序言

為什么我們選擇伽利略的手指呢？因為伽利略標志著科學史上的一個轉折點，即從那時起科學探索開始朝著一個新的方向轉變，而科學家們當然，這個詞用來指代當時的研究者其實并不恰當則從先前的搖椅式空想中解脫出來，并對先前囿于權威的各種探求世界本質的方法的有效性提出質疑，從而在通往現代科學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威，但他們并沒有完全放棄那些不著邊際的猜想和內心沉思，而使其與可公開驗證的實驗觀察方法進行有機的結合，并共同鑄就了一個新興的、強有力的聯合體系。上述體系所體現的伽利略的思想已染指目前的所有科學領域：在首先激發(fā)出這種思想的物理學中可以看到，在19世紀初的化學中也開始顯現，同樣在生物學中也可以看到它的身影，尤其在19世紀和20世紀，生物學已不僅僅是一門展示大千奇觀的學科的時候。

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了實驗的核心性，從而將真正的科學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。深入研究領域并在嚴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)展了科學簡化法，即將問題的本質剝離出來的方法，其思想之光穿透了在現實事件中籠罩在事物本質上面的烏云。這種對復雜問題的簡化處理，即從復雜性中看到了簡單性，恰恰像伽利略通過他自制的望遠鏡從簡單的天穹中看到其復雜性一樣。他把在泥濘中前行的吱嘎作響的小車（具體的現實生活事件）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)。從現實中喧囂和雜亂無章的事件中剝離出事物的一般本質是科學方法的關鍵部分�？茖W家往往能夠從牡蠣中發(fā)現珍珠，從皇冠中發(fā)現寶石。

當然有些人認為這種簡化法存在缺陷。他們宣稱，真正的認識來源于對喧囂的現實事件的深入理解，比如小車的停滯不前，情人悲傷，云雀沖天等，并且認為科學家們將蝴蝶作為對象去研究其機制是對認識的抹殺。這種異議雖然不太合理，不過我們應正確地看待它，而不能將其完全拋棄。大多數科學家認為，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，而只有少數科學家認為這種 情感因素是發(fā)現真理的可靠途徑。他們喜歡解析令人驚愕的復雜性問題，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疑，他們疾呼，對聲音振動的物理學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。

科學家則回應，我們首先應該理解單個音符的本質，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生的心理和藝術效應�？茖W的目標是獲得對事物本質及其發(fā)展規(guī)律的詳盡的認識，當然科學家們也從不會忘記追求這個終極目標，更不會因為失去耐心而半途而廢。至于科學家們是否明白我們認識世界身心與共的快樂，是否理解哲學家、藝術家、預言家以及神學家各自領域的重大問題，都是無關緊要的，我們只知道伽利略改進的簡化方法非常重要。

說到偉大的思想，我想它應該是一種內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然后享用盛宴。總之，思想能夠產生理論，從而可以闡釋事物的本質及其發(fā)展規(guī)律，同樣它也能夠用于指導實踐。

科學史上存在諸多璀璨的思想，但我們不能奢望對其一一進行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。

我的關注點集中于科學思想而非實際應用。我只寫了很少一部分有關黑洞和星際旅行的東西，而且?guī)缀鯖]有寫除了在經過認真考慮后的結語中諸如我們正處于信息技術和計算科學大行其道的年代中，正經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進步指明方向，或在大多數情況下能夠為技術的進步提供理論基礎的那些思想。繼承了伽利略學術思想的想象力豐富的科學家弗里曼·戴森，將理論驅動型科學與技術驅動型科學作了區(qū)分。

我所考慮的幾乎都是理論驅動型科學。在上述分類中，戴森呼應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（引申為面向實踐）；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。對于分子生物學和DNA結構的發(fā)現，到底是 lucifera還是fructifera，是理論驅動型科學還是技術驅動型科學，以及是否應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，因為在生物學領域中，沒有任何發(fā)現能夠像DNA結構的發(fā)現那樣極大地拓展了我們對生物學的理解和應用，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，在分子生物學中我們將會看到 lucifera和fructifera在盛況空前的科學體系中的完美融合。

科學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。要理解一個科學思想，你首先應該快讀一遍，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，盡管我認為文章的鋪展有其正常的順序，比如從晦澀迷離的基礎原理開始，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。

還需要謹記一點：科學方法的抽象化塑造了現代科學。抽象化是伽利略手指的另一個重要方面，我們應該對其在現代科學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，事實上它能夠產生巨大的實際效應，因為它可以指出我們原本意想不到的現象之間的聯系，并且使源于某個領域的思想可以舉一反三地應用4 到其他領域中去。最重要的是，抽象法使我們能夠站在一系列實驗觀察的結果背后，以一個更廣闊的的視角來看待它們�？茖W史上或閱讀科學史時，一個最令人贊嘆的我發(fā)現了！時刻是一種類似科特斯（Cortez-like）的體驗，即發(fā)現一些海洋能夠合并為統(tǒng)一的整體，并由此認識到先前看起來不同的現象之間所存在的內在聯系。我的目的是帶領本書讀者攀上科學的制高點，去領略令人快慰的科學思想的融合，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，最后在對數學那種令人敬畏的抽象性的頌歌中達到高潮。如果你是按照章節(jié)的編排順序進行閱讀的話，那么你就會發(fā)現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旅程�？茖W是文藝復興精神的典范，而文藝復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，小心翼翼地引領讀者到達認識的極致，屆時你將會感受到只有科學才能帶給你啟迪的無窮樂趣。