站在巨人的肩上/科学经典品读丛书

这五部改变世界科学进程的革命性著作，全面展示了人类关于宇宙认识的演变历程。《站在巨人的肩上(上下)(精)》由当今世界有名物理学家史蒂芬？霍金选编而成，在每部科学经典之前，他精心撰写了传记文章，介绍每位科学大师的生平、他们面临的巨大挑战以及他们对天文学和物理学的不灭贡献。讲述了他们是如何“站在巨人的肩上”建立起的科学王国并创作出不朽名作，展示了他们人生经历中的人性和科学。

史蒂芬？霍金（Stephen W.Hawing），剑桥大学卢卡斯数学教授（牛顿担任过的职位），《时间简史》、《果壳中的宇宙》的作者。索恩（KipS.Thorne）加州理工学院费曼理论物理学教授，LIGO引力波探测器计划发起人之一。他写过很多书，包括大家欢迎的《黑洞与时间弯曲》。诺维柯夫（IgorNovikov）哥本哈根北欧理论物理研究所理论天体物理中心主任，哥本哈根大学天文台教授。著作包括《黑洞和宇宙》、《时间的河流》。费里斯（TimothyFerris）《宇宙报告》、《银河时代》和《思想天空》的作者，曾两度获得美国物理学会科学写作奖。莱特曼（AlanLightman）有名小说家，麻省理工学院Burchard人文科学教授兼物理学不错讲师。他的小说包括《爱因斯坦之梦》和《对话》。普莱斯（RichardPrice）犹他州立大学理论物理学教授，主要研究时间物理，在黑洞物理方面有过突出贡献。与他人合作写了《相对论与引力论问题集》和《黑洞：膜方法》。

尼古拉？哥白尼(1473-1543)
生平与成果
天球运行论
伽利略？伽利莱(1564-1642)
生平与成果
关于两门新科学的对话／0398
约翰内斯？开普勒(1571-1630)
生平与成果
世界的和谐
伊萨克？牛顿(1642-1727)
生平与成果
自然哲学之数学原理／0766
阿尔伯特？爱因斯坦(1879-1955)
生平与成果
相对性原理
史蒂芬？霍金
原著致谢

    前 言

    “如果说我看得比别人更远，那是因为我站在了巨人的肩膀上，”伊萨？牛顿在1676年致罗伯特？胡的一封信中这样写道。尽管牛顿在这里指的是他在光学上的发现，而不是他关于引力和运动定律的更重要的工作，但这句话仍然不失为一种适当的评论——科学乃至整个文明是累积前进的，它的每项进展都建立在已有的成果之上。这就是本书的主题，从尼古拉？哥白尼提出地球绕太阳转的划时代主张，到爱因斯坦关于质量与能量使时空弯曲的同样革命性的理论，本书用原始文献来追溯我们关于天的图景的演化历程。这是一段动人心魄的传奇之旅，因为无论是哥白尼还是爱因斯坦，都使我们对自己在万事万物中的位置的理解发生了深刻的变化。我们置身于宇宙中心的那种特权地位已然逝去，永恒和确定性已如往事云烟，保证的空间和时间也已经为多层橡胶片（rubber sheets）所取代了。
    难怪这两种理论都遭到了强烈的反对：哥白尼的理论受到了教廷的干预，相对论受到了纳粹的压制。我们现在有这样一种倾向，即把亚里士多德和托勒密关于太阳绕地球这个中心旋转的较早的世界图景斥之为幼稚的想法。然而，我们不应对此冷嘲热讽，这种模型决非头脑简单的产物。它不仅把亚里士多德关于地球是一个圆球而非扁平盘子的推论包含在内，而且在实现其主要功能，即出于占星术的目的而预言天体在天空中的视位置方面也是相当准确的。事实上，在这方面，它足以同1543年哥白尼所提出的地球与行星都绕太阳旋转的异端主张相媲美。
    伽利略之所以会认为哥白尼的主张令人信服，并不是因为它与观测到的行星位置更相符，而是因为它的简洁和优美，与之相对的则是托勒密模型中复杂的本轮。在《关于两门进步科学的对话》中，萨尔维阿蒂和沙格列陀这两个角色都提出了有说服力的论证来支持哥白尼，然而第三个角色辛普里邱却依然有可能为亚里士多德和托勒密辩护，他坚持认为，实际上是地球处于静止，太阳绕地球旋转。
    直到开普勒的工作，日心模型才变得更加准确起来，之后牛顿赋予了它运动定律，地心图景这才很终有效丧失了可信性。这是我们宇宙观的巨大转变：如果我们不在中心，我们的存在还能有什么重要性吗？上帝或自然律为什么要在乎从太阳算起的第三块岩石上（这正是哥白尼留给我们的地方）发生了什么呢？现代的科学家在寻求一个人在其中没有任何地位的宇宙的解释方面胜过了哥白尼。尽管这种研究在寻找支配宇宙的客观的、非人格的定律方面是成功的，但它并没有（至少是目前）解释宇宙为什么是这个样子，而不是与定律相一致的许多可能宇宙中的另一个。
    有些科学家会说，这种失败只是暂时的，当我们找到优选的统一理论时，它将专享地决定宇宙的状态、引力的强度、电子的质量和电荷等等。然而，宇宙的许多特征（比如我们是在第三块岩石上，而不是第二块或第四块这一事实）似乎是任意和偶然的，而不是由一个主要方程所规定的。许多人（包括我自己）都觉得，要从简单定律推出这样一个复杂而有结构的宇宙，需要借助于所谓的“人择原理”，它使我们重新回到了中心位置，而自哥白尼时代以来，我们已经谦恭到不再作此宣称了。人择原理基于这样一个自明的事实，那就是在我们已知的产生[智慧？]生命的先决条件当中，如果宇宙不包含恒星、行星以及稳定的化合物，我们就不会提出关于宇宙本性的问题。即使优选理论能够专享地预测宇宙的状态和它所包含的东西，这一状态处在使生命得以可能的一个小子集中也只是一个惊人的巧合罢了。
    然而，本书中的很后一位思想家阿尔伯特？爱因斯坦的著作却提出了一种新的可能性。爱因斯坦曾对量子理论的发展起过重要的作用，量子理论认为，一个系统并不像我们可能认为的那样只有单一的历史，而是每种可能的历史都有一些可能性。爱因斯坦还几乎单枪匹马地创立了广义相对论，在这种理论中，空间与时间是弯曲的，并且是动力学的。这意味着它们受量子理论的支配，宇宙本身具有每一种可能的形状和历史。这些历史中的大多数都将很好不适于生命的成长，但也有极少数会具备一切所需的条件。这极少数历史相比其他是否只有很小的可能性，这是无关紧要的，因为在无生命的宇宙中，将不会有人去观察它们。但至少存在着一种历史是生命可以成长的，我们自己就是证据，尽管可能不是智慧的证据。牛顿说他是“站在巨人的肩膀上”，但正如本书所清楚阐明的，我们对事物的理解并非只是基于前人的著作而稳步前行的。有时，正像面对哥白尼和爱因斯坦那样，我们不得不向着一个新的世界图景做出理智上的跨越。也许牛顿本应这样说，“我把巨人的肩膀用作了跳板。”