談到國內出版的科普讀物,話題陳舊單一是老毛病了。時間簡史、量子力學長年霸占暢銷書排行榜前列,且榜上十之七八都是翻譯引進的外版書,知名原創作者除了曹天元、李淼、汪詰、菠蘿、張辰亮之外乏善可陳。
不過,黑馬來了。
2019年初,汪波老師的科普作品《時間之問》,有望為沉悶的原創科普出版,增添一抹獨一無二的亮色。
汪波,早年留學于法國,微電子學博士畢業,現任教于北京大學深圳研究生院,研究集成電路。時鐘電路是他日常工作打交道的對象。然而與一般人印象中沉悶的“理工男”不同,他的思維,既具東方文化的靈動與含蓄,又有西方文化的抽象與精確。《時間之問》中的很多真知灼見,無不體現出他扎實深厚的人文底蘊和嚴謹理性的科學精神。
1.以“問題”為中心的寫作方式
《時間之問》創造性地采用以“問題”為中心的跨學科模式,打破了以單一學科為中心、講述學科發展史的縱向寫作方法,在國內科普作品中十分少見。
作者從“時間是什么”這個基本問題出發,開啟了天馬行空的想象。
——時間是現在嗎?“此時此刻”是否存在?
——時間是過去嗎?萬物的開始和源頭為何捉摸不定?
——時間是未來嗎?未來為什么難以預測?
很多學科里都有“時間”的影子,時間對于它們意味著什么?學科之間有著怎樣的關聯?
跟隨著作者思考的腳步,讀者仿佛踏入了金碧輝煌的科學殿堂,穿過一間又一間裝滿了思想寶藏的大廳,主題是:節氣、歷法、數學、機械、音樂、時鐘、生物學……精妙絕倫的科學成就與震古爍今的科學名家,如同琳瑯滿目的珍寶,令人目不暇接:
——四季輪回、日月盈仄,頭頂的星空令人類對宇宙充滿敬畏,并發明了節氣和歷法與之呼應。
——為了更好地推算天象,中國古人發展了數學,發明了閏月和閏年的計算。
——為了更好地預測天體在星空中的位置,兩千多年前的古希臘人創造了精密的安提基特拉機械。
——中國古人用音樂祭祀上天,注重音律的和諧。為了實現完美的轉調與返宮,明太子朱載堉創造了十二平均律,現已成為全世界通用的音律體系。
——為了在航海時準確測量經度,英國木匠之子哈里森發明了輕便的鐘表,解決了影響無數船只和海員的命運的難題。
——為了適應地球的晝夜節律,從細菌、含羞草到人類,在億萬年間都形成了自己的生物鐘。
作者用“時間”這條主線,有條不紊地將主題各異的版塊編織在一起,構成了一個圓滿的時間全景圖:
年輪是時間的刻度——宇宙星體周而復始地回歸;
數學是時間的語言——人類通過精確的測量和計算,發明了歷法和節氣與季節的輪回相呼應;
星空是時間的指針——古希臘人用齒輪機械來預測天體在天空中的周期性回歸和位置;
音樂是時間的奏鳴——音符的自由轉調與完美回歸令人與天地和諧感應;
嘀嗒是時間的腳步——擺鐘、石英鐘乃至原子鐘,都嚴格遵循物體自身固有的振動節拍回歸;
生命是時間的脈動——生物鐘的回歸與地球自轉的周期完美呼應……
時間的六塊拼圖,為萬事萬物編制了巧妙的索引,也對前人不斷探索的問題作出了新的思考和回答。
2.百科全書式人物
《時間之問》話題涉獵極廣,書名副標題“從文學音樂到數理萬物”充分體現了作者跨越古今的想象力和探索精神。這里你可以傾聽史鐵生、艾略特、博爾赫斯的人生感言,也可以一睹郭守敬、惠更斯、居里兄弟的發明創造。書中提及多位古往今來跨領域取得杰出成就的科學人物,比如陳之藩、薛定諤、西摩·本澤,尤其濃墨重彩地介紹了:
科學怪獸龐加萊,這位19世紀的法國人,精通數學、物理、天文、礦業和非線形動力學,被公認為是“繼高斯之后對于數學及其應用具有全面知識的最后數學家”。
翩翩才俊祖沖之,南北朝時期的數學家,他的貢獻可不單單是圓周率的小數點后7位哦。他常年堅持親自觀測和計算,第一次從嚴格的數學意義上推導出冬至點的觀測方法,在沒有計算機的時代,把一年的長度精確計算到誤差僅幾十秒,并在此基礎上編制了《大明歷》。
音律高人朱載堉,明朝嘉靖年間的王府太子。他發明的十二平均律第一次系統解決了東西方兩千年來三分損益法和五度相生法音律不能自由轉調的難題。通過把2開了12次方,將八度音程精確計算到小數點后24位!
這些科學名家普遍專精而又博學。龐加萊、祖沖之、朱載堉無一例外地精通天文和數學。祖沖之善于天文觀測、調試儀器、制造機械,曾設計了銅質機件傳動的指南車和水力推動的石磨。朱載堉自己制作了編管、排簫、笛、笙、琴瑟、鐘磬等樂器,自己譜曲、寫詩、記錄各種舞蹈動作,還測定了水銀的密度以及北京地區的地磁偏角。為了精算八度音程,他還專門制造了當時世界上最大的81列算珠的算盤,打得噼里啪啦響!
除了多才多藝之外,他們獨立思考、艱苦求索的人生故事,令人印象深刻。以龐加萊為例,當時的瑞典國王奧斯卡二世擔心小行星某天會撞擊地球,希望把天體物理問題轉化為數學方程來求解,為此懸賞重金2500瑞典克朗。當時計算機尚未發明,為解決龐大的運算難題,龐加萊發明了常微分方程的定性定理,最終獲得了大獎。但就在論文發表的前夕,他發現自己構建的模型仍然無法百分百地預測出三個星體中每個星體的軌跡,總是有那么一點誤差。為此他把已經印好的論文銷毀,自己掏了這筆印刷費用。
80多年后,氣象學家洛倫茲(Edward Lorenz)在計算機的幫助下,重新發現了龐加萊當年面臨的問題,他意識到這是一個全新的現象,并將其命名為混沌系統。混沌系統對于初始值非常敏感,而且無法精確預測。天氣系統就是一種混沌系統,故有“巴西的一只蝴蝶扇動翅膀會引發得克薩斯的颶風”之說。
又如朱載堉,雖然出身王公貴族,十五歲那年因父親鄭王被剝奪王位、貶為庶人,他從錦衣玉食的生活一落千丈,獨自幽居土屋17年。在巨大的打擊面前他并沒有一蹶不振,而是埋頭遍覽歷代天文歷法、律書、樂書。他發現沿用了數千年的三分損益法無法實現音調完美返宮的目的,決心重新尋找辦法,最終創立了十二平均律(又稱十二等程律),傳入歐洲后引起了巨大的革命。在功成名就之際,他卻讓出了本應該世襲的爵位,甘愿遷出王府,過平凡淡泊的布衣生活。
知識淵博、愛好廣泛、誠摯謙虛、不盲目信古而疑今,是這些偉大人物之所以千古流芳的品格。這也是《時間之問》推崇的科學精神:
“一個優秀的科學家留給我們的不僅僅是一些定律、公式,而是一種精神,甚至是一種哲學思想——自知無知。”
同樣,作者汪波在談及《時間之問》的成書經歷時也寫到:
“在寫作的過程中,我感受最多的不是知識的累積,而是我在無窮知識面前的無知。我切身體會到,累積的知識不是智慧,而從累積的見解中擺脫出來,才是智慧。”?
3.通識教育
《時間之問》帶給人的另一個可貴之處,在于它充分踐行了現代大學倡導的“通識教育”精神。
現代社會專業分工日益細密,知識被嚴重割裂,大多數科研工作者終其一生只在自己的一畝三分地上獨自耕耘,各不相同的系科和專業之間老死不相往來。而通識教育旨在培養出能獨立思考、對不同學科都有認識、且能將不同的知識融會貫通的社會公民。
通識教育發軔于美國20世紀初。
1934年,發生在芝加哥大學的教育大辯論(Chicago Fight)轟動全美,是美國高等教育史上影響非常深遠的辯論。芝加哥大學被看作是美國現代大學的起點。年輕有為的校長哈欽斯(Robert Hutchins)有感于美國大學走入了功利主義、專業主義、唯技術主義、唯市場化的歧途,呼吁大學所有不同科系不同專業之間必須具有共同的精神文化基礎,接受共同的教育,從而提出“通識教育”(general education)的主張。只有這種通識教育才能溝通不同專業的人才,從而建立大學所有師生的共同文化語言,更重要的是,只有這種通識教育才能溝通現代與傳統、過去與未來,使文明不致斷裂。
芝加哥大學由此建立了美國現代研究型大學中最強化通識教育的本科教育體制,本科四年不分專業,全部用于閱讀東西方經典原著。雖然現在已經改為本科的前兩年通識教育、后兩年專業分流,但哈欽斯的努力已經推動了整個美國頂尖大學的通識教育課程,從哥倫比亞到芝加哥,從哈佛到斯坦福,都以不同的課程改革模式采納了哈欽斯的建議。
21世紀以來,我國的北大、清華、復旦、中山大學也在陸續嘗試落實通識教育的課程配置和教學方式。復旦大學于2012年組建了復旦學院(本科生院),全面推行住宿書院制度,接受通識教育核心課程。
《時間之問》打通學科邊界、融合人類知識的共同基礎,正是通識教育的一次完美示范。書中同樣也對我們的文明傳統展開了清晰的梳理和深刻的反思。傳統文化對于我們現代人有什么意義?在《二十四節氣是科學還是文化》一章中,作者總結道:
“地質運動的變化讓古老的地層逐漸被新的地層所覆蓋,越向下的地層越古老,新的地層是建立在古老的地層上面的,雖然我們看不到古老的地層,但是如果沒有它們,地表和上面的建筑就成了空中樓閣。如果沒有那些古老的文化傳統,我們的現代生活將如浮萍一般飄零,如失根的蘭花一樣懸浮在空中。”
“我們雖然離傳統文化越來越遠,視力所及都是新型的文化。可是傳統文化并沒有消亡,只是從我們的視線里暫時消失而已。傳統文化正變為堅實的大地的底層部分,默默地托舉著我們……每次過傳統節日,就是和這些平時看不到的底層大地的一個約會,它定期提醒我們:我們來自哪里?我們的根延伸到了哪里?”
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祝您閱讀愉快!
更多《時間之問》的寫作心得,請參看汪波老師本人寫的《時間之問的8個時刻》。