序言

為什么我們選擇伽利略的手指呢？因?yàn)橘だ�略�?biāo)志著科學(xué)史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即從那時(shí)起科學(xué)探索開(kāi)始朝著一個(gè)新的方向轉(zhuǎn)變，而科學(xué)家們當(dāng)然，這個(gè)詞用來(lái)指代當(dāng)時(shí)的研究者其實(shí)并不恰當(dāng)則從先前的搖椅式空想中解脫出來(lái)，并對(duì)先前囿于權(quán)威的各種探求世界本質(zhì)的方法的有效性提出質(zhì)疑，從而在通往現(xiàn)代科學(xué)的道路上邁出了蹣跚的第一步。在此過(guò)程中他們摒棄了沒(méi)有實(shí)證的所謂權(quán)威，但他們并沒(méi)有完全放棄那些不著邊際的猜想和內(nèi)心沉思，而使其與可公開(kāi)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)觀察方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并共同鑄就了一個(gè)新興的、強(qiáng)有力的聯(lián)合體系。上述體系所體現(xiàn)的伽利略的思想已染指目前的所有科學(xué)領(lǐng)域：在首先激發(fā)出這種思想的物理學(xué)中可以看到，在19世紀(jì)初的化學(xué)中也開(kāi)始顯現(xiàn)，同樣在生物學(xué)中也可以看到它的身影，尤其在19世紀(jì)和20世紀(jì)，生物學(xué)已不僅僅是一門展示大千奇觀的學(xué)科的時(shí)候。

簡(jiǎn)而言之，本書贊揚(yáng)了伽利略的具有象征意義的手指在揭示真理方面的有效性。盡管其生理意義上的手指被收藏在博物館里，但是伽利略的實(shí)證技巧卻傳了下來(lái)并且發(fā)揚(yáng)光大，這也透射出了個(gè)人的短暫存在與知識(shí)的永恒不滅這一道理。因此，伽利略的手指代表了具有科學(xué)性的方法這個(gè)模糊的概念。他不是唯一的或第一個(gè)提出這種獲取新知方法的人，但是他是歷史上提出這種實(shí)證思想的舉足輕重的人，因此把他作為實(shí)證思想的代言人也在情理之中。這種可以探索真理的神奇有效的方法中的一個(gè)方面就是強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的核心性，從而將真正的科學(xué)與其主要對(duì)手即那些令人印象深刻但也是極其無(wú)用的空想的表述劃清了界限。深入研究領(lǐng)域并在嚴(yán)格控制條件的情況下所做的實(shí)驗(yàn)觀察極大地避免了我們認(rèn)識(shí)的主觀性，并且在原則上使得實(shí)驗(yàn)觀察可以面對(duì)大眾的監(jiān)督。

伽利略還發(fā)展了科學(xué)簡(jiǎn)化法，即將問(wèn)題的本質(zhì)剝離出來(lái)的方法，其思想之光穿透了在現(xiàn)實(shí)事件中籠罩在事物本質(zhì)上面的烏云。這種對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的簡(jiǎn)化處理，即從復(fù)雜性中看到了簡(jiǎn)單性，恰恰像伽利略通過(guò)他自制的望遠(yuǎn)鏡從簡(jiǎn)單的天穹中看到其復(fù)雜性一樣。他把在泥濘中前行的吱嘎作響的小車（具體的現(xiàn)實(shí)生活事件）放在一邊，取而代之的是研究從斜面上滾下的小球（抽象的一般的事件）這種簡(jiǎn)單的狀態(tài)，或是從高點(diǎn)落下的鐘擺的擺動(dòng)狀態(tài)。從現(xiàn)實(shí)中喧囂和雜亂無(wú)章的事件中剝離出事物的一般本質(zhì)是科學(xué)方法的關(guān)鍵部分�？茖W(xué)家往往能夠從牡蠣中發(fā)現(xiàn)珍珠，從皇冠中發(fā)現(xiàn)寶石。

當(dāng)然有些人認(rèn)為這種簡(jiǎn)化法存在缺陷。他們宣稱，真正的認(rèn)識(shí)來(lái)源于對(duì)喧囂的現(xiàn)實(shí)事件的深入理解，比如小車的停滯不前，情人悲傷，云雀沖天等，并且認(rèn)為科學(xué)家們將蝴蝶作為對(duì)象去研究其機(jī)制是對(duì)認(rèn)識(shí)的抹殺。這種異議雖然不太合理，不過(guò)我們應(yīng)正確地看待它，而不能將其完全拋棄。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，作為人，情感只是我們與周圍世界發(fā)生互動(dòng)的一個(gè)極其重要的因素，而只有少數(shù)科學(xué)家認(rèn)為這種 情感因素是發(fā)現(xiàn)真理的可靠途徑。他們喜歡解析令人驚愕的復(fù)雜性問(wèn)題，通過(guò)將問(wèn)題化整為零，然后再重新組合起來(lái)，盡可能去逐步深入地獲得理解。他們通過(guò)研究斜面上小球的運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得對(duì)山坡上的小車的運(yùn)動(dòng)的理解；通過(guò)研究鐘擺運(yùn)動(dòng)來(lái)更好地理解運(yùn)動(dòng)員腿部的擺動(dòng)機(jī)理。反對(duì)者則對(duì)這種研究方法提出質(zhì)疑，他們疾呼，對(duì)聲音振動(dòng)的物理學(xué)理解并不能闡明音樂(lè)的美感，且將一曲交響樂(lè)分割為一組單個(gè)的音符會(huì)破壞對(duì)其完整性的理解。

科學(xué)家則回應(yīng)，我們首先應(yīng)該理解單個(gè)音符的本質(zhì)，然后再去理解為什么有些和音令人愉悅，有些則如夢(mèng)魘，而后可能用不了多長(zhǎng)時(shí)間 再嘗試著去理解一段樂(lè)曲所產(chǎn)生的心理和藝術(shù)效應(yīng)�？茖W(xué)的目標(biāo)是獲得對(duì)事物本質(zhì)及其發(fā)展規(guī)律的詳盡的認(rèn)識(shí)，當(dāng)然科學(xué)家們也從不會(huì)忘記追求這個(gè)終極目標(biāo)，更不會(huì)因?yàn)槭�去耐心而半途而廢。至于科學(xué)家們是否明白我們認(rèn)識(shí)世界身心與共的快樂(lè)，是否理解哲學(xué)家、藝術(shù)家、預(yù)言家以及神學(xué)家各自領(lǐng)域的重大問(wèn)題，都是無(wú)關(guān)緊要的，我們只知道伽利略改進(jìn)的簡(jiǎn)化方法非常重要。

說(shuō)到偉大的思想，我想它應(yīng)該是一種內(nèi)含和外延皆極其豐富的簡(jiǎn)單概念，它好比橡子，能生長(zhǎng)成枝繁葉茂的可用之材；它又如蜘蛛，能通過(guò)來(lái)回盤旋織成大網(wǎng)然后享用盛宴。總之，思想能夠產(chǎn)生理論，從而可以闡釋事物的本質(zhì)及其發(fā)展規(guī)律，同樣它也能夠用于指導(dǎo)實(shí)踐。

科學(xué)史上存在諸多璀璨的思想，但我們不能奢望對(duì)其一一進(jìn)行3 探討，因此在這里我不得不有所選擇。毫無(wú)疑問(wèn)，其他人或許可以選擇別的超級(jí)蜘蛛來(lái)獲取科學(xué)思想中的其他肉肥味美的獵物，但 本書所羅列的就是我的選擇。

我的關(guān)注點(diǎn)集中于科學(xué)思想而非實(shí)際應(yīng)用。我只寫了很少一部分有關(guān)黑洞和星際旅行的東西，而且?guī)缀鯖](méi)有寫除了在經(jīng)過(guò)認(rèn)真考慮后的結(jié)語(yǔ)中諸如我們正處于信息技術(shù)和計(jì)算科學(xué)大行其道的年代中，正經(jīng)歷著科技對(duì)生活的巨大推動(dòng)這種程式化的敘述。我的目的是理出能夠?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)步指明方向，或在大多數(shù)情況下能夠?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步提供理論基礎(chǔ)的那些思想。繼承了伽利略學(xué)術(shù)思想的想象力豐富的科學(xué)家弗里曼·戴森，將理論驅(qū)動(dòng)型科學(xué)與技術(shù)驅(qū)動(dòng)型科學(xué)作了區(qū)分。

我所考慮的幾乎都是理論驅(qū)動(dòng)型科學(xué)。在上述分類中，戴森呼應(yīng)了另外一個(gè)著名的思想家弗朗西斯·培根。培根把思想分為兩種：一種是 fructifera，即帶來(lái)果實(shí)的使者（引申為面向?qū)嵺`）；另一種為 lucifera，即帶來(lái)光明的使者（引申為啟迪智慧）。我則專注于后者。對(duì)于分子生物學(xué)和DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，到底是 lucifera還是fructifera，是理論驅(qū)動(dòng)型科學(xué)還是技術(shù)驅(qū)動(dòng)型科學(xué)，以及是否應(yīng)該將其納入本書的講述范圍尚存在爭(zhēng)論。不過(guò)在上述每種情況中我傾向于選擇前者，因?yàn)樵谏�物學(xué)領(lǐng)域中，沒(méi)有任何發(fā)現(xiàn)能夠像DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)那樣極大地拓展了我們對(duì)生物學(xué)的理解和應(yīng)用，因此把它排除在外無(wú)疑是十分荒謬的。也許將 lucifera和fructifera完全割裂開(kāi)來(lái)是不切實(shí)際的，在分子生物學(xué)中我們將會(huì)看到 lucifera和fructifera在盛況空前的科學(xué)體系中的完美融合。

科學(xué)闡釋不同于小說(shuō)閱讀，因?yàn)樾≌f(shuō)中的事件往往是以簡(jiǎn)單的線性方式展開(kāi)的。要理解一個(gè)科學(xué)思想，你首先應(yīng)該快讀一遍，跳過(guò)文中那些較難理解或太乏味（但愿本書不會(huì)如此）的部分。誠(chéng)然，盡管我認(rèn)為文章的鋪展有其正常的順序，比如從晦澀迷離的基礎(chǔ)原理開(kāi)始，逐步攀升而看到熟悉事物的曙光；或者由熟悉的事物開(kāi)始挖掘而揭開(kāi)更深層次的原理（我采用后一種敘述方式），但是由于本書各章之間或多或少是相對(duì)獨(dú)立的，因此讀者可以按照任意順序去閱讀。

還需要謹(jǐn)記一點(diǎn)：科學(xué)方法的抽象化塑造了現(xiàn)代科學(xué)。抽象化是伽利略手指的另一個(gè)重要方面，我們應(yīng)該對(duì)其在現(xiàn)代科學(xué)中扮演的角色及其重要性有所覺(jué)察。首先，抽象法并不意味著沒(méi)有價(jià)值，事實(shí)上它能夠產(chǎn)生巨大的實(shí)際效應(yīng)，因?yàn)樗�可以指出我們�(cè)�本意想不到的現(xiàn)象之間的聯(lián)系，并且使源于某個(gè)領(lǐng)域的思想可以舉一反三地應(yīng)用4 到其他領(lǐng)域中去。最重要的是，抽象法使我們能夠站在一系列實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果背后，以一個(gè)更廣闊的的視角來(lái)看待它們。科學(xué)史上或閱讀科學(xué)史時(shí)，一個(gè)最令人贊嘆的我發(fā)現(xiàn)了！時(shí)刻是一種類似科特斯（Cortez-like）的體驗(yàn)，即發(fā)現(xiàn)一些海洋能夠合并為統(tǒng)一的整體，并由此認(rèn)識(shí)到先前看起來(lái)不同的現(xiàn)象之間所存在的內(nèi)在聯(lián)系。我的目的是帶領(lǐng)本書讀者攀上科學(xué)的制高點(diǎn)，去領(lǐng)略令人快慰的科學(xué)思想的融合，并且隨著旅行的深入，我們將逐步揭開(kāi)更偉大的抽象性，并體會(huì)其中的樂(lè)趣。因此，我將從猴子和豌豆開(kāi)始敘述，然后是原子，再過(guò)渡到對(duì)稱美，而后是時(shí)空，最后在對(duì)數(shù)學(xué)那種令人敬畏的抽象性的頌歌中達(dá)到高潮。如果你是按照章節(jié)的編排順序進(jìn)行閱讀的話，那么你就會(huì)發(fā)現(xiàn)你對(duì)已讀部分的理解逐章深入。

我們即將啟程踏上充滿挑戰(zhàn)但同時(shí)會(huì)帶給你深深的滿足感的奇妙科學(xué)旅程�？茖W(xué)是文藝復(fù)興精神的典范，而文藝復(fù)興是對(duì)人類靈魂解放和貌似微不足道的人類大腦的思想力量的極好的注解。我期待著能夠隨著這趟旅程，小心翼翼地引領(lǐng)讀者到達(dá)認(rèn)識(shí)的極致，屆時(shí)你將會(huì)感受到只有科學(xué)才能帶給你啟迪的無(wú)窮樂(lè)趣。