※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※ ※                                 ※ ※         ≡≡≡ 新 ≡ 语 ≡ 丝 ≡≡≡       ※ ※          (NEW THREADS)          ※ ※                                 ※ ※          2019/11(第三一〇期)         ※ ※            一九九四年二月创刊            ※ ※                                 ※ ※   《新语丝》为文化性综合刊物,登载文学、艺术、史地、哲学、科 ※ ※ 普等方面稿件,目前设四个固定栏目:【牛肆】(随笔、评论)、【丝 ※ ※ 露集】(诗歌、散文、小说)、【网里乾坤】(文史哲、科普知识小品 ※ ※ )和【网萃】(个人或专题选集)。本刊每月十五日出版,并不定期出 ※ ※ 版专题增刊。                          ※ ※                                 ※ ※   本刊主页国际版:www.xys.org           ※ ※       国内版:newxys2.com           ※ ※            ◆赞◆助◆单◆位◆            ※ ※   PSI留学生服务公司:www.psiservice.com ※ ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※                  § 【卷首诗】            §   一棵孤独的树                  § 蔡同伟:一棵孤独的树       §    ·蔡同伟·                  § 【牛肆】             §  一棵孤独的树                  §  挺立茫茫沙丘 贾 湛:求真与爱国谁更重要    §  以顽强的生命力 王成凯:奇怪的怕冷不怕热现象   §  在时光里行走 pardox:由一段相声垫话所想到的  §  历经了多少苦难的春秋                  §  至今枝繁叶茂 【丝露集】            §  守着寂寞展风流                  §  没有人知晓 张雪昆:我如水          §  当初他为何在此落下户口 翟青杨:小镇之谜         §  也无人考究                  §  他在此生活了多久 【网里乾坤】           §  他挺胸昂首                  §  与风沙干旱搏斗 驽 马:苦瓜是不是越苦越好?   §  在荒漠独树一帜 任舒展:数值天气预报的先驱    §  伸展不懈追求    ——刘易斯·福瑞·理查德森 §  爱的血脉 不必关注:简明科学大历史     §  融入沙丘的骨肉                  §  是什么支撑他 【网萃】             §  身处逆境不低头……                  §   程 鹗:宇宙膨胀背后的故事    §          (一~二)   §                  §  【网讯】∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ 【牛肆】∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ ◆        求真与爱国谁更重要              ·贾湛·   最近,方舟子在推特上对比了一个现象:“美国开学第一课讲掌握批判性思 维提高分辨真假信息的能力,中国开学第一课演出五星红旗我为你骄傲。”这样 的对比,让我们思考:求真和爱国究竟谁更重要?我想中国人几乎绝大多数认为 爱国重要。在中国,只要我们与其它国家冲突,几乎很少有人反省我们国家自己 的。如果说我们政府做得不对,几乎人人攻之,不是卖国贼就是汉奸走狗。要问 中国落后的本质是什么,这就是本质。没有人追求真理,或真理总是放在政治或 经济利益或民族感情之后。   古代几乎所有人都爱国,完全不要宣传,因为古代的战争可以把敌国人民赶 尽杀绝。但在全球化势不可阻挡的今天,想要大家爱国,就有一定的难度了。因 为战争只是政治或经济利益的冲突,只推翻政府,尽量减少杀戮。所以你要人们 爱国,先要让这个国家真正属于每个人的。如果不是人民选择的或喜欢的生活方 式和社会环境,很少有人想维护这样的社会。当前的香港事件,我们看到政治冲 突的激烈。从港独的媒体中确实可以看到共产主义与自由主义的对立,甚至一些 人认为共产主义是毒瘤,民主与共产主义势不两立。我想这是我们的许多官员最 愤慨的。其实我们的官们聪明点,就会去想为什么会给别人这样的印象,而不是 只会愤怒。就像鲁迅等先辈说“汉字不灭,中国必亡”,听这类不顺耳的话,不 去生气而是分析其道理,设法改进,我们的社会就会进步。   追求理想有什么错?人类所有的进步都离不开人的追求。19世纪末,马克思 进一步提出了早已有人提出的建立理想社会的计划,我们称之为科学共产主义。 什么叫“科学”?肯定正确且不能修改的理论算是科学?可见并不是我们追求理 想错了,而是对科学理解错了。任何一个人的理论怎么可能完全对?马克思理论 当然也是有错,把理想社会说成按需分配没有等级差别是小错(不符合耗散结构 理论),最大的错是说社会科学有阶级性,这导致“无产阶级”夺取政权后,当 权者可以理直气壮地打压政敌,把一切批评说成是资产阶级的恶意攻击。说科学 共产主义至少应该是能够纠正原来理论中错的部分才行,显然我们的官员不懂这 个道理。再来看看自由世界,它们同样有许多错误的理论。过分反共本身就是错 误,但言论自由的制度确保了学术自由,这让一部分学者认真研究社会问题,吸 收各种敌对理论中正确部分。终于在不断纠错的理论指导下,它们远远把所有红 色国家抛在后面。如今的北欧都是真正的社会主义国家,接近了人们追求的理想 国,其他发达国家都将会象北欧一样。而我们呢?究竟是爱国重要还是批判性思 维最重要?   要想让人爱国,首先应让人们认为这个国家(不是只指这块土地) 是真正 属于人民自己的,即人民真正参与其管理,而不是被政客忽悠。即国家属于人民, 而不是人民属于国家。否则再强的舆论工具宣传,一旦打起仗来还会重蹈八国联 军侵华战争的历史,人民会倒过来欢迎侵略者。煽情只会产生大量口是心非的骗 子,央视董美女最近被徐晓波骂并不是没有一点道理。民主政治并不容易实现, 实现了也不容易能兴国(条件不够成熟的时候搞民主很容易国家四分五裂),但 这是方向。连这方向也不肯承认,还把追求民主自由说成是西方搞颠覆的阴谋, 这真的让真正爱国的人们失望。香港事件为什么不能让我们认真检讨自己有多少 地方搞假民主激起人们的强烈不满呢?   搞不搞民主制,只是人们民主要求的一个方面,如果连自由言论都没有,人 民更没有当家作主的感觉了。腐败是要靠全体人民来反的,没有人敢于揭露腐败, 则人民就是骗子们刀板上的肉,还会有主人的感觉?所以批判性思维是极其重要 的。连批判性思维也要限制,人们不要说认识骗子了,最常见的错误也没有人指 出。中国人连中医都不知道不科学,转基因都被人误认为有毒,是帝国主义的阴 谋,这个社会还有什么批判性思维。一个政府怕搞民主把国家分裂了,还算有点 理由,但揭露中医骗子都不让揭露,这个社会理性的力量在哪里?产品的真假, 技术的先进落后,思想的正确与错误,官员搞不清对错,不去支持对的就罢了, 还不让市场自觉纠错,并支持错的,这是怎样的后果?批判性思维不只是要去培 养,更是官员自己要有批判性思维,这样才不至于把马列主义变成教条。吸取人 类所有正确的思想,不断完善社会理论,不盲目地搞建设,真正为人民服务,让 人民感觉是真正的人民政府。   批判性思维不是想有就有的,需要长期的培养。我在的一个群,就非常奇怪, 我若说要有批判性思维,几乎个个赞成,但我只是说了毛反封建迷信,就有人特 别反感了,要群主驱逐我,说,这个群怎么还有支持毛的。可见缺少批判性思维 的人们是多么的可怕,他们不但没有一点细致理解能力,而且一出现自己反感的 人就特别冲动。在恨毛的眼里,毛只有错误,没有一点对的。所谓批判性思维, 就是讲道理不问人。对任何问题只具体问题具体分析,而不是说到谁就支持,说 到谁就反对。多少人明知阶级斗争不讲理,但自己就是一个喜欢阶级斗争的典型。 没有受过批判性思维长期训练的人,几乎都会象中医那样笼统思维,谈到自己不 喜欢的人就恨之入骨,对方所有所作所为全是错的。甚至发现对方一有与自己不 同的观念就受不了,根本没有任何耐心听对方说什么。专制不是人为产生的,专 制思想和行为根植在每个没有受过批判性思维的人言行中。批判性思维之所以不 可缺少,就是让人少点冲动,不要还没有完整的信息就下结论,而且虚心听听别 人的观点,善于改变自己原有的看法(绝大多数中国人不知道自己的观念是长期 不对称信息环境形成的,有许多错误),这对社会稳定只有好处,没有坏处。在 一些官员看来,控制舆论才有多数人支持政府,才有国家的稳定。殊不知,自己 官做得再大也是人,不会比其它人聪明太多,也会被虚假信息所骗。我想,有不 少官员也和无知的网民一样想打仗,那一定是被我们腐败的科技界骗了,以为我 的国真的厉害了,军事力量已够与西方对抗了。又忘了慈禧是怎么敢跟八国联军 开战的,上下到处是奴才和骗子,自己哪来的对形势的正确判断。控制舆论到头 来是让自己成为瞎子聋子,自以为是在爱国,其实却是误国误民自己还不知道。 ◆           奇怪的怕冷不怕热现象               ·王成凯·   冷水冷饭冷菜吃了要拉肚子。我们从小都被大人这样警告,以至于成为普遍 的常识。真是这样吗?如果不是,大家为什么都这么说?   以前人们掌握的知识大都从经验得来,但经验不都可靠,在没有自来水的以 前,大家喝的是井水或河水。喝冷水一般是没烧开的水,这些水里很可能有寄生 虫,喝了就可能被感染而拉肚子。导致拉肚子的是寄生虫,不是冷水本身。感染 寄生虫会拉肚子是现代医学发现的,以前人们不知道,所以喝了冷水后拉肚子就 以为冷水的冷导致的。   再说冷饭冷菜,既然是冷饭冷菜就已经放了一段时间的。以前没冰箱,饭菜 可能已变质了,吃了当然要拉肚子。所以吃东西导致拉肚子跟食物冷不冷没关系, 关键要新鲜干净。别说吃冷东西不会拉肚子,就是冰的也不会。要不然一到夏天 多少人都得天天拉肚子。   烫的食物大家就不觉得有多大危险了。但事实并非如此,比如食道癌就跟吃 过烫的食物有很大关系。我家乡粤东潮汕人喜欢喝功夫茶,滚烫的水刚冲好茶, 大家就相让道:“食,食”,拿起就喝,喉咙烫得火辣辣的。眼不眯,眉不皱的 还会被恭维为“铁嘴”。还喜欢吃白米粥,也是烫的,难怪食道癌高发。   还有蒸桑拿也是莫明其妙。据说能把湿毒蒸出来,我想被蒸出来的不只是湿 毒吧?水蒸气该不会那么善解人意,只蒸出湿毒而不蒸出其他东西。桑拿房里那 么热,亏他们也受得了,为了排毒也是拼了。有些人蒸完后觉得舒服,又是什么 原因?无非身体受了一番折磨后,大脑分泌了镇痛剂之类的物质让人感到舒服而 已。感冒盖被子出汗更是要命,闷着高烧不退会把人活活闷死。天气有些凉就赶 紧多穿点,别被冻着感冒了。我这边现在二十多度,路上大把人穿着外套。   为什么这么怕冷却不怕热?不知道人是恒温动物不能太冷也不能太热吗? ◆          由一段相声垫话所想到的                ·pardox·   所谓垫话,就是表演一段相声之前的开场白,通常是生动有趣与整个相声内 容似有关而又似无关的开场小段或片断,主要是为了掌握观众情绪、引导听众欣 赏节目。   茶馆相声有一个突出的特点就是有大量的伦理哏。而且每次使用的时候,只 要演员不是太差,效果都很不错。所以茶馆相声的演员们都喜欢使用,那么在垫 话阶段也就少不了一些伦理哏了。   下面这个小片段就是在京津相声茶馆里经常可以听到的。   甲(逗哏):相声界有很多相声名家,比如侯耀文,为什么他相声说得好啊?   乙(捧哏):为什么说得好啊?   甲: 因为他爸爸就是说相声的   乙:侯宝林,那可是相声大师;   甲:马志明,相声为什么说得那么好啊?   乙:他是为什么啊?   甲:他爸爸是马三立,也是相声大师   乙:对,马派相声的创始人嘛。   甲:小蘑菇为什么相声也说得那么好啊?   乙:他爸爸是常连安,也是说相声的。   然后甲一指乙,说:乙相声也说得非常好,然后自问自答,为什么乙相声也 说得那么好啊,是因为乙的爸爸也是说相声的。   这时乙就会把甲拦住,说:我爸爸不是说相声的。   甲就会翻出包袱:乙的爸爸不是说相声的,乙的爸爸是听相声的。   这时台下的观众,就会心领神会,文明的含笑点头,普通群众一般就会发出 “吁”的标识性声音,这时台上台下十分默契,其乐融融。   类似的小段还有很多,基本上是这个模式。但是只要是懂一些逻辑的话,就 会知道这个小垫话是有问题的,这样看来就没有什么可乐的了。   观众、演员暗含的推理逻辑是这样的:   A: 乙的爸爸是听相声的。   B: 台下的观众是听相声的。   由此推出:   C: 台下的观众是乙的爸爸。   但是学过逻辑的都知道这个推理是不成立的,即:   有A->B , C-> B, 并不能推出 C->A.   C和A可能是任何关系。   这是很明显的逻辑错误。我看台下基本上都是受过高等教育的,但是好像不 妨碍他们感受其中的“乐趣”,可见还是传统文化的影响打败了逻辑推理。   在现实生活中犯这种逻辑错误的也比比皆是。很多人不想也不愿意进行严谨 的逻辑思考,思想上比较懒惰,容易相信自己看到的。比如我的一个朋友听说有 人用灌肠治好了什么什么病,要去广州学习灌肠。这里我就指出了其中的几个问 题。第一,根据在互联网上搜索到的相关研究成果,可以发现灌肠治病不是主流 的观点,并没有受到主流观点的认可;第二,个例并不能说明问题,需要大样本 随机双盲对照实验才能证明两者之间的因果关系;第三,两件事情先后发生并不 能证明两者之间有因果关系,即使那个人确实在灌肠之后病就好了,也不能说明 是因为灌肠治好了他的病;第四,对口口相传的真实性是要存疑的。虽然我是费 劲口舌,但是她最后回复的只有一句话:“她确实好了呀。”结果她还是飞去广 州学了所谓的“灌肠”,之后隔三差五还给别人和自己试试。   她还是经过我的多方“教育”,终于不相信中医了的,其他人就更可想而知 了。所以现在回想起来,她对中医的不相信,也只是基于简单的事实:例如中医 明显的毒副作用及其相关报道,而不是从思辨的角度,从逻辑上判断出中医的不 合理性。所以即使不再相信中医了,但是当出现了其他的什么神医、神药,还是 会相信的,也就是说从逻辑上还没有真正的掌握科学思维的武器,即使不被这个 骗,也会被那个骗。果然,最后她斗志昂扬地去做安利去了。   所以让人们真正掌握批判性思维,还是很难的,需要我们时刻绷紧这根弦, 保持警醒,多加练习,真的是需要“时时勤拂拭,勿使惹尘埃”。实际上想来这 样也是很自然的,人基本上都是通过直觉来进行推理判断的。经过几十万年的进 化,人们往往需要在迫切的环境下迅速进行判断,这时就需要依据以往的经验做 出迅速的决定,因此人们骨子里是倾向于基于感性、直觉进行判断的。因此进行 逻辑推理实际上是违反人的天性的。科学家也已经发现,进行逻辑推理是需要后 天进行教育、学习、刻意进行训练才可以获得的。还需要有意识地时刻提醒自己, 否则就会犯各种各样的逻辑上的错误。   但是目前普遍缺乏批判性思维的教育。有一部分人连基本是事实与观点都不 能区分。网上的辩论、现实生活中的讨论,往往也滑入了狡辩和胡搅蛮缠,没有 任何积极意义。理工科学生也有同样的问题,虽然学习了一些科学知识,但是缺 乏基本的逻辑思维能力。比如,我就知道有些物理老师至今还对微波炉比较抵触, 认为有辐射,相信中医等等。这些都是有知识、无思维的表现。   掌握了批判性思维,虽然听相声的时候可能会失去一些乐趣,但是在其他方 面会多一些思考,少些上当受骗的机会,还是利大于弊的。 【丝露集】∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ ◆              我如水               ·张雪昆·   我如水,我愿如水,可以蓝,可以飘绿叶,可以渡航船,可以知山色之远。   我走过的路,会在梦里再走一次,有时迂回,有时笔直,我常常转到我熟悉 的地方。我如水,浅吟低唱,那低处在等我归来。在那无穷无尽的低处,有许多 沉船,有成群结队的眼泪,有消失已久的春天,有我结了冰的梦。我经过,我流 淌,点点晶莹,点点灿烂。   我经过,我流淌,直到静止,直到成为湖泊。如果,我得到的风暴够强大, 我拥有的闪电够猛烈,我也许,也许会成为海洋。   我经过,我流淌,我仰望的别样的灵魂,都在河平面或者海平面之上,灿烂 如星,沉默如云,美丽如花。我仰望,我跳跃如浪也拥抱不了这些灵魂。我如水, 我用倒影拥有了别样的灵魂,这已经足够。   我如水,我面向月亮的一切反光如夜一般辽阔,让我胸怀里的事物都显露出 温柔的影子,例如家,例如故乡,例如朋友,例如渐行渐远的爱人。我,有时是 他们和她们的旁观者,有时是他们和她们的参与者。而他们和她们,终究如水, 从世上流到我的心上。   我如水,我心如镜。镜中的人,镜中的事,终于停止起伏,不变,不灭,自 带越来越璀璨的光。   我如水,我静止之处,是冰山一般的存在,我沉没于冰山之下,任凭蔚蓝在 头顶上方奔涌。与我相依偎的,都与我绝对不同,都比我美丽,比我辽阔,比我 灿烂。而我,因为有了他们和她们的依偎,我得到了花型的梦,紫色,深邃,无 边无际。   我如水,心圆时如水,心碎了依然如水。可以是浪花,可以是雾,可以是云, 最终还是凝结在这里,一个风一样自由的地方,我经过,我流淌。   我如水,我愿如水,似梦流过,看梦流过。 ◆             小镇之谜               ·翟青杨·   对于小镇人来说,谜,是既无法随风而逝,也无法入土为安的东西。只有河 水可以收留谜。不同的谜在不同的日子顺流而去,在不为人知的日子沉入河底, 又不知在哪一个涨潮的日子,会沉渣泛起。   葱华的去向只是小镇众多逐渐被淹没的谜中的一个。   小镇很小,小得没有城墙,只有一座城楼、一条主街,呈倒“Z”字型,街 两边是清水砖墙的房舍。从街南头到北头,地势渐高。磨房就在南头拐角,逢集 的日子,乡下人都挑着背着来赶集,也把磨不完的芝麻卖给磨房。集市蚯蚓一般 从磨房口向上伸,一条街都飘着小磨油的香气,那种永不厌倦的醇香混杂着喧嚣 吵嚷,胜过世间许多滋味,闻一闻能忘掉心上的创伤。   街北头连着河坡,跨过一个坎,沿石阶走下去,河滩芳草萋萋、芦苇纵横, 大大小小的青石半浸在浅滩里。晴好的日子,大姑娘小媳妇子把衣服摊开在青石 上,拍上皂角一边用棒子捶打,一边飞短流长。潮起潮落,青石越来越来越莹润, 河水越来越清澈。河底小鱼藏身青石下不见了,忽地又游出来争食,仿佛这一隐 一现之间,大姑娘成了小媳妇,小媳妇成了老祖母……   河从哪来,到哪去,小镇人没人知道,他们只知道河是自古就有的。九十里 外是县城,河对岸是一片树林子,树林外就是一马平川的良田。所以小镇的风气 是更接近乡下的。小镇的女子,有的一生都没去过县城,也不知道自己的美丽。 凡是天然的东西于小镇人来说都是廉价的,天光是老天爷白给的,花草是土地爷 白给的,好山水是从来就有的,生儿育女是祖宗保佑的,收成是靠天照应的—— 他们看不出有什么金贵的。   但是小磨油是金贵的,因为营建里人喜欢,县城人也喜欢。乡下人自己收了 芝麻自己磨小磨油,过年过节的才舍得吃一口,其余的都拿到集上卖了。小镇也 有一间油坊,生意却并不大好,时常的要为街坊磨些面来维持。经营磨坊的男 人像石磨一样沉默。人们只知道他姓肖。他偶尔也到县城里去卖油,平日孤身带 着一个闺女,他的闺女叫葱华,在小镇读了初小,他却不再供她到县里读高小了。 所以,葱华早早的就加入了河边洗衣的娘子军。   这一天,葱华照旧抱着木盆来,青石全被占了——洗衣的女人们总喜欢把衣 服一件件都摊开在青石上。葱华先挽起裤脚把衣服抱到河里去漂洗,映在水面的 样貌便弯曲破碎了,变成了水波纹,只有那对眼睛亮晶晶的,一闪一闪象星星。 葱华漂好了,水面又恢复了平静,她眨眨眼睛,水面上的人影也眨眨眼睛。这时 有人走了,空出一块青石,另有人晾晒衣服也要去占那块青石,葱华灵巧地一步 抢先。那位没抢到的便没好气:“葱华,你抢宝啊,这石头里能蹦出个孙悟空 吧?”边上多嘴的就帮腔:“孙悟空倒不望,望就望小女婿,没听人家说望夫石 嘛!”葱华只低头洗衣不接应,恨不得把那发烧的脸也埋进衣服里。   小镇的日子,许多天也仿佛就一天。葱华再来洗衣服心里就有些芥蒂。偏有 人询问她爹去县城的事,她们知道她爹去县城也只是卖卖油,也不舍得细看看县 城里的西洋景。但这次她们听说她爹结交上了营建里很大的军官。营建是小镇人 心目中很神秘的一个所在,营建靠近小镇,但仿佛比县城还遥远。门前有带枪站 岗的,里面里驻扎着部队,炊事人员时不时出来各处采购鸡蛋、大米和小磨油, 他们啥都舍得吃,啥都吃得起。偶尔送老乡一件洗得发白的旧军装,足够旁人眼 馋上大半年。   葱华对旁人的盘问很想搪塞过去,怎奈盘问的是二胖嫂,与葱华较相得的一 个。这二胖嫂快嘴如刀,每每能把身边的方寸之地变成是非之地,唯葱华的沉默 最能融入她的喧嚣。二胖嫂契而不舍,葱华只得说了,来她家的那人不是军官, 那人的哥现在在营建里当营长。他爹杀了只鸡招待,那只鸡葱华一手从小鸡娃把 它喂大,哭了一顿饭呢。   小镇的日子,其实也是快如闪电的。葱华再来河边洗衣就穿上宽大的半旧男 军装,露出细白如瓷的脖颈,和细长匀称的两条小腿。一头云丝仔细地盘了起来, 白净的脸上若隐若现着绯红的晕,是新娘子才有的那种红晕。胖二嫂就问,领证 了?葱华红着脸点点头。河底的小鱼儿还是那么自由自在,葱华的沉默如今却显 得意味深长。昔日翻嘴调舌的女人们见葱华来了,就有人主动把多占了的青石让 出来给她。   自此营长弟弟常到葱华家住,葱华家灶伙就常常飘出小磨油的香气。以前葱 华洗的只有她和她爹的衣裳,如今添了一口人,衣裳竟多了一倍,葱华女婿的衣 裳都是部队发的,又阔大又厚实。葱华洗得很用力,脸都涨红了,两只奶子一抖 一抖。就有个大嫂子问,葱华,你没穿那个?一边用手在胸前比划。其实小镇女 人都没用过“那个”,小镇女人用的是肚兜。但是大嫂子曾给营建里一个军官太 太当过保姆,军官太太穿的她见过的,把两只奶子托起来,很羞人。葱华脸红了, 好像做了见不得人的事,红到脖子根,好像她奶子一抖一抖是她的错,是大逆不 道的。   便有人问葱华爹讨酒喝,葱华爹一边散着喜烟,一边说他女婿是公家人,不 兴这套呢。但那些天来磨面的街坊给钱他死活不收。   没有葱华的河边,女人们心潮也很是澎湃。白手腕子在青石上翻飞,嘴也没 停。这高枝子,竟然让葱华给攀上了,不显山不露水的……又一致认为这是命, 姻缘都有红线牵着,是老天定好的……   没结婚的小丫头们低着头用力搓洗,但是耳朵都支愣愣的,生怕漏掉一个字。   果然,不久葱华的女婿就被他哥哥调去营建里吃公粮了。不知谁从河坡上踢 下来一颗小石子,在大河中央泛起一圈圈水花。   葱华现在是随军家属了。   葱华爹衣裳攒了一堆的时候,葱华回来帮爹洗衣了。   葱华的肚子有点微微凸显,有人问:“几月生啊?”葱华就说还早呢,刚怀 上,要过了年呢。那人又说:“葱华,当上军官太太了还来洗衣裳?不觅个保 姆?”葱华只笑笑,说她没工作闲着哩,说她大伯哥要托人把她调到营建当营业 员,托人要钱哩。便有人问,营建啥样啊,里面听说比明港镇还大?葱华点点头, 又摇摇头,说大,又掰着手指头说,里面有练兵场、有营房、有诊所、有幼儿园 和小学校、有商店……那人就问里面没有什么?葱华就笑,那人就紧着问,问话 的是个红鼻子尖的大嫂子,嘴角上的痣呼之欲出:“葱花儿——以后去营建享福, 怕不记得我们了……” “儿”音拉的特别长。葱华便直视大嫂子双眼:“咋不 记得?”葱华眼睛圆圆的亮亮的,里面一池子都是清水。大嫂子便说,葱华嘴甜, 假让客遇见了热粘皮,那我们真去营建找你玩哦。   葱华用力点点头。   她们真的去营建找葱华了。只知道葱华男人叫王连长,竟然找到了。葱华家 还没分配住房,住在她大伯哥家,她大伯哥参加过解放战争立过功,偌大的院子, 不知怎么一直没结婚也没孩子,屋里好亮堂的大窗子,葱华把院子扫得灰不占地, 玻璃窗擦得透透亮,二胖嫂险些一头碰上去。一个红木桌子上有个大马口铁匣子, 里面有好多稀罕点心,花绿的糖果,看糖纸都流口水。葱华让他们坐,倒水,还 招待她们吃点心。那个红鼻子尖的女人说,葱华,你帮我们家小慧也介绍一个呗! 胖二嫂便说,哎呦,你家小慧才多大呀,你是后妈吧?之后葱华就带着她们参观 营建,穿过好大好大的操场,是一排一排的房子,房子真整齐,其中有一所房子 是商店。她们走到门口,看到里面有一个女营业员,尖嘴吊梢眼,胸脯托得高高 的。葱华看见自己男人也在里面,便走进去问:你咋在这哩?你没在连队部?她 男人买包烟赶紧走了,女人们只看见他短粗的腿,却走得跟飞毛腿似的。   这年春节葱华没回来过年,女婿也没回来。女人们便猜想,怕是生了吧?商 议着想再去营建里看葱华的时候,葱华又回来了,而且是孤身一人回来的。肚子 不见了,孩子也不见了。回来后谁也不理,大门不出二门不迈。日子一天天过 去,葱华爹的脸色一天比一天更像一盘石磨。   是小两口吵架了吧?胖二嫂便去磨房磨面,让葱华的爹去找女婿问问。   葱华爹真的去了。站岗的不让他进门,他就蹲守在大门外马路上,他天天去, 跟路上的蚂蚁都混熟了。终于有一天,葱华爹看见女婿出来了。王连长穿上了军 官服,矮壮身材也显得有些气宇轩昂。粗臂膀上吊着一个吊梢眼的女子,葱华爹 本来想好的话竟一句也说不出。女婿看见是他,脸红了一下,从兜兜里掏出一个 小本本给葱华爹看:“我跟肖葱华已经离了,肖葱华签字同意离的。”   葱华还是天天到营建去。门卫认识她,都不拦着。到了王连长家就擦桌子洗 碗择菜做饭,临走把掉梢眼和王连长换下来的脏衣裳包起来带去河边洗。葱华到 河边洗衣服不再抱木盆,她抱起那一包衣服径自到河边,把自己军装也脱下来搓 呀搓,小腹平平的,好像从来没有怀过孕的姑娘, 眼泪溅在胸前的鸳鸯肚兜上, 又砸进河水里。胖二嫂问她话,她只摇头,不声不响地摇头。   葱华取衣裳时王连长在家,王连长说:“你以后别来了。”眼睛却看着别处。 葱华还是不声不响。隔天洗干净的衣裳送回来只放门口就要走。门虚掩着,里面 有人呼救——大着肚子的吊梢眼摔倒了,葱华进去把她扶起来。掉梢眼说要吃鸡 汤面。葱华在火上坐了砂锅炖鸡。鸡肉很香很烂,闻一闻都流口水,葱华也不吃 一口,王连长回来见了摇摇头。   后来,王连长搬家了,还在营建里,但没人知道他住哪。   天热了。烈日炎炎葱华有时竟穿着男人那件半旧军装,戴着部队护耳厚皮帽 子——见人还是不说话,眼睛里尽是亮晶晶的琉璃片,碎得拼不起。   葱华的爹抽打葱华时,没人敢去劝,他的眼睛血红,像在与命运搏斗。   那件旧军装被葱华爹撕碎扔了。下了学的孩子们从他家门口过,捡那些碎布 条做弹弓,葱华就去抢,抢过来贴到心上,宝贝似的。孩子们一起骂她“疯婆 儿”。葱华也不怒,杂草般的头发丛里透出两只陌生而遥远的眼睛。   再后来,葱华连衣服也不穿,身上贴着军装的碎布条跑出来。她爹拽着她的 头发把她拖回去,白皙的膝盖在泥土和碎石的路面上一路划过去。   葱华被带子拴在街角的磨坊里。有人去磨面时,就偷着跑出来,不声也不响, 半裸着走来走去。   关于命运的神秘,小镇女人总是唏嘘的,但那时她们连唏嘘的力气也失去了 ——小镇那时家家都吃不饱,营建却不时还有剩饭菜往外倒,他们不明白葱华为 什么要签字同意离婚。   “应该拖死他!”“不能便宜了他!”“……”女人们七嘴八舌地说,仿佛 个个都是巾帼英雄。   盛夏的小镇是常常下雨的。下雨时,人们把木桶放在屋檐下石阶上接着,不 一会就是满满一桶水,倒进水缸里。   但是那一天下得特别大,不用木桶,水自己快跑进水缸里了。   一开始是街角的磨坊,渐渐地,街北边也水漫金山了。用沙袋封住门,只听 见外面劈劈啪啪大雨发疯似的拍打。   那一天葱华的爹出门卖油没回得来。   大水退下去已经是第二天了。   第二天,天晴了。一大早就有人看见葱华出门了,葱华穿戴整齐,干草堆般 的头发梳得油光水滑,胸脯托得高高的。有人问葱华这么早去哪啊?葱华也不答, 胳膊吊在王连长肘弯里,胸脯托得高高的,走起路昂首挺胸,微微笑着,脸上的 表情象风一样淡。那人一眨眼,他们又不见了。   从此就没人见着葱华了。 葱华爹卖油回来,栓葱华的皮带子断了,葱华已 经不在了,尸首也不见,洪水退后所有的人,连小孩子也动员去找,把地碗碴、 烂棉絮的街道翻了一个遍.水性好的浮到深水里打捞,捞出了几颗部队打靶的炮 弹壳,但是葱华还是没找到……只有葱华爹一个人黑着脸坐着,不找也不捞,也 不说话。胖二嫂她们几个骂他狠心,骂着骂着哭了一场。   第三天,就传出掉梢眼的死讯了。难产。接生的说血溅得好大个西瓜“啪” 的被击中炸裂样子,把医院的砖铺地都染黑了。   再后来,王连长又娶了。   不久又离婚了。传闻王连长“兴不起来”。   王连长矮矮壮壮,膀子上肌肉鼓得能掉下来。说给谁谁信。不久王连长又结 婚了。这次新娘子是邻县的小寡妇,屁股很大很翘,走起路来屁股左摇右摆。   但是又离婚了。大屁股寡妇骂王连长是骗子,说他不是男人。   王连长从此便焉了。没事就安静地坐着,本来是矮的,如今更矮了;原本是 壮的,如今确如空袋子,仿佛里面都是发不出地牢骚,嘴里喃喃有声,却没人听 清他说的什么。   王连长的哥哥发火了。营长把王连长亲事当作任务布置下来。便有高参出主 意,要王连长给肖葱华同志弄个衣冠冢,去坟上拜一拜。   王连长真去了。收了几个孩子的弹弓布,又找裁缝按照葱华的身段做了衣裳, 到树林里培了一个坟。王连长烧了一块的卡衣料,又拿出几个桔子摆上,抚摸着 坟上土说:“肖葱华啊,都是我不好,也怪你,你说你咋就流产了呢……”   “肖葱华,你也知道我家要续香火——你到了那边,有不计较你的就嫁了 吧……我今儿喊你的名字,要是答应我,给我点个头,好么?”一阵风吹过, 树叶子哗哗响,边上草摇摆不停,象跳舞。王连长鼻子一酸,不知怎么就流泪了。   王连长又结婚了。这次娶的是个女大学生。一年之后,王连长喜得了一个闺 女。起个名字叫聪华,王连长起的。   又过了几年,小镇如一个妇人臃肿起来,街道渐如一段百结的愁肠,疲惫而 苍老。有一天大雨倾盆,街角的磨坊水漫金山了,外面劈劈啪啪大雨发疯似的打 门。胖二嫂手按着斗笠,冒雨去河边拣捉鱼虾开荤,一眼看见葱华一动不动坐在 河边的青石上。   河水越来越浑浊,胖二嫂喊了一声“葱华”,霎那间葱华又不见了。   她立刻回转到磨坊去,磨坊木门斜了半扇,大水快淹没磨盘了,葱华爹坐在 他常坐的磨坊角落石凳上,头耷拉着,已经凉了。不知道什么时辰死的。   胖二嫂说葱华还是从前的样子,没有变老。   小镇人不信。   混浊的河水也不甘示弱,哗哗地好像在说着什么。    【网里乾坤】∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ ◆           苦瓜是不是越苦越好?                   ·驽马·   苦瓜(bitter gourd/melon),也叫凉瓜,是一种常见的蔬菜。苦瓜源于印 度,在中国经人工培育后,与印度的品种已经有很大区别,不仅形状发生了很大 变化,苦味也减轻了很多。但很多人认为苦瓜越苦越好,因为越苦,其“败火、 减肥、降糖”等功效才越好。真的是这样吗?   苦瓜是葫芦科植物,同科的还有葫芦、西葫芦、丝瓜、甜瓜、黄瓜等。葫芦 科植物有个共同特点,就是含有葫芦素。植物未成熟时含量较多,成熟后含量减 少。葫芦素是苦味成分,是有毒性的,其毒性是植物自我防御的“武器”,目的 是为了抵御病虫害入侵以及防止被人或动物采食。   苦瓜中还有很多其他苦味成分,由于我们每次食用量较少,所以苦瓜的苦味 成分通常不会导致中毒。但食用苦瓜引起的腹泻、呕吐、脱发、昏迷、休克等症 状仍有不少报道。   吃苦瓜有哪些注意事项呢?   1.孕妇尽量不要吃苦瓜。吃苦瓜会大大提高出血、宫缩、胚胎致畸、流产等 风险。这点已经有大量相关研究。   2.准备要孩子的男性尽量少吃、不吃苦瓜。已有动物实验表明,苦瓜提取物 可降低小鼠生育能力,生育率从90%降到20%。   3.肝脏不好的人(如有肝炎、肝硬化等)应尽量少吃苦瓜。2016年国际生化 会议上,报道了苦瓜提取物可导致大鼠肝功受损(ALT、AST都大大升高)。   4.苦瓜或许有降糖效果,但有多项研究表明苦瓜如果和降糖药物一起服用, 会导致低血糖。因此,服用降糖药后不应再吃苦瓜。   5.儿童应尽量不吃苦瓜。当你的孩子嫌苦瓜苦而不想吃时,切莫“语重心长” 地告诉孩子“苦才好“,然后让孩子硬着头皮吃苦瓜。   另外,苦瓜的种子、种皮都含有大量苦瓜毒蛋白(苦瓜定),吃苦瓜时务必 清除干净。苦瓜炒菜之前应尽量用盐水浸一下或热水焯一下以去苦。苦瓜绝不是 “越苦越好”,也不是“夏天应多吃”,苦瓜的“苦”对人体的有毒有害之处不 可忽视。在食物种类日益丰富、健康理念日益重要的今天,我们应形成这样一个 安全饮食理念:尽量规避苦味果蔬。 ◆       数值天气预报的先驱——刘易斯·福瑞·理查德森               ·任舒展·   引言   在瞬息万变、信息爆炸的今天,每个人需要做的预测越来越多。小到每天对 到达办公室的时间,对日常工作进度的预测, 大到对升学,升职以及股市走向 的预测可以说是无处不在,无时不有。这些预测是我们做决定的基础,影响我们 的工作和生活,是我们生活中重要的组成部分。在机构和国家的决策者们制定政 策和规划之前,对结果产生的各种可能性的预测也是决策过程中极为重要的关键 步骤。   从远古时代开始,人们就尝试各种各种方法对事件进行预测。占卜和观测 天象是预测的重要方式。在中国殷商时代,朝廷在做重大决定之前,都要命巫师 通过对灼烧后的龟甲或者兽骨上的裂纹的解读, 或者用蓍草的占卦结果来判断决 定的凶吉。多少年来,人们希望有一种可靠的模型可以用来对自然和社会现象进 行系统和准确的预测。于是有了《易经》的问世和历史上对其汗牛充栋的解读文 献。然而,由于这些预测方法建立在事物之间似是而非的关联,甚至迷信基础之 上,对简单事物的变化都难以做出可靠的预测。   早期的数值天气预报是人类第一次大规模应用科学知识、科学方法对复杂自 然现象变化预测的尝试。其发展历史充分展示了现代科学在帮助人类了解、预测 自然现象过程中所起的巨大作用。   在农耕社会里,天气在农业生产以及人们的日常生活中起作举足轻重的作用。 农作物的产量极大地依赖于气象条件。大范围的干旱、暴雨等极端天气事件经常 导致大批民众流离失所,引发大规模的社会动荡甚至朝代更迭,深刻地影响历史 发展进程。   在近代科学出现以前,人们通过民间流传的天气谚语来预测天气和气候变化。 这些谚语是人们在生活和生产实践中,通过总结局地气象条件和云的形状、颜色, 雾的浓淡,风向,动物活动规律和物候变化之间的关联基础之上形成的。虽然这 些气象谚语对预测局地气象条件的变化有一定的帮助,但由于它们仅仅是局地的 经验总结,而非是建立在对气象要素的客观规律深入理解之上的定量描述,利用 气象谚语难以在给定的时间和空间范围内做出可靠的气象预报。能准确预报天气 变化一直是从古代到近代人的梦想。这种梦想在17世纪后随着现代科学的发展, 尤其是牛顿经典力学和近代物理学的出现才逐渐变为现实。   现在人们在享受准确的天气预报带来的种种便利的同时,很少有人想到就在 一百多年前用科学方法预报天气还是人们的梦想。而梦想的实现正是建立在现代 天气预报的先驱——刘易斯·福瑞·理查德森(Lewis Fry Richardson)早期的艰 辛探索的基础之上。   理查德森生平简介   刘易斯·福瑞·理查德森于1881年10月11日在英国杜伦郡(Durham)的纽卡 斯尔(Newcastl)的一个教友派信徒家出生。他父亲从事皮革生产,母亲是来自 玉米商家庭。他在家里最年幼,上面有四个哥哥和两个姐姐。理查德森在完成了 一所著名的教友派学校学习四年后进入一所现称为纽卡斯尔大学学习两年。毕业 后他到剑桥大学的三一学院,师从电子的发现者,开文迪习实验室的汤姆森教授 学习。三年后获得自然科学学士学位。他当时学术方面的兴趣是物理和数学。后 来又拓展到更加广泛的领域,包括化学,植物学和动物学。很多年后他在伦敦大 学学院学习心理学。在他47岁时从伦敦大学获得荣誉学位。   离开剑桥大学后的十年里, 理查德森曾先后在国家物理实验室工作,威尔 士和曼切斯特的学院授课,和在工业界做研究。在这期间,为了求解描述物理问 题而提出的微分方程,他发展了有限差分法。1911年他开始思考在数值天气预报 中使用这种方法。1913年,理查德森一家迁往荒凉潮湿的苏格兰的伊卡斯达勒米 尔(Eksdalemuir),在英国气象局属下的气象和磁场观测站工作。在此期间, 他专注于数值天气预报的研究。1916年5月他通过气象局长向向英国皇家学会提 交了他关于天气预报的工作。然而皇家学会并未在其属下的刊物发表理查德森的 工作,而是给他提供100英镑让他在其它刊物发表。   一战期间,理查德森由于教友会信教徒的背景不能直接加入战斗部队,但他 于1916年在法国加入了战地急救队。即使在严酷的战争环境下,他仍然继续进行 天气预报的研究工作。两年后他回到英国气象局。除了进行数值天气预报的研究 外,他还发展了几款精巧的测量高层大气的仪器。   一年以后,由于英国气象局被军方暂管,理查德森出于对和平的信念从气象 局辞职。后就职于伦敦的威斯敏斯特培训学院(Westminster Training College)。在那里他的研究兴趣转到大气湍流,作出了两项重大的贡献:提出 “理查德森判据”用于描述湍流发生的条件和流体的稳定性;提出湍流中能量 传输的4/3指数定律。这两项结果已经成为流体力学的经典,直到现在还被气象 和流体力学界广泛引用。他于1921年出版了《用数值方法预报天气》(Weather Prediction by Numerical Process)一书。   1926年,理查德森被选为英国皇家学会会员。出于对他的湍流的研究结果被 用于军事而感到不安,他从那以后就逐渐远离气象界。作为一位和平主义者,他 厌恶战争,他试图通过用定量的方式来分析战争爆发的原因从而达到消除战争的 目的。为此他收集和分析了大量有关战争的资料并写成了两部著作《军备和不安 全性》和《致命争吵的统计》。虽然这两部著作是用定量方法研究战争的开山之 作,且具有很高的原创性,但和《用数值方法预报天气》一书的命运一样,并未 受到重视,连出版商都找不到。直到1960年才经过他儿子的努力这两部著作才得 以出版。   理查德森对数值天气预报的贡献   大气运动主要是由太阳辐射的南北差异导致的水平气压梯度,垂直气压梯度, 重力和科氏力(Coriolis force)等驱动。大气系统内部除了包含有极其复杂的 动力和热力过程,也包含有形成雨雪,云雾和雷电等自然现象的物理过程。同时, 大气系统还与陆地和海洋交换动量,能量,热量和化学物质。这些因素叠加在一 起在大气内部激发了各种空间和时间尺度的波动,这些波动包括大尺度行星波, 中等尺度的天气尺度波以及小尺度的重力波。虽然太阳辐射的南北差异在时间上 具有一定的周期性,但由于大气运动具有很强的非线性性,大气系统随时间的演 化并不具有周期性。这给天气预报带来了很大的难度,人们不断尝试各种方法对 天气变化进行预报。   在理查德森开始深入研究数值天气预报之前,欧洲采用的是用“指数”进行 的相似预报。也就是通过历史资料寻找和当下相似的天气形式来对未来的天气变 化进行预报。然而,由于大气运动的非周期性,加之这种方法极大地依赖于预报 员的直觉和对局地气象的经验,预报的精确性可想而知。   自从牛顿力学被应用于解释自然现象,尤其是对天体运行的预测取得巨大的 成功之后,人们开始坚信,科学的方法可以用于对自然界,甚至人类社会的各种 现象进行解释和预测。这种被称为决定论的思想在法国科学家拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace)的概率论(Essai philosophique sur les probabilités)中得到体现。   “我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者 能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置,假如他也能够对 这些数据进行分析,那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简 单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的,而未来只会像过去般出现在他 面前。“   得益于流行于欧洲的决定论思想,有人先于理查德森尝试用将描述大气动力 过程的方程和其它物理原理来预报气象要素。1904年,马克斯·马古斯(Marx Margules)就考虑过用空气质量守恒原理预报地面气压变化。但考虑到方程各项 的可能误差后,他很快就放弃了尝试,并认为这种方法不现实。挪威的气象学家 威廉·彼杰克尼斯 (Vilhelm Bjerknes)又提出了用描述物理原理的数学方程来 进行天气预报的构想。然而他不知从何下手实现他的构想后,便带领研究团队转 而发展其它方法研究天气变化。   气象学界普遍认为,精确的数值天气预报需要如下四个条件:对大气运动中 的动力,热力和其它物理原理有深刻的理解;具有高空间分布密度的准确的初始 条件;稳定的数值计算方法求解描述大气运动的偏微分方程;高速电子计算机。   理查德森在入职英国气象局后开始了数值天气预报的系统研究。在这以前, 仅有第一个条件基本满足。数值天气预报在当时几乎不可能。然而就是在这样的 情形下,他利用他发展的数值计算方法单枪匹马地开始了对数值天气预报的研究。   在他的工作中,有七个预报方程来描述风场,气压,水汽和大气密度随空间 和时间的演化,温度则由静力平衡方程算出。他对数值天气预报的第一个贡献就 是在这些方程里加入了描述影响天气变化的物理变量:长波和短波辐射,小尺度 的涡动,以及土壤,植被和海洋温度。由于这些方程都是依赖于时间和空间的非 线性偏微分方程,其解析解无法得到。理查德森的最重要的贡献就是创造性地采 用了他以前发展的有限差分方法。他通过对空间和时间上进行离散化以后,就将 偏微分方程转化成可以利用有限差分方法求解的代数方程。这种方法用离散的格 点空间代替三维连续空间。在每一时刻,格点空间里的每一个格点上的气象要素 都可以从离散化的代数方程解出。由于覆盖全球的三维格点空间的格点数目巨大, 在计算机还未问世的年代里,利用手算方式求解数目巨大的方程根本无法 “跑” 赢实际天气的演化速度,预报天气难于登天。   然而在艰巨的任务面前,理查德森并未对对数值天气预报的前景丧失信心。 巨大的困难激发了他解决问题的想象力。他构想了一座设在一大厅内的天气预报 工厂。在大厅中央有一指挥台,上面有一类似于交响乐团的指挥通过光信号来协 调大厅里约六万位专业算手进行天气预报计算。这个构想和现在的并行计算机的 工作原理有很大的相似之处。   为了显示天气预报的可行性,理查德森还以一己之力,完全用手工推演的方 法计算了几个格点上地面气压在6小时的变化。为此他每天工作12小时以上,整 整化了他六周的时间。然而,艰辛的推演并未得到满意的结果。恰恰相反,他计 算的地面气压在六小时内的变化竟高达145百帕,而观测到的气压变化仅仅是1百 帕。预报的失败导致了人们对数值预报天气的前景产生失望。   1921年,在英国皇家学会和气象局的支持下,剑桥大学出版社出版了理查德 森的《用数值方法预报天气》一书,系统地介绍了他的研究成果。他的工作将威 廉·彼杰克尼斯对天气预报的理论构想变成可以通过具体科学计算实现的现实。 理查德森的书出版以后,反响并不是很好。书评作者虽然肯定他的工作的价值, 但对他的研究结果的应用表示怀疑。加之书中的内容庞杂,使得阅读该书比较困 难。在书出版后的近三十年里,理查德森的工作没有引起气象界的关注,他的书 也被束之高阁,也未有研究人员继续这方面的研究。   虽然不被理解,理查德森并未气馁。相反,他相信在将来某个时候,人类的 计算速度会快于天气系统的演化速度。他还不断思考他预报失败的原因,并将思 考的结果,新的进展和以及与其他学者的相关讨论和通信记入专门的文件或者书 的空白处。他希望这些新的材料可以写进第二版。遗憾的是,在他去世后,这些 材料因为在英国皇家气象学会被错放,而一度被认为丢失。直到2000年才被重新 找到。直到现在《用数值方法预报天气》第二版也没有问世。   计算机时代数值天气预报的发展   理查德森关于预报工作失败的原因直到二十多年后才被了解。通过对预报方 程进行深入的尺度分析后人们发现有两个失败的原因。第一个原因是在他的计算 中使用的空间和时间步长不满足数值稳定的库朗判据。第二个原因是他的预报方 程包含了对各种空间和时间尺度波动的描述。这些波动包括缓慢变化的大尺度波, 天气尺度的波和快速变化的各种重力波。受观测资料的精度的影响,理查德森在 计算中使用的初始条件有很大的误差。在预报过程中,被误差激发的虚假重力波 掩盖了天气尺度波动的变化,导致预报误差加大。这是失败的最主要的原因。   失败的原因找到后,人们先尝试用不包含重力波的简单模式(正压位涡模式) 在美国问世的第一台电子计算机ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) 上进行模拟。模拟的结果可以再现大气环流中槽脊随时间和空间的变 化。接着人们提出不同的初始化方案对初始条件进行处理。这些方案包括数字滤 波器,正规模展开和平衡方程等等。由于这些被处理后的初始条件会极大地抑制 虚假重力波在预报期间的发展,用理查德森一样的预报方程进行预报也能得到好 的结果。另外,随着气象要素的全球地面和空间观测网的建立,观测数据在空间 的覆盖率、时间的延续以及数据的精度得到极大的提高。三维、四维以及卡曼滤 波等数据同化方法将观测数据和模式数据以最优化的方式融合在一起。由此产生 的在模式格点上的初始条件不但在空间分布上更加均一和自洽,精度也得到极大 的改善。由此产生天气预报的准确性也相应地得到进一步提高。   借助于超级计算机、覆盖全球的卫星和探空观测,加之对大气物理过程的深 入理解以及先进的数值算法,理查德森当初的构想终于得以变为现实。当今数值 天气预报的发展可谓一日千里。世界各地研究中心纷纷发展自己的全球和区域天 气预报模式以及全球气候模式。现在全球天气预报模式的空间精度可以达到10公 里甚至更高,区域模式的空间精度达到1公里以下,准确预报的时限几乎每10年 增加1天,现在准确预报已经可以延伸到7天。通过耦合化学反应模式和和使用化 学物质源汇的估计,数值模型不但可以用于天气要素的预报,而且可以用于对空 气质量预报和全球气候预测。全球气候模式被广泛地应用于研究人类活动产生的 温室气体,以及破坏大气平流层中臭氧的化学物质对全球气候变化的影响,其结 果必将对人类未来的生活和生产活动产生深远的影响。   这些巨大的进步都是基于理查德森多年的艰辛探索。   理查德森的工作对人类认识论的影响   理查德森的先驱工作不仅为准确的天气和气候预报奠定了坚实的基础,他提 出的求解方程的数值方法还被广泛地用于其它各种工程计算。更为重要的是,他 的工作在理论上为探索复杂系统随时间和空间的演化提供了一种十分重要的手段, 帮助我们深刻认识和了解各种复杂系统内部的相互作用和变化规律。1963年,麻 省理工学院气象系的爱德华·洛伦兹(Edward Lorenz)教授在计算机上模拟一 个高度简化但具有非线性相互作用的大气模式时偶然发现,如果轻微地改变预报 的初时条件,其后的预报结果会完全不一样。根据这一结果,他提出了著名的 “蝴蝶效应”:“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅 膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。“   洛伦兹的研究结果不但解释了像第一次世界大战起因于一场偶然的枪击事件 这样“差之毫厘,失之千里”现象背后的科学原因,更重要的是揭示了对复杂系 统不可预测的根本原因。这和热力学中不可逆性,相对论里光速极限以及量子力 学里的测不准原理一起揭示了人类认识的极限。洛伦兹的研究结果和后来在其它 领域中对非线性动力学的研究汇和在一起,形成了波澜壮阔的对复杂系统的研究 热潮。众多的研究结果极大地深化了人内对自然界和人类社会的各种复杂现象的 了解,丰富了我们的认识。有意思的是,理查德森研究数值天气预报的初衷是利 用物理原理和数值计算方法准确预报天气,但基于他提出的方法的进一步研究却 指出了天气预报精度的极限,这是理查德森当初完全没有想到的。由于这个原因, 天气预报从当初用单一数值模式进行决定性预报逐渐转到用多个模式进行概率预 报。   理查德森研究经历给我们的额外启示   与历史上很多著名的科学家和思想家一样,理查德森具有宁静淡泊的性格。 这种性格使得他能心无旁骛地长时间专注于数值天气预报的思考和研究。从1911 年开始思考数值天气预报问题到1921年出版《用数值方法预报天气》,前后跨度 达10年之久。在这期间的大部分时间里,他都是独立工作,很少和其他同行交流。 在荒凉潮湿的苏格兰的伊卡斯达勒米尔工作期间,他利用工作之外的时间进行天 气预报相关的研究。为了缓解因高强度的工作带来的身体和精神上的压力,他有 时在寂静无人的夜里长距离跑步。第一次世界大战期间,他在法国战场上运送伤 员。即使在艰苦的战争环境里,他仍然以极大的决心和毅力利用空隙时间做了大 量的运算。他试图用计算结果来证明数值方法在天气预报的可行性。倘若没有强 烈的兴趣和坚持不懈的性格,很难在近十年的时间里专注于被同行认为没有实际 意义的工作。理查德森的生活,工作经历以及其坚定的和平主义的信念正印证了 诸葛亮的名言:“夫君子之行,静以修身,俭以养德。非澹泊无以明志,非宁静 无以致远。”   在理查德森年代,数值天气预报领域的研究被认为是没有意义和应用前景。 尽管如此,他的研究得到了皇家气象学会和英国气象局的大力支持。1916年,皇 家气象学会答应资助100英镑资助他出书。1921年,英国皇家学会和英国气象局 于又提供资金帮助。倘若没有这些资助,理查德森的著作《用数值方法预报天气》 很难问世。   这种支持体现了英国社会对不同的学术思想和观点的高度包容、尊重和鼓励。 正是这种宽松的学术氛围和延续不断的学术传承,使得英国产生了建立经典力学 的牛顿,建立相对论量子力学的狄拉克,提出进化论的达尔文,以及本文提到数 值预报的先驱理查德森等等众多的巨匠大师。   科学史上无数例子表明,重大的科学思想往往是发端于在当时被认为“逆经 背道”或者“不识时务”的学者的长期独立思考和研究。重大的科学突破既不是 靠所谓的国家级的科学规划,也不是靠运动似的大规模科学攻关,更不是靠急功 近利似的弯道超车。那种通过巨额的资金投入,在若干年培养出数十名诺贝尔奖 得主的口号除了徒添笑料,不会产生期望的结果。毕竟科学有自身的发展规律。 创造宽松的学术氛围,包容和鼓励不同的学术观点才有利于科学的健康发展。这 也许是理查德森的研究经历给我们额外的启发吧。   参考文献:   1)《Weather Prediction by Numerical Process》by Lewis F. Richardson, 1965, Dover Publication Inc.   2)Peter Lynch, 2011: From Richardson to Early Numerical Weather Prediction. Pp. 3-17 in The Development of Atmospheric General Circulation Models: Complexity, Synthesis and Computation. Leo Donner, Wayne Schubert, Richard Somerville (Eds). Cambridge University Press, 255pp ◆            简明科学大历史               ·不必关注·   (全文分上、中、下三个部分。每个部分3000多字,各五小节。可通读,亦 可随机阅读小节。)   (上)   引 子   天地玄黄,宇宙洪荒。“大爆炸”137亿年后,地球已45亿多岁且诞生生命 38亿年,我们的先人——从黑猩猩分支出来,约600万年前总算出场了。猿人经 历缓慢的演化,我们——智人,20万年前在非洲大草原崛起。智人几次尝试走出 非洲,而后散布全球,凭借出众的大脑、灵巧的双手和口语交流等,“雄霸”天 下。   五千多年前开始,人类又有了文明,告别史前时代。各地陆续发明的文字, 比口口传递信息,更进一步累积经验和知识,配合财富和阶层等级的分化、城市 诞生、农业商业分工、武装平乱打仗,以及其相应的需求,保障了古代科技能以 某些形式持续推进。各早期文明在天文、历法、数学、艺术、机械或建筑工程等 已取得令人惊叹的成就。往后数千年的发现发明中不乏科学的元素或成分,可是 真正意义上的科学始终没有降生。   人天生有好奇心,探索未知,去认识世界和自己的脚步根本停不下来,但人 的生物本能采用内省、直觉、体验、臆想、武断等方式方法,使得结论不客观不 可靠,巫术、宗教或玄学的观点盛行,鬼神崇拜、神秘主义和生活流言大行其道。 那些感性方法今天仍可占主导。   好在,世上总有与众不同的奇葩。   萌 芽   二千多年前,古希腊的哲人“爱智慧”,可劲儿思考和解释世界本质,无意 间打下了科学的基础。   泰勒斯不从神界而从自然界找寻宇宙的构成,认为水生万物,成自然主义思 想的鼻祖;毕达哥斯拉赞颂数学和理性,称宇宙遵循数学规则和比例,数学是哲 学思考的核心模型,初建推导法则;德谟克利特和留基伯提出“原子论”,是还 原主义思想的前驱;苏格拉底契而不舍地发问,持续怀疑、审视、反诘、辩论、 核验,尽管没有留下著作和创立学派,却深深影响了后人;柏拉图继承前辈,相 传他创办的雅典学院门口写着“不懂几何者不得入内”,他不信赖人的感官认识, 认为只有经过理性推理才能获得真正的知识;亚里士多德是集大成的学者,在观 察自然并对生物分类过程中,发明了著名的三段论,构建了第一套逻辑思维体 系……   但是,公元4世纪,罗马帝国认基督教为国教,并改造其符合等级制,古希 腊的宝贵思想财富非其神学,被否定、查禁,大量藏书和图书馆让教徒烧毁。随 后一千年,被有的人讽刺为“黑暗的中世纪”里,广大欧洲被经院哲学和政教合 一所笼罩,民众愚昧、闭塞,整体贫穷困苦,学术上死气沉沉。科学的萌芽遭受 扼杀。   文明,比想象中脆弱。   转 机   万幸的是,科学种子在阿拉伯世界保存了下来,在蒙古征服者残酷摧毁前又 回传到欧洲。   当时连通亚欧的阿拉伯帝国繁荣、自信,收集、翻译古典著作,吸引和尊重 人才,像《光学宝鉴》的作者阿尔哈曾,成为了最早的实验家之一。   受巴格达的智慧宫影响,12—14世纪地中海沿岸掀起创办大学风潮,搞学术、 育人才。基督教和伊斯兰教交战交流前沿,欧洲人获取许多古希腊典籍并翻译过 来,才领悟自己祖上曾经阔过。继承了希腊哲人的求索精神和思想精华,欧洲学 者在世界领先的阿拉伯科技、数学成果和其他文明的技术积累上,一步一步前推。   教会因十字军战败、致死瘟疫横行等被削弱了威信,而古希腊罗马文化日渐 成为有钱人的时尚。14世纪,文艺复兴运动在相对富庶开放的意大利城市拉开帷 幕,一些人渴求解放思想、重现古罗马“辉煌”,人本主义冲击着神权精神垄断。   12、13世纪,欧洲才掌握源自中国的经济好用的造纸术。1450年代,德国谷 登堡铅活字印刷术发明,则辅助西方文明“反客为主”,其高效的印刷使书籍的 数量、品种爆炸性增长,思想文化极大传播、发展,欧洲的人才乃至天才辈出…… 几十年后,一个又一个新人,做着自个想做的、觉得应该做的事,挑战旧观念旧 习惯旧秩序,浑然不觉他们汇聚起来的力量有多大,也不预知彪炳史册的一系列 革命因此发生。   新 生   1543年这一年,波兰人哥白尼《天体运行论》、尼德兰人维萨留斯《人体构 造》出版,前者用观测和数学工具提出“日心说”模型,刷新了沿用一千多年的 托勒密“地心说”体系;后者以精美的绘图展示人体解剖结构,与教会宣扬的用 于肯定上帝存在的盖伦学说相异。临死出书和用语巧妙的教士哥白尼是幸运的, 维萨留斯作为西班牙王室御医,仍以“巫师”“盗尸”等罪名被宗教裁判所定为 死罪,赦免后身无分文的他倒在被逼迫的朝圣悔过之路;布鲁诺四处传播“日心 说”显得固执和张扬,他被自己忠心耿耿的天主教会视作“异端”,1600年公开 烧死在罗马鲜花广场——教会的权威不光是脸面,更关乎利益,他们要坚决捍卫。   那时,天文学的进展尤其引人瞩目。17世纪初,开普勒在第谷观测结果上, 提出行星运行三定律,指出行星沿椭圆轨道运行的情况。   意大利人伽利略·伽利雷(1564-1642)自制最早的折射式望远镜,观测天体 发现了木星四颗卫星、土星光环、太阳自转、金星和水星的盈亏……为当时备受 嘲讽的哥白尼学说提供了确凿证据。   伽利略不盲从不轻信,他怀疑亚里士多德的理论,于是设计了小球在斜坡滚 动的实验,以确定物体运动和停止的原理,也设计了著名的自由落体试验,看大 小不一的球体下落速度是否不一致——实际上并没有在比萨斜塔进行。   “可计算的当计算,可测量的当测量,把不可测的变为可测的。”伽利略坚 持用耐心观察记录和可测量的实验验证各种假说,而不像过去的哲学家依赖思考 和辩论,彻底推开了科学实证的大门,是当之无愧的“近代科学之父”。   伽利略因论文、发明、实验早早便成名,先后在比萨、威尼斯等都市的大学 任教并安心“科研”,然后在艺术中心佛罗伦萨宫廷享首席数学家、哲学家的荣 光。因不支持“地心说”,科学结论“违背教义”,伽利略人生最后二十多年被 罗马天主教会残酷迫害,“以一儆百”。他受刑罚,丧失自由,最终双目失明, 晚景凄凉。   需要说明的是,伽利略虽主要凭一己之力开创新纪元,但和后世科学研究一 样,成就他的事业其实不只靠一个人。前代天文学家不懈地观测、计算、提出理 论,贡献了良好的研究起点。15、16世纪,新航路开辟,人口恢复,粮食增长, 文教进步,孕育了理想的社会环境;武器、航海设备技术的提高,促进研究仪器 更精密可靠;意大利的城市,一个个手工业、银行业或地中海商贸的中心,提供 了充裕的资金保障,以及四方才俊共同工作、学习、交流的“人才小高地”。   方 法   那么,科学方法到底是什么?学者们各说各话,又都能自圆其说,争论不休, 该听谁的?英国人弗朗西斯·培根——因一句“知识就是力量”而闻名中国中小 学的那位——在实验家们的实践和笛卡尔《方法论》启发下,首次阐明了科学方 法三步骤:一是观察,二是解释、归纳、推理后形成理论,三是用实验验证理论 对不对。实验结果如果显示理论正确,则交给同行来评审,重复实验确认。同行 是领域相同或相近的人士,他们发现了漏洞或差错,指出理论不正确,那就继续 研究、实验,直至问题解决。   今天,我们科学研究仍然沿袭这样的大致步骤。不过在研究之前,要先查查 其他人的研究结果,避免不必要的重复、浪费,并发掘值得深化、细化或创新的 切入点。具体操作上颇有讲究,如实验设计尽可能严密,随机抽取样本(随机化 原则),安排合适的对照组并对比结果(对照原则),重复地取样、测量和实验 (平行重复原则),平衡处理和齐同对比多种影响的因素(均衡原则);如严格 按照操作规程进行,数据忠实记录并保存好,不歪曲、不篡改;如运用统计学, 描述定量资料的集中、离散趋势,分析相关性……   遵循培根的设想,1660年,一个纯粹的、独立自治的研究机构——英国皇家 学会——在伦敦成立。英国之前几乎全歼了荷兰“无敌舰队”并刚刚打赢了第一 次英荷战争,取代“海上马车夫”荷兰的全球霸权指日可待;正在进行的资产阶 级革命,继16世纪马丁·路德宗教改革后进一步打击了天主教会的神权政治。英 国的上流精英,有合适的条件开展研究。   那些年,哲学家、工程师、艺术家的分工并不明确,跟其他学者一样,皇家 学会院士胡克多才多能,取得跨领域突破。他发现弹性定律,设计建筑,发明装 置,为“细胞”命名……其亲手编绘的“绘本”《显微术》揭示显微镜下的生物 世界,成最早科普畅销书,激励了下一代。   16—17世纪的欧洲,生物学研究生物成长,化学研究空气,地理学研究岩层、 地磁,光学研究光速和光的本质……不仅在天文学、物理学,各个学科一扫陈腐, 欣欣向荣。   是的,科学,出现了!尽管还挂在自然哲学名下,但已初步成形。以追求真 理、获取真知为目的,采取科学方法,运用逻辑、数学和实验,尽可能排斥主观 偏差,科学迸发出强大的生命力,成为人认识世界的最牢靠最有力工具。这场快 速掀起、持续上百年的“科学革命”,也是人们认知方式和与既往知识体系区别 的分水岭。学术团体的建立和壮大,科学逐渐完备。   科学诞生在欧洲而不在其他地方,有诸多机缘巧合,假如历史推倒重来,不 一定有相仿的进程乃至相似的结果。重要的是,科学,不属于欧洲人专有,她是 全人类共有共享的宝藏。   (中)   光 明   今人看不到胡克的相貌,胡克所有画像都被宿敌毁了。这个宿敌来头不小, 性格乖张,当上英国皇家学会会长后,打击竞争对手和怨恨对象不惜手段,他还 倾注大量心血钻研炼金术、长生术,释经给上帝找位置,然而,人们都称赞他是 最伟大的科学家,能够排在第一名。没错,他就是——   艾萨克·牛顿(1643-1727)。   在好友哈雷不断催促和协助下,牛顿两年没怎么出门,把在前人的基础上长 期研究并已思考好的内容重新整理,终于交付了《自然哲学的数学原理》。这部 现代科学的开创性著作1687年推出,立即引起巨大轰动。   牛顿在书中,公布了万有引力定律、三大运动定律和自己的微积分、潮汐理 论、流体力学理论等,一举奠定了经典力学基础,精确而简单的公式一直被用来 计算力和运动,至今依然普遍使用——尽管有瑕疵,在某些情形需搬出另一位大 神爱因斯坦。   万有引力定律解答了月球为什么绕着地球转,树上的苹果为什么往下落。万 有引力的大小与两个物体的质量和它们间的距离有关。牛顿运动定律分别是惯性 定律,物体的加速度取决于质量大小和作用力,以及作用力与反作用力定律。另 外,牛顿是光学先驱,用三棱镜分析日光、制作牛顿色板、发现牛顿环,他的光 谱分析开创天体物理学。他发明了反射式望远镜,热学方面也颇有建树。他和莱 布尼茨各自独立创建微积分,是第一个封爵的科学家。   “自然和自然法则隐藏在黑暗之中,上帝说‘让牛顿出世吧’,于是一切光 明。”诗人蒲柏写的牛顿墓志铭并不浮夸,也常被引用。耐人寻味的是,自然法 则揭示出人格化的上帝是人虚构出来自我慰藉用的。科学越拓展,宗教的空间越 受挤压,“上帝”越不好过;已知领域越扩大,用未知来威逼利诱的生意越得退 让妥协,牛顿本人的意愿也不能左右。   科学家也是人,不是神仙,得吃喝拉撒,有七情六欲,含缺点缺陷。一些天 才往往有常人看来特别古怪偏执的行为。而完善的科学有纠错机制,只用证据说 话,修正既往的不完善和错误,吸收可靠的内容,不以个人主观好恶、道德评价 而否定成果。今日,学术共同体发挥着重要作用。胡克、莱布尼兹的贡献和地位, 最终没有因牛顿的打压而淹没。   生 长   牛顿生活的年代,17—18世纪,宗教依然强盛,却也是呼唤理性的年代。轰 轰烈烈的启蒙运动,反专制、反宗教愚昧,提倡普及文化教育,宣扬“天赋人 权”,解放了思想。   牛顿去世后的几十年,科学向不同专业方向细分,研究工作更加精准并互相 竞争、促进。   牧师黑尔斯发现根压并发明了集气槽。新的实验仪器帮助人们发现二氧化碳, 进而对气体全面研究。英国人卡文迪许分离出氢气,称量气袋计算密度,还发现 水中氢氧比(2:1)和空气氧氮比(1:4)。法国人安托万·拉瓦锡做实验,确认 氧气在燃烧过程中的作用,终于推翻了燃烧靠释放可燃物里含的“燃素”之说, 他给“氧气”命名并提出了质量守恒定律。   美国全才富兰克林用实验证明闪电是放电现象的,对墨西哥湾绘制了世界最 早的洋流图。地理学家测量高山的万有引力,计算地球密度,完善了地层学。   指出流速和压强呈反比关系的伯努利原理,让人们了解到血压,催生流体动 力学。对植物和昆虫观察,激发对生命起源的探究。天文学家观测天王星的不规 则轨道,运用牛顿定律正确算出引力牵引源的位置,发现了海王星。   18世纪下半叶,一件不得不提的大事,深刻改写人类历史——第一次科技革 命即工业革命在英国发生。尤其是瓦特改良蒸汽机后,手工劳动向动力机器生产 转变,机器制造机器,效率大为提升,传统社会的发展上限被突破了,财富可以 指数增长。科学参与激发、促进工业化,工业化回馈科学,更多研究资金得以投 入,有更精密更耐用更廉价的仪器设备,科学加快了发展。   繁 茂   1833年,科学哲学家休厄尔宣布用新词“科学家”(scientist)称呼致力 于科学研究的人。科学家不再是“自然哲学家”,科学著作不必再冠以“自然哲 学”之名。作为法拉第的朋友,休厄尔或许感觉到,伟大的电气时代即将来临。 19世纪中叶,第二次工业革命即电力技术革命开启,美国、日本等国乘势而上。   追溯到1799年,那年意大利人伏打发明了电堆,随后人们争相模仿制作电池, 多国刮起物理探索风潮,其他领域的研究也增加了便利。19世纪20—30年代,英 国人迈克尔·法拉第在同行研究基础上,发现了电动机原理并制作了第一台电动 机,然后又发现了电磁感应现象,解释了发电原理。1873年,苏格兰人詹姆斯· 麦克斯韦提出电磁学定律,复杂的麦克斯韦方程组解释了电磁现象,奠基电动力 学、数学物理学等,对电、光、磁的认识和利用具有里程碑意义。爱迪生、特斯 拉等发明家(注意,不是科学家)和优秀的工程人员,对电力技术的应用和推广 做出卓越贡献。   对于看不见的电磁波,19世纪也有新认识:红外线、紫外线相继发现,重要 的多普勒效益在奥地利被提出,法国人博科和同事测量了光速,发明了显示地球 自转的博科摆,德国人伦琴在实验室偶然发现了X射线。今天的人听广播、拨打 手机、消耗流量下载视频,利用电磁波已经麻木,可就在一百多年前,谁也不知 道认识电磁波有什么实用。   另外,英国人焦耳的实验可论证能量守恒定律。法国人巴斯德用对照实验证 明,微生物不会凭空“自然发生”,微生物繁殖导致腐败,并发明了巴氏消毒法。   蓬 勃   化学,在19世纪可称“高光表现”,还料不到一百年后的当下,它将融入其 他学科,渐渐“失去自我”。   英国人约翰·道尔顿本来是搞气象的,他研究天气发觉,元素由“基本粒子” 原子组成,独特的原子区分元素并决定元素性质。他还想到研究化合物,通过元 素质量、原子比例算出已知元素的“原子量”(相对原子质量)。他的原子论为 化学奠基,让科学家找对方向。瑞典人贝采里乌斯一口气研究了2000多种化合物 的化合比例,发明至今使用的化学命名系统和“有机化学”一词。阿伏伽德罗常 数在意大利被提出。这世纪的头十来年,化学真可谓突飞猛进。   碳链、化合价、碳化合物相继被了解后,德国人凯库勒宣称解开了苯的结构 之谜——由碳原子组成的环形结构。他梦见蛇咬住尾巴而得到环形灵感的事迹, 充满细节,被广为传颂。但后人查明,他看过别人有关苯环的设想,完全无需灵 感闪现,做梦之说仅是忽悠——显然,科学家也有讲故事的鬼才。   另一个故事未必更有名,却影响深远。俄国人德米特里·门捷列夫把当时已 知56个元素,做成了一套56张的纸牌,准备用在旅行打发时光。出发前,他摆弄 纸牌入了迷,车夫来取行李都拒绝了:“我在忙”。他把纸牌排列成了自己满意 的模样,第二年即1869年在论文发表这个灵感的成果——门捷列夫周期表。现代 元素周期表沿用了该周期表的框架,修正了个别差错。他这份“目录表”对化学 和物理意义重大,空缺位置方便科学家寻找元素,还促进摸清原子结构、元素化 学性质及其规律。2016年,科学界发布了元素周期表终版,包含118个元素,7个 周期填满。   门捷列夫成功预测几个元素原子量和其氧化物组成,这正是科学的一个性质: 预测有依据,预言正确不靠运气和“魔法”。   同时期,其他科学家也独立发现元素周期,门捷列夫发表时机占了优势,这 种竞争情况是科研的常态——别误会,并没有鼓励读者早点玩纸牌的意思。   震 撼   英国人查尔斯·达尔文(1809-1882)一开始是拒绝出《物种起源》的,其进 化论不是不想发布,而是想晚一些发布。1831—1836年,他随乘小猎犬号(音译 贝格尔号)军舰环球航海从事生物考察,和船长船员交为朋友,一路上寄回国的 化石和描述让他声名鹊起,所见证据使他从极虔诚的教徒转变为无神论者。达尔 文很清楚,这本书面世,会被指责亵渎造物主“上帝”、亵渎比万物“高贵”的 人类,搞出大新闻,而布鲁诺、伽利略的下场历历在目。受疾病折磨、宅居研究 动植物的他,已不适合出面激辩。平平淡淡的生活,被一个来信的年轻人,英国 的华莱士打破了。华莱士的推断与他20多年深思熟虑的结论几乎不谋而合。   达尔文受到鼓励,在1859年将《物种起源》出版。这本书作为最杰出的科学 著作之一,上市即脱销,社会震撼、争论,主要论点学界很快认可。达尔文和华 莱士结交挚友,两人相互礼让、共享成果(其实华莱士的自然选择说肤浅粗糙不 少),成就科学史上温馨的佳话。   出版前,博物学已风靡,化石的由来众说纷纭,居维叶发现物种灭绝,拉马 克总结出有误的进化论(“用进废退”),马尔萨斯焦虑食物供应赶不上人口增 长……   《物种起源》整合了之前说法,以不可辩驳的证据和逻辑,指出“生物是进 化的”这一事实(注意,不是观点),并提出自然选择是进化的主要动力,适者 生存,优胜劣汰,优良性状的选择将产生新的形态、新的物种。一本书奠定生物 科学基础,汇总、推动了古生物学、生物地理学、系统分类学、比较胚胎学、比 较解剖学等。   “科学就是整理事实,从中发现规律,做出结论。”达尔文概括道。   赫胥黎坚定支持达尔文,不畏讥讽,参加公开辩论,人称“达尔文的斗犬”; 他推断鸟与恐龙存在进化关系,被现在中国古生物学家发现的化石、琥珀更进一 步证明。奥地利人格雷戈尔·孟德尔通过豌豆实验总结遗传定律,在冷遇30多年 后重新发现、得到承认,他解开了进化过程一大困惑,奠基现代遗传学。   (下)   旋 风   19世纪,英语、法语和德语等科学类出版物涌现。1869年英国《自然》创刊, 1880年美国《科学》创刊。与之伴随的,是学术规范逐步的建立、完善。搞学术 要诚实,数据要真实——这是科学研究人员的及格线。还须避免学术剽窃、抄袭, 发表论文需通过专家的评审,发表后经受同行们的挑刺,实验结果得他人重复得 出来,有些结论还需进一步研究。发表的论文被撤销,屡见不鲜。健全的学术机 制对学术不端零容忍。   很多新闻媒体至今不清楚,一篇论文发表,某种意义上说,仅仅只是开始。   精英们积极创建图书馆、博物馆共享知识,科学团体也很注重与公众沟通、 分享。伦敦著名的圣诞讲座1825年起举办,通俗易懂介绍科学新知,不乏科学大 佬主讲,各阶层的人争相聆听,有时一票难求。那时科学出版物常常“兼职”科 普读物,并不艰深难懂。大众科普的优良传统,一直延续了下来。当中也有争取 公众理解,向财政争取课题经费的需求。西方诸多知名学术书刊,很时髦很接地 气,对普通读者也有吸引力。   轰隆隆的机器运行声中,地球的面貌被改变,西方传统的社会结构被重建。 日新月异的发明创造,掩盖不住政治、经济的激荡。殖民主义为西方国家攫取其 他大洲的资源,粗暴打开全球市场。长久以来的欧洲军备竞争,引导、刺激着科 技研发。   工业化进程创造了资源,让教育更好地普及,城市化加速,出现新的工作岗 位。越来越多的人投身科学,科学研究不再是少数名门贵族的专利,平民(如焦 耳、门捷列夫)乃至苦出身,亦有机会通过教育改变命运,走进学术。妇女们不 再只能做家庭主妇,可以外出工作。19世纪末,女性加入了“科研民工”的队伍, 如从事比对星空照片。她们聪慧、坚韧、细致、耐心,能做出和同样优异的成绩。 有女性当上了科学家,那时最著名的,是玛丽·居里(1867—1934),世称居里 夫人。   居里夫妇因研究放射性元素获得1903年诺贝尔物理学奖,丈夫去世后,居里 夫人以发现了元素钋和镭获颁1911年诺贝尔化学奖,她成为两获诺贝尔奖的第一 人。居里夫人出生在波兰,为接受高等教育而去往法国。诸多知名研究成果,比 如从1顿的沥青铀矿提取出0.1克的氯化镭,他们是在难以想象的简陋条件下做出 的,艰苦的付出令人动容。她放弃专利以造福世人,首倡放射性同位素治疗癌症。 由于长期接触放射性物质,居里夫人患白血病逝世,为科学事业献身。   19世纪末,有科学家认为,数学达到了系统和严密,科学大厦也已基本建成。 在缺乏根据的传闻里,英国人开尔文称:“物理学没有什么新的可以发现的事物 了;所有剩下的只是更多和更精确的测量。”   人们满怀憧憬地迎来了20世纪。   危 机   理想是丰满的,现实是残酷的。新世纪,科学的基础——数学,立马遇到罗 素悖论,陷入大危机。科学家的日子也好过不到哪里去,理论“大厦”将倾。比 如在天文物理,经典力学已力不从心,能推出不符合实际的荒谬结果,以前设想 的“以太”始终找不到(因为就不存在),亟需新理论。假冒成科学的伪科学 (比如人种优越论、李森科主义)可能得到威权主义政府积极扶持。全球范围, 政治势力和民粹力量歧视、迫害正直的科学家,影响、破坏正常的科研,阻碍优 秀科技造福,从来就没有中断过。   科学界之外,风云跌宕,文明的生存危机上升到全人类。   短短30多年,爆发了两次世界大战,生灵涂炭。高程度组织、职业化军人结 合不断升级的现代武器,杀人灭口的轻易高效令人毛骨悚然。更多科学家被卷入 战争烟云,参与军事科技的理论和应用研发。一些精英陆续逃离欧洲,去往美国 等国。   二战后,多个民族国家独立,非西方科学家奋起直追。世界进入美苏争霸的 冷战格局,核战争曾一触即发,严重威胁人类。很多科学家投入到冷战的科技竞 争,如“太空竞赛”中。第三次科技革命发生,原子能、电子计算机、空间技术 和生物工程等飞跃发展,信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间 技术和海洋技术等革新,信息时代迈入,知识大爆炸。   近百年,生态破坏、环境污染,规模空前。人为重大公害事件屡屡出现。加 上旷日持久的越南战争,高科技武器的野蛮使用被现代媒介传播,西方民众激起 反战热潮和新一轮的反科学浪潮。   科学此时也不似从前,依赖专门学习训练的高层次人才,取得一点新进展需 要更多财力物力,甚至可能耗费天价。学科专业化细分化,生涩的术语、艰深的 理论、复杂的运算推演,民众越来越难理解科学成果,误解、隔膜加深。科学怪 人、终结者、疯狂科学家等恐怖形象,借助电影生动地传播,充分泛起人心底对 陌生事物的胡想、抗拒与恐慌。   不同的机构团体借反科学表达自己的理念或者实现自我利益诉求。文科学者 有备而来,他们用理论体系攻击科学也属“迷信”、本质和古代其他假说无异, 把科学知识贬低为“人们主观建构的关于自然的神话”,激进派称其“由巨大权 力支配”。面对愈演愈烈的舆论,科学界被迫回应,文理兼修的科学家指出对方 为反而反、不懂装懂、忽视事实和撒播谣言。“索卡尔的恶作剧”(物理学家胡 编乱凑一篇文化论文在后现代主义名刊顺利发表)惊动思想界。   冷战结束十年后,一场“9·11”事件拉开21世纪历史的大幕。人们反思宗教 的局限和破坏力,专家学者参与,一场新无神论运动在五大洲展开。恐怖主义、 人口资源压力、全球气候异常,迫使国际联手行动。   危机,并不等于绝路,挑战总是与机遇并存。工业升级和科技进步属治本良 方,盲目恋旧和好高骛远毫不务实。   标 志   “一战”伊始,几乎所有在柏林的科学家都为战争卖力。他们拥护“祖国” 发动不正义的战争,甚至穿上了德国军官军服。一名犹太裔德国科学家解决了炸 药制造大问题,又兴致勃勃研发糜烂性和窒息性的毒气。其一个同胞好友,阿尔 伯特·爱因斯坦(1879-1955)深感失望和恼怒。爱因斯坦受不了身边的人乐此不 疲研制杀人武器,公开发表言论、签宣言书,坚决跟军国主义、好战狂热、种族 歧视、民族自大对着干。他运用自身的影响力,一辈子提倡宽容、友爱、和平、 公民自由、社会正义,并就社会问题深入发表见解……1933年,纳粹洗劫、没收 了他在德国的住宅,可能在欧洲部署暗杀,爱因斯坦选择留在美国。   爱因斯坦风趣幽默,亲切随和,严肃的课本也爱选用他那张吐舌头的俏皮照。 他拉得一手小提琴,和普朗克、玻尔一样酷爱音乐。人性的光辉,让他身影更加 伟岸。   人们不一定理解相对论,但也知悉,他的科学成果比肩牛顿。“20世纪最伟 大的科学家”实至名归,这位19世纪“70后”成了20世纪标志人物之一。   1900年,德国人马克斯·普朗克颠覆性提出,电磁辐射不是过去认为的连续 波,而是以不连续的能量包“量子”形式发射的。   仅5年后,爱因斯坦一年内发表了多篇奠基现代物理学的论文,解决了几大 问题。他当时在瑞士专利局上班,因一时没求得理想工作。他此前在名校苏黎世 联邦理工学院正儿八经受过专业训练,此后回归学术圈,获博士学位并任物理学 教授。   这几篇论文:引入“光量子”,用电子和光子相互作用解释了光电效应疑惑; 指出布朗运动可作为原子存在的证据;阐释移动速度快,经历的时间“变”慢, 移动速度慢,经历的时间“变”快,时间和位置是“相对”的,参考系不同则变 得不同,后称狭义相对论;列出以物体的质量衡量能量的著名的质能方程,论证 “质量等同于能量”原则。   1915年,爱因斯坦又完整论述了广义相对论(说“广义”是因一切参考系可 用,不像狭义相对论仅适用于四维时空平直的惯性参考系):质量足够大的物体, 强大的引力能弯曲时间和空间。若用二维的水面展示引力场,宇宙中有着大大小 小的收缩下陷和波浪,丝毫不平静。后来的科学观测验证了相对论的正确。此外, 爱因斯坦还有很多重要的理论创见。   科学界开始有能力探索构成物质的微观世界。拓展量子领域,不再靠单一功 臣,而是科学家集体功劳。除上述两位,还有几位欧洲科学家比较突出:欧内斯 特?卢瑟福和尼尔斯·波尔设想原子的结构,前者还预测了中子存在,后者联合提 出波尔—惠勒原子核裂变理论;国际名“猫”的主人埃尔温·薛定谔,推进了波 动方程,“薛定谔的猫”表示两种可能结果的叠加态及其不可确定;维尔纳·海 森堡提出测不准原理,称无法同时知道一个粒子的位置和速度,不确定性是宇宙 固有特性;保罗·狄拉克修正了波动方程后,预测反物质的存在,每个粒子像照 镜子有镜像般都有相应的反物质,物质和反物质相遇会湮灭(爆炸消失),狄拉 克和理查德·费曼等人先后推动了量子电动力学……   光是波还是粒子的数百年争论终有答案:波粒二象性,光兼有波和粒子二者 特性。宇宙大爆炸理论提出并持续获得证据支持。宇宙在膨胀得到确认。   概念、新概念,不断刷新人类认识:分子、原子、质子、中子、电子、夸克, 黑洞,虫洞,暗物质、暗能量,亚原子粒子及其中的希格斯玻色子……而多重宇 宙、平行宇宙等,这两个经数学演算、脑洞大开又将长期无法验证的假说,堪比 科幻还科幻。弦理论、超弦理论,物理学家不断找寻解释宇宙本质的简洁优美的 公式——万有理论(大统一理论),希望把引力、电磁力、强核力、弱核力等四 种自然的基本力统一起来。   卢瑟福没想到,20世纪初他的原子模型竟成了代表“科学”一大标志图案, 即三条椭圆电子轨道环绕一个小核。后来发现,原子实际情况并非如此,电子们 围着原子核“胡乱”闪现,完全没什么绕行轨道和规则。量子世界颠覆经典力学 和所有日常规则的认知,充斥着意外和神奇,它和无垠的宇宙还有着太多的未知。   奥 秘   20世纪,我们对地球母亲的认识有了突破性进展。德国人魏格纳大陆板块漂 移学说获得肯定。通过天然“计时器”——元素里超稳定的放射性同位素,科学 家反复测量地球诞生时的火成岩、外来陨石的年龄,得出地球准确年龄45.5亿年。 人们终于窥见深海海底的面貌。   生物学领域,美国人托马斯·摩尔根开创果蝇实验,证实了孟德尔结果并提 出染色体遗传学说。美国人艾弗里在格里菲斯实验基础上,用化学提纯技术和巧 妙设计,实验推导出DNA很可能是主要遗传物质。詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里 克,借助弗兰克林的X射线晶体衍射照片等实验资料,在1953年研究出了“生命 密码”DNA的模样——双螺旋结构。分子生物学时代来临。   生物技术不断升级跨越,加速了成果涌现。开篇关于人类和黑猩猩分支的年 代,能运用蛋白质测序技术、DNA-DNA杂交技术甚至基因组测序技术比对得出。 “我是谁,我从哪里来”,查阅基因给了我们可靠答案,但深入解读基因还任重 道远。近些年来,精准强大的“基因剪刀”CRISPR技术,让基因编辑变为简单, 引起伦理质疑的同时将革新医学、农业,可能和人工智能一起福泽人类。   科学家参与科学普及的传统在电影、电视和互联网上延续,爱登堡、萨根、 道金斯、霍金等激发青少年爱科学,保护大自然、探索太空的热情。   尾 声   愚昧与开化,严酷与包容,落后与进步,毁灭与生存……惊心动魄、波澜壮 阔的悲喜剧,都发生在浩瀚宇宙中这一粒渺小的微不足道的黯淡蓝点上。   一部科学史,群星璀璨的科学家,背后交织着政治、经济、技术、文化,浓 缩了人类历史的进程。   科学的发展向来不是一帆风顺。科学会走弯路、试错。科学每进一步,可能 受到最尖锐刻薄的“饱和攻击”。无比顽固的陈见和偏见,大大小小的既得利益 集团,从不肯拱手相让。   然而,我们不能没有科学,我们不能不前进。面对更多更大的疑问,更复杂 更困难的挑战,追求美好,必须有人投身光荣的科学事业,认真进行基础研究、 应用研究或开发研究,必须有更多的人支持科学,营造崇尚科学氛围,学会用逻 辑、定量、实证、理性去思考和决策。   幸福的光景,瑰丽的新发现,伟大的新发明,在未来等待着你!   亲爱的读者,假如人人苟且于眼前,鼠目寸光,会有今日生活之质量吗?是 什么,让人之所以为人,而不成为其他东西?这孤寂的美丽星球上,人类文明的 命运,该何去何从?——这些答案,从不在神灵处,也不在占卜里。 【网萃】∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽ ◆         宇宙膨胀背后的故事 (一~二)                ·程鹗· (一):爱因斯坦无中生有的宇宙常数    1907年底,德国的《放射性和电子学年鉴》(Yearbook of  Radioactivity and Electronics)编辑邀请瑞士专利局的一位“二级技术专 家”(Technical Expert Second Class)撰写一篇关于相对论的年度综述。   当时28岁的爱因斯坦(Albert Einstein)刚刚从“三级技术专家”提升到 “二级”,个人生活随着工资的相应上涨而略有改善。但他对写这篇综述文章显 然比在专利局中的本职工作更为上心。   狭义相对论这时已经发表两年多了,也已经逐渐被物理学界接受。但爱因斯 坦对他自己这个理论的“狭义”始终耿耿于怀。之所以有着这么个定语,是因为 她有着两个明显的缺陷。一是不能与牛顿(Isaac Newton)的万有引力和谐: 后者的瞬时“超距作用”特性在违反着相对论中作用力传播速度不能超过光速的 限制;二是这个理论只适用于匀速运动的“惯性参照系”,无法应用于有加速度 的系统。   就在爱因斯坦坐在专利局里纠结如何综述这两个不足之处时,他脑子里突然 冒出个思想火花:如果一个人在空中自由落下,他是感觉不到重力的——他处于 “失重”状态。还不仅仅是这个人自己的感觉:如果他在下落过程中放开手里的 苹果,他也不会看到苹果像牛顿所说的会落下地面,而是会“静止”地停留在他 手边。(当然,在旁观者看来,苹果正在和这个人一起落下地面。)   爱因斯坦后来说那是他一辈子所产生的“最快乐的想法”(happiest  thought),并由此推论出他著名的“电梯假想试验”:一个处于封闭电梯中的 人没有办法知道他的“失重”是因为电梯在坠毁,还是电梯其实是浮游于不存在 重力的宇宙空间。反过来,如果这个人感受到重力,他也不可能知道那是因为电 梯停在地球表面,还是在没有重力的太空中正加速上升。   于是,重力与加速度并没有区别,只是着眼点不同。因此,狭义相对论的两 个缺陷其实是同一个,可以同时解决。在狭义相对论中,时间、距离等概念不再 绝对,而是“相对”于所在的参照系。在推广的相对论中,重力——或万有引力 ——也不再绝对,只是相对于所在的参照系是否加速而存在。   这样,他为年鉴撰写的狭义相对论综述的后面加上一节,成为走向广义相对 论的第一座路标。   × × × × ×   转眼又是好多年过去了。爱因斯坦早已告别专利局,成为正式的、也越来越 著名的物理学家。他对如何推广相对论也有了逐渐清晰的想法:苹果落地、月亮 绕地球转等等重力现象其实是因为地球的质量让其附近的空间弯曲了,苹果和月 亮只是在弯曲的空间中做惯性运动。而且,不只是苹果、月亮这类“物体”,即 使是没有质量的光,也会在大质量附近随着空间而弯曲。   但直到1915年,他在寻求一个完整的理论的征途上还一直是在屡败屡战,不 得要领。那年夏天,爱因斯坦去哥廷根大学访问讲学,与那里的数学大师希尔伯 特(David Hilbert)切磋。两人都有直觉,广义相对论的数学形式已经几乎触 手可及,正等待着那最后的突破。   回到柏林后,爱因斯坦进入近乎癫狂状态。第一次世界大战已经打响,德国 实行战时管制,限量供应生活必需品。偏偏此时,他妻子带了两个儿子离家出走, 让他一个人在公寓中自生自灭,吃不上一顿可口饭菜。他们为了金钱和孩子不停 地在通信中打着笔战。但更让他忧心的是与希尔伯特的持续信件来往,从对方的 书信中越来越明显地可以看出来希尔伯特有可能抢先发现、发表广义相对论场方 程。   为了不失去优先权,爱因斯坦提前安排11月在普鲁士科学院举行每周一次的 学术讲座,“第一时间”发布他的最新进展。11月4日第一讲开始时,他内心里 对这个系列的走向其实还十分迷茫。   在讲座之外,爱因斯坦整天除了给夫人、希尔伯特及其它同事朋友写信便是 在埋头演算,一次又一次发现、修正自己推导中的错误。终于在11月中,他尝试 用正在建构中的新公式推导水星公转轨道近日点进动问题时,一举得到了与牛顿 力学不同、而与实际观测几乎理想符合的数值。   这是他的新理论的第一个成功,解决了一个困扰天文学家、物理学家几十年 的老问题。已经不那么年轻的爱因斯坦突然兴奋莫名,心慌意乱,竟连续三天没 能平静。   11月25日,爱因斯坦在普鲁士科学院做了他的讲座系列的最后一讲。留在黑 板上的是一个简洁得难以置信的方程,一个统一了惯性参考系和加速运动的广义 相对论场方程。   希尔伯特在哥廷根也同时举行着他自己的系列讲座,并在20日发布了他发 现的场方程,比爱因斯坦早了五天。但他没有试图争取发明权。他说,哥廷根的 每个人都比爱因斯坦更懂得(广义相对论中所用的)四维时空的数学,但只有爱 因斯坦才明白它背后的物理。   × × × × ×   爱因斯坦写出的广义相对论场方程是一个看起来直截了当的等式:左边是描 述四维时空“形状”的张量,右边则是时空中能量(和质量)、动量的分布。中 间那个等号将这两个过去毫无关联的元素联系了起来。方程中没有“力”,却能 描述水星绕太阳的公转:因为太阳的质量造成它附近空间的弯曲,而在这弯曲空 间中的水星便自然地绕太阳转起了圈——并且比在牛顿力学中转得更为精确。   后来,美国的物理学家惠勒(John Wheeler)言简意赅地总结出广义相对 论场方程的真谛:“时空告诉物体如何运动,物体告诉时空如何弯曲。” (“Spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve。”)二者相辅相成,浑然一体。   × × × × ×   广义相对论发表之后,不仅在水星公转轨道进动的计算上令人信服,更因为 光线因为太阳而弯曲的预测在1919年日全食时由英国天文学家爱丁顿(Arthur  Eddington)的观测证实而轰动世界,一举奠定爱因斯坦在科学史上的地位。   爱因斯坦一发而不可收拾,进入了十年前他石破天惊地连续发表光电效应、 布朗运动、狭义相对论、质量能量之等价那一系列划时代论文的“奇迹年” (Annus Mirabilis)之后的又一次创造性高峰。他的眼光更是超越太阳系,投 向更广阔的宇宙:既然“物体告诉时空如何弯曲”,那么只要知道宇宙中的星球 质量分布,就可以直接推导出整个宇宙的形状。   在20世纪初,人类对宇宙的格局只有非常朴素的直觉认识。我们所处的太 阳系有一个恒星:太阳。围绕着太阳在不同距离的轨道上运行的有包括水星、地 球的八个行星(有争议的“第九大行星”冥王星当时尚未被发现),多数行星还 各自带有数目不同的卫星。   在太阳系之外,我们可以看到满天的繁星。它们虽然看起来铺天盖地,但并 不很匀称:大部分星星似乎集中在相对很窄的一条带子上,就像天空中的一道河 流。这在中国叫做“银河”,在西方则称为“奶路”(Milky Way)。在这条河 外面的星星分布明显稀疏,有些部位甚至漆黑一片,似乎没有星星。   而这么多的星星,天文学家对它们的距离、质量只有猜测,实际上一无所知。   但爱因斯坦不拘泥这些细节。   × × × × ×   一个流传甚广的笑话说一位牧场主因为牛奶产量问题求教于各方专家。经过 一番仔细的调查、研究之后,一位理论物理学家找出了应对方案。他自信满满地 对牧场主说,“首先,我们必须假设奶牛是一个标准的圆球……”   在遇到未知或无法全面掌握的复杂问题时,将其高度简化、抽象到看起来没 有实际意义的简单模型是理论物理学家的拿手好戏。这样研究出来的结果也许无 法直接应用,却可以帮助人们理解定性的特质。   爱因斯坦心目中——更确切地说,运算纸上——的宇宙便是这样的一个“球 形奶牛”:假设宇宙中的质量是完全理想化的均匀分布,没有哪个地方多一点, 也没有哪个地方少一点。让我们来看看新出炉的广义相对论场方程会给出一个什 么形状的宇宙。   这个假设虽然听起来匪夷所思,其实也不那么离谱。太阳系看起来结构复杂, 但它所有的质量接近99.9%集中在太阳这一个点上。与太阳相比,其它的行星、 卫星质量完全可以忽略不计,等于不存在。而在太阳系以外,爱因斯坦觉得宇宙 可能比我们肉眼所及还更大得多。在那个大尺度上,也许离我们近的恒星集中在 银河也会显得微不足道,遥远的恒星质量分布还是近乎均匀的。   当然,更重要的还是只有这样极端简化了的模型才有可能从广义相对论那数 学上极其复杂的场方程中求出一个解来。而即便如此,爱因斯坦也还花费了一年 的时间。因为他遇到了一个颇为奇葩的难题。   假设宇宙质量均匀分布之后,整个宇宙的形状便由一个变量决定:密度。爱 因斯坦发现他的宇宙不是无限大的,而是有一个由密度决定的大小。但同时因为 广义相对论方程中空间和时间是紧密相连的四维时空,这个宇宙大小不是恒定的, 而是随时间演变,或者越来越小(塌缩),或者越来越大(膨胀)。无论他怎么 折腾,总也找不出一个不随时间变化的、静止的宇宙。   他没有太多地去思考这背后可能隐含的意义,而是认定了这样的解是荒唐、 不符合物理现实的。他发明的广义相对论显然并不完整,遗漏了某个能让宇宙稳 定的物理性质。   经过反反复复地尝试,爱因斯坦终于找到了缺陷:如果在场方程的左边再另 加一项,他就可以得出一个静止的宇宙解。   这个新加的项也是同样的描述时空形状的张量,但附带着一个新的常数作为 系数。爱因斯坦把它叫做“宇宙常数”(cosmological constant)。因为这个 新加的项只有在研究宇宙这样的大尺度时才有效果。在太阳系这样的“小”尺度 上,这个项因为宇宙常数的数值太小而可以忽略不计。这样,他以前计算所得的 水星轨道进动、光线因太阳质量弯曲等结果不受影响。   1917年2月,他在普鲁士科学院宣讲了这个新成果,并以《基于广义相对论 的宇宙学思考》(Cosmological Considerations in the General Theory of Relativity)为题在院刊上发表了篇幅10页的论文,正式发表了他的宇宙模型。   × × × × ×   爱因斯坦所遭遇的困难其实并不是广义相对论带来的新问题。早在牛顿发现 万有引力时,他便面临了同样的质问:既然所有质量之间都互相吸引,那么它们 必然会逐渐趋近,最终全部“塌缩”到一个点上。因此宇宙不可能稳定。牛顿没 有什么好办法。他一厢情愿地辩解道,假如宇宙是无限大的,没有哪个点是中心 ,也就没法塌缩到任何一个点上。或者,在无限大的宇宙中,每个质量都同时受 到来自四面八方的吸引力,互相抵消因此没有实际效用。   这两个论点其实都不成立,因为它们描述的是不稳定系统,无法实际存在。 很有一些物理学家一直试图构造不同模型试图解决或者绕开这个问题,均不得要 领。事实上,爱因斯坦的论文开篇也是讨论牛顿力学的这个老问题,他指出如果 在牛顿的引力场方程中人为引入一个项,至少可以在数学上避免这个困难,但在 物理上却没有这样做的理由。   他之所以要提出这个可能,便是为了后面在广义相对论场方程中引入几乎雷 同的“宇宙常数”项做铺垫。但即便如此,他也没有能找出在相对论中强加这个 附加项的理由。   爱因斯坦自己颇为沮丧。宇宙常数项的引入是完全人为的,破坏了场方程原 有的浑然天成之美感。他只能辩解说非如此无法描述我们所在的宇宙,真真是不 得已而为之。好在这个项本身没有破坏方程原有的对称性,至少在数学上是可以 被允许的。   × × × × ×   爱因斯坦的宇宙模型发表后,引人注目的并不是这个只有物理学家才会纳闷 的宇宙常数,而是他所描述的宇宙之形状:一个有一定大小的圆球,其半径由宇 宙中的质量密度决定。但她又不是我们日常生活中所熟悉的球。爱因斯坦曰,虽 然宇宙的大小有限,却没有边界。   宇宙中的质量“告诉”了空间需要弯曲。因为质量均匀分布,宇宙中所有的 地方都有着相同的弯曲度。就像一条纸带弯起来首尾相连构成一个环,这个宇宙 便弯成了一个标准的圆球——恰如理论物理学家心目中的奶牛。   他说,如果我们能往天上某一个方向打一道有足够能量的光束(那个时代还 没有激光的概念),这束光在若干亿年后会从相反方向回到地球,就像麦哲伦( Ferdinand Magellan)的船队完成了环球航行胜利地回到出发的港口一样。   麦哲伦的船队只能在地球表面的海面上航行,他们用3年时间绕地球一圈回 到了原地,说明地球表面是一个大小有限而又没有边界的世界。这是三维的地球 在其表面这个二维世界的一个投射。   爱因斯坦解释说我们所生存的宇宙圆球其实是一个四维空间中的形状在人类 所能感知的三维空间的一个投射。生活在三维空间中的人类无法看到四维宇宙真 正的形状,只能感知这么一个有限无边的圆球形投射。   这个匪夷所思的图像不仅让一般人摸不着头脑。即使是物理学家、天文学家 也将信将疑,姑且把她称之为“爱因斯坦的宇宙”(Einstein universe)。   但在人类仰望星空几千年,对满天繁星发出过无数的猜想、感慨之后,爱因 斯坦是第一个基于物理学原理为整个宇宙构造模型的人。他的这篇论文因此标志 了现代宇宙学的诞生。   只是,宇宙究竟有多大、是否有限、是否有边界、是静止还是演变、甚至…… 真的只有一个宇宙吗?在爱因斯坦所处的时代,这些问题不仅没有答案,甚至无 从把握。爱因斯坦的“奶牛”宇宙和他那无中生有的“宇宙常数”只是一个起点, 为后续的几代人审视宇宙指出了一个方向。   而要踏实地走上这条路,我们还需要真正地认识我们所在的这个宇宙。   (二):寻觅宇宙的中心   爱因斯坦的宇宙“有限无边”,处处对称:其中每一个空间点都与其它任何 点等价——这个宇宙没有中心。在他之前200来年,牛顿在辩解宇宙不会因为 他的万有引力而塌陷时则说过宇宙可以是无限的,没有任何中心能作为塌陷的终 点。他们的出发点完全不同,却都自然而然地假设宇宙不存在一个中心。虽然他 们的说法都经历了严格的科学质疑,但至少两人都没有因此遭遇科学之外的诘难。   比牛顿再早不过几十年、上百年的伽利略(Galileo Galilei)、哥白尼 (Nicolaus Copernicus)等人却没那么幸运。他们仅仅质疑了地球是否是宇宙 的中心,便触犯了当时社会主流的条规。因为在那个年代,宇宙的中心不仅是一 个事实判断,还更是神学、哲学之信仰。   × × × × ×   虽然直到今天还有人顽固地认为地球不是一个球体而是非常宽广的平地(即 “地平说”),人类其实很早就领悟、接受了地球不是平的这一事实。古希腊人 观察到迎接回港船只时总是先看到来船的桅杆然后才能看到船身、航海的船员知 道越往北走北极星在天空的位置会越高,等等。   至迟在公元前350年,亚里士多德(Aristotle)在《论天》(On the  Heavens)中便指出月食是因为地球挡住了太阳投向月亮的光(而不是什么“天 狗吃月”)。所以,月食时月亮上那个黑影正是地球的投影,是圆的。在人造卫 星、宇航员能够直接观看自己家园的两千多年前,人类其实已经用月亮做镜子看 到了地球的形状。   亚里士多德之后不久,埃拉托色尼(Eratosthenes)更是利用夏至日正午太 阳投影在两个不同维度的城市中的差别测量了地球的大小。他发现地球的周长是 那两个城市之间距离的50倍——现代测量的结果是47.9倍。   与地球是圆的类似,也有不少证据表明地球是静止不动的:在地球上生活着 的人安然若素,从来没有晕车、晕船那种处于运动环境的反应;我们在地面上跳 起、或者往天上高高地抛出皮球,都会直上直下地落在原地:地面没有在腾空时 移动;如果没有风吹,空中漂浮着的云彩纹丝不动,不会落在地球的后方……   因此,古希腊的先贤们认识到人类所处的是一个静止不动的圆球,被满天的 繁星笼罩着,星星们绕着地球步调一致地缓慢转动(中国人称之为“斗转星 移”)。为了辨识这些星星的位置,他们把比较明亮的星星们就近组合成为“星 座”(constellation),并以它们的形状加以想象赋予各种形象的名称。   在这个星空背景上,还有太阳、月亮以及几个肉眼可见的星星没有固定的位 置,而是在一些特定的星座——所谓“黄道十二宫”(zodiac)——中游走。这 些“行走的星”(wandering stars)因此被称作行星。在没有什么测量仪器的 古代,这些行星的位置只能用肉眼观察,以其所在的背景星座粗略地描述。   因为地球是圆的并有着一定的大小,在地球表面不同地方、或者在同一地方 但不同时间看这些行星,它们背后的星座位置会略有差异。这是因为观察者角度 不同,与行星位置的视线会延伸到星空背景的不同方位。这个现象叫做“视差” (parallax)。通过简单的几何关系很容易想象到,被观察的星星离我们越近, 所看到的视差会越大。如果知道地球的大小,还可以通过视差角度计算星星离我 们的距离。   从亚里士多德到公元2世纪的托勒密(Claudius Ptolemaeus),希腊先贤 根据这些观察和经验积累,逐渐构造出一个非常具体的宇宙模型:静止不动的地 球处于宇宙的中心。行星处于地球外面不同距离的圆形球壳上,由近及远依次为 月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星。在往外则是一个非常大的圆球, 上面镶嵌了所有那些不自己游走的星,即恒星。   这个恒星球壳便是宇宙的边界。在它之外也不是虚空,而是人类不可能接触 的另一个世界:上帝以及诸神之所在。上帝推动着恒星所在的大圆球,令其每昼 夜绕地球转动一周。大球还依次带动其它圆球各自的转动,那就是我们看到的行 星的“行走”。   亚里士多德、托勒密的宇宙模型简单明了,通俗易懂。模型中为上帝预留的 空间和人类占据宇宙中心的位置也符合上帝造人的逻辑。因此得到广泛的接受。   唯一的缺陷是,即使在没有精确测量的年代,这个模型所描述的行星位置和 走向也经常与实际观测不符。托勒密不得不持续加上一系列诸如“均轮” (deferent)、“本轮”(epicycle)再加上“偏心”(eccentric)、“载轮” (equant)的数学手段来修正——或者说拼凑。于是,就像理想的“球形奶牛” 突然到处长出好多犄角,原本简洁的模型迅速异化成繁复混乱的大杂烩。   × × × × ×   古欧洲的科学、人文在托勒密时代登峰造极,其后却随着中世纪的到来被他 们的后代丢弃、遗忘,直到一千多年后的文艺复兴时期才从阿拉伯人保存的译本 中重新发现这个宝藏。在那漫长的十几世纪里,伊斯兰科学家做出过一些改进, 但托勒密的宇宙模型依然保持着原样。   当16世纪的波兰人哥白尼重新研究托勒密繁复的修正过程时,他很快发现 如果改动一下,把行星绕静止的地球运动改为太阳不动,其它行星(包括地球) 绕太阳运动,可以大大简化所需要的计算。他指出这样还可以很简单地解释为什 么水星和金星永远地离太阳非常近:它们处在离太阳最近的圆球上,从外面圆球 上的地球往里看,它们会总是在一起。   哥白尼自己没有观测过行星的位置,也没有新的数据。他只是用托勒密原有 的数据,从数学上说明以太阳为中心的计算手段有明显的优势。当然,他也明白 从把一个静止、处于宇宙中心的地球转换为太阳中心,而上帝为人类特制的地球 只是众多绕太阳转的行星之一会是一个非同小可的思想转变。虽然有当时教皇的 鼓励,他对公开发表这个理论依然迟疑不决。他的著作直到死后才问世。   他不可能知道的是,这个简单的数学变换不仅引发了“地心说”与“日心说 ”旷日持久的争执,而且标志了一场科学革命的到来。   × × × × ×   托勒密的宇宙模型成功地预测到1560年8月的一次日食。才13岁的第谷 (Tycho Brahe)一方面对如此异常的天象和它的可被预测惊异无比,一方面也 因为预测的日期与实际差了一天耿耿于怀,于是迷上了天文。后来,他发明了可 以精确测量星星高度的六分仪(sextant)。   1572年,他在仙后星座(cassiopeia)发现了一颗以往没见过的星(现在知 道那是一次“超新星”爆发)。他跟踪了几个月,没有发现像月亮所有的视差。 因此他断定这颗新出现、后来又消失了的星比月亮远得多,应该处于最外围的恒 星球。(在中国的明朝,宰相张居正因为这颗“客星”的出现教导了新登基的万 历皇帝应该自省修身。)   然而,亚里士多德曾经信誓旦旦地说月球所在的天球之外是永恒、不变的, 不可能突然冒出以前没有的星星来。年轻的第谷用实际的证据推翻了经典。   丹麦国王因此赐给他一座小岛和资金修建一个专业天文台。第谷在那里发明、 建造了一系列可以精准测量星星位置的大型六分仪、象限仪(quadrant)等仪器, 开创了精确记录行星数据的先河。他还通过测量彗星的位置变化证明这些太阳系 的不速之客不但也是来自远方、还由远而近地“穿透”了诸行星所在的那一层层 球壳,证明亚里士多德所说的实体球并不存在。   1601年,第谷在54岁时“英年早逝”。他的死因一直是科学史上的一个谜, 以至于迟至2010年他的遗体还被挖掘出来以现代技术分析是否死于谋杀。   但对于他的同时代人来说,更值得挖掘的是他遗留下来的海量天文数据。第 谷自己坚持地心说,也构造过复杂的太阳系模型试图解释这些数据。但他的数据 比他的理论更富有说服力。因为它们具备前所未有的精确度,迫使人们不得不正 视无论是托勒密还是哥白尼的模型都无法与数据吻合的事实。他的继任开普勒( Johannes Kepler)为此不得不另辟蹊径。   在各种各样的尝试失败后,开普勒终于领悟到第谷的数据说明行星所走的路 径是椭圆,而不是从亚里士多德、托勒密到哥白尼、第谷等人一致坚持的圆形。 这些前人之所以对标准的圆形情有独钟,除了来自数学、哲学乃至宗教思维上的 对称、唯美倾向之外,也有现实的考虑:没有什么实在的东西可以转出一个非圆 形的形状。行星可能不依赖任何实体、“漂浮”在虚渺的空间里沿着抽象的“轨 道”运动还不是他们所能想象的概念。   开普勒也无法解释、理解这其中的原理。但他发现采取椭圆轨道后,其它种 种困难都可以迎刃而解。他陆续总结出后来以他名字命名的“行星轨道三定律”, 揭开了整个太阳系的运动规律。   × × × × ×   第谷去世三年后,一颗更为明亮的超新星在1604年出现在蛇夫座 (ophiuchus),持续三个星期在白天都能看得很清楚。(在那之后,要等到 1987年才能再看到类似的超新星。)开普勒和伽利略都对它进行了长期的观测。 伽利略当时在意大利帕多瓦大学担任数学教授,因为讲授新星的出现表明亚里士 多德体系的错误而与本校的几个哲学教授结下了梁子。但他更大的麻烦还在后面。   早在托勒密时代,人们就知道一定形状的透明晶体、玻璃可以用来制作放大 镜、老花眼镜。但直到17世纪初,才有荷兰人想起将两个镜片用圆筒一前一后连 接起来,可以观看很远的物体。伽利略在1609年听说后,立刻就自己琢磨着制作 出了望远镜(当时叫做“间谍镜”:spyglass)。他把这个对航海价值无比的新 发明捐献给当时的威尼斯共和国,因此赢得终身教职,工资也翻了三番。但更重 要的是,他同时也把自制的望远镜指向了夜晚的星空。   这一看不打紧,用现代的话说就是“三观尽毁”。   首先,他看到月球的表面坑坑洼洼,完全不是亚里士多德所想象的那种光滑 圆润、完美无缺的天体。进而,他发现木星附近还有小星星,从它们不断变化的 位置可以推断它们是在环绕着木星转圈,也就是木星有卫星——不是所有星星都 在绕地球这个中心转。后来,他又看到了金星像月亮一样有圆缺盈亏,其变化幅 度无法与托勒密的地心模型合拍,但可以用哥白尼的日心模型解释。   伽利略不计前嫌,邀请他的老对手来亲眼察看这些奇观,却被拒绝。哲学教 授们对自己既有的世界观更为珍惜,只好纷纷做了鸵鸟。科学家则不一样。开普 勒收到伽利略送来的望远镜后,很快就证实了他的发现,还自己发明出不同镜片 设计的望远镜来。   随着伽利略支持日心说的态度越来越明朗、拥有的证据越来越坚实,他与维 护地心说的哲学家、神学家的关系也越来越复杂、紧张。1633年,他在教会面前 被迫认错,被判终身软禁。传说他在离开裁判所时,依然嘟囔了一句“可(地球) 的确是在动。”(“But it does move。“)   迟至1979年,教皇保罗二世(John Paul II)才正式为伽利略“平反”。   × × × × ×   没有证据表明伽利略曾经在比萨斜塔上投下过不同重量的球做演示。但他的 确在比萨大学任职时开创了系统、精确运动学——或科学——实验的先河,并用 数据否定了亚里士多德重量与速度关系的谬误。因此,伽利略普遍被认为是物理 学——甚至是现代科学——的开山鼻祖。   开普勒的行星定律和伽利略的运动学实验成果后来在牛顿那里得以集大成, 以牛顿动力学三定律和万有引力定律奠定经典物理学牢固的根基。太阳成为新的 中心,行星——包括地球——因为太阳的引力而围绕太阳在椭圆轨道上运动成为 新的科学真理。(牛顿引进的“惯性”概念也解决了地球上的人感觉不到地球在 运动中这个难题。)而当牛顿展望整个宇宙,猜测不存在什么中心时,也没有人 再去追究他的离经叛道。   伽利略通过他的望远镜还看到了一个人类从来没有见识过的世界:更多更多 ——“几乎不可思议之多”(“an almost  inconceivable crowd“)——的肉眼无法看见的星星。宇 宙比当时任何人想象的还要更大、更丰富。而他的望远镜为人类认识、探索宇宙 打开了一个崭新的窗口。   1672年,伽利略逝世三十年后,法国戏剧家莫里哀(Moliere) 公演了喜剧《女学究》(The Learned Ladies)。剧中男主 角对他的妻子、妹妹和大女儿三名女性不思女红、家务,一味追求科学牢骚满腹 。他的抱怨之一是她们在自家楼上装置了一具天文望远镜,要看月亮上在发生什 么!   的确,还在那个年代,拥有、使用望远镜进行天文观察,已经成为欧洲上层 人物、甚至并不富裕的中产阶层附庸风雅的重要标志。他们所有的,也已经不是 伽利略拿在手上的简单直筒,而是占据整个房间,甚至是需要专门修建天文馆式 建筑才能容纳的庞然大物。   自然,他们所观看的,也不只是月亮上的变故。人们的视野正投向更高更远 ,逐渐超越太阳系、银河系,直至宇宙的旷古幽深。 (未完待续) ※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※ 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