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科学建构:从几何模型到物理世界

江晓原    绘:   译:  

  • 开本:16
  • 页数:251
  • 出版时间:2019-7
  • 书号:9787544492317
  • 定价:48.00
  • 丛书:
  • 品牌:
京东 当当
内容简介

“江晓原科学读本”共六册,精选从古希腊到今天的科学元典,呈现了一组关于科学的“从婴儿到儿童,从少年到成年”的“照片”,揭示科学之前世今生。本丛书包括《科学建构:从几何模型到物理世界》《科学发现:揪住自然的尾巴尖》《科学验证:那些天空及世间的证明》《科学哲学:有一种追问没有尽头》《科学人文:新的科学理念》《科学反思:两种文化》,从不同视角探讨了“科学精神是什么”“科学的源头何在”“科学等于正确吗”“科学是至高无上的吗”“科学是万能的吗”“科学与人文之间是否还能‘平起平坐’”等系列问题,使读者能够直接阅读元典,亲近大师,站在伟人的高度来关注和理解科学。近距离观察科学的原点,更容易看清科学的初心,更容易看清科学精神的本质,更容易把握科学成长的基本规律。

目 录

导言|江晓原

《物理学》第二卷|亚里士多德

《至大论》第一卷|托勒密

关于天体运动假说的要释|N. 哥白尼

《对话》第二天(节选)|伽利略

考虑天体和谐所必需的天文知识之要点|J. 开普勒

《自然哲学的数学原理》(节选)|牛顿

相对论的基本思想和问题|爱因斯坦

 最初三分钟|史蒂文·温伯格

 《黑洞与时间弯曲》(节选)|基普·索恩

膜的新世界|霍金

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编辑推荐

主编江晓原精选十位科学大师的经典文章,包含对本领域科学原理的清晰阐释,对知识由来的系统梳理,对该领域未来发展的理性展望及科学家亲身沉浸其中的独特感悟。在详细介绍科学家及其经典文章过程中,给读者以“豁然开朗”的感受,值得每一位对科学感兴趣的人一读。

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前 言

科学与科学精神

“什么是科学”与“什么是科学精神”都是非常难以确切回答的问题。下面是当 代学者对科学的较为可取的特征描述:

A. 与现有科学理论的相容性:现有的科学理论是一个宏大的体系,一个成功的科学学说,不能和这个体系发生过多的冲突。

B. 理论的自洽性:一个学说在理论上不能自相矛盾。

C. 理论的可证伪性:一个科学理论,必须是可以被证伪的。如果某种学说无论怎么考察,都不可能被证伪,那就没有资格成为科学学说。

D. 实验的可重复性:科学要求其实验结果必须能够在相同条件下重复。

E. 随时准备修正自己的理论:科学只能在不断纠正错误不断完善的过程中发展前进,不存在永远正确的学说。在此基础上,对于科学精神比较完整的理解也可以包括:

理性精神——坚持用物质世界自身来解释物质世界,不诉诸超自然力。

实证精神——所有理论都必须经得起可重复的实验观测检验。

平等和宽容精神——这是进行有效的学术争论时所必需的。

所有那些不准别人发表和保留不同意见的做法,都直接违背科学精神。

不能将科学精神简单归结为“实事求是”或“精益求精”,尽管在科学精神中确实可以包含这两点,但“实事求是”或“精益求精”仅是常识。

并不是每一个具体的科学家个体都必然具有科学精神。

现代科学的源头在何处

答案非常简单:在古希腊。

如果我们从今天世界科学的现状出发回溯,我们将不得不承认,古希腊的科学与今天的科学最接近。恩格斯在《自然辩证法》中有两段名言:

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。

随着君士坦丁堡的兴起和罗马的衰落,古代便完结了。中世纪的终结是和君士坦丁堡的衰落不可分离地联系着的。新时代是以返回到希腊人而开始的。——否定的否定!

这两段话至今仍是正确的。考察科学史可以看出,现代科学甚至在形式上都还保留着浓厚的古希腊色彩,而今天整个科学发现模式在古希腊天文学中已经表现得极为完备。

欧洲天文学至迟自希巴恰斯以下,每一个宇宙体系都力求能够解释以往所有的实测天象,又能通过数学演绎预言未来天象,并且能够经得起实测检验。事实上,托勒密、哥白尼、第谷、开普勒乃至牛顿的体系,全都是根据上述原则构造出来的。而且,这一原则依旧指导着今天的天文学。今天的天文学,其基本方法仍是通过实测建立模型——在古希腊是几何的,牛顿以后则是物理的;也不限于宇宙模型,例如还有恒星演化模型等——然后用这模型演绎出未来天象,再以实测检验之。合则暂时认为模型成功,不合则修改模型,如此重复不已,直至成功。

在现代天体力学、天体物理学兴起之前,模型都是几何模型——从这个意义上说,托勒密、哥白尼、第谷乃至创立行星运动三定律的开普勒,都无不同。后来则主要是物理模型,但总的思路仍无不同,直至今日还是如此。法国著名天文学家丹容在他的名著《球面天文学和天体力学引论》中对此说得非常透彻:“自古希腊的希巴恰斯以来两千多年,天文学的方法并没有什么改变。” 而这个方法,就是最基本的科学方法,这个天文学的模式也正是今天几乎所有精密科学共同的模式。

有人曾提出另一个疑问:既然现代科学的源头在古希腊,那如何解释直到伽利略时代之前,西方的科学发展却非常缓慢,至少没有以急剧增长或指数增长的形式发生?或者更通俗地说,古希腊之后为何没有接着出现近现代科学,反而经历了漫长的中世纪?

这个问题涉及近来国内科学史界一个争论的热点。有些学者认为,近现代科学与古希腊科学并无多少共同之处,理由就是古希腊之后并没有马上出现现代科学。然而,中国有一句成语“枯木逢春”——当一株在漫长的寒冬看上去已经近乎枯槁的树木,逢春而渐生新绿,盛夏而枝繁叶茂,我们当然不能否认它还是原

来那棵树。事物的发展演变需要外界的条件,中世纪欧洲遭逢巨变,古希腊科学失去了继续发展的条件,好比枯树在寒冬时不现新绿,需要等到文艺复兴之后,才是它枯木逢春之时。

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作者简介

精彩书摘

最初三分钟

史蒂文·温伯格

|导读|

迄今为止,所有关于宇宙起源的模型,都是无法直接获得验证的。温伯格在本文中所描述的“宇宙的最初三分钟”当然也不例外。本文对宇宙创生早期的描述,尽管属于很长时间占据“主流”地位的学说,但同样建立在猜测的基础之上。

现今的各种宇宙模型中,主流的“大爆炸”模型相对来说有较多的间接验证,其他各

种模型在验证方面得分更差。

所谓间接验证,是指这样的情况,比如就用温伯格在本文中举的例子:如果宇宙像“大爆炸”模型所描述的那样创生,那么我们应该能测得“氦丰度”为 20%—30%,结果测到了这样的氦丰度,我们就认为这是对“大爆炸”模型的验证。但事实上,我们无法排除在另外的宇宙模型中也会产生 20%—30% 氦丰度的可能性,所以这样的验证只能视为间接验证。

如果我们能够时空旅行,回到宇宙创生的某一时刻实施测量、记录和描述,那我们也许就不需要猜测性的宇宙创生模型了,我们当然也就很容易判断“大爆炸”模型是不是正确的模型了。但遗憾的是,根据现有的知识,人类不可能在“大爆炸”宇宙模型最初三分钟的环境中生存,况且时空旅行在可见的将来也只是幻想,所以人类很可能永远不会有机会验证任何一种宇宙创生模型的真实性。

……

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精彩书摘
书 评

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