学中那些后来被证明不正确的内容,好比学生作业中做错的习题,习题虽做错了,你不能说那不是作业的一部分;结论(以及方案、数据、模型等等)虽被放弃了,你同样不能说那不是科学的一部分。而我们尽管不可能发现绝对真理,习题却是要永远做下去的。


《圆的历史——数学推理与物理宇宙》,(美)泽布洛夫斯基著,李达强译,北京理工大学出版社,2003年8月第1版,定价16元

 

 

2003年12月13日加入