前 ?言
1687年，牛頓發(fā)表了千年偉著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Philosophi? Naturalis Principia Mathematica,簡稱Principia)，點燃了人類科學(xué)認識宇宙的曙光。Principia奠基了牛頓力學(xué)的運動方程，提出了萬有引力，發(fā)明了微積分。
2016年初，著名物理學(xué)家、斯坦福大學(xué)物理系教授張首晟收到了一份姍姍來遲的、特殊的圣誕禮物——1729年出版的英文首版Principia。這是迄今在古藏書市面上唯見的一本，收藏在英國倫敦的著名古藏書店P(guān)eter Harrington。
是夜，張首晟親手翻開牛頓首版Principia的千年偉著，深感斯人已去，英魂長存，每句每辭，都在喚醒自己少年時代的夢想。他手按Principia莊嚴立志，一生將為追求大統(tǒng)一的萬物理論而貢獻。
文 |?張首晟（斯坦福大學(xué)物理系教授、美國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院外籍院士）
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了解我的朋友都知道我最不歡喜禮品，總覺得物質(zhì)生活越簡單越好。所以每逢圣誕佳節(jié)，天倫之樂，卻面對一大堆禮品而深感困惑。但2015年的圣誕禮物，卻使我喜出望外，夢寐以求。期待到今天，這份厚禮終于送到了家。
1687年，牛頓發(fā)表了千年偉著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Philosophi? Naturalis Principia Mathematica,簡稱Principia)，點燃了人類科學(xué)認識宇宙的曙光。Principia奠基了牛頓力學(xué)的運動方程，提出了萬有引力，發(fā)明了微積分。
在牛頓的宇宙觀中，天地合一。地上的蘋果，天上的行星，都滿足簡單而普世的科學(xué)原理。對宇宙理性的認識，啟發(fā)了人們對人類社會理性的渴望。
伏爾泰從法國被流放到英國期間，參加了牛頓的葬禮，他首次告訴了世人牛頓蘋果的故事。伏爾泰的靈感女神是Emilie du Chatelet侯爵夫人，是啟蒙時期的一代才女,天生麗質(zhì)。她親筆翻譯了Principia的法文首版,直用至今。
伏爾泰深受牛頓Principia的啟發(fā)，從天地合一到天人合一，從自然定律到社會法律，點燃了啟蒙運動火種，燃燒著整個歐洲大陸。美國建國的理念，乃是啟蒙運動的產(chǎn)物。所以牛頓的Principia不愧是人類文明的第一書！
1687年出版的Principia是拉丁文首版，目前早已在古藏書市上難尋蹤跡了。Principia的英文首版于1729年出版，仍保持原版裝訂的，在古藏書市面上也唯見一本了，收藏在英國倫敦的著名古藏書店P(guān)eter Harrington。2015年的圣誕節(jié)，黃曉捷先生放棄了與家人的天倫之樂，千里迢迢，來到斯坦福大學(xué)贈予我這份厚禮，使我喜出望外。牛頓出生于圣誕節(jié)，加深了這份厚禮的歷史意義。一代企業(yè)家的科學(xué)情懷，使我深深感動！經(jīng)過與Peter Harrington古藏書店的多次聯(lián)絡(luò)，Principia的英文原裝首版終于送到了我家。輕輕打開了287年前Principia的精裝版，字體猶新，精圖釋意，仿佛牛頓的親筆，正用靈魂在召喚著我，不知不覺地已經(jīng)讀到了深夜。
Principia中牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力，開創(chuàng)了人類科學(xué)啟蒙的起點。但它至今依然是深藏不測的大謎，引力本質(zhì)的認識，也許是萬物理論(Theory of Everything)的終點。我們可以將基礎(chǔ)科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)，萬有引力、相對論與量子力學(xué)用三個宇宙基本常數(shù)（Fundamental Constant of Nature）來描寫，分別就是：G，牛頓萬有引力常數(shù)；?，量子力學(xué)的普朗克常數(shù)；與c，愛因斯坦相對論提出永恒不變的光速。
G出現(xiàn)在牛頓萬有引力公式中：
?出現(xiàn)在粒子能量與波動頻率的普朗克公式中：
而光速c出現(xiàn)在愛因斯坦質(zhì)能等價公式中:
把這三個基本常數(shù) (G,?, c) 定為三個坐標軸，我們可以得到一個神秘的魔方：
坐標原點是用經(jīng)典力學(xué)描寫的原子微觀世界。在原子的尺度，引力不重要，可設(shè)G=0。電子的速度遠小于光速，可設(shè)c=0。經(jīng)典力學(xué)沒有量子效應(yīng)可設(shè)?=0。 從原點出發(fā)沿G軸前進，我們來到牛頓萬有引力的宏觀世界。沿?軸往上，我們步入量子物理描寫的微觀世界。沿c軸追近光速，我們進入了愛因斯坦相對論的時空。
在這三個偉大發(fā)現(xiàn)之后，人類求知的焦點，就是把這三個宏觀宇宙，微觀世界與光速時空統(tǒng)一起來。愛因斯坦統(tǒng)一了萬有引力與狹義相對論(G,c)，發(fā)現(xiàn)了廣義相對論并預(yù)言了引力波。狄拉克統(tǒng)一了狹義相對論與量子力學(xué)(?,c)，并預(yù)言了反粒子。
牛頓與萊布尼茲獨立發(fā)明了微積分。萊布尼茲在發(fā)明二進制時，深受中國古代文明易經(jīng)八卦圖的啟發(fā)。由于23=8，我們可以把陰陽對應(yīng)于無有，把三爻對應(yīng)于（G, ?, c），三爻陰陽交叉便得八卦，正好相對于神秘魔方的八個頂角。魔方原點對應(yīng)于（無G，無?，無c）的坤象，狹義相對論對應(yīng)于（無G，無?，有c）的震象，等等。這樣大統(tǒng)一萬物理論就對應(yīng)于（有G，有?，有c）的乾象，包容了乾坤萬物。
牛頓是劍橋大學(xué)的講座教授，他的講座席位稱為Lucasian Chair。這著名的講座席位一脈相承于盛名千秋的理論物理學(xué)家麥克斯韋（James Clerk Maxwell)，狄拉克（Paul Dirac）與霍金(Stephen Hawking)。我是狄拉克的忠實粉絲，他是尋美而求真的風(fēng)格大師。
別的理論物理學(xué)家從大量的實驗現(xiàn)象中總結(jié)出優(yōu)美的數(shù)學(xué)方程。而狄拉克卻從至美的數(shù)學(xué)概念出發(fā)，大膽地預(yù)言新的實驗現(xiàn)象。他為了統(tǒng)一狹義相對論與量子力學(xué)(?, c)，從優(yōu)美的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，引進了著名的狄拉克方程，預(yù)言自然界中任何粒子都有反粒子。不久后，正電子就被實驗發(fā)現(xiàn)。
英國倫敦的著名教堂Westminster Abbey埋葬的不僅是列代的帝王將相，還有偉大的科學(xué)家牛頓與狄拉克，地碑上銘刻了著名的狄拉克方程。我于2012年榮獲了狄拉克獎，以我偶像而命名獎?wù)拢俏乙簧粮叩臉s譽。
回到 (G, ?, c)組成的神秘魔方，我們可以看到基礎(chǔ)科學(xué)的空白與目標，正在神秘魔方的頂角。(G, ?, c) 的大統(tǒng)一，將創(chuàng)造人類夢寐以求的萬物理論（Theory of Everything）。這萬物理論是什么，我們尚不知道，但我們能估計在怎樣的長度和能量的量級上才能完成大統(tǒng)一。從以上定義(G, ?, c)的三個公式出發(fā)，我們很容易得到它們的量綱。根據(jù)簡單的量綱分析，我們得到唯一可能的普朗克長度與能量，分別是：
普朗克長度之短，比原子的尺度還小25個數(shù)量級！普朗克能量之高，比現(xiàn)代最高能的加速器還高了15個數(shù)量級！由此可見，要尋找大統(tǒng)一(G, ?, c)的萬物理論是多么的困難，用已知的實驗方法幾乎不可能！
我本科的畢業(yè)論文與博士論文都致力于量子引力，追尋大統(tǒng)一(G, ?, c)的夢想。由于這領(lǐng)域沒有實驗，所以改方向進入了凝聚態(tài)物理的研究。深受牛頓、愛因斯坦、狄拉克的數(shù)學(xué)原理啟發(fā)，尋美而求真，從理論上首先預(yù)言了拓撲絕緣體這個神奇的材料，后被實驗證實。
今夜親手翻開牛頓首版Principia的千年偉著，深感斯人已去，英魂長存，每句每辭，都在喚醒我少年時代的夢想。今夜手按Principia莊嚴而立志，為追求大統(tǒng)一(G, ?, c)的萬物理論而貢獻。填補先賢們留下的空白，是我們這輩學(xué)子們的最神圣使命，也是全人類最崇高的夢想。為實現(xiàn)這個美麗的夢想，我們必須穿越時空，量子糾纏，潛入普朗克長度的萬丈深淵，高攀普朗克能量的奇險頂峰。路漫漫其求修遠兮，吾將上下而求索！
夜半鐘聲，皓月當空。百年孤獨的求知旅程，今有千年P(guān)rincipia的步步相伴。黎明既啟，征途既始，此時此刻，按書立志，賦詩為證：
既然無法抵擋她萬有的吸引，
為何不遨游星際而時時相伴？
既然為量子因果而糾纏綿綿，
為何不心心相印寄在水一方？
既然追不上她永恒不變的步伐，
為何不對鏡賞花以光傳因緣？
既今見英魂長存于行行字跡，
又何懼漫漫征途中淵深峰險？
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