2007年3月15日星期四

从一到无穷大


这是一本奇妙的书。

与其他常见的按主题分类来写作的科普著作不同,伽莫夫完全是一种大家的写作风格,把数学、物理乃至生物学的许多内容有机地融合在一起,仿佛作者是想到哪说到哪,将叙述的内容信手拈来,其实,仔细思考,就会感觉到其中各部分内容之间内在的紧密关系。一般科普读物,往往怕数学太“枯燥”和“艰深”而不敢使用它,只局限于做定性的概念描述。

霍金曾经半开玩笑得说,书中每多一个公式,书的读者就减少一半。可惜,他的《时间简史》尽管做到了全书只有一个公式,依旧被读者视为天书,虽然在世界范围内创下了天文数字的销量纪录,却没有多少人读完或是读懂。

这本书则恰恰相反,全书都用数学贯穿起来,全书以数学的发展和公式的演进为线索,以数学的诞生为起点,带领读者漫游在科学的海洋里:用一些有趣的比喻,阐述了爱因斯坦的相对论和四维时空结构,并讨论了人类在认识微观世界(如基本粒子、基因等)和宏观世界(如太阳系、星系等)方面的成就。

这本书,对任何一个初中生而言(我读这本书的时候才11岁),不会有哪一页完全看不懂;对任何一个高级知识分子而言,也不敢说完全看懂了每一页。有书友说,她家里的农村小保姆还偷走了这本书,这充分说明了本书的易读性;下面的例子说明本书的难懂性:该书原本打算写给作者12岁的儿子看,可是部分章节,却连冯·诺伊曼的女儿玛丽娜都无法理解。玛丽娜自称,她在所有领域都超出了冯·诺伊曼,唯独数学二人打个平手(这一点像兔子)。所以说,伤脑筋的读者面对着那些数学问题不必灰心,冯·诺伊曼的女儿读不懂,也意味着冯·诺伊曼读不懂——20世纪地球上比冯·诺伊曼再厉害一个等级的科学家就是爱因斯坦了,可是爱因斯坦在数学上不擅长,估计也读不懂。爱因斯坦都读不懂,我们也就不需要为自己的智商而羞愧了。我一向自诩空间想象能力强——这纯粹不是吹牛,因为本科时学《机械制图》,我经常是第一个完成作业而且拿满分——也还是想不通四维世界是怎么一回事。这是我在读这本书时遇到的最大的困难,花了一个暑假的时间来思考,依旧无法在头脑中建立一个明确的印象。伽莫夫巧妙地利用“投影法”、“日历法”来帮助读者了解四维空间概念的同时苦笑着承认“我们三维生物是无从想象四维时空中存在的真实面貌的”,在这本书里,自信永远来自于对世界已知部分的了解,于是因此便不会出现方舟子那种科学专制主义者无知无畏的狂妄。

这本书相对《时间简史》之类著作最大的好处就是生动有趣而且没有什么习题。打开它,你将学会怎么安排无限多位旅客住进客满的旅店以及怎么把埋在荒岛上的宝藏挖出来;你会知道无理数清清楚楚地比有理数多,英语中出现频率最高的字母是“e”;你会觉得爱因斯坦是魔术师而果蝇是很好的玩弄对象;你将认识到如果成了一个醉汉就会退化到一杯水中某个糖分子的水准,人坐在封闭的房间里可能因为氧气分子的运动而窒息,美国国旗,π和你们班上两位同学生日是同一天之间有着神秘的联系……而合上它的时候,你会用想象一只火鸡被自己扯出喉咙并且跳回蛋壳的方式开始思考宇宙与人生……

对我的思维最具颠覆性的转变,还是来自量子力学。量子力学的基本观点,是我们无法同时测定微观粒子的动量和位置,即所谓测不准原理。这是对经典物理的彻底颠覆,世界的微观基础成为随机的、偶然的。爱因斯坦拒不接受这样的理论,并放出豪言:“上帝不掷骰子!”终其一生,一代大师也没有迈过量子力学的门槛。饶有意味的是,在《从一到无穷大》这本书中,伽莫夫只是简单介绍了一些量子力学的发展,并未提到那些著名的争论和质疑。为什么呢?

伽莫夫晚年将研究中心转向分子生物学,这在《从一到无穷大》一书中也稍有涉及。他声言“蕃茄停育症”病毒在脱离了营养介质之后,会结晶为漂亮的大块斜十二面体。我们可以把它和其他矿物标本一起陈列在标本柜里,但它并没有死,只要你将它放回到蕃茄地里,就会成为活的个体。科学又一次展示了它叵测的一面。

国外曾经搞过一个科普著作的排名,参与者是科学家和普通读者,《从一到无穷大》高居榜首,被誉为“20世纪最经典的科普著作”。既然被公认为科普的经典,除了科普著作的基本要求(通俗易懂,有故事,幽默等等之外),这本书还有着它独特的、卓越的一面:向读者传递科学的思维方法、基于科学的对世界的认识角度、基于科学的人文世界观。作者并非说教,而是通过对科学发展的描述,通过对科学的思辨,通过该书深刻而易读的文字、图
表和趣味盎然的故事,使其融入到读者的阅读中。书中的插图,都是作者亲手绘制的,虽然谈不上很精美,却清晰明了,而且比规范而冰冷的学术图表更能够给读者以亲和感。

《从一到无穷大》于20世纪70年代末由科学出版社引进出版,第一版就印刷了55万册,曾在国内引起巨大的反响,直接影响了众多的科普工作者,科学工作者和未来的科学工作者。余生也晚,没赶上那个出书虽少却本本值得买来一读的年代,不过倒是有幸在很小的时候就读到了这本书,并且觉得将受用终生。

这是《从一到无穷大》78年中译版的封面,简洁的画面至今留给不少人亲切的感觉。图中表现了用古老的“筛法”挑选质数的过程。




我11岁时读的,就是这个版本。然而,当时这本书被我从图书馆借到的时候,早已没有了封面和封底,许多页还被做上了记号,写下了笔记,最糟糕的是,根据字母出现概率来破译密码的那一部分被撕掉了!密码破了没有?破译之后的内容是什么?那些宝藏到底藏在哪?这些疑问一直萦绕在我的心头,直到前不久我买到了事隔二十几年之后的修订版:


现在我算是知道那些宝藏在哪里了,可惜在我的前面,不知道多少人已经去挖过了,我并不能靠这笔钱在杭州买房子。

最后,看一下天才奇人伽莫夫的生平。


伽莫夫
Gamow,George(‘Joe’)


伽莫夫,乔治(‘乔’)(1904—68),乌克兰裔美国物理学家,率先计算了大爆炸的条件,预言了背景辐射的存在,并参与破译了生命分子DNA的遗传密码。

伽莫夫是一个少见的奇人,他那跃进式的想像力把他从核物理学带进了宇宙学,又从宇宙学带进了分子生物学。他极爱开玩笑,实际上也干了几件著名的恶作剧(见αβγ理论)。他写了大量普及科学知识的书,其中一些至今还在印刷发行。伽莫夫1904年3月4日出生在敖德萨,父亲是教师,他经历了战争和革命的动乱,1922年18岁时入新俄罗斯大学就读。他13岁时父亲送他一具望远镜作为生日礼物,就开始对天文学产生了兴趣。不久他从新俄罗斯大学转到列宁格勒大学,攻读光学,然后师从亚力山大·弗里德曼学习宇宙学。他从弗里德曼那里学到有关宇宙模型的第一手知识。于弗里德曼去世三年后的1928年完成博士学位学业。

生气勃勃的博士伽莫夫随即漫游欧洲。1928—1931年间,他先后在格廷根大学、哥本哈根理论物理研究所和剑桥卡文迪什实验室工作,然后又回到哥本哈根。这三个研究中心是当时以发展量子理论为标志的物理学革命精英所在。伽莫夫在访问格廷根大学期间,将量子理论应用于解释α粒子如何能从原子中逃逸[美国的爱德华·康登(Edward Condon,1902—74)也独立得出同样的解释],而做出了他的第一个重大科学贡献。根据对α衰变的这一解释又能反过来洞察α粒子(原子的核)如何与其他核子相结合(聚变;另见核合成)。

1931年伽莫夫被召回苏联,被任命为列宁格勒科学院首席研究员和列宁格勒大学物理学教授。在当时斯大林制度下,伽莫夫感到很不开心(无处表现他那极富想像力的诙谐天性),当他1933年获准参加在布鲁塞尔召开的一次会议时,他抓住机会永远离开了苏联,1934年在哥伦比亚特区华盛顿的乔治·华盛顿大学谋得一个职位。他在那里呆到1956年,然后转往科罗拉多大学工作,直至64岁去世。在他迁往科罗拉多那一年,他被联合国教科文组织授予卡林加奖,以表彰他以《汤普金斯先生》丛书为最佳代表的科学普及工作。

伽莫夫在美国安顿下来后,开始在给朋友的信上署名‘Geo.’,他坚信这就是他的名字的简写,没想到却与‘Joe’同音,从此他的朋友和同事就称他为‘Joe’(‘乔’)。

虽然伽莫夫研究过β衰变恒星演化,第二次世界大战期间参加过曼哈顿计划和后来研制氢弹的工作,但他享誉最高的则是他对大爆炸理论的贡献。从1946年开始,通过和他的学生拉尔夫·阿尔菲及罗伯特·赫尔曼共同研究,伽莫夫证明了原始氦应该在大爆炸本身发生时就已经由氢核(质子)和中子加工出来,预言了宇宙应该充满大爆炸遗留下来的微弱微波背景辐射。可是这一预言在1960年代阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现背景辐射之前一直被人遗忘了。

也许是由于背景辐射发现前的耽误,人们未必意识到,在对宇宙微波背景辐射的当前研究和早在1917年就由弗里德曼率先提出的宇宙模型之间,存在着由弗里德曼的学生伽莫夫建立起来的直接联系。

1950年代,伽莫夫对破译DNA遗传密码的问题着了迷。虽然他自己没有解决这个问题,而且好几次劲头十足却领错了路,但他发挥了鼓舞他人从事这项研究的作用,并在几个次要方面做出了有意义的贡献。他最重要的贡献是提出了一种思想,认为沿一个DNA分子本身排列的较小分子构成的序列,确实可以‘读成’一个类似四字母表那样的密码。1968年8月20日伽莫夫在博尔德去世。

伽莫夫还是一位优秀的科普作家,被科普界奉为一代宗师。在他一生正张出版的25部著作中,有18部是科普作品其中最具代表性的是 物理世界奇遇记 。在这部作品中,伽莫夫成功地塑造䠆只懂数字不懂科学的银行职员汤普金栯先生这个人物形象,通过他梦游物理堻境的奇妙经历,以诙谐、幽默、生动砄语言将物理学的重要概念介绍给读者获得了极大的成功。 1956年 ,伽莫夫获得 联合国教科文组织 颁发的 卡林伽科普奖

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