科學(xué)之源始于凝望星空
科學(xué)之源始于凝望星空。這些星星從何而來？是由什么構(gòu)成的？它們將去往哪里？天空是如何形成的？宇宙是如何運行演化的？宇宙的歸宿將是什么？這些問題，馬克·吐溫感嘆過，文森特·梵高困惑過，無數(shù)人為之癡迷不舍。剛揭曉的2019年諾貝爾物理學(xué)獎，就頒給了在探索茫茫宇宙過程中取得杰出成就的3位佼佼者。關(guān)于宇宙，不只是現(xiàn)代人對其著迷，早在遠古時期的人們就已經(jīng)在苦苦求索了。人類從在地球上直立行走的那一天開始，就不遺余力地試圖了解周圍世界的神奇和廣袤，一直在提出問題并竭盡全力進行解答。
帶著對這些問題的思考，美國作家喬伊·哈基姆撰寫了“科學(xué)的故事系列”，在這套被稱作雜記型筆記的書中，作者通過豐富的場景調(diào)度，以戲劇化、碎片化的形式，介紹了從古至今一批杰出的哲學(xué)家、科學(xué)家、詩人的所思所想，圖文并茂，包羅萬象。這套書出版后得到了美國國家科學(xué)教師協(xié)會的大力推薦，成為美國中小學(xué)生愛不釋手的科學(xué)史讀本，好評不斷：“如果達·芬奇也在學(xué)校學(xué)習科學(xué)，他肯定會對這套書著迷”“故事大師哈基姆將創(chuàng)世神話、科學(xué)、歷史、地理和藝術(shù)巧妙地融合在一起，并以孩子們喜歡的方式講出來了”“在她的筆下，你將經(jīng)歷一場驚險而刺激的科學(xué)冒險”……
上海教育出版社自2017年開始引進這套叢書，由于參與了其中文版圖書的部分編輯出版工作，筆者也被這套集視覺效果、思想內(nèi)容、生動的個人特色于一體的書深深吸引，期待把它介紹給我國讀者，特別是中小學(xué)生，促使他們盡快地投身于書中所描述的扣人心弦的科學(xué)探險活動之中。讓我們就從這套書的第一冊《科學(xué)之源：自然哲學(xué)家的啟示》開始吧。
科學(xué)的基石：文明之光的薪火相傳
打開書本，經(jīng)常映入眼簾的是一幅幅局部的世界地圖。公元前7000年，在其他地方都還處于漫漫黑夜中的時候，歐亞非大陸交合的地中海已有文明的光亮產(chǎn)生。光點首先出現(xiàn)于地中海東部，現(xiàn)伊拉克境內(nèi)的底格里斯河及幼發(fā)拉底河，以及地中海東南部，現(xiàn)埃及的尼羅河一帶。兩河流域孕育了人類最早期的文明——美索不達米亞文明，尼羅河哺育了古埃及文明。蘇美爾城邦、巴比倫帝國、亞述帝國、波斯帝國在這里交替興盛、擴張和衰亡。在數(shù)千年漫長的時間里，這里的人們研究天上星星的運行軌跡，觀察月亮，并利用月亮的運行規(guī)律編制了陰歷，他們對法律、數(shù)學(xué)、藝術(shù)、政治和建筑等進行了思考，學(xué)會了使用輪子，甚至發(fā)明了文字，誕生了璀璨的文明之花、科學(xué)之芽。
接下來地圖上的光點移向了地中海的東北部，來到了愛琴海。沿著愛琴海，陡峭的山巒閃爍著白光，灰綠色的橄欖樹和雜亂的灌木擠滿了山坡，強烈的陽光透過蔚藍的天空揮灑而下。這里的景色雖然壯觀美麗，但卻不是生活的安逸之地，莊稼長不好，駭人的地震和火山留下道道傷痕，大海吞噬著生靈。講希臘語的人們居住在大海沖刷的土耳其、希臘，以及它們之間的島嶼上。為了生存，他們需要敏銳的思維，并且一直要發(fā)展這種能力，從而誕生了精彩紛呈、輝煌燦爛的古希臘文明。在古希臘黃金時代，人們一直在為解決一些重要問題而奮斗著，如地球、月亮、恒星有多大，有多遠。他們在很大程度上可以自由地研究、討論一些天馬行空的想法。令人驚嘆的雅典人在民主、真理、自由和科學(xué)之間架起了橋梁，科學(xué)的進步是快速和壯觀的。
地圖上的光點繼續(xù)沿著地中海向西移動，移到了意大利。在羅馬共和的體制下，古羅馬由一個小城邦國發(fā)展成為包括整個地中海沿岸國家及更遠處的龐大帝國。古羅馬人不同于古希臘人，他們是實用主義者，將主要精力都用于治理國家、發(fā)展貿(mào)易和發(fā)動戰(zhàn)爭。從英格蘭到地中海沿岸，再到波斯，羅馬帝國建造起了高水平的渡槽、輝煌的建筑和令人嘆為觀止的公共設(shè)施。羅馬的艦船維護著海上的秩序，羅馬的法律維持著世界的有序和安寧，羅馬人耗費巨資修建的大道使得對外界的強大控制成為可能。羅馬帝國雖然延續(xù)了數(shù)百年，但科學(xué)的光亮卻漸漸黯淡下來，人類的智慧受到了嚴峻的考驗。
數(shù)百年之后，文明的星火才再次明亮起來，光點繼續(xù)移動，移出了地中海，移向大西洋、印度洋、太平洋……星星之火最終燎原，開啟了人類文明的全面興盛。
科學(xué)的種子：古希臘先賢的哲學(xué)思考
自古以來人類總是想知道關(guān)于自己和自己所居住的世界的奧秘。從有記錄可考證的時期起，人們就一直在問兩個基本問題。一個基本問題是關(guān)于“很大”的：宇宙到底是怎么回事？另一個基本問題是關(guān)于“很小”的：生命的本質(zhì)是什么？最后是一個大問題：是否有什么東西將我們與恒星及所有其他生物聯(lián)系起來？這些正是科學(xué)要解答的問題，而當時科學(xué)尚處于嬰兒期，猶如爬出搖籃的嬰兒蹣跚學(xué)步一般。人們無法解答這些問題，只能求助于神話和宗教。神話源自人們試圖解釋那些無法解釋的現(xiàn)象時的想象，帶有明顯的感情色彩。真正的科學(xué)始于問題，科學(xué)家是解決這些問題的探索者，他們將啟動把科學(xué)從神話剝離出來的進程?？茖W(xué)探索有點像在視界受到限制的密林中尋找出路，這些路徑布滿了坎坷荊棘，迂回曲折，永無止境。
這是一條披荊斬棘的道路，也是一條由智者的思想火花照亮的道路?？v觀人類歷史長河，無數(shù)杰出者對推動文明的進步、科學(xué)的發(fā)展起到了巨大作用。要了解科學(xué)精神的起源，就必須回到古希臘時代，領(lǐng)會當時的先哲們對世界的看法，了解這些天才人物之間的思想碰撞及學(xué)術(shù)傳承脈絡(luò)。在今人看來，他們的觀點有些是正確的，也有很多謬誤，但正是由于他們提供了思想的階梯，才使得后人能夠站得更高、看得更遠。
泰勒斯（公元前約636—公元前約546），是世界上第一個集哲學(xué)家、科學(xué)家和數(shù)學(xué)家于一身的人，也是第一個對觀察到的事實尋求神話之外解釋的人。同時，他也是西方第一個留有名字的科學(xué)家。
阿那克西曼德（公元前約611—公元前約547）、阿那克西米尼（公元前約570—公元前約500）、阿那克薩哥拉（公元前約500—公元前約428），可以稱他們?yōu)椤癆”團隊（當時正處于科學(xué)開始走向?qū)嶋H的起始期，而且他們名字的第一個字母都是A）。他們相信“理性統(tǒng)治世界”，敢于質(zhì)疑舊觀念，將迷信拋在一旁，會提出假說，然后以此為基礎(chǔ)進行仔細的觀察和思考。他們已經(jīng)具有科學(xué)思想的雛形，只是不會像后來的科學(xué)家那樣，試圖通過控制變量來證明自己的假說。
“A”團隊的前兩位是師生關(guān)系，而泰勒斯是阿那克西曼德的老師?！癆”團隊的第三人阿那克薩哥拉曾經(jīng)教過被認為是古希臘最聰明的人——蘇格拉底（公元前469—公元前399）。我們至今仍然在思考蘇格拉底提出的關(guān)于生與死的意義這一問題。
畢達哥拉斯（公元前約582—公元前約507），一位令人嘖嘖稱奇的思想家和數(shù)學(xué)家。他相信宇宙間的結(jié)構(gòu)和關(guān)系均可用數(shù)學(xué)公式來表達，他認為“萬物皆數(shù)”，他使數(shù)學(xué)成為西方科學(xué)的語言。
柏拉圖（公元前約427—公元前約347），蘇格拉底的學(xué)生，也是畢達哥拉斯的崇拜者。他追求美、真理和明晰，尋找“純真”的知識，因此，數(shù)學(xué)這一被認為是純粹思想的知識對于他具有特別的意味。在他那所著名學(xué)園的門口刻著一句名言：“不懂數(shù)學(xué)者，不得入內(nèi)！”
亞里士多德（公元前384—公元前322），柏拉圖的學(xué)生。亞里士多德雖然受到柏拉圖純粹和抽象觀念的巨大影響，但卻生有一顆務(wù)實的、面向世界的頭腦?！拔釔畚釒?，吾更愛真理”就是他的名言。柏拉圖和亞里士多德的名字經(jīng)常出現(xiàn)在西方思想史中，柏拉圖一直在尋找“完美的形式”；而亞里士多德則提出問題，然后再考察現(xiàn)實中的事物。柏拉圖的哲學(xué)引導(dǎo)人們深入思考，亞里士多德的哲學(xué)則引導(dǎo)人們進行觀察和實驗。亞里士多德對世界產(chǎn)生影響的另一因素是，他曾以科學(xué)和哲學(xué)教導(dǎo)了一位“王中之王”——亞歷山大（公元前356—公元前323）大帝，而后者集勇猛的戰(zhàn)士、具有遠大目光的統(tǒng)治者和受過良好教育的人于一身，一度建立了一個龐大的統(tǒng)一帝國，幅員從俄羅斯南部到希臘，再到埃及、敘利亞和印度。亞歷山大對科學(xué)的主要貢獻是，他的帝國延續(xù)到了西亞，在隨后的歲月中使古希臘燦爛的文化影響到全世界。
歐幾里得（公元前約325—公元前約275），據(jù)傳曾經(jīng)進入柏拉圖學(xué)園學(xué)習。他汲取了自泰勒斯時期以來的所有數(shù)學(xué)積淀，并有效地進行了消化和邏輯化發(fā)展，然后以清晰的文字表述出來，形成了有史以來最有影響力著作之一的《幾何原本》?！稁缀卧尽废袷且蛔倏迫珪降闹R寶庫，它為數(shù)學(xué)著作的準確性和可讀性樹立了標準，引發(fā)了人們科學(xué)觀念的爆發(fā)性更新和大量技術(shù)奇跡的出現(xiàn)，對后世影響深遠。
阿基米德（公元前287—公元前212），他曾有一句名言，給我一個支點，我將能撬動地球。阿基米德的老師是歐幾里得的學(xué)生。阿基米德在《數(shù)沙者》這本著作中估算了要填滿整個宇宙所需的沙粒數(shù)，試圖證明：數(shù)是無限的，即你不可能找到“最后”的數(shù)；可以表示和運算非常大的數(shù)字。為檢測國王的王冠是否由純金做成，阿基米德采用的方法至今都是啟蒙孩子科學(xué)思考的好素材。當阿基米德在敘拉古（今意大利西西里島南部）的家中潛心研究數(shù)學(xué)問題時，被攻破城池的一位無知的羅馬士兵粗魯?shù)卮檀┝诵呐K。從此，一個天才輩出、群賢畢至、百花齊放、百家爭鳴的古希臘時代結(jié)束了。
隨著古羅馬帝國的興盛、衰退，權(quán)力為獨裁者把持，人民受到了壓制，民主不再存在，公開的辯論更是鮮見?？茖W(xué)之花漸漸枯萎，西方世界陷入了中世紀的漫漫黑夜之中……
科學(xué)的發(fā)展：書本的普及促進嶄新世界的到來
在對宇宙萬物孜孜探索的漫長過程中，人類創(chuàng)造了語言、文字、歌詠、神話、繪畫、建筑……并在觀察、冥想、推測和驗證過程，科學(xué)之芽漸漸地萌生、成長。透過書中的圖片，我們能看到一塊13000年前的鷹骨，上面的一列刻痕可能是人類早期的日歷；能看到美索不達米亞古文明時期的刻有楔形文字的黏土板，古埃及的金字塔和皇家陵墓中的精美壁畫及雕塑，公元前7世紀亞述巴尼拔王宮的浮雕石碑，以及用于祭拜儀式的墨西哥瑪雅人的建筑遺址和英格蘭的巨石陣……這些石頭、獸骨、泥板、壁畫、石碑等都是記載人類文明的載體。
對今人至關(guān)重要的文明載體——書籍是如何產(chǎn)生、演變和發(fā)展的？又是什么使得書籍從被少數(shù)人專有轉(zhuǎn)為普羅大眾都能獲得的普通用品？書籍的普及對人們的思想、社會結(jié)構(gòu)和科學(xué)技術(shù)的進步產(chǎn)生了哪些深遠的影響？
先看紙的演變過程。中國人早期將文字寫在木板或竹板上的（稱木簡或竹簡），后來又將其寫在成卷的絲綢上。蔡倫于公元105年首先利用植物的纖維素為原料制造成了輕盈的紙張，發(fā)明了造紙術(shù)。過了6個多世紀，即在公元751年，這種造紙技術(shù)才被阿拉伯人傳入了西方世界。
紙張只是書籍制作的一部分，開始的書需要人們用手工抄寫出來，而當時能夠掌握文字并抄寫的是擁有特權(quán)的祭師、僧侶以及少部分學(xué)者等。在8世紀時的西班牙一本書的價格幾乎與兩頭奶牛相當，在15世紀上半葉手抄書的價格經(jīng)常比幾盎司的黃金還貴，因此只有非常富有的人才可能擁有手抄書。這也說明了當時為什么會有如此多的文盲，導(dǎo)致知識的傳播極其緩慢而曲折。
取代手工抄寫而用可復(fù)制方式印制的第一本圖書是何時出現(xiàn)的呢？無人能確切地知道。1900年在中國被發(fā)現(xiàn)的一部名為《金剛經(jīng)》的佛教經(jīng)卷，其中一幅佛像的精美畫面是用7塊木制雕版印制而成的，上面確切地注明印制時間是“咸通九年四月十五日”，這一日期為公元868 年5月11日。在11世紀，一位名為畢昇的中國工匠發(fā)明了一種更為高效的活字印刷方法，他將漢字分別刻在一個個小板塊上，然后將這些“活字”按序排列后拼裝到一個框架內(nèi)組成一個“版”，再在這個版上涂抹墨水就可用于印刷了。印刷結(jié)束后，這些活字可以被分解再重復(fù)使用。而在同時代的歐洲，仍在使用類似上述《金剛經(jīng)》單一雕版的書籍印刷技術(shù)。中國發(fā)明的紙和印刷術(shù)為人類文明發(fā)展史添上了濃墨重彩的一筆，推動了人類文化的傳播，加速了世界文明的進程。
歐洲印刷術(shù)的創(chuàng)立者是德國的約翰內(nèi)斯·谷登堡（約1397—1468）。他對活字印刷術(shù)進行了改進，并發(fā)明了機械工具進行快速鑄字和印刷，最終于1445年成功地印刷出了第一本《圣經(jīng)》書。
谷登堡的發(fā)明開創(chuàng)了使圖書生產(chǎn)簡易化的新時代，使得書籍像風暴中的樹葉一樣傳播開來，因而有人說“現(xiàn)代世界始于印刷機”。機械印刷時代到來之后，《幾何原本》被重印了超過千次，成為有史以來最成功的教科書。失散了多年的古希臘和拉丁文經(jīng)典又開始興盛，出現(xiàn)在大量的普通書本之中，古代先賢的探究精神啟迪和鼓勵了更多的平民?？梢哉f這是當時科學(xué)上的一次革命，更是思想上的一次革命。20世紀科普作家艾薩克·阿西莫夫在評價印刷術(shù)的普及促進了西方科學(xué)和社會的發(fā)展時寫道：“學(xué)術(shù)的基礎(chǔ)更寬廣了……學(xué)者們的觀點和發(fā)現(xiàn)能夠在很短的時間內(nèi)被其他學(xué)者所知曉。學(xué)者們也不再是孤軍奮戰(zhàn)了，而是以團隊的形式從事研究。越來越多的未知領(lǐng)域能夠被這種集體的力量所突破?？茖W(xué)家攻堅時使用的不再是拳頭，而是眾多臂膀揮動的攻城錘。”在谷登堡之后，一些并不太富裕但卻具有探究精神的人，如克里斯托弗·哥倫布和萊奧納爾多·達·芬奇，都能買得起古代智者和同時代人的著作并閱讀，思想得到啟蒙，心靈得到解放，從而開啟了環(huán)球航行和文藝復(fù)興的大時代……一個科學(xué)爆發(fā)的現(xiàn)代世界即將到來。
科學(xué)的發(fā)源既是迷人的故事，也是人類文化遺產(chǎn)的重要組成部分。如果說在數(shù)千年人類文明發(fā)展的漫長歲月里，科學(xué)和技術(shù)是以數(shù)量級的速度在緩緩發(fā)展，那么在書籍普及之后的幾百年里，科學(xué)和技術(shù)就是以幾何級的速度在快速發(fā)展，而到了人工智能萬物互聯(lián)的當今時代，科學(xué)和技術(shù)將是以指數(shù)級的速度飛速發(fā)展?？茖W(xué)從來沒有像今天這般深刻地改變著我們。我們一天都離不開科學(xué)?！翱茖W(xué)的故事系列”叢書分為5個分冊，闡述了科學(xué)思想從古至今的演化過程，講述了數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)的故事，從古蘇美爾時期一直到現(xiàn)代弦理論，從非常大的宇宙一直到非常小的原子、粒子。叢書的第一冊《科學(xué)之源：自然哲學(xué)家的啟示》將幾千年來科學(xué)起源的曲折歷程生動地呈現(xiàn)給讀者，筆者從其眾多的題材中提煉了3條線索，為讀者閱讀時提供幾個觀察維度：人類文明進步離不開科學(xué)，而科學(xué)只有在熱愛文化的環(huán)境里才能得到萌生和發(fā)展；科學(xué)思想起初只是少數(shù)人的智慧之果，文明的進程緩慢而曲折；只有當科學(xué)發(fā)展帶動了技術(shù)的突破，使得科學(xué)思想能夠啟迪大多數(shù)人之后，人類才會爆發(fā)出顛覆性的變革力量和創(chuàng)新能力。期待讀者由此出發(fā)能夠更好地欣賞叢書后面的4個分冊：《科學(xué)革命：牛頓與他的巨人們》《經(jīng)典科學(xué)：電、磁、熱的美妙樂章》《量子革命：璀璨群星與原子的奧秘》《時空之維：愛因斯坦與他的宇宙》。必須指出的是，也許是作者對除西方之外的古文明缺乏深入的了解，所以書中只是零星羅列了中國、古印度以及美洲早期的一些文明碎片。缺失了對世界文明發(fā)源地之一的中華文化及科學(xué)發(fā)源的追溯，不能不說是本書的缺憾之處。當然，對于中國讀者了解西方文明，特別是西方科學(xué)的起源，本書仍不失為極好的入門讀物。
讓我們趕緊打開“科學(xué)的故事系列”，帶著人類永不消失的好奇心，快快進入喬伊·哈基姆營造的，具有“哈利·波特”般神奇魔法的科學(xué)大世界里暢游吧。
（作者單位：上海教育出版社）
