第一章 科学的根源

1.1 探寻世界的成因

主宰宇宙的规律是什么？我们如何获知这些规律？这种认识怎样能帮助我们理解周围的世界并将其导向为我所用？

自人类诞生以来，人们就一直深深困扰于这类问题。最初，人们力图借助日常生活中的经验来理解控制世界的种种力量。他们曾想象存在着控制周围事物的某种东西或某个人，就像他们自己设法操控事物那样。事实上，人们曾认为自身的命运一直为某些外物所左右，这些存在物具有我们所熟悉的人类的各种欲求，例如自尊、性爱、野心、愤怒、恐惧、复仇、激情、惩戒、忠诚甚至艺术气质。相应地，一些自然事件——阳光、雨露、风暴、饥荒、疾病或瘟疫——则被看作是男神或女神们受到这些欲望驱使而表现出的反复无常。而且，除了向神像祈福以外，人们并无其他举措能够影响这些事件的进程。

与此同时，另一些全然不同的自然图式也逐渐发展成型。太阳在天空中运行的精确定位以及这种运动与昼夜更替的确定关系，就是当时人类所认识到的最明显的例子。人们注意到，太阳在恒星天球中的相对定位不仅与季节的交替规律紧密相关，而且对气候有显著影响，并因此影响到植物和动物的行为。月亮的运行似乎也受到严密控制，月相就是由月亮相对于太阳的位置来决定的。人们发现，地球上海陆交界处的潮汐所具有的高度规律性正是由月亮的位置（和月相）控制的。最终，甚至对远为复杂的行星视运动，人们也开始认识到它背后的高度精确性和规律性，从而对行星运动抱有的神秘感也逐渐消失了。看来，如果天上世界确由众神的意志所左右，那么这些天神自身的行为也定然受制于数学定律的魔力。

同样，地上世界的诸般现象，例如温度的日（年）变化、海洋的潮涨潮落以及植物生长等，都由某些规律支配着。这些规律受天上世界的影响，且与主导众神的法则具有相同的数学规则。然而，天上物体与地上行为的这种关系有时会被夸大或者曲解，从而附上一种不恰当的重要性，这就是玄秘的占星术的起源。人们花了好几个世纪才从纯粹的神秘臆测中挣脱出来，并真正科学地认识到天上的世界究竟如何影响到地上的生活。不过，人们最初就知道这种影响确实是存在的，而且支配天上世界的数学法则与地上的事物运行规律是相关的。

地上物体的行为中还有其他一些看似与此无关的规律性，其中之一就是同一区域中所有物体会朝同一方向坠落，其原因是存在着我们今天称之为引力的这么一种作用。物体有时也会从一种状态变到另一种状态，比如冰的融化或盐的溶解，但是其总量看来是永不改变的，这就是质量守恒定律。另外人们注意到，很多物质实体具有一种很重要的性质，即它们能保持自身的形状，由此产生了刚体运动的观念，进而人们才可能用精密、确凿的几何语言——欧几里得三维几何——来理解空间位置关系。后来人们进一步认识到，几何学中的“直线”与光线（或视线）的概念相同。这些观念所具有的精确性和完美性正是强烈吸引先人及今人的根源所在。

然而，尽管数学本身的确代表着某种深刻的真理，但日常生活中，万物运行所蕴含的这种数学上的精准却表现得极为有限甚至乏味。因此，为数学真实性而着魔的古人们常会任由想象力如脱缰野马般随意驰骋。例如，在占星学中，几何图案通常象征着神秘玄妙的力量，五角形和七角形具有某种魔力。而且，人们还在柏拉图正多面体与构成世界的基本元素之间附上了纯属迷信的联系（见图1.1）。好几百年后，人们才对物质、引力、几何、行星运动以及光的行为之间的真实关系有更深的理解，即我们今天所具有的知识。

图1.1 古希腊人对5种柏拉图正多面体和4种基本“元素”（火、气、水和土）之间所做的奇异联想，天上世界由正十二面体表示。