《光的江湖》小浪淘花

32、第三二章

　　三日后，雨花石如约来到劳瑞恩教授的家里，劳瑞恩看来刚刚阅读过书。

　　“我看了你的那本书，太精彩了。”劳瑞恩一见雨花石，就急着说道，“你知道吗，我的愿望就是阅尽世界上的水利专著，看过所有的江河。”

　　“我很赞同你的想法。那你实现了吗？”

　　“除了埃及的尼罗河和奥斯曼境内的幼发拉底河和底格里斯河我曾去考察过，其他的诸如南美洲亚马逊河、印度的恒河，还有蒙古帝国境内的伏尔加河和黄河，都还没有去过。”

　　“如果你还有这个愿望，我很想介绍我的朋友给你，你们两位搭档再合适不过了。”
　　“你是说写这部书的那位先生的后人？看来是一位值得期待的搭档。”
　　“不过，如今蒙古帝国已经不复存在了，伏尔加河在俄国境内，而黄河是在中国境内。”
　　“真的吗？这我到没听说。据《马可·波罗游记》里所说，远东是在忽必烈大汗治下。”
　　“那是老黄历了。不但大元没有了，后来的大明也没有了，如今是满清康熙年了。”
　　“‘康熙’是什么东西？”
　　“‘康熙’不是东西，哦不是，‘康熙’是当今皇帝年号。”
　　“原来现在是满大人在执政。”劳瑞恩似懂非懂，“也是，三百多年过去了，想来已经发生了无数变化。”

　　“朝廷怎么变，日子还是得过。我们有句话说‘兴，百姓苦，亡，百姓苦’，都是权力的游戏，有什么是一直变好的呢？”

　　“人是自己的主宰。离开上帝，寻求科学，这是我的答案。十个世纪以来，人的灵魂在宗教的桎梏下不得自由。两个世纪前，偶然发现的古希腊文献让人们叹为观止，原来理性可以这样简洁而深刻，艺术可以这样关怀人文，于是文艺复兴了，人们重新关注起古希腊、古罗马的科学，医学，数学，建筑，文学，绘画等等学术思想，着重关注于人本身，而不是上帝。”

　　“你说得太对了，让我忍不住赞叹。对我们来说，要关注的是民众，而不是帝王将相。你刚才说的‘文艺复兴’是怎么回事？”

　　“这是发源于意大利，后来传播到欧洲各地的一种思想文化活动。首先是随着生产和经济发展，人们生活水平提高，思想逐渐觉醒，不满于天主教神权对人的‘禁欲主义’压制，提出要重视‘人’，这就是人文的来源；其次，奥斯曼帝国对东罗马的入侵，使许多东罗马学者西逃避难，这些人带来了大量古希腊、罗马的文学、哲学、科学书籍和艺术珍品，这让欧洲人大开眼界，开始倡导复兴古希腊、罗马文化的活动；然后，还要说起佛罗伦萨的名门望族美第奇家族对艺术、艺术家的支持和保护了。总之，这种思想的核心是人文主义精神，以人为中心而不是以神为中心，重视人的价值和尊严。”

　　“这倒有点像我们春秋战国时期的学术开放、百家争鸣了。”

　　“从那时起，涌现出许多杰出人物和伟大的作品，最有代表性是被称为‘文坛三杰’的但丁、彼特拉克、薄伽丘，和‘美术三杰’的达·芬奇、米开朗基罗和拉斐尔。”
　　“原来如此，那就不奇怪了。我在这里到处都可以感受到艺术气息，我觉得你们人人都是艺术家、雕塑家。”

　　“你看见韦吉奥宫正门前的《大卫》雕像了吗？”劳瑞恩显出颇为自豪的神情。
　　“我正要说这个。雕像当然精美绝伦，只是这个人为什么不穿衣服？这有点辣眼睛啊。”
　　“大卫是圣经中的英雄，他在战场上杀死侵略者，挽救了国家。米开朗基罗根据这个故事塑造了这个形象，表现了英雄大卫强健的体魄、充满力量的肌肉，而又不畏强敌蔑视对手的神情，你看这个雕像时不会感觉到一种神圣的静美和潜藏的力量吗？”
　　“这些我当然感觉到了，只是——还是不忍直视……”
　　“这就是你的偏见了。”
　　“好吧，我再适应适应。”

　　“那么，说说你的情况吧，你是为什么离开家乡来意大利的呢？”

　　“说起来可能也是受到你们的影响，就是寻求科学、复兴人文。话说康熙二十九年，我遇到一位年轻人，展示了一件神奇的器物，就是那天你见到的那个望远镜，是它触动了我探索的心灵。身为墨家弟子，探究物理，兼爱天下是我辈的责任。后来又看到一些西方的科学书籍，那时，我就决定离开长安，来学习科学。到今天算来已经过了三个年头，想来今年应该是康熙三十二年了。”

　　“我们的历法今年是1693年。”

　　“我们那里有一儒家学派，讲究‘格物致知’，可是究竟要怎么‘格物’才能‘致知’，谁也说不清楚。其他学问似乎也很玄妙，可是总给人一种不踏实的感觉，不知道究竟对还是不对。可是我曾经看到一本叫《几何原本》的书，似乎比较靠谱，令人信服。”

　　“你的感觉没错，你能看到这本书说明你很幸运。《几何原本》是古希腊数学思想之大成，可以说我们今天的科学就是建立在这种实践与推理之上的公理体系。”

　　“对，我就想听听你对科学的讲解。”

　　“你学习过《几何原本》，就知道书里最开始有5条公设和5条公理，23条定义，然后是467个命题。公理和公设作为不证自明的前提，经过演绎逻辑推理，就可以证明所有的命题，这样就建立起了几何学的全部知识，这就是公理体系，也是科学知识体系遵守的严密思维的典范。就像一棵树，公理作为树根，进而推理出所有的结论树叶，树叶之后又可以再推理树叶，层层推进，直到形成几何大树。只要树根没有出错，树叶就一定是正确的，因为所有的树叶都由前一级的树叶支撑，最终溯源到公理在支撑。”

　　“确实是这样，只要公理正确，遵循演绎推理，结论就是可靠的。”雨花石点了点头。
　　“现在你想一想，科学为什么能让人信服？”
　　“科学结论可以通过实验验证，如果和实际相符就说明是正确的，如果不相符就说明是错误或不完善的。”

　　“对。首先，科学是可以证实或证伪的，凡是不能被证明的都不是科学，其次，科学也是基于公理体系的。科学和数学相结合，不仅定性而且可以定量，这就使方程式定律和测量验证成为可能。科学从观察和归纳总结出某一条结论，经过验证就可以判断是不是符合实际，如果符合就可以作为定律，然后可以逐步推导出其他定理，这是一个公理体系，只要公理没有被证伪，那从它推导出的定理就都是可靠的。”

　　“那如果现在验证某个结论和实际看起来相符，但是未来经过更精确地验证又不相符，或者在某些方面不相符，怎么办？是不是说明这个结论就是不科学的呢？”

　　“你说的很对，说明你已经在思考了。科学结论是归纳出来的，那它就有可能是不正确的。当它被证伪时，这个结论就不再是定律，基于这个结论的定理也就不再成立。回到刚才那个公理树的比喻上，这个被证伪的定律叶子及基于它的所有叶子就要从树上剪下来丢掉。而这棵树其余部分仍然是符合科学的。”

　　“你能举个例子说明一下吗？我有些不太理解。比如说，究竟地球是宇宙的中心，是行星、太阳和其它恒星绕着地球运转，还是太阳是宇宙中心，行星和地球绕着太阳运转？”

　　“这要说到‘地心说’和‘日心说’的争论了。话说古时候，人们的活动范围有限，他观察一下自己周围的世界，是不是很容易得出结论，大地是平的、不动的，天像个锅盖一样罩着地？”
　　“对，我们也说是‘天圆地方’。”

　　“这就是关于世界的第一个知识：地平地静。这能解释当时观察到的现象。后来人们活动范围扩大了，认识到地并不是平的。通过日食和月食现象认识到这是天体运行产生的，而这些阴影也说明天体并不是方的。”

　　“这说明大地不是平的，而应该像个球一样。”

　　“不仅如此，人们还算出了这个球形的周长。公元前3世纪，昔勒尼的埃拉托色尼根据夏至这一天，太阳光可以直射到塞恩城的井底，说明光线和地面垂直，而在亚历山大港，太阳光线与地面并不垂直，由此算出了这两个城市和地球球心形成的夹角，再根据这两地的距离，算出了地球的周长是4万千米，很接近今天测量的结果。”

　　“用一些几何方法就可以算出来，这个埃拉托色尼真厉害啊。”

　　“埃拉托色尼被后世称为‘地理学之父’。现在你看，地球从平的变成圆的，这就是理论更新，圆形理论就可以解释大海中船的问题和月食问题。但是这又会产生问题，如果地球是圆的，地球背面的那些人不是会‘掉下去’吗？”

　　“对啊，这是个问题啊。”

　　“后面再说这个问题。再说地静。当人们看到太阳、月亮、星星都是东升西落，而自己一点也感觉不到运动，是不是很容易想到地球是静止的，太阳、月亮和星星在绕着地球转动？”

　　“没错。”

　　“古希腊的欧多克斯第一次建立了宇宙的几何模型。他用二十七个同心球壳解释了附着于球壳上的天体的运动，这些天体从内到外依次是月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星，这些球壳以地球为中心。后来亚里士多德又进一步增加球壳总数达五十六个。这个模型可以解释天体绕地球运行的速度、周期、距离等。但是，这里有一些问题难以解释，这个模型要求天体永远和地球保持同一距离，但是人们发现行星有亮度变化，日食有时是全食、有时是环食，你想想这些现象说明什么？”

　　“说明行星、太阳和月亮离地球的距离是变化的？”

　　“是的。还有更严重的问题，有些行星比如火星、木星等有逆行现象，人们观察发现它们并不是一直向前运行，而是有时候向前、有时候停止、有时候甚至向后走。为了解决这个问题，阿波罗尼阿斯提出新的几何模型，他设计了偏心轮——地球不是在天体圆轨道中心，而是偏离一些，这个解释了太阳和月亮与地球间的距离的变化；又提出了‘本轮—均轮’结构——行星沿本轮做圆周运动，本轮的中心又在另一均轮圆周上以地球为中心运行，这个解释了行星的逆行现象。”

　　“这样似乎也说得通，只是这么多本轮—均轮好复杂。”

　　“当时，这样的理论确实与观测符合得比较好，所以很多人都接受了。后来天文学集大成者托勒密就在此基础上建立了比较完整的地心说理论，托勒密认为，如果地球自身在转动，它周围的大气就会向西离去，大气中的其他东西都会被带向西方。但是这些情况都没有发生，于是他根据这种判据否定了地动的思想。托勒密由近及远地按照月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星天球的顺序，安排了他的地心说宇宙结构。这是世界上第一个行星体系模型，是最早的假说—演绎体系，它最重要的成就就是运用数学计算行星的运行，为如今使用的历法建立了理论基础。”

　　“那地心说听起来也能很好地解释和预测天体运行了，日心说又怎么发展的呢？”

　　“其实古希腊时也有人持地动的观点，认为地球是运动的。到了近代，随着观测仪器的不断改进，行星的位置和运动测量越来越精确，观测到的行星实际位置同托勒密模型的计算结果的偏差就越来越显露出来了。有些人用增加本轮的方法来补救，结果小本轮越加越多，后来增加到80多个，但仍不能计算出行星的准确位置。到了16世纪，波兰人哥白尼在古希腊先辈和其他学者的基础上，终于创立了‘日心说’。”

　　“这个日心说解决了观察的问题了吗？”

　　“哥白尼的日心说认为，地球只是月球轨道的中心，并不是宇宙的中心；太阳附近才是宇宙的中心；在天空中看到的运动现象，都是地球运动引起的，地球同时进行着几种运动；人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的。要说计算行星运行，日心说计算结果比地心说精确，而它最大的好处就是简洁，这恰好符合托勒密的‘简单性原则’。”

　　“可是这又会遇到地心说避免掉的问题，如果地球转动，它周围的大气不会被带走，就会向西离去，竖直向上抛出的苹果就不会落在原地，而是会向西偏离一段距离，等等。”

　　“这个问题由哥白尼的继承者伽利略院士提出的惯性定律解决了，在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》里论述道：‘把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，再让你们带几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫。舱内放一只大水碗，其中放几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方面飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐子中。你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力，你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情后，再使船以任何速度前进，只要运动是均速的，也不忽左忽右地摆动。你将发现，所有上述现象丝毫没有变化，你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。’所以地球的转动，会带动它周围的所有事物一起转动，就像它们和地球一起静止时一样，事物的运动效果也没有任何区分。所以，根据空气和飞鸟不会向西运动并不能判定地球是静止的。”

　　“原来如此。那么，哥白尼的日心说就是正确的了？”

　　“不是这么简单。哥白尼认为太阳是宇宙中心，地球和行星绕太阳做匀速圆周运转的规律确实更容易计算，但是经过其他一些人的观察和计算发现这个理论还是有一些不足，计算和实际观察有偏差。这其中主要有丹麦的第谷和他的后继者德国人开普勒。第谷有着世上少见的好眼睛，但是他的数学能力不足，而他的助手开普勒有着很好的数学才能，但是眼力却严重不足，正好互补。第谷去世后将他一生的观察记录交给了开普勒，开普勒用数学方法研究这些数据，终于发现了行星运动的三大定律。”

　　“是什么定律？”

　　“这三大定律可描述为：所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行；在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律使他赢得了‘天空立法者’的美名。”

　　“行星运行轨道不是圆形而是椭圆形？”

　　“是的，正是这个错误让哥白尼的理论出现误差，经过开普勒修正后与实际观察就符合得很好了。开普勒在万有引力的证明中已经证到，如果行星的轨迹是圆形，则符合万有引力定律；而如果轨道是椭圆形，开普勒并未证明出来。后来英国有一位伟大物理学家、数学家牛顿继承了伽利略和开普勒的发现，提出三大运动定律和万有引力定律。他用很复杂的流数术和几何方法证出了万有引力下的椭圆轨道。所有物体之间，不论在地球上还是天体间都有一种引力存在，这个力大小和两物体的量的乘积成正比，和物体之间距离的平方成反比。这个就解释了之前地静说的问题，地球背面的人也不会‘掉下去’，其实在地球引力里是不存在‘上下’的。” 劳瑞恩接着说，“现在你明白科学是怎么发展起来的了吗？看，就是这样。”

　　劳瑞恩用图简单描述了这个过程。

　　雨花石听得入了神，心中思索着‘地心说’到‘日心说’的发展过程，原来这真是环环相扣，逻辑严密地走到今天。

　　雨花石看着图赞叹道：“真是太完美了，一步一步提出假说，发现矛盾再解决矛盾，最终好像一切问题都解决了。”

　　“永远别说一切都没有问题了。”劳瑞恩笑了起来，“请问，引力又是从哪里来的？你所看见的星星就是它现在的样子吗？光速是无限的吗？”

　　雨花石听了之后张口结舌，半天才说：“我……不知道，我还想问，引力有速度吗？光究竟是什么东西？”

　　“说到光，还真有人研究过，还有人测量过光的速度。”
　　“谁测量过？”
　　“最早测量光速的人就是伽利略院士。”

　　“伽利略先生究竟是什么样的人？我看过他的书，感觉他真是伟大得无以复加。”
　　“伽利略院士继承了哥白尼的思想，他还发明了天文望远镜，通过望远镜观察月球和行星运行，开创了现代天文学、物理学在数学和实证的基础上的科学思想。他还画出月面图，发现了木星的四颗卫星，发现土星环，还观察和分析过太阳黑子。给你看看这张图，请稍等。”

　　说罢，劳瑞恩从房子里拿出一本书，翻开里面的一副图给雨花石看。
　　雨花石仔细端详了一阵。

　　“哇，好漂亮的图。伽利略先生画的？你怎么会有这幅画？”
　　“你知道维维安尼教授，对吗？”
　　“是的，我听说他是伽利略先生的学生。”
　　“是的，我恰好是维维安尼教授的学生。”