《时间之问》:终于有一本书不再是讲霍金和达尔文了!

谈到国内出版的科普读物,话题陈旧单一是老毛病了。时间简史、量子力学长年霸占畅销书排行榜前列,且榜上十之七八都是翻译引进的外版书,知名原创作者除了曹天元、李淼、汪诘、菠萝、张辰亮之外乏善可陈。

不过,黑马来了。

2019年初,汪波老师的科普作品《时间之问》,有望为沉闷的原创科普出版,增添一抹独一无二的亮色。

汪波,早年留学于法国,微电子学博士毕业,现任教于北京大学深圳研究生院,研究集成电路。时钟电路是他日常工作打交道的对象。然而与一般人印象中沉闷的“理工男”不同,他的思维,既具东方文化的灵动与含蓄,又有西方文化的抽象与精确。《时间之问》中的很多真知灼见,无不体现出他扎实深厚的人文底蕴和严谨理性的科学精神。



1.以“问题”为中心的写作方式

《时间之问》创造性地采用以“问题”为中心的跨学科模式,打破了以单一学科为中心、讲述学科发展史的纵向写作方法,在国内科普作品中十分少见。

作者从“时间是什么”这个基本问题出发,开启了天马行空的想象。

——时间是现在吗?“此时此刻”是否存在?

——时间是过去吗?万物的开始和源头为何捉摸不定?

——时间是未来吗?未来为什么难以预测?

很多学科里都有“时间”的影子,时间对于它们意味着什么?学科之间有着怎样的关联?

跟随着作者思考的脚步,读者仿佛踏入了金碧辉煌的科学殿堂,穿过一间又一间装满了思想宝藏的大厅,主题是:节气、历法、数学、机械、音乐、时钟、生物学……精妙绝伦的科学成就与震古烁今的科学名家,如同琳琅满目的珍宝,令人目不暇接:

登堂入室

——四季轮回、日月盈仄,头顶的星空令人类对宇宙充满敬畏,并发明了节气和历法与之呼应。

——为了更好地推算天象,中国古人发展了数学,发明了闰月和闰年的计算

——为了更好地预测天体在星空中的位置,两千多年前的古希腊人创造了精密的安提基特拉机械

——中国古人用音乐祭祀上天,注重音律的和谐。为了实现完美的转调与返宫,明太子朱载堉创造了十二平均律,现已成为全世界通用的音律体系。

——为了在航海时准确测量经度,英国木匠之子哈里森发明了轻便的钟表,解决了影响无数船只和海员的命运的难题。

——为了适应地球的昼夜节律,从细菌、含羞草到人类,在亿万年间都形成了自己的生物钟

作者用“时间”这条主线,有条不紊地将主题各异的版块编织在一起,构成了一个圆满的时间全景图:

时间全景图

年轮是时间的刻度——宇宙星体周而复始地回归

数学是时间的语言——人类通过精确的测量和计算,发明了历法和节气与季节的轮回相呼应;

星空是时间的指针——古希腊人用齿轮机械来预测天体在天空中的周期性回归和位置;

音乐是时间的奏鸣——音符的自由转调与完美回归令人与天地和谐感应;

嘀嗒是时间的脚步——摆钟、石英钟乃至原子钟,都严格遵循物体自身固有的振动节拍回归

生命是时间的脉动——生物钟的回归与地球自转的周期完美呼应……

时间的六块拼图,为万事万物编制了巧妙的索引,也对前人不断探索的问题作出了新的思考和回答。

时间的拼图

2.百科全书式人物

《时间之问》话题涉猎极广,书名副标题“从文学音乐到数理万物”充分体现了作者跨越古今的想象力和探索精神。这里你可以倾听史铁生艾略特博尔赫斯的人生感言,也可以一睹郭守敬惠更斯、居里兄弟的发明创造。书中提及多位古往今来跨领域取得杰出成就的科学人物,比如陈之藩薛定谔西摩·本泽,尤其浓墨重彩地介绍了:

科学怪兽庞加莱,这位19世纪的法国人,精通数学、物理、天文、矿业和非线形动力学,被公认为是“继高斯之后对于数学及其应用具有全面知识的最后数学家”。

昂利·庞加莱

翩翩才俊祖冲之南北朝时期的数学家,他的贡献可不单单是圆周率的小数点后7位哦。他常年坚持亲自观测和计算,第一次从严格的数学意义上推导出冬至点的观测方法,在没有计算机的时代,把一年的长度精确计算到误差仅几十秒,并在此基础上编制了《大明历》。

祖冲之纪念银币

音律高人朱载堉明朝嘉靖年间的王府太子。他发明的十二平均律第一次系统解决了东西方两千年来三分损益法和五度相生法音律不能自由转调的难题。通过把2开了12次方,将八度音程精确计算到小数点后24位!

音律高人朱载堉

这些科学名家普遍专精而又博学。庞加莱、祖冲之、朱载堉无一例外地精通天文和数学。祖冲之善于天文观测、调试仪器、制造机械,曾设计了铜质机件传动的指南车和水力推动的石磨。朱载堉自己制作了编管、排箫、笛、笙、琴瑟、钟磬等乐器,自己谱曲、写诗、记录各种舞蹈动作,还测定了水银的密度以及北京地区的地磁偏角。为了精算八度音程,他还专门制造了当时世界上最大的81列算珠的算盘,打得噼里啪啦响!

朱载堉创造的81列算珠的大算盘,用来给根号2开12次方

除了多才多艺之外,他们独立思考、艰苦求索的人生故事,令人印象深刻。以庞加莱为例,当时的瑞典国王奥斯卡二世担心小行星某天会撞击地球,希望把天体物理问题转化为数学方程来求解,为此悬赏重金2500瑞典克朗。当时计算机尚未发明,为解决庞大的运算难题,庞加莱发明了常微分方程的定性定理,最终获得了大奖。但就在论文发表的前夕,他发现自己构建的模型仍然无法百分百地预测出三个星体中每个星体的轨迹,总是有那么一点误差。为此他把已经印好的论文销毁,自己掏了这笔印刷费用。

80多年后,气象学家洛伦兹(Edward Lorenz)在计算机的帮助下,重新发现了庞加莱当年面临的问题,他意识到这是一个全新的现象,并将其命名为混沌系统。混沌系统对于初始值非常敏感,而且无法精确预测。天气系统就是一种混沌系统,故有“巴西的一只蝴蝶扇动翅膀会引发得克萨斯的飓风”之说。

混沌系统的运动轨迹,非常像蝴蝶的双翼

又如朱载堉,虽然出身王公贵族,十五岁那年因父亲郑王被剥夺王位、贬为庶人,他从锦衣玉食的生活一落千丈,独自幽居土屋17年。在巨大的打击面前他并没有一蹶不振,而是埋头遍览历代天文历法、律书、乐书。他发现沿用了数千年的三分损益法无法实现音调完美返宫的目的,决心重新寻找办法,最终创立了十二平均律(又称十二等程律),传入欧洲后引起了巨大的革命。在功成名就之际,他却让出了本应该世袭的爵位,甘愿迁出王府,过平凡淡泊的布衣生活。

十二平均律(十二等程律)

知识渊博、爱好广泛、诚挚谦虚、不盲目信古而疑今,是这些伟大人物之所以千古流芳的品格。这也是《时间之问》推崇的科学精神:

“一个优秀的科学家留给我们的不仅仅是一些定律、公式,而是一种精神,甚至是一种哲学思想——自知无知。”

同样,作者汪波在谈及《时间之问》的成书经历时也写到:

“在写作的过程中,我感受最多的不是知识的累积,而是我在无穷知识面前的无知。我切身体会到,累积的知识不是智慧,而从累积的见解中摆脱出来,才是智慧。” 


3.通识教育

《时间之问》带给人的另一个可贵之处,在于它充分践行了现代大学倡导的“通识教育”精神。

现代社会专业分工日益细密,知识被严重割裂,大多数科研工作者终其一生只在自己的一亩三分地上独自耕耘,各不相同的系科和专业之间老死不相往来。而通识教育旨在培养出能独立思考、对不同学科都有认识、且能将不同的知识融会贯通的社会公民。

马尔库塞的《单向度的人》,指出发达工业社会是如何成功地压制了人们内心中的否定性、批判性、超越性,丧失了自由和创造力

通识教育发轫于美国20世纪初。

1934年,发生在芝加哥大学的教育大辩论(Chicago Fight)轰动全美,是美国高等教育史上影响非常深远的辩论。芝加哥大学被看作是美国现代大学的起点。年轻有为的校长哈钦斯(Robert Hutchins)有感于美国大学走入了功利主义、专业主义、唯技术主义、唯市场化的歧途,呼吁大学所有不同科系不同专业之间必须具有共同的精神文化基础,接受共同的教育,从而提出“通识教育”(general education)的主张。只有这种通识教育才能沟通不同专业的人才,从而建立大学所有师生的共同文化语言,更重要的是,只有这种通识教育才能沟通现代与传统、过去与未来,使文明不致断裂

芝加哥大学校长哈钦斯

芝加哥大学由此建立了美国现代研究型大学中最强化通识教育的本科教育体制,本科四年不分专业,全部用于阅读东西方经典原著。虽然现在已经改为本科的前两年通识教育、后两年专业分流,但哈钦斯的努力已经推动了整个美国顶尖大学的通识教育课程,从哥伦比亚到芝加哥,从哈佛到斯坦福,都以不同的课程改革模式采纳了哈钦斯的建议。

21世纪以来,我国的北大、清华、复旦、中山大学也在陆续尝试落实通识教育的课程配置和教学方式。复旦大学于2012年组建了复旦学院(本科生院),全面推行住宿书院制度,接受通识教育核心课程。

《时间之问》打通学科边界、融合人类知识的共同基础,正是通识教育的一次完美示范。书中同样也对我们的文明传统展开了清晰的梳理和深刻的反思。传统文化对于我们现代人有什么意义?在《二十四节气是科学还是文化》一章中,作者总结道:

“地质运动的变化让古老的地层逐渐被新的地层所覆盖,越向下的地层越古老,新的地层是建立在古老的地层上面的,虽然我们看不到古老的地层,但是如果没有它们,地表和上面的建筑就成了空中楼阁。如果没有那些古老的文化传统,我们的现代生活将如浮萍一般飘零,如失根的兰花一样悬浮在空中。”

“我们虽然离传统文化越来越远,视力所及都是新型的文化。可是传统文化并没有消亡,只是从我们的视线里暂时消失而已。传统文化正变为坚实的大地的底层部分,默默地托举着我们……每次过传统节日,就是和这些平时看不到的底层大地的一个约会,它定期提醒我们:我们来自哪里?我们的根延伸到了哪里?”


我们的田野

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祝您阅读愉快!

更多《时间之问》的写作心得,请参看汪波老师本人写的《时间之问的8个时刻》