科学之源始于凝望星空
科学之源始于凝望星空。这些星星从何而来？是由什么构成的？它们将去往哪里？天空是如何形成的？宇宙是如何运行演化的？宇宙的归宿将是什么？这些问题，马克·吐温感叹过，文森特·梵高困惑过，无数人为之痴迷不舍。刚揭晓的2019年诺贝尔物理学奖，就颁给了在探索茫茫宇宙过程中取得杰出成就的3位佼佼者。关于宇宙，不只是现代人对其着迷，早在远古时期的人们就已经在苦苦求索了。人类从在地球上直立行走的那一天开始，就不遗余力地试图了解周围世界的神奇和广袤，一直在提出问题并竭尽全力进行解答。
带着对这些问题的思考，美国作家乔伊·哈基姆撰写了“科学的故事系列”，在这套被称作杂记型笔记的书中，作者通过丰富的场景调度，以戏剧化、碎片化的形式，介绍了从古至今一批杰出的哲学家、科学家、诗人的所思所想，图文并茂，包罗万象。这套书出版后得到了美国国家科学教师协会的大力推荐，成为美国中小学生爱不释手的科学史读本，好评不断：“如果达·芬奇也在学校学习科学，他肯定会对这套书着迷”“故事大师哈基姆将创世神话、科学、历史、地理和艺术巧妙地融合在一起，并以孩子们喜欢的方式讲出来了”“在她的笔下，你将经历一场惊险而刺激的科学冒险”……
上海教育出版社自2017年开始引进这套丛书，由于参与了其中文版图书的部分编辑出版工作，笔者也被这套集视觉效果、思想内容、生动的个人特色于一体的书深深吸引，期待把它介绍给我国读者，特别是中小学生，促使他们尽快地投身于书中所描述的扣人心弦的科学探险活动之中。让我们就从这套书的第一册《科学之源：自然哲学家的启示》开始吧。
科学的基石：文明之光的薪火相传
打开书本，经常映入眼帘的是一幅幅局部的世界地图。公元前7000年，在其他地方都还处于漫漫黑夜中的时候，欧亚非大陆交合的地中海已有文明的光亮产生。光点首先出现于地中海东部，现伊拉克境内的底格里斯河及幼发拉底河，以及地中海东南部，现埃及的尼罗河一带。两河流域孕育了人类最早期的文明——美索不达米亚文明，尼罗河哺育了古埃及文明。苏美尔城邦、巴比伦帝国、亚述帝国、波斯帝国在这里交替兴盛、扩张和衰亡。在数千年漫长的时间里，这里的人们研究天上星星的运行轨迹，观察月亮，并利用月亮的运行规律编制了阴历，他们对法律、数学、艺术、政治和建筑等进行了思考，学会了使用轮子，甚至发明了文字，诞生了璀璨的文明之花、科学之芽。
接下来地图上的光点移向了地中海的东北部，来到了爱琴海。沿着爱琴海，陡峭的山峦闪烁着白光，灰绿色的橄榄树和杂乱的灌木挤满了山坡，强烈的阳光透过蔚蓝的天空挥洒而下。这里的景色虽然壮观美丽，但却不是生活的安逸之地，庄稼长不好，骇人的地震和火山留下道道伤痕，大海吞噬着生灵。讲希腊语的人们居住在大海冲刷的土耳其、希腊，以及它们之间的岛屿上。为了生存，他们需要敏锐的思维，并且一直要发展这种能力，从而诞生了精彩纷呈、辉煌灿烂的古希腊文明。在古希腊黄金时代，人们一直在为解决一些重要问题而奋斗着，如地球、月亮、恒星有多大，有多远。他们在很大程度上可以自由地研究、讨论一些天马行空的想法。令人惊叹的雅典人在民主、真理、自由和科学之间架起了桥梁，科学的进步是快速和壮观的。
地图上的光点继续沿着地中海向西移动，移到了意大利。在罗马共和的体制下，古罗马由一个小城邦国发展成为包括整个地中海沿岸国家及更远处的庞大帝国。古罗马人不同于古希腊人，他们是实用主义者，将主要精力都用于治理国家、发展贸易和发动战争。从英格兰到地中海沿岸，再到波斯，罗马帝国建造起了高水平的渡槽、辉煌的建筑和令人叹为观止的公共设施。罗马的舰船维护着海上的秩序，罗马的法律维持着世界的有序和安宁，罗马人耗费巨资修建的大道使得对外界的强大控制成为可能。罗马帝国虽然延续了数百年，但科学的光亮却渐渐黯淡下来，人类的智慧受到了严峻的考验。
数百年之后，文明的星火才再次明亮起来，光点继续移动，移出了地中海，移向大西洋、印度洋、太平洋……星星之火最终燎原，开启了人类文明的全面兴盛。
科学的种子：古希腊先贤的哲学思考
自古以来人类总是想知道关于自己和自己所居住的世界的奥秘。从有记录可考证的时期起，人们就一直在问两个基本问题。一个基本问题是关于“很大”的：宇宙到底是怎么回事？另一个基本问题是关于“很小”的：生命的本质是什么？最后是一个大问题：是否有什么东西将我们与恒星及所有其他生物联系起来？这些正是科学要解答的问题，而当时科学尚处于婴儿期，犹如爬出摇篮的婴儿蹒跚学步一般。人们无法解答这些问题，只能求助于神话和宗教。神话源自人们试图解释那些无法解释的现象时的想象，带有明显的感情色彩。真正的科学始于问题，科学家是解决这些问题的探索者，他们将启动把科学从神话剥离出来的进程。科学探索有点像在视界受到限制的密林中寻找出路，这些路径布满了坎坷荆棘，迂回曲折，永无止境。
这是一条披荆斩棘的道路，也是一条由智者的思想火花照亮的道路。纵观人类历史长河，无数杰出者对推动文明的进步、科学的发展起到了巨大作用。要了解科学精神的起源，就必须回到古希腊时代，领会当时的先哲们对世界的看法，了解这些天才人物之间的思想碰撞及学术传承脉络。在今人看来，他们的观点有些是正确的，也有很多谬误，但正是由于他们提供了思想的阶梯，才使得后人能够站得更高、看得更远。
泰勒斯（公元前约636—公元前约546），是世界上第一个集哲学家、科学家和数学家于一身的人，也是第一个对观察到的事实寻求神话之外解释的人。同时，他也是西方第一个留有名字的科学家。
阿那克西曼德（公元前约611—公元前约547）、阿那克西米尼（公元前约570—公元前约500）、阿那克萨哥拉（公元前约500—公元前约428），可以称他们为“A”团队（当时正处于科学开始走向实际的起始期，而且他们名字的第一个字母都是A）。他们相信“理性统治世界”，敢于质疑旧观念，将迷信抛在一旁，会提出假说，然后以此为基础进行仔细的观察和思考。他们已经具有科学思想的雏形，只是不会像后来的科学家那样，试图通过控制变量来证明自己的假说。
“A”团队的前两位是师生关系，而泰勒斯是阿那克西曼德的老师。“A”团队的第三人阿那克萨哥拉曾经教过被认为是古希腊最聪明的人——苏格拉底（公元前469—公元前399）。我们至今仍然在思考苏格拉底提出的关于生与死的意义这一问题。
毕达哥拉斯（公元前约582—公元前约507），一位令人啧啧称奇的思想家和数学家。他相信宇宙间的结构和关系均可用数学公式来表达，他认为“万物皆数”，他使数学成为西方科学的语言。
柏拉图（公元前约427—公元前约347），苏格拉底的学生，也是毕达哥拉斯的崇拜者。他追求美、真理和明晰，寻找“纯真”的知识，因此，数学这一被认为是纯粹思想的知识对于他具有特别的意味。在他那所著名学园的门口刻着一句名言：“不懂数学者，不得入内！”
亚里士多德（公元前384—公元前322），柏拉图的学生。亚里士多德虽然受到柏拉图纯粹和抽象观念的巨大影响，但却生有一颗务实的、面向世界的头脑。“吾爱吾师，吾更爱真理”就是他的名言。柏拉图和亚里士多德的名字经常出现在西方思想史中，柏拉图一直在寻找“完美的形式”；而亚里士多德则提出问题，然后再考察现实中的事物。柏拉图的哲学引导人们深入思考，亚里士多德的哲学则引导人们进行观察和实验。亚里士多德对世界产生影响的另一因素是，他曾以科学和哲学教导了一位“王中之王”——亚历山大（公元前356—公元前323）大帝，而后者集勇猛的战士、具有远大目光的统治者和受过良好教育的人于一身，一度建立了一个庞大的统一帝国，幅员从俄罗斯南部到希腊，再到埃及、叙利亚和印度。亚历山大对科学的主要贡献是，他的帝国延续到了西亚，在随后的岁月中使古希腊灿烂的文化影响到全世界。
欧几里得（公元前约325—公元前约275），据传曾经进入柏拉图学园学习。他汲取了自泰勒斯时期以来的所有数学积淀，并有效地进行了消化和逻辑化发展，然后以清晰的文字表述出来，形成了有史以来最有影响力著作之一的《几何原本》。《几何原本》像是一座百科全书式的知识宝库，它为数学著作的准确性和可读性树立了标准，引发了人们科学观念的爆发性更新和大量技术奇迹的出现，对后世影响深远。
阿基米德（公元前287—公元前212），他曾有一句名言，给我一个支点，我将能撬动地球。阿基米德的老师是欧几里得的学生。阿基米德在《数沙者》这本著作中估算了要填满整个宇宙所需的沙粒数，试图证明：数是无限的，即你不可能找到“最后”的数；可以表示和运算非常大的数字。为检测国王的王冠是否由纯金做成，阿基米德采用的方法至今都是启蒙孩子科学思考的好素材。当阿基米德在叙拉古（今意大利西西里岛南部）的家中潜心研究数学问题时，被攻破城池的一位无知的罗马士兵粗鲁地刺穿了心脏。从此，一个天才辈出、群贤毕至、百花齐放、百家争鸣的古希腊时代结束了。
随着古罗马帝国的兴盛、衰退，权力为独裁者把持，人民受到了压制，民主不再存在，公开的辩论更是鲜见。科学之花渐渐枯萎，西方世界陷入了中世纪的漫漫黑夜之中……
科学的发展：书本的普及促进崭新世界的到来
在对宇宙万物孜孜探索的漫长过程中，人类创造了语言、文字、歌咏、神话、绘画、建筑……并在观察、冥想、推测和验证过程，科学之芽渐渐地萌生、成长。透过书中的图片，我们能看到一块13000年前的鹰骨，上面的一列刻痕可能是人类早期的日历；能看到美索不达米亚古文明时期的刻有楔形文字的黏土板，古埃及的金字塔和皇家陵墓中的精美壁画及雕塑，公元前7世纪亚述巴尼拔王宫的浮雕石碑，以及用于祭拜仪式的墨西哥玛雅人的建筑遗址和英格兰的巨石阵……这些石头、兽骨、泥板、壁画、石碑等都是记载人类文明的载体。
对今人至关重要的文明载体——书籍是如何产生、演变和发展的？又是什么使得书籍从被少数人专有转为普罗大众都能获得的普通用品？书籍的普及对人们的思想、社会结构和科学技术的进步产生了哪些深远的影响？
先看纸的演变过程。中国人早期将文字写在木板或竹板上的（称木简或竹简），后来又将其写在成卷的丝绸上。蔡伦于公元105年首先利用植物的纤维素为原料制造成了轻盈的纸张，发明了造纸术。过了6个多世纪，即在公元751年，这种造纸技术才被阿拉伯人传入了西方世界。
纸张只是书籍制作的一部分，开始的书需要人们用手工抄写出来，而当时能够掌握文字并抄写的是拥有特权的祭师、僧侣以及少部分学者等。在8世纪时的西班牙一本书的价格几乎与两头奶牛相当，在15世纪上半叶手抄书的价格经常比几盎司的黄金还贵，因此只有非常富有的人才可能拥有手抄书。这也说明了当时为什么会有如此多的文盲，导致知识的传播极其缓慢而曲折。
取代手工抄写而用可复制方式印制的第一本图书是何时出现的呢？无人能确切地知道。1900年在中国被发现的一部名为《金刚经》的佛教经卷，其中一幅佛像的精美画面是用7块木制雕版印制而成的，上面确切地注明印制时间是“咸通九年四月十五日”，这一日期为公元868 年5月11日。在11世纪，一位名为毕昇的中国工匠发明了一种更为高效的活字印刷方法，他将汉字分别刻在一个个小板块上，然后将这些“活字”按序排列后拼装到一个框架内组成一个“版”，再在这个版上涂抹墨水就可用于印刷了。印刷结束后，这些活字可以被分解再重复使用。而在同时代的欧洲，仍在使用类似上述《金刚经》单一雕版的书籍印刷技术。中国发明的纸和印刷术为人类文明发展史添上了浓墨重彩的一笔，推动了人类文化的传播，加速了世界文明的进程。
欧洲印刷术的创立者是德国的约翰内斯·谷登堡（约1397—1468）。他对活字印刷术进行了改进，并发明了机械工具进行快速铸字和印刷，最终于1445年成功地印刷出了第一本《圣经》书。
谷登堡的发明开创了使图书生产简易化的新时代，使得书籍像风暴中的树叶一样传播开来，因而有人说“现代世界始于印刷机”。机械印刷时代到来之后，《几何原本》被重印了超过千次，成为有史以来最成功的教科书。失散了多年的古希腊和拉丁文经典又开始兴盛，出现在大量的普通书本之中，古代先贤的探究精神启迪和鼓励了更多的平民。可以说这是当时科学上的一次革命，更是思想上的一次革命。20世纪科普作家艾萨克·阿西莫夫在评价印刷术的普及促进了西方科学和社会的发展时写道：“学术的基础更宽广了……学者们的观点和发现能够在很短的时间内被其他学者所知晓。学者们也不再是孤军奋战了，而是以团队的形式从事研究。越来越多的未知领域能够被这种集体的力量所突破。科学家攻坚时使用的不再是拳头，而是众多臂膀挥动的攻城锤。”在谷登堡之后，一些并不太富裕但却具有探究精神的人，如克里斯托弗·哥伦布和莱奥纳尔多·达·芬奇，都能买得起古代智者和同时代人的著作并阅读，思想得到启蒙，心灵得到解放，从而开启了环球航行和文艺复兴的大时代……一个科学爆发的现代世界即将到来。
科学的发源既是迷人的故事，也是人类文化遗产的重要组成部分。如果说在数千年人类文明发展的漫长岁月里，科学和技术是以数量级的速度在缓缓发展，那么在书籍普及之后的几百年里，科学和技术就是以几何级的速度在快速发展，而到了人工智能万物互联的当今时代，科学和技术将是以指数级的速度飞速发展。科学从来没有像今天这般深刻地改变着我们。我们一天都离不开科学。“科学的故事系列”丛书分为5个分册，阐述了科学思想从古至今的演化过程，讲述了数学、物理和化学的故事，从古苏美尔时期一直到现代弦理论，从非常大的宇宙一直到非常小的原子、粒子。丛书的第一册《科学之源：自然哲学家的启示》将几千年来科学起源的曲折历程生动地呈现给读者，笔者从其众多的题材中提炼了3条线索，为读者阅读时提供几个观察维度：人类文明进步离不开科学，而科学只有在热爱文化的环境里才能得到萌生和发展；科学思想起初只是少数人的智慧之果，文明的进程缓慢而曲折；只有当科学发展带动了技术的突破，使得科学思想能够启迪大多数人之后，人类才会爆发出颠覆性的变革力量和创新能力。期待读者由此出发能够更好地欣赏丛书后面的4个分册：《科学革命：牛顿与他的巨人们》《经典科学：电、磁、热的美妙乐章》《量子革命：璀璨群星与原子的奥秘》《时空之维：爱因斯坦与他的宇宙》。必须指出的是，也许是作者对除西方之外的古文明缺乏深入的了解，所以书中只是零星罗列了中国、古印度以及美洲早期的一些文明碎片。缺失了对世界文明发源地之一的中华文化及科学发源的追溯，不能不说是本书的缺憾之处。当然，对于中国读者了解西方文明，特别是西方科学的起源，本书仍不失为极好的入门读物。
让我们赶紧打开“科学的故事系列”，带着人类永不消失的好奇心，快快进入乔伊·哈基姆营造的，具有“哈利·波特”般神奇魔法的科学大世界里畅游吧。
（作者单位：上海教育出版社）
