伽利略的手指 节选

nbsp; 序
科学，特别是自然科学，*重要的目标之一，就是追寻科学
本身的原动力，或日追寻其**推动。同时，科学的这种追求精
神本身，又成为社会发展和人类进步的一种*基本的推动。
科学总是寻求发现和了解客观世界的新现象，研究和掌握新
规律，总是在不懈地追求真理。科学是认真的、严谨的、实事求
是的，同时，科学又是创造的。科学的*基本态度之一就是疑
问，科学的*基本精神之一就是批判。
的确，科学活动，特别是自然科学活动，比较起其他的人类
活动来，其*基本特征就是不断进步。哪怕在其他方面倒退的时
候，科学却总是进步着，即使是缓慢而艰难地进步，这表明，自
然科学活动中包含着人类的*进步因素。
正是在这个意义上，科学堪称为人类进步的“**推动”。
科学教育，特别是自然科学的教育，是提高人们素质的重要
因素，是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得生活和工
作所需的知识和技能，更重要的是使人获得科学思想、科学精
神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养，使人获得非生物本能
的智慧，获得非与生俱来的灵魂。可以这样说，没有科学的“教
育”，只是培养信仰，而不是教育。没有受过科学教育的人，只
能称为受过训练，而非受过教育。
正是在这个意义上，科学堪称为使人进化为现代人的“**
推动”。
近百年来，无数仁人志士意识到，强国富民再造中国离不开
科学技术，他们为摆脱愚昧与无知做了艰苦卓绝的奋斗。中国的
科学先贤们代代相传，不遗余力地为中国的进步献身于科学启蒙
运动，以图完成国人的强国梦。然而应该说，这个目标远未达
到。今日的中国需要新的科学启蒙，需要现代科学教育。只有全
社会的人具备较高的科学素质，以科学的精神和思想、科学的态
度和方法作为探讨和解决各类问题的共同基础和出发点，社会才
能更好地向前发展和进步。因此，中国的进步离不开科学，是毋
庸置疑的。
正是在这个意义上，似乎可以说，科学已被公认是中国进步
所必不可少的推动。
然而，这并不意味着，科学的精神也同样地被公认和接受。
虽然，科学已渗透到社会的各个领域和层面，科学的价值和地位
也更高了，但是毋庸讳言，在一定的范围内，或某些特定时候，
人们只是承认“科学是有用的”，只停留在对科学所带来的后果
的接受和承认，而不是对科学的原动力、科学的精神的接受和承
认。此种现象的存在也是不能忽视的。
科学的精神之一，是它自身就是自身的“**推动”。也就
是说，科学活动在原则上是不隶属于服务于神学的，不隶属于服
务于儒学的，科学活动在原则上也不隶属于服务于任何哲学。科
学是超越宗教差别的，超越民族差别的，超越党派差别的，超越
文化的地域的差别的，科学是普适的、独立的，它自身就是自身
的主宰。
湖南科学技术出版社精选了一批关于科学思想和科学精神的
世界名著，请有关学者译成中文出版，其目的就是为了传播科学
的精神，科学的思想，特别是自然科学的精神和思想，从而起到
倡导科学精神，推动科技发展，对全民进行新的科学启蒙和科学
教育的作用，为中国的进步做一点推动。丛书定名为《**推
动》，当然并非说其中每一册都是**推动，但是可以肯定，蕴
含在每一册中的科学的内容、观点、思想和精神，都会使你或多
或少地更接近**推动，或多或少地发现，自身如何成为自身的
主宰。
《**推动丛书》编委会

伟大的思想
对称限制了美、引导了理并驱动了力
克吕西普认为美并不是存在于基本的元素里，而是存在
于部分的对称里。
了解这个美丽世界的关键是要了解美的本身吗?古希腊著名
的雕塑家，主要活跃于公元前450～前420年间的阿哥斯的波里
克利托斯，放弃了我们现在所了解的基本粒子的基础，在他对审
美学有指导性的《准则》(Canon)一文中，他写到“美是通过许
多数字一点一点显现出来的”。波利克里托斯提到了对称性，人
体不同部分张弛的动力学平衡，和这些部分在不同方向上的完全
协调。2500多年以后，我们依靠对称性方面的数学知识——或数
学方面的对称性知识——建立起了我们自己对基本实体的理解，
物质如何被分割，力之间的动力学平衡如何使得这些物质凝聚在
一起。
提到美，我们是指对称和尽量保持这种对称，从蒙德里安到
莫奈，美确实是这个世界的灵魂。有些美是很容易就可以捕获
的，比如当我们看一件令人愉悦的设计。但是也有一些隐藏得很
深，没有受过正规训练是很难轻易用眼睛看出来的。从波利克里
托斯以来的几千年里，我们一直都试图努力挖掘这种潜在的美，
通过数学表格的方式来进行评估，然后再用数学工具深入挖掘美
的真谛。正如我所强调的，科学已经得到了很大的发展，对事物
有了更深的认识，概念也更加抽象，但都不能像对称的发现和以
之作为一种理解事物的工具过程那么复杂精美。
我将会非常仔细地引导你从现实到抽象，并向你展示当我们
运用对称时产生的力量。这条道路会将我们带到一个难以想象的
物缘。
当我们对一个物体进行一种操作(我们叫对称操作)——我
们却一点都看不出来哪里发生了改变，这就说明这个物体是对称
的。也就是说，如果你闭上眼睛一会儿，但你再次睁开眼睛时，
你无法告诉我我有没有做某种变换。想象一个单色的没有任何记
号的球，闭上你的眼睛一会儿再打开：你能告诉我我是否旋转了
这个球吗?我们所说的操作可能是绕着一个轴旋转或者一种镜面
反射，但是我们还会碰到许多其他的对称操作，它们中的有些是
简单的操作的精妙组合，比如说先沿空间移动(这叫平移)，然
后再通过镜子反射。你会在音乐中找到这种反射原理的应用。一
个非常浅显有代表性的例子是仿“莫扎特”的两段式乐章，开
始是：
第二部分将**部分的倒转过来。①
有些物体比其他的物体对称性更强。一个球就是高度对称
的，它是我们所见到的对称度*高的物体。想一下当你闭上眼睛
时，我们有多少种方法操作一个球却让你在睁开眼睛之后无法察
觉。我可以绕着通过它中心的任何一条轴转动，转动的角度可以
是O度到360度中间的任何一个角度。这还不是全部，我们还可
以想象有一面镜子以任何一个方向沿中心穿过球，你将不会发现
我将一个半球反射到了另一个半球上。还有一种方法我可以在我
的想象中实行：我可以想象将沿球中心的一条线上的每个原子放
到球的另一边到中心距离相等的位置上。这种重新构造球的对称
操作叫做反演。你同样无法说明我已经做了这个操作，因为球在
我做这个操作前后看起来完全一模一样。

伽利略的手指 本书特色

为什么选择伽利略的手指?正是伽利略以其不懈的实证精神使科学从中世纪愚昧
中脱身，并为现代科学的发展开辟了道路。而现在，伽利 千略那根具有象征意义的右手
中指就保存在佛罗伦萨的科学史博物馆里。在这本杰出。的阐释当代科学核心思想的著
作中，彼得．阿特金斯盛赞了伽利略极富象征意义的手指在揭示宇宙、地球及人的本质
时所具有的强大力量。
《伽利略的手指》引领着读者踏上非凡的旅途，沿途与当今十个核心科学思想相
拥。彼得．阿特金斯在书中写道：“借助伟大的思想——我是指-种有着极其丰富的
内涵和外延的简单概念，稚嫩的思想的种子，能成长并繁衍为枝繁叶茂的栋梁之材，
而思想的蜘蛛，编织硕大的蛛网，网罗解释与阐释之盛宴。”借助优美、智辕的语声
以及诲人不倦的精神，阿特金斯带领着读者逐步走向对科学全貌本质的理解：从进化
和复杂性的萌芽宇宙中一切变化之源——熵；从计量的普遍化——能量，到美学的
量化——对称性；以及从现实世界的拓展一宇宙学，到事物相互作用的舞台——时空。
“我旨在带领读者攀上科学的制高点，”阿特金斯如是说，“期待随着这趟旅程的
进行，能够小心翼翼地引领读者到达认识的顶点，届时你将会感受到科学带给你的、
获得真知后的深深喜悦。”
在向大众传播科学方面。《伽利略的手指》可谓达到了一个新境界。本书借助阿
特金斯优美的文笔，为您呈现了当今科学十大核心。

伽利略的手指 作者简介

作者介绍：
彼得·阿特金斯
彼得-阿特金斯是牛津大学化学系教授，也是该
校林肯学院的特别会员。他曾撰写过多部世界级的化
学教科书。他的著作历经二十多年的岁月依旧魅