序言

為什么我們選擇伽利略的手指呢？因為伽利略標(biāo)志著科學(xué)史上的一個轉(zhuǎn)折點，即從那時起科學(xué)探索開始朝著一個新的方向轉(zhuǎn)變，而科學(xué)家們當(dāng)然，這個詞用來指代當(dāng)時的研究者其實并不恰當(dāng)則從先前的搖椅式空想中解脫出來，并對先前囿于權(quán)威的各種探求世界本質(zhì)的方法的有效性提出質(zhì)疑，從而在通往現(xiàn)代科學(xué)的道路上邁出了蹣跚的第一步。在此過程中他們摒棄了沒有實證的所謂權(quán)威，但他們并沒有完全放棄那些不著邊際的猜想和內(nèi)心沉思，而使其與可公開驗證的實驗觀察方法進(jìn)行有機的結(jié)合，并共同鑄就了一個新興的、強有力的聯(lián)合體系。上述體系所體現(xiàn)的伽利略的思想已染指目前的所有科學(xué)領(lǐng)域：在首先激發(fā)出這種思想的物理學(xué)中可以看到，在19世紀(jì)初的化學(xué)中也開始顯現(xiàn)，同樣在生物學(xué)中也可以看到它的身影，尤其在19世紀(jì)和20世紀(jì)，生物學(xué)已不僅僅是一門展示大千奇觀的學(xué)科的時候。

簡而言之，本書贊揚了伽利略的具有象征意義的手指在揭示真理方面的有效性。盡管其生理意義上的手指被收藏在博物館里，但是伽利略的實證技巧卻傳了下來并且發(fā)揚光大，這也透射出了個人的短暫存在與知識的永恒不滅這一道理。因此，伽利略的手指代表了具有科學(xué)性的方法這個模糊的概念。他不是唯一的或第一個提出這種獲取新知方法的人，但是他是歷史上提出這種實證思想的舉足輕重的人，因此把他作為實證思想的代言人也在情理之中。這種可以探索真理的神奇有效的方法中的一個方面就是強調(diào)了實驗的核心性，從而將真正的科學(xué)與其主要對手即那些令人印象深刻但也是極其無用的空想的表述劃清了界限。深入研究領(lǐng)域并在嚴(yán)格控制條件的情況下所做的實驗觀察極大地避免了我們認(rèn)識的主觀性，并且在原則上使得實驗觀察可以面對大眾的監(jiān)督。

伽利略還發(fā)展了科學(xué)簡化法，即將問題的本質(zhì)剝離出來的方法，其思想之光穿透了在現(xiàn)實事件中籠罩在事物本質(zhì)上面的烏云。這種對復(fù)雜問題的簡化處理，即從復(fù)雜性中看到了簡單性，恰恰像伽利略通過他自制的望遠(yuǎn)鏡從簡單的天穹中看到其復(fù)雜性一樣。他把在泥濘中前行的吱嘎作響的小車（具體的現(xiàn)實生活事件）放在一邊，取而代之的是研究從斜面上滾下的小球（抽象的一般的事件）這種簡單的狀態(tài)，或是從高點落下的鐘擺的擺動狀態(tài)。從現(xiàn)實中喧囂和雜亂無章的事件中剝離出事物的一般本質(zhì)是科學(xué)方法的關(guān)鍵部分�？茖W(xué)家往往能夠從牡蠣中發(fā)現(xiàn)珍珠，從皇冠中發(fā)現(xiàn)寶石。

當(dāng)然有些人認(rèn)為這種簡化法存在缺陷。他們宣稱，真正的認(rèn)識來源于對喧囂的現(xiàn)實事件的深入理解，比如小車的停滯不前，情人悲傷，云雀沖天等，并且認(rèn)為科學(xué)家們將蝴蝶作為對象去研究其機制是對認(rèn)識的抹殺。這種異議雖然不太合理，不過我們應(yīng)正確地看待它，而不能將其完全拋棄。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，作為人，情感只是我們與周圍世界發(fā)生互動的一個極其重要的因素，而只有少數(shù)科學(xué)家認(rèn)為這種 情感因素是發(fā)現(xiàn)真理的可靠途徑。他們喜歡解析令人驚愕的復(fù)雜性問題，通過將問題化整為零，然后再重新組合起來，盡可能去逐步深入地獲得理解。他們通過研究斜面上小球的運動來獲得對山坡上的小車的運動的理解；通過研究鐘擺運動來更好地理解運動員腿部的擺動機理。反對者則對這種研究方法提出質(zhì)疑，他們疾呼，對聲音振動的物理學(xué)理解并不能闡明音樂的美感，且將一曲交響樂分割為一組單個的音符會破壞對其完整性的理解。

科學(xué)家則回應(yīng)，我們首先應(yīng)該理解單個音符的本質(zhì)，然后再去理解為什么有些和音令人愉悅，有些則如夢魘，而后可能用不了多長時間 再嘗試著去理解一段樂曲所產(chǎn)生的心理和藝術(shù)效應(yīng)。科學(xué)的目標(biāo)是獲得對事物本質(zhì)及其發(fā)展規(guī)律的詳盡的認(rèn)識，當(dāng)然科學(xué)家們也從不會忘記追求這個終極目標(biāo)，更不會因為失去耐心而半途而廢。至于科學(xué)家們是否明白我們認(rèn)識世界身心與共的快樂，是否理解哲學(xué)家、藝術(shù)家、預(yù)言家以及神學(xué)家各自領(lǐng)域的重大問題，都是無關(guān)緊要的，我們只知道伽利略改進(jìn)的簡化方法非常重要。

說到偉大的思想，我想它應(yīng)該是一種內(nèi)含和外延皆極其豐富的簡單概念，它好比橡子，能生長成枝繁葉茂的可用之材；它又如蜘蛛，能通過來回盤旋織成大網(wǎng)然后享用盛宴�？傊�，思想能夠產(chǎn)生理論，從而可以闡釋事物的本質(zhì)及其發(fā)展規(guī)律，同樣它也能夠用于指導(dǎo)實踐。

科學(xué)史上存在諸多璀璨的思想，但我們不能奢望對其一一進(jìn)行3 探討，因此在這里我不得不有所選擇。毫無疑問，其他人或許可以選擇別的超級蜘蛛來獲取科學(xué)思想中的其他肉肥味美的獵物，但 本書所羅列的就是我的選擇。

我的關(guān)注點集中于科學(xué)思想而非實際應(yīng)用。我只寫了很少一部分有關(guān)黑洞和星際旅行的東西，而且?guī)缀鯖]有寫除了在經(jīng)過認(rèn)真考慮后的結(jié)語中諸如我們正處于信息技術(shù)和計算科學(xué)大行其道的年代中，正經(jīng)歷著科技對生活的巨大推動這種程式化的敘述。我的目的是理出能夠為技術(shù)進(jìn)步指明方向，或在大多數(shù)情況下能夠為技術(shù)的進(jìn)步提供理論基礎(chǔ)的那些思想。繼承了伽利略學(xué)術(shù)思想的想象力豐富的科學(xué)家弗里曼·戴森，將理論驅(qū)動型科學(xué)與技術(shù)驅(qū)動型科學(xué)作了區(qū)分。

我所考慮的幾乎都是理論驅(qū)動型科學(xué)。在上述分類中，戴森呼應(yīng)了另外一個著名的思想家弗朗西斯·培根。培根把思想分為兩種：一種是 fructifera，即帶來果實的使者（引申為面向?qū)嵺`）；另一種為 lucifera，即帶來光明的使者（引申為啟迪智慧）。我則專注于后者。對于分子生物學(xué)和DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，到底是 lucifera還是fructifera，是理論驅(qū)動型科學(xué)還是技術(shù)驅(qū)動型科學(xué)，以及是否應(yīng)該將其納入本書的講述范圍尚存在爭論。不過在上述每種情況中我傾向于選擇前者，因為在生物學(xué)領(lǐng)域中，沒有任何發(fā)現(xiàn)能夠像DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)那樣極大地拓展了我們對生物學(xué)的理解和應(yīng)用，因此把它排除在外無疑是十分荒謬的。也許將 lucifera和fructifera完全割裂開來是不切實際的，在分子生物學(xué)中我們將會看到 lucifera和fructifera在盛況空前的科學(xué)體系中的完美融合。

科學(xué)闡釋不同于小說閱讀，因為小說中的事件往往是以簡單的線性方式展開的。要理解一個科學(xué)思想，你首先應(yīng)該快讀一遍，跳過文中那些較難理解或太乏味（但愿本書不會如此）的部分。誠然，盡管我認(rèn)為文章的鋪展有其正常的順序，比如從晦澀迷離的基礎(chǔ)原理開始，逐步攀升而看到熟悉事物的曙光；或者由熟悉的事物開始挖掘而揭開更深層次的原理（我采用后一種敘述方式），但是由于本書各章之間或多或少是相對獨立的，因此讀者可以按照任意順序去閱讀。

還需要謹(jǐn)記一點：科學(xué)方法的抽象化塑造了現(xiàn)代科學(xué)。抽象化是伽利略手指的另一個重要方面，我們應(yīng)該對其在現(xiàn)代科學(xué)中扮演的角色及其重要性有所覺察。首先，抽象法并不意味著沒有價值，事實上它能夠產(chǎn)生巨大的實際效應(yīng)，因為它可以指出我們原本意想不到的現(xiàn)象之間的聯(lián)系，并且使源于某個領(lǐng)域的思想可以舉一反三地應(yīng)用4 到其他領(lǐng)域中去。最重要的是，抽象法使我們能夠站在一系列實驗觀察的結(jié)果背后，以一個更廣闊的的視角來看待它們。科學(xué)史上或閱讀科學(xué)史時，一個最令人贊嘆的我發(fā)現(xiàn)了！時刻是一種類似科特斯（Cortez-like）的體驗，即發(fā)現(xiàn)一些海洋能夠合并為統(tǒng)一的整體，并由此認(rèn)識到先前看起來不同的現(xiàn)象之間所存在的內(nèi)在聯(lián)系。我的目的是帶領(lǐng)本書讀者攀上科學(xué)的制高點，去領(lǐng)略令人快慰的科學(xué)思想的融合，并且隨著旅行的深入，我們將逐步揭開更偉大的抽象性，并體會其中的樂趣。因此，我將從猴子和豌豆開始敘述，然后是原子，再過渡到對稱美，而后是時空，最后在對數(shù)學(xué)那種令人敬畏的抽象性的頌歌中達(dá)到高潮。如果你是按照章節(jié)的編排順序進(jìn)行閱讀的話，那么你就會發(fā)現(xiàn)你對已讀部分的理解逐章深入。

我們即將啟程踏上充滿挑戰(zhàn)但同時會帶給你深深的滿足感的奇妙科學(xué)旅程�？茖W(xué)是文藝復(fù)興精神的典范，而文藝復(fù)興是對人類靈魂解放和貌似微不足道的人類大腦的思想力量的極好的注解。我期待著能夠隨著這趟旅程，小心翼翼地引領(lǐng)讀者到達(dá)認(rèn)識的極致，屆時你將會感受到只有科學(xué)才能帶給你啟迪的無窮樂趣。