前 言

如果說我看得比別人更遠，那是因為我站在了巨人的肩膀上，伊薩克·牛頓在1676年致羅伯特·胡克的一封信中這樣寫道。盡管牛頓在這里指的是他在光學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，而不是他關(guān)于引力和運動定律的更重要的工作，但這句話仍然不失為一種適當?shù)脑u論科學(xué)乃至整個文明是累積前進的，它的每項進展都建立在已有的成果之上。這就是本書的主題，從尼古拉·哥白尼提出地球繞太陽轉(zhuǎn)的劃時代主張，到愛因斯坦關(guān)于質(zhì)量與能量使時空彎曲的同樣革命性的理論，本書用原始文獻來追溯我們關(guān)于天的圖景的演化歷程。這是一段動人心魄的傳奇之旅，因為無論是哥白尼還是愛因斯坦，都使我們對自己在萬事萬物中的位置的理解發(fā)生了深刻的變化。我們置身于宇宙中心的那種特權(quán)地位已然逝去，永恒和確定性已如往事云煙，絕對的空間和時間也已經(jīng)為多層橡膠片（rubber sheets）所取代了。

難怪這兩種理論都遭到了強烈的反對：哥白尼的理論受到了教廷的干預(yù)，相對論受到了納粹的壓制。我們現(xiàn)在有這樣一種傾向，即把亞里士多德和托勒密關(guān)于太陽繞地球這個中心旋轉(zhuǎn)的較早的世界圖景斥之為幼稚的想法。然而，我們不應(yīng)對此冷嘲熱諷，這種模型決非頭腦簡單的產(chǎn)物。它不僅把亞里士多德關(guān)于地球是一個圓球而非扁平盤子的推論包含在內(nèi)，而且在實現(xiàn)其主要功能，即出于占星術(shù)的目的而預(yù)言天體在天空中的視位置方面也是相當準確的。事實上，在這方面，它足以同1543年哥白尼所提出的地球與行星都繞太陽旋轉(zhuǎn)的異端主張相媲美。

伽利略之所以會認為哥白尼的主張令人信服，并不是因為它與觀測到的行星位置更相符，而是因為它的簡潔和優(yōu)美，與之相對的則是托勒密模型中復(fù)雜的本輪。在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》中，薩爾維阿蒂和沙格列陀這兩個角色都提出了有說服力的論證來支持哥白尼，然而第三個角色辛普里邱卻依然有可能為亞里士多德和托勒密辯護，他堅持認為，實際上是地球處于靜止，太陽繞地球旋轉(zhuǎn)。

直到開普勒的工作，日心模型才變得更加精確起來，之后牛頓賦予了它運動定律，地心圖景這才最終徹底喪失了可信性。這是我們宇宙觀的巨大轉(zhuǎn)變：如果我們不在中心，我們的存在還能有什么重要性嗎？上帝或自然律為什么要在乎從太陽算起的第三塊巖石上（這正是哥白尼留給我們的地方）發(fā)生了什么呢？現(xiàn)代的科學(xué)家在尋求一個人在其中沒有任何地位的宇宙的解釋方面勝過了哥白尼。盡管這種研究在尋找支配宇宙的客觀的、非人格的定律方面是成功的，但它并沒有（至少是目前）解釋宇宙為什么是這個樣子，而不是與定律相一致的許多可能宇宙中的另一個。

有些科學(xué)家會說，這種失敗只是暫時的，當我們找到終極的統(tǒng)一理論時，它將唯一地決定宇宙的狀態(tài)、引力的強度、電子的質(zhì)量和電荷等等。然而，宇宙的許多特征（比如我們是在第三塊巖石上，而不是第二塊或第四塊這一事實）似乎是任意和偶然的，而不是由一個主要方程所規(guī)定的。許多人（包括我自己）都覺得，要從簡單定律推出這樣一個復(fù)雜而有結(jié)構(gòu)的宇宙，需要借助于所謂的人擇原理，它使我們重新回到了中心位置，而自哥白尼時代以來，我們已經(jīng)謙恭到不再作此宣稱了。人擇原理基于這樣一個自明的事實，那就是在我們已知的產(chǎn)生[智慧？]生命的先決條件當中，如果宇宙不包含恒星、行星以及穩(wěn)定的化合物，我們就不會提出關(guān)于宇宙本性的問題。即使終極理論能夠唯一地預(yù)測宇宙的狀態(tài)和它所包含的東西，這一狀態(tài)處在使生命得以可能的一個小子集中也只是一個驚人的巧合罷了。

然而，本書中的最后一位思想家阿爾伯特·愛因斯坦的著作卻提出了一種新的可能性。愛因斯坦曾對量子理論的發(fā)展起過重要的作用，量子理論認為，一個系統(tǒng)并不像我們可能認為的那樣只有單一的歷史，而是每種可能的歷史都有一些可能性。愛因斯坦還幾乎單槍匹馬地創(chuàng)立了廣義相對論，在這種理論中，空間與時間是彎曲的，并且是動力學(xué)的。這意味著它們受量子理論的支配，宇宙本身具有每一種可能的形狀和歷史。這些歷史中的大多數(shù)都將非常不適于生命的成長，但也有極少數(shù)會具備一切所需的條件。這極少數(shù)歷史相比其他是否只有很小的可能性，這是無關(guān)緊要的，因為在無生命的宇宙中，將不會有人去觀察它們。但至少存在著一種歷史是生命可以成長的，我們自己就是證據(jù)，盡管可能不是智慧的證據(jù)。牛頓說他是站在巨人的肩膀上，但正如本書所清楚闡明的，我們對事物的理解并非只是基于前人的著作而穩(wěn)步前行的。有時，正像面對哥白尼和愛因斯坦那樣，我們不得不向著一個新的世界圖景做出理智上的跨越。也許牛頓本應(yīng)這樣說，我把巨人的肩膀用作了跳板。

《站在巨人的肩上》序

吳國盛

牛頓在1676年寫給胡克的一份封信中說：如果說我看得比別人更遠，那是因為我站在巨人們的肩上。寫這封信的時候，胡克正就牛頓的光學(xué)理論的優(yōu)先權(quán)進行計較，牛頓的這封信帶有和解的意圖。但和解并沒有獲得成功，因此，后人更加相信這句名言里實際上包含著同樣濃烈的雙重情緒既是謙遜之詞，也是自得之語。正因為此，出自牛頓的這句名言也就不是凡人敢輕易引以自況自許的了。

但是我們這本書的編者、當代著名理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍金就敢，而且做得相當直白。十多年前，他在他那本著名的《時間簡史》（1988）的結(jié)尾部分，就出人意料地補加了愛因斯坦、伽利略和牛頓三人的小傳，強烈地暗示自己就是他們的正宗傳人。如今，他把哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓和愛因斯坦五位的著作選集冠以站在巨人們的肩上之名，再次表達了那種既謙遜又自得的感覺。

書中收錄的哥白尼的《天球運行論》、伽利略的《兩門新科學(xué)的對話》、開普勒的《世界的和諧》（第五卷）、牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》和愛因斯坦的《相對論原理》等五部著作，可以看成是近代數(shù)理科學(xué)的五大經(jīng)典。毫不夸張地說，是它們重新擺置了天地萬物的位置，構(gòu)畫了近代世界圖景的基本輪廓。毫不夸張地說，五大經(jīng)典所代表的數(shù)理科學(xué)傳統(tǒng)，對近代世界而言有開天辟地之功。有幸進入這個傳統(tǒng)，特別是，有幸成為這個傳統(tǒng)的發(fā)揚光大者，有一種難以抑制的自豪感是完全可以理解的。我想，霍金編這部文集時是有這種自豪和使命感的。

霍金編得起勁，讀者有什么理由也跟著讀呢？有一種回答是，因為它是霍金編的。不是說，讀《時間簡史》，懂與不懂都是收獲嗎？不是說，《時間簡史》是如今買得最多讀得最少的一本書嗎？作為一種讀書時尚，讀霍金的書不需要理由。

我想講的理由是針對這五大經(jīng)典的。今天許多有見識的人一再呼吁讀者閱讀經(jīng)典，但他們所謂經(jīng)典更多指的是人文經(jīng)典，而對科學(xué)經(jīng)典，意見不盡一致。原因是，如果你的目的只是想學(xué)習(xí)科學(xué)知識、弄懂科學(xué)原理，那是用不著讀這些經(jīng)典的。直接讀教科書或者科普讀物，可以更好地滿足你的目的。但是如果你愿意把這些著作看成是西方文化不可分割的有機組成部分，試圖通過閱讀而進入這些科學(xué)偉人的心靈之中、體會這些偉大的科學(xué)創(chuàng)造的歷史情境和過程，那么讀經(jīng)典就會顯露出它的意義來。我們因為沐浴在經(jīng)典的光輝之中，對這光輝本身也可能渾然不覺。讀經(jīng)典可以幫助我們反省自身的處境。

舉例說來，今天，我們會把地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)當成理所當然的事實，因為我們周圍的每一個人、看到的每一本教材、接觸的每一種傳媒都這樣講，所以也就很難理解為什么人類在上千年的時間里竟然認識不到如此簡單的一個事實，也很難體會到日心說取代地心說這一過程的艱難和復(fù)雜�，F(xiàn)代人很少會去費力研讀這些科學(xué)經(jīng)典，因為它們的內(nèi)容已經(jīng)在教科書中被縮減成了用現(xiàn)代語言和符號表示的幾條結(jié)論，我們以為，只要掌握了這些簡單的結(jié)論，就完全理解了這些科學(xué)偉人的全部思想。然而，只要我們看看哥白尼在序言中表現(xiàn)出的那種猶疑不定，或者開普勒著作中所討論的那些頗具神秘性的音樂的和諧，就會感覺到，這些原著所包含的許多豐富的思想實際上已經(jīng)被我們舍棄了�？茖W(xué)中的那些最重大的發(fā)展往往伴隨著隱含在它們背后的世界觀的改變，閱讀這些原始文獻可以在相當程度上幫助我們理解科學(xué)和人類思想的變遷，認識到我們從科學(xué)的發(fā)展中究竟得到了什么，失去了什么，得到和失去這些東西又是通過什么樣的過程實現(xiàn)的，從而對我們現(xiàn)有的科學(xué)有更加清楚的認識。

這部大書的翻譯出版，不僅是愿意閱讀經(jīng)典的讀書界的福音，也是我國科學(xué)史界的一件喜事。這是因為，這五大經(jīng)典有兩部是第一次譯成中文，而其它三部都在過去譯本的基礎(chǔ)上再次做了重譯或者訂正。

哥白尼的《天球運行論》（拉丁文De revolutionibus orbium colestium或On the Revolutions of Heavenly Spheres）在我國一直被普遍譯為《天體運行論》，但這個譯名是不確切的。問題出在對orbium一詞的理解上。對哥白尼來說，這個詞并不是指我們今天很容易接受的天體，而是古代天文學(xué)家假想的帶動天體運行的那個透明的天球。今天我們不承認有天球的存在，便想當然地把這個詞譯成了天體。其實恰當?shù)淖g法應(yīng)該是《論天球的旋轉(zhuǎn)》或《天球運行論》。我曾專門撰文澄清過這一點，但似乎未引起學(xué)界應(yīng)有的重視。1973年，科學(xué)出版社曾經(jīng)出版過李啟斌先生翻譯的節(jié)譯本（主要是前言和第一卷），1992年由武漢出版社以及2001年由陜西人民出版社相繼兩次出版過葉式輝先生的全譯本，他們把書名均譯成《天體運行論》。這次我的學(xué)生張卜天受命重譯時，接受了我的意見，把書名改為《天球運行論》。需要說明的是，葉譯本依據(jù)的是1978年由羅森（Edward Rosen）翻譯和注釋的英譯本，而霍金這里所選的是瓦里斯（Charles Glen Wallis）于1939年推出的第一個英譯本，兩個英譯本在行文和編排上存在許多不同。應(yīng)該說，1978年的羅森英譯本是更有價值的，因為其中包含了譯者的許多注釋，但1939年的瓦里斯英譯本也有其歷史價值�？紤]到現(xiàn)存葉譯本的一些差錯，考慮到張卜天在翻譯時同時參照了羅森譯本，并且改正了瓦里斯譯本的不少錯誤，這個新譯本就不是沒有意義的。

伽利略的《兩門新科學(xué)的談話》（Dialogues Concerning Two New Sciences）是他的最后一部著作。兩門新科學(xué)指的是材料力學(xué)和動力學(xué)。在其中所包含的四篇對話中，后兩篇討論的是勻加速運動和拋體的拋物線軌道；前兩篇是對物質(zhì)的構(gòu)成、數(shù)學(xué)的本性、實驗和推理在科學(xué)中的地位、空氣的重量、光速等等的討論。較之伽利略的另一部重要著作《關(guān)于兩大世界體系的對話》（1974年由上海人民出版社出版），這部著作的重要性甚至有過之而無不及。我國著名的物理學(xué)史家、科學(xué)著作翻譯家戈革先生在這里將之首次譯出，彌補了長期以來的一個缺憾。

開普勒的著作選的是《世界的和諧》（Harmonies of the World）的最后一卷即第五卷，英譯者也是瓦里斯。之所以只選了第五卷，主要是因為第五卷處理的是天文學(xué)，而且也是全書的高潮和總結(jié)。在第五卷中，開普勒提出了著名的關(guān)于行星周期和距離的第三定律。《世界的和諧》的前兩卷討論的是幾何對稱和比例，第三卷討論的是音樂中的和諧，第四卷討論的是占星學(xué)。在我國，開普勒一直鮮有人研究，原因之一就是一手材料難以找到，而且晦澀難解。張卜天這里首次譯出開普勒的著作，將大大有益于學(xué)界對開普勒的研究。

牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（The Mathematical Principles of Natural Philosophy或Principia）此前已由中央黨校哲學(xué)部的王克迪教授根據(jù)Andrew Motte的譯本譯出全本，并于1992年由武漢出版社以及2001年由陜西人民出版社相繼兩次出版�；艚疬x的仍然是這個版本，所以這里只是改正了此前中譯本的一些錯誤。

愛因斯坦部分是從H. A. Lorentz, A. Einstein, H. Minkowski和H. Weyl編的《相對論原理》（Das Relativitatsprinzip）中選取的愛因斯坦的七篇文章。除哈密頓原理和廣義相對論一篇外，其余各篇以前都曾在我國著名物理學(xué)史家許良英、范岱年編譯的《愛因斯坦文集》第二卷（商務(wù)印書館1977年）中出版過，這次收入時只由譯者做了個別訂正。

煌煌五大科學(xué)巨著由享譽世界的科學(xué)名人霍金編輯、由我國科學(xué)史界的老中青三代學(xué)者聯(lián)袂譯出，的確是一件可喜可賀的事情。感謝湖南科學(xué)技術(shù)出版社獨具慧眼，為中國讀者奉上這件稀世珍品，為科學(xué)傳播再立新功。是為序。