給世界的答案：發現現代科學（簡體書）

《給世界的答案：發現現代科學》日升月落，電閃雷鳴，四季更迭，生老病死，我們生活的世界充滿了各種謎題，而我們對這個世界和我們自身的看法、感受，正源自我們如何認識和解釋這個世界。但古代和中世紀的科學家不知道我們現在對世界已知的一切，更重要的是，他們沒有類似于我們的思維方法，不知道世界還有哪些未知尚待發現，也不知道如何去發現未知。隨著文明演進，人們不斷努力解開眾多謎團，科學的現代規則才終於問世。
諾貝爾物理學獎得主斯蒂芬•溫伯格帶我們回顧了挑戰前人又扣人心弦的認知發展歷程，足跡從古代的米利都到中世紀的巴格達和牛津，從柏拉圖學院和亞歷山大博物館到沙特爾教會學校和倫敦皇家學會。溫伯格富有啟發性地探索了思考世界和分析世界的方法，說明了找到現代科學的目標和方法是何等的艱難，並論述了這一發現對人類認知和發展的影響。同時，溫伯格還探討了科學和各大競爭領域——宗教、技術、詩歌、數學和哲學——的歷史性衝突與合作。
他將其學術資質和科學史知識結合起來，研究了一個令人著迷的問題：解釋世界的努力如何隨著時間的推移而改變。
而我們之所以苦苦求索，執著於解釋世界，因為答案決定了我們如何看待世界、自己和未來。這不懈的堅持和追求，正是“非凡的故事，是人類歷史中最有趣的故事之一”。

斯蒂芬•溫伯格
諾貝爾物理學獎得主，曾獲得美國國家科學獎章、路易斯•湯瑪斯“詩人科學家”獎等多項殊榮。現任德克薩斯州大學奧斯丁分校教授。身兼美國國家科學院院士、倫敦皇家學會外籍會員、美國哲學學會會員等。
溫伯格出版了多部極具影響力的理論物理教材。在專業領域之外，他致力於將科學理念與人文知識相結合，所著的《最初三分鐘》《終極理論之夢》《仰望蒼穹》等書全球。

《給世界的答案：發現現代科學》人類在認識自己的道路上走了多遠？還有多久才到終點？詳述科學認知歷程，從古米利都到倫敦皇家學會，從亞里斯多德到托勒密、哥白尼直到牛頓。探索世界的哪些方面是可認識、可解釋的，以及如何認識和解釋。透析人類如何探索和理解世界萬物的運轉，從而領悟未來。洞悉科學與詩歌、數學、哲學、技術和宗教等思維方式之間的衝突與合作。犀利點評科學人物的成敗得失及影響

我是一名物理學家，不是歷史學家，但多年來我對科學史的興趣與日俱增。科學史的發展可以說是一個特別的故事，是人類歷史上最有趣的故事之一。而對於像我本人這樣的科學家來說，這個故事也與我們息息相關。瞭解過去能夠輔助並啟發今天的研究，科學史的知識也有助於激發科學家當前的工作。希望我們的研究能夠為自然科學的偉大歷史傳統做出貢獻，不管這一貢獻是多麼微不足道。
我在自己過去的寫作中所涉及的歷史，主要是物理學和天文學的現代史，時間大約從19世紀末到現在。雖然在這段時間裡我們掌握了許多新知識，但物理科學的目標和標準並無實質性的改變。假設讓20世紀初的物理學家們學習關於宇宙學或基本粒子物理學的當代標準模型，他們一定會驚歎不已，但尋找能夠解釋各種現象的數學模型和經過實驗驗證的客觀原則，對他們來說卻並不陌生。若干年前，我決定展開更深層次的發掘，進一步瞭解科學史的早期時代—那時科學的目標和標準尚不具備現在的形式。很自然地，作為一名大學教師，當我打算進行某方面的研究時，便會自告奮勇承擔一門相關課程的教學工作。在過去的10 年裡，我在德克薩斯大學先後多次為本科生開設有關物理學和天文學歷史的課程，授課物件都是完全沒有科學、數學或歷史等方面專業背景的學生。本書正是由這些課程的講稿發展而來。
但正如本書所呈現的，我在書中提供的或許並不僅僅是簡單的敘述：這是一位活躍于現代的科學家對過去的科學的看法。借此機會，我闡述了自己對物理科學本質的觀點，以及它與宗教、技術、哲學、數學和美學之間延續至今、錯綜複雜的關係。
在出現有記載的歷史之前，存在著一定程度的科學。自然界隨時向我們展現各式各樣令人困惑的現象：火、雷雨、瘟疫、行星運動、閃電、潮汐等。通過觀察世界，人們得出有用的結論：火是熱的，打雷預示著快要下雨，滿月或新月時潮位最高……這些都成為人類常識的一部分。但在世界各地，總有一些人不滿足於只搜集事實，他們想要解釋世界。
然而，這並非易事。不僅因為我們的先輩不知道我們現在對世界已知的一切，更重要的是，他們沒有類似于我們的思維方法，不知道世界還有哪些未知尚待發現，也不知道如何去發現未知。每一次準備課程講稿時，我都深深感受到過去幾個世紀的科學工作與當代科學之間的巨大差異。正如L•P•哈特利（L. P. Hartley）小說中廣為流傳的那句話所說，“過往即他鄉，彼處行事不一樣”。希望在本書中，我不僅能夠讓讀者瞭解精密科學的歷史上都發生了什麼，也能讓讀者感受到這一切來之不易。
因此，本書所論述的並不僅僅是我們如何探索世界的萬千奧秘—這自然是所有科學史的關注點。本書的側重點有些許不同—主要論述我們如何尋求探索世界的方法。
我並非不知道本書標題中“解釋”一詞會使一些科學哲學家產生疑問。他們指出，在“解釋”和“描述”之間難以做出精確的區分。a（我在第八章中會對此稍作提及。）但這本書講的是歷史，而不是科學哲學。我用“解釋”一詞， 意味著承認其不盡精確，就像在日常生活中，我們試圖解釋一匹馬為什麼贏得比賽或者一架飛機為什麼墜毀一樣。
副標題中的“發現”一詞也存在問題。b 我想過用“發明現代科學”作為副標題。畢竟如果無人實踐，科學很難存在。但我之所以選用“發現”而不是“發明”，是想表明，科學發展至今，不是因為各種偶然的歷史性發明，而是由於自然之道。儘管有各種缺陷，現代科學仍然是一種經過調節達到與大自然高度一致的技術，並因此而發揮作用—它是一種實踐，使我們能夠學習關於世界的可靠知識。從這種意義上說，科學是一種等待人們去發現的技術。
因此，人們可以談論科學的發現，正如歷史學家談論農業的發現一樣。儘管農業的種類繁多且不盡完美，但它之所以存在，正是因為農業實踐經過調節達到與生物學實際情況的高度一致，因而得以發揮作用—使我們能夠種植莊稼。
我也想用這個副標題，讓自己同那些所剩無幾的社會建構主義者（social constructivists）劃清界限。他們是一些社會學家、哲學家和歷史學家，試圖將科學的過程乃至科學的結果都解釋為特定文化環境下的產物。
在科學的各個分支中，這本書所強調的將是物理學和天文學。在物理學中，尤其是它在天文學的應用中，科學第一次採取了現代的形式。當然，對類似於生物這種其原理的發現高度依賴於歷史偶發事件的科學來說，是否能夠或者應當採用物理學來建模，是會受到一定程度的限制的。儘管如此，我們有這樣一種感覺，生物科學和化學科學在19 世紀和20 世紀的發展，沿襲了17 世紀物理學革命的模式。
當今世界，科學具有國際性，它或許是人類文明中最國際化的方面。然而， 現代科學誕生于廣義上的西方。現代科學從歐洲的科學革命期間所做的研究中學習了方法論，歐洲科學革命又是由中世紀歐洲及阿拉伯國家所取得的成就演變而來，而這些成就均可追溯到希臘的早期科學。西方從別處借用了許多科學知識，比如來自埃及的幾何，來自巴比倫的天文資料，來自巴比倫和印度的算術，來自中國的指南針，等等，但據我所知，西方並未引進現代科學的方法。因此，這本書將以奧斯維德•斯賓格勒（Oswald Spengler）和阿諾爾德•湯因比（Arnold Toynbee）強烈反對的方式強調西方（包括中世紀的伊斯蘭世界）： 我將很少提及西方以外的科學，且完全不涉及前哥倫布時期美洲大陸有趣但與外界隔絕的科學進展。
在講述這個故事時，我會接近一個被當代歷史學家謹慎回避的雷區，這就是用現代的標準評判過去。這是一部有失恭敬的歷史。我願意用現代的觀點批評過去的方法和理論；我會披露科學英雄未曾被歷史學家提及的一些錯誤，甚至以此為樂。
長年研究過去某位偉人著作的歷史學家可能會誇大這位英雄所取得的成就。在關於柏拉圖、亞里斯多德、阿維森納（Avicenna）、格羅斯泰特（Grosseteste） 和笛卡兒的著作中，這種現象尤為明顯。但我在這裡的目的，並不是指責過去的一些自然哲學家是多麼愚蠢。恰恰相反，通過展示這些非常聰明的人離我們目前的科學概念有多遠，我想說明現代科學的發現是何等的困難，它的規範和標準是何等的難以發現。同時這也是一個警示，提醒我們現代科學可能仍有待進一步發展。在本書的某幾處我會指出，儘管在科學方法上我們已經取得巨大進展，但今天的我們可能依舊在重複過去的錯誤。
一些科學史家認為，在研究過去的科學時不應參照當代的科學知識。這種觀點是過時的。與之相反，我要強調的做法是利用現有的知識來澄清過去的科學。例如，古希臘天文學家阿波羅尼奧斯（Apollonius）和喜帕恰斯（Hipparchus），僅僅利用他們當時可獲取的有限資料，就提出了行星環繞地球在本輪上迴圈做圓周運動的理論。嘗試解密這個過程，大概會是個有趣的智力測試。然而，這種嘗試是不可能的，因為他們當時使用的許多資料已經丟失。但我們能確定的是，在古代，地球和其他行星也環繞太陽在近圓形軌道上運行， 就像今天這樣。通過應用這些知識，我們將能夠理解古代天文學家如何利用當時可獲得的資料提出了本輪理論a。無論如何，任何今人在閱讀有關古天文學的內容時，都不會忘記“太陽系裡究竟是誰繞著誰轉”這一當代常識。
若有讀者想要更為詳細地瞭解過去科學家的研究對自然界現實的反映情況， 可參閱書末的“技術劄記”。這些劄記對理解本書正文並非必需，但有些讀者或許能夠從中學到一些有關物理學和天文學的知識，因此我準備了這些資料。
科學發展至今，早已不是當初的樣子。科學的結果是客觀的。靈感和審美判斷在科學理論的發展中固然重要，但這些理論的驗證最終都依賴於用公正的實驗檢驗理論預測。儘管數學被用來建構物理理論並提供後續結果，但科學並不是數學的一個分支，科學理論也不能通過純粹的數學推理匯出。科學與技術相輔相成，但在其最基本的層面上，科學並不服務於任何實際原因。科學無意討論神或來世是否存在的問題，它的目標是要找出對自然現象的純自然主義的解釋。科學是漸進性的，每一種新理論都整合了先前的成功理論，並將其變為近似理論，而在近似理論起作用時，新理論甚至還能解釋其原因。
對古代或中世紀的科學家而言，所有這一切並非顯而易見，一切都是在16 世紀和17 世紀的科學革命中披荊斬棘的結果。發展之初，並無類似于現代科學這樣的目標。那麼我們是如何進行科學革命，並進一步發展到當今水準的呢？在探索現代科學的發現過程時，這是我們必須努力探明的要點。

前 言
第一部分 希臘物理學
第一章 物質與詩歌
第二章 音樂與數學
第三章 運動與哲學
第四章 希臘化時期的物理與技術
第五章 古代科學與宗教
第二部分 希臘天文學
第六章 天文學的應用
第七章 測量太陽、月球與地球
第八章 行星的問題
第三部分 中世紀
第九章 阿拉伯人
第十章 中世紀的歐洲
第四部分 科學革命
第十一章 破解太陽系
第十二章 實驗開始
第十三章 研究方法之再思考
第十四章 牛頓綜合
第十五章 尾聲：大一統
致 謝
技術劄記
尾 注
參考書目
譯後記