读书笔记

梅凯
2018-09-01 看过

(一)开篇:哥白尼的故事 尼古拉·哥白尼(1473-1543)出生于波兰一个显赫的贵族家庭,父亲早逝。他的叔叔是一位在政府和教士界有着广泛关系网的主教(想要理解中世纪欧洲的政府和教会关系,可以用当今天朝政府和我党的运作模式作为参照,这样哥白尼就是一个在党、政界都有很多资源的高干子弟)。哥白尼年轻时被送到意大利的博洛尼亚大学和帕多瓦大学(从博洛尼亚大学分裂出来的大学)学习,拿到医学和神学学位。那个时代大学只有四门学科,先拿到文学学位,进而专攻法学和医学,最后才可以攻读神学。博洛尼亚大学被公认是欧洲第一所大学,实力虽然不及如日中天的巴黎大学,却也自成一派。 哥白尼回波兰后被组织任命为弗龙堡(Fromborg)一座教堂的神父。中世纪的神父不只是神父,更像是一个地区的市委书记。富裕和有权势的人往往会在过世时把财产捐给天主教会,所以教堂就积累了各种财产,土地,农场,建筑,神父需要管理这些财产。除了正常的宗教事务,神父还要介入民间诉讼、财产分配等民事事务,当然还要和当地政府打交道。他还要按上级命令“查禁邪教”(宗教改革者)。哥白尼接受波兰货币改革的委任,参与“中央经济工作”。他还经营一所他所在教堂的医疗诊所。 欧洲中世纪后期,杰出的男性把治学作为一种或多或少的业余爱好成为一种惯例。比如,把晦涩的希腊诗歌翻译成拉丁文是颇受欢迎的。哥白尼为什么选择天文学呢?不知道。他在教堂的院子里建了一座小型的天文台,他的兴趣不在于新的观测结果。他的想法是,是不是有可能建立一个和托勒密的地球中心论不一样的模型,比如说以太阳为中心(亚里士多德的惊奇、自由、闲暇在这里体现出来了)? 他花了几十年时间在建模,并与欧洲的天文学家同行分享他的想法,最后就是《天球运行论》(De revolutionibus orbium coelestium),原文用拉丁文写作,这也就决定了他的想法只能在小圈子范围内被人知道(内参读物,后来桀骜不驯的伽利略惹祸上身的重要原因就是他用意大利文写作,导致识字的平民百姓也看得懂他在说什么)。教皇也是他的读者之一,并且热情参与在梵蒂冈举行的“哥白尼著作研讨会”,天主教当局在本书出版时也没有干涉,哥白尼本人倒是提心吊胆,快去世时才选择在德国纽伦堡出版。

Nikolaus Kopernikus

哥白尼作为一个精明的教会政治家(党委书记兼市长),他不想引发不必要的反对,他在序言中说,他只是让读者考虑一个作为数学练习的日心模型,不一定是现实世界的情况。意思就是他提出的日心说模型纯属他个人业余爱好想要做点数学计算。里面确实有大量数据和复杂的计算,可以说一千多年来真正对托勒密形成了挑战,挑战的不只是托勒密的结论,更是他的整个体系。这些数据精确到无法反驳:比如恒星年的时间为365天6小时9分40秒,比精确值约多30秒,误差只有百万分之一;月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍,和60.27相比,误差只有万分之五。哥白尼拥有更多的数据支撑日心说。这种观点后来经过丹麦的第谷(也是一名贵族)、德国的开普勒、意大利的伽利略更强有力的观测数据的支撑,终于取代了托勒密体系,成为今天我们所认为的常识。 (二)“科学”的含义 从上面的故事我们可以发现,哥白尼在他的时代对科学的理解、我们今天对科学的理解以及我们对哥白尼时代的科学的理解,这三者之间是有很大差异的。最难理解的词汇都是一些耳熟能详的词汇,比如科学、艺术、国家、民族、历史、信仰,等等。因为它们的含义在不停地经受时空的冲洗。我们倾向于把宗教排除在科学以外,把科学当作与之对立或不相干的领域。我们也可能把希帕提娅(370-415)和伽利略(1564-1642)当作一心在书斋做学问而与政治无干的谢尔顿。 “科学”一词来自于拉丁文单词scientia,意为“认知”。“技术”一词来自于希腊语单词techne和logia,直译为“技巧的法则”。前者注重“认知”,后者注重“实践”。这两个词在今天的语境中要比古代的语境中联系更为密切,所以“科技”成为今天的常用语,一些技术上的东西,比如火箭的防热材料或镜头的滤光材料都自然而然地被视为科学上的进展,而科学上的某个发现或理论,比如希格斯玻色粒子,人们提到的时候,都会想:这东西对我们的生活有什么用?

欧洲大型强子对撞机,位于瑞士和法国交界的侏罗山地下,来自大约80个国家的7000名科学家和工程师。由40个国家建造

以前的科学家们不会这么想。这个以前,是多久以前呢? 近一点说,二战以后与二战以前的科学研究是很不一样的。那时尽管有科学团体和科研刊物,还有卡内基和洛克菲勒这样的科研赞助人,但是科学家更像是孤胆英雄,在自身的领域孜孜不倦地探索,可以取得以自己命名的惊世成就。而二战以后的科学,更多地与政府绑在一起,政府投资,为国家政治和军事服务,团体协作,流水线作业,更加保密,竞争更激烈,科学的实用目的更被强调。那些不实用的领域很可能因为经费短缺而难以为继。科学不再是一种私人爱好,像法拉第和孟德尔曾经做过的那样。 远一点说,进入19世纪以后的科学与19世纪以前的科学也是极不一样的。像柏林大学这样的现代型大学建立后,科研基本不再属于私人事业,很难有像牛顿在自家农庄躲避瘟疫时一口气鼓捣出光学、力学、微积分领域好几个划时代的公式和出身于律师家庭的拉瓦锡一边做着贵族一边开设自己的实验室研究燃烧的原理那样了。学术研究更多地集中在大学和科学团体,掌握了大量学术资源的人才能更便捷地开展研究。 再远一点,17世纪的科学家们对自己的称谓还不是“科学家”,因为这个词要到19世纪才通用,他们称自己为“自然哲学家”,比如牛顿把自己的著作命名为《自然哲学的数学原理》,原文是拉丁文,说明那个时代的科学家是把自己与古代的德谟克利特、阿基米德、盖伦等看作同一类人——探讨大自然的运转法则和根本原理。而在后人看来,17世纪的科学家正是那一群奠定了现代科学根基的人,我们学习的科目,比如物理、化学、现代医学、高等数学,那些基本的原理都是由培根、笛卡尔、帕斯卡尔、斯宾诺莎和莱布尼茨等人开拓和发现的,这些人同时也被哲学史所纪念。他们都是一批百科全书式的人物,不断地扩展知识边界,没有学科分野,也没有地域界限,他们往往走遍整个欧洲去请教那个领域最顶尖的学者。 由此看来,“科学”是一个不断变化的概念,当我们试图以我们所理解的“科学”概念去评判对“科学”的含义有另一套理解的古人时,我们往往会犯错误。但是在不断的变化之中,它的本质并没有因科学研究的方式、领域、主体的变化而变化——“认知”,对真理的追寻,仅仅出于惊奇和怀疑,无论其实用与否。

古代美索不达米亚地区

(三)科学的过程 对大自然的探索在任何一个文明中都留下了成果,古埃及人的医学、古巴比伦人的数学、古代中国的天文学都成果斐然,然而真正发展出“科学”的是古希腊人,他们使用了古文明的成果,同时把科学向前推进了一大步,最重要的就是他们建构了理论模型并能够根据模型来进行预测。 詹姆斯·特赖菲尔的《世界历史上的科学》(张瑾译,商务印书馆2015年版),是一部简明的科学史入门书,书中开篇就提到了“观察世界——认识规律——产生理论——预测”的循环架构,具备这种循环能力的知识探索才能称为“科学”。 首先是观察世界。一个很有意思的现象是,各大文明不约而同地以天文学作为知识的开端,而天文学探索的领域似乎是跟我们的生活无限遥远也没什么关联的事物,“为什么一群采集狩猎者或原始的农民会关心夜空中天体的排列呢?”然而正是这些最遥远最不相关的事物对人们的实际生活有着最深远的影响。比如农业生产最需要的就是一套精确的历法,以便于播种和收获,天象观测还与天气有关,到后来,对于天空的观念成为人们的意识形态的一部分,天象往往与政治、战争、宗教、经济、文学有着直接的关系,至少在解释体系当中是如此。 其次是认识规律。观测会带来数据,专业人士从数据中发现规律,比如月球的盈亏周期是多少,与农业生产有什么关系;比如太阳东升西落的规律和正午时太阳所在的天空位置,与炎热凉爽有什么关系,我们该什么播种是最合适的时间。他们不打算去关心为什么太阳会东升西落,为什么会有日食和月食以及下一次日食是什么时候。 再次是产生理论。古代大多数文明都止步于此,因为与实际生活并无关系。画出一个太阳系的图,对古代人来说,没有什么用处。但是古希腊人成功地突破了这一点,并且使用先前文明所遗留的成果成功地构建了一套自己的体系,推动整个科学的前进。亚里士多德所说的“惊奇、闲暇、自由”最能解释为什么是古希腊人取得了突破。 文学通过声音和文字来传递,音乐有简谱和五线谱等符号来书写(早期音乐用什么符号,孤也不清楚),雕塑和绘画透过线条、色彩、构图等基本要素来传达观念……每一种艺术表达都有自己的一套“话语符号”,科学所使用的语言是数学。面对复杂的大自然,语言文字力所不能及的地方,数学符号和方程式巧妙地解决了这个难题。这需要极高的抽象思维。一般的数学符号可以解决尼罗河泛滥和金字塔修建的计算,可是更复杂的宏观、微观领域,就需要更复杂的符号了。这就是为什么“零”的诞生要到很久以后,因为实用性的计算用不到这个数字,而在思想上突破“什么都没有”怎么可以作为一个位符,这不啻于一场革命。 最后是预测。根据理论来预测,比如说根据彗星运行的轨迹计算出下一次经过地球的时间,比如说根据太阳系的行星运转来推测下一次火星离地球最近是什么时候,等等。这是真正的科学家们做得最多的工作,他们根据所观察到的现象建构出一个理论,然后用更加广泛的事实来检验理论,重新进入“观察世界——认识规律——产生理论——预测”的循环。

今亚历山大城

(四)科学史的追寻 古希腊人发展出这个完整的科学体系。有一个时代在科学史上不得不提——希腊化时代(Hellenistic Era)。 亚历山大东征以后,地中海世界在文化上成为一个共同体,希腊化的城市和艺术品风行从印度到波斯再到西西里的广阔区域。埃及的亚历山大城是这个时代的文化中心,有最大的图书馆和博物馆,还有最杰出的科学家。这些科学家可以尽情使用从古埃及、古巴比伦以来的一切观察数据,还有古希腊人琢磨出来的科学方法,于是有了这些成就: 锡拉库扎的阿基米德(Archimedes,BC287-212)发现浮力原理和流体静力学原理,计算日食、月食现象模型,制造各种机械(他对这种实用技术并不感兴趣)等。 萨摩斯的阿里斯塔克斯(Aristarchus,BC310-230)首次提出太阳是太阳系的中心。 罗德岛的希帕科斯(Hipparchus,BC190-120)测量地球到太阳、月亮的距离。 欧几里得(Euclid,BC300前后)的《几何原理》成为今后所有科学家进行研究的必备参考书,牛顿的力学体系就是用用欧几里得的推论来建模的;而且他还研究了反射、光学、透视、圆锥曲线。 昔兰尼的埃拉托色尼(Eratosthenes,BC276-195)测量了地球的周长。 托勒密(Claudius Ptolemy,BC100前后)构建了今后一千多年西方世界和伊斯兰世界共同使用的宇宙模型,他的《天文学大成》在伽利略的时代以前一直是世界通用的几本教材。

古代亚历山大城地图,GOT中“学城”原型

说到最后这位托勒密,不少人都对这位“地心说”的集大成者嗤之以鼻,一个错误的数学模型竟然流传了一千五百年之久。但是,托勒密是真的有学问,后来长时间里,没有人能推翻他,不是因为官方把这个学说定为正统观点,而是因为没有足够的观察数据支持。“本轮和均轮”的地心说是解释宇宙体系最完美的一个学说。哥白尼写《天体运行论》时尝试用一个以太阳为中心的模型进行数学演算,他也观测到了一些数据,与托勒密体系不符。而中世纪的科学家,无论是伊斯兰世界的,还是欧洲的,他们观察到了新的数据,都是通过增加本轮的方式来补充托勒密体系,结果这个理论体系体系臃肿不堪,以至于后来科学家质疑:上帝怎么会创造一个充满了本轮的混乱世界? 除了希腊化时代的科学,古代科学还有一段不能忽视的黄金时代:公元7-13世纪的伊斯兰世界科学。 伊斯兰科学的成就和贡献不是三言两语可以说清的,仅仅提以下事实:托勒密和亚里士多德的著作通过他们得以保存,欧洲人才得知原来一千五百年前欧洲有一位这么伟大的哲学家;其他大量古希腊和古罗马时代的文化遗产也是通过伊斯兰世界重新回到欧洲,西班牙的托莱多集聚了大量伊斯兰、犹太人和基督徒学者;摩洛哥菲斯的卡鲁因大学(Al Karaoine)是世界上最古老的大学(AD859),开罗的爱资哈尔大学(Al-Azhar)建于公元975年;他们改进阿拉伯数字,发明小数点,进行一元二次方程和三角函数的计算;他们发明了医院,创立传染性疾病医学分支,还有一位伟大的医学家波斯人阿维森那,著有《医典》(The Canons of Medicine),是迄今为止最有影响力的医学教科书之一,在17世纪的欧洲大学依然使用,这是成书500年之后的事情了。

鼎盛时期的阿拉伯帝国

欧洲人在科学上占据领先地位并且逐渐一统天下,这是17世纪的事情了。17世纪的欧洲有伽利略、牛顿,有帕斯卡尔、斯宾诺莎。17世纪的变革通常被称为“科学革命”,但是我们需要注意当事人并不把他们所做的工作当做是“科学革命”,他们只是在前人积攒的数据和理论基础上进一步去探索更多领域,于是出现了爆炸式的增长,而且通过皇家学会、科学期刊、大学、百科全书等形式将这些成果传承和普及开来。出身贫穷的法拉第就是因为阅读《大不列颠百科全书》中的“电学”文章而走上科学道路的。 后面的故事,就像潘多拉魔盒被打开,跳出来各种各样的精灵、怪物、恶魔,这个进程持续到今天,越发迅捷了。 (五)追问没有尽头 那些科学史上非常有意思的一些问题,比如:为什么古代中国没能诞生现代科学? 这个问题就像“为什么17世纪的人没能造出来导弹”一样难以解答,因为回答“为什么没有”比“为什么有”要难得多。 而且,中国对科学史的研究,最早的成果是由一位外国人带着一群外国人完成的。中国人自己不仅不能突破这种体系,还在其上加入了很多民族主义的怪东西。北大的吴国盛教授有一段话说得很好: “从大面上来讲,中国的科技史学科和国际上是一样的,都是取决于社会的需要。很长一段时间,爱国主义教育是中国科技史学科发展的动力。中国近代落后挨打,民族自信心缺乏,如果能够证明古代我们的祖先很强大,也是一种心理安慰。像著名的李约瑟难题、四大发明概念的流行,都是这种社会心理的表现。中国科技史学科显然得益于这种心理。中国早期的科学史家,比如李俨、钱宝琮、竺可桢、钱临照等,都顺应了这种时代的要求,以现代科学的眼光去发掘我国古代的科学遗产。” 另外,宗教与科学的关系,也是一个汗牛充栋的主题。当我们说“宗教与科学的关系”时,往往是在说“基督教与科学的关系”,当然也有人探讨“伊斯兰教与科学的关系”,时间大多局限于中世纪。欲进一步探讨者,可以参考吴国盛、张卜天、江晓原、黄一农、江丕盛等的著作,还有剑桥科学史和BBC等制作的《科学史》节目也是优质参考资料。

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