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大开眼界的意思(迄今为止，科学家已经揭示了多少物质世界的奥秘？)
世界,伽利略,科学大开眼界的意思(迄今为止，科学家已经揭示了多少物质世界的奥秘？)
发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：
托勒密的综合论述是一个杰出的成就，但它有两个缺点。一是它非常复杂，因而看上去十分丑陋。特别是，用来计算行星运动的方法引入了许多纯粹由拟合计算和观测得到的数字，却没有更深刻的指导性原则将它们联系起来。哥白尼（1473—1543）注意到其中某些数字的值可以通过惊人的简单方式相互联系在一起。这些神秘的“巧合的”关系可以用几何来解释，前提是我们假设地球、金星、火星、木星和土星都以太阳为中心旋转（月球进一步围绕地球旋转）。
托勒密的综合论述的第二个缺点更加直接：它就是不精确。第谷·布拉赫（1546—1601）做了类似于今天的“大科学”的工作，设计了精密的仪器，花大量的钱修建了一座天文台，大大提高了对行星位置的观测结果的精确度。新的观测结果与托勒密的预言存在无可置疑的偏差。
约翰内斯·开普勒（1571—1630）想创造一个既简单又精确的行星运动几何模型。他吸收了哥白尼的想法，并对托勒密的模型做出了其他重要技术变革。尤其是，他允许围绕太阳的行星轨道偏离简单的圆形，代之以椭圆形，以太阳为一个焦点。他也允许行星围绕太阳运转的速率随它们与太阳的距离而变化，变化规律是它们在相同时间内扫过相同的面积。经过这些改革之后，这个系统简单多了，也更准确了。
与此同时，把目光转回地球表面，伽利略·伽利雷（1564—1642）仔细研究了简单形式的运动，例如球如何滚下斜面和钟摆如何摆动。这些对位置和时间计数的平凡研究看起来似乎完全不足以解决世界如何运行的宏大问题。对于伽利略那些关注宏大哲学问题的大多数学术同僚而言，这些问题看起来当然微不足道。但是伽利略渴望建立一种理解世界的新方式。他想要精确地理解某件事，而不是模糊地理解所有事。他要寻找确切的数学公式，以完全描述他平凡的观察结果，而他最终也找到了。
解释所有的自然规律是一个过于艰难的任务
艾萨克·牛顿（1643—1727）将开普勒的行星运动几何学与伽利略对地球上运动的动力学描述结合在了一起。他证明开普勒的行星运动理论和伽利略的特殊运动理论都可以被理解为某种一般定律的特殊情况，这些一般定律适用于任何时间、任何地点的所有物体。这些一般定律现在被我们称为经典力学的牛顿理论，它不断取得成功，如解释了地球潮汐、预测了彗星轨迹，以及创造了新的工程奇迹。
牛顿的工作令人信服地表明，我们可以通过详细研究简单情形来解决宏大问题。牛顿将这个方法称为分析和综合。它是科学的激进的保守主义的原型。
这是牛顿自己对这个方法的看法：
在自然哲学里，和数学一样，用分析方法研究困难的事物，应当总是先于综合的方法。这种分析包括做实验和观察，并用归纳法从中引出普遍结论……用这样的分析方法，我们就可以将复合物拆解为各个成分，从运动追溯到产生运动的力；一般地说，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直到论证终结于最普遍的情况。这就是分析的方法。而综合的方法则假定原因已经找到，并且已被确立为原则，再用这些原则去解释此前出现的现象，并证明这些解释。
在我们介绍完牛顿之前，似乎适合再加上另一段引文，这段引文反映了牛顿与他的前辈伽利略和开普勒，以及与所有我们这些追随他们脚步的人之间的亲缘关系：
对任何一个人甚至任何一个时代，要解释所有的自然规律都是一个过于艰难的任务。所以最好做一点儿精确的工作，然后将剩下的留给后人。
电影《万物理论》（2014）剧照。
现代信息科学的先锋之一约翰·R.皮尔斯（John R. Pierce）有一段时间上更为新近的引文，漂亮地抓住了现代科学对世界的理解方式与所有其他方法之间的明显差异：
我们要求我们的理论能解释非常广泛的现象，且在细节上都和谐一致。我们还坚持让它们为我们提供有用的指引，而不仅仅是把观察到的现象合理化。
皮尔斯深刻地意识到，提高这方面的标准要付出痛苦的代价。它意味着我们丧失了天真。“我们永远无法像希腊哲学家那样理解自然了……我们知道得太多了。”我认为，这个代价也不算太高。无论如何，开弓没有回头箭。
科学所揭示的物理世界的范围，需要“重生”才能发现
不管是可见的宇宙还是人类的大脑，当我们说某种东西很大的时候，我们得问问：相较于何物？最自然的参照便是人类日常生活的范围，这是我们自孩提时便建立的第一个世界模型的背景。而由科学所揭示的物理世界的范围，则需要我们“重生”才能发现。
电影《爱因斯坦与爱丁顿》（2008）剧照。
按照日常生活的标准，外在的世界浩瀚无垠。如果我们在晴朗的晚上仰望繁星点点的夜空，便能直觉到这种外在的丰富。我们无须做任何细致的分析，便能感到宇宙之大远远超越了我们人类的身体以及可能旅行的距离。科学的理解不仅支持这种旷巨之感，而且进一步扩展了它。
世界的这个尺度会让人感到不知所措。法国数学家、物理学家和宗教哲学家布莱兹·帕斯卡（1623—1662）便心怀此念并深受折磨。他写道：“宇宙通过空间囊括了我，吞没了我，使我犹如一个原子。”
这种类似于“寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟”的哀思是文学、哲学和神学中普遍的主题，它们出现在许多祷词和圣歌中。当我们用尺寸来衡量的时候，这种哀思是人类对自身之于宇宙微不足道的自然反应。
然而尺寸并非全部。我们内在的丰富虽然不那么显而易见，但其深邃渊博较之于外在丝毫不逊。我们从另一个极端自下而上地思考事物，便会发现这一点。微观世界有无垠的空间。在所有事关紧要之处，我们非常之大。
我们小学就学过，物质的基本结构单元是原子和分子。从这些单元来看，一个人的身体是巨大的。一个人的身体里包含的原子数量大概是1028个——1后面跟了28 个0：10 000 000 000 000 000 000 000 000 000。
这个数字远远超过了我们可以设想的范围。我们可以将其命名为“穰”，然后经过一些教学和练习，我们可以学会用它来计算。不过，由于我们绝无可能数到这么大的数，它便压倒了我们基于日常经验的直觉。设想如此多个点远远超出了我们大脑的承载能力。
在明朗无月的夜晚，我们裸眼可见的恒星数量最多也就几千颗。而另一方面，我们体内的原子总数有“一穰”，大概是整个可见宇宙中恒星数量的一百万倍。在这个非常具体的意义上， 可以说有一个宇宙栖居于我们内部。
伟大的美国诗人沃尔特·惠特曼（1819—1892）本能地觉察到了我们内在之大。在他的《自我之歌》中，他写道：“我心胸宽广，包罗万象。”惠特曼对内在之丰富的欢乐赞颂与帕斯卡对宇宙的羡慕一样，都基于客观事实，但前者与我们的实际体验更息息相关。
世界很大，但我们并不小。更准确地说，无论尺度放大还是缩小，都存在丰富的空间。我们不应该仅仅因为宇宙之大就羡慕它。我们亦很大。确切来说，我们大到足以将整个外在宇宙置于思维之中。帕斯卡也从这种洞见中获得了宽慰。在他发出“宇宙通过空间囊括了我，吞没了我，使我犹如一个原子”的哀叹之后，他自我安慰地写道：“通过思想，我囊括了整个宇宙。”
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