一本後悔沒有早讀到的書:數理化通俗演義|【每周一本書(21)】

如果能夠穿越回古代,而你隻能帶一本書回去,你最想帶哪本書?

對於我來說,一定是這本《數理化通俗演義》。

初識本書,不過是打算抱著消遣的態度隨便翻翻的,沒想到讀瞭幾章,卻逐漸淪陷到書中曲折精彩的科學史故事中。

在這本書中,可以跟著作者,見證伽利略巧妙用《對話》這本書突破宗教的重圍傳播最新科學思想、見證祖沖之用原始的算籌一步步推導出圓周率、見證居裡夫人在艱苦的條件下提純鈾、見證觀察敏銳的第谷與眼神不好但數學思維強大的開普勒接力發現天體運行規律、見證……。

總體來說,這本書受眾可以極廣,是難得的一本老少兼宜雅俗共賞的書。對於理工科類的中學生來說,可以提早打開理工科視野,培養數理化興趣(這本書讀完讓人有種繼續回去深造的欲望);對於碩博生來說,裡面提到瞭很多科學研究方法,可以指導自己的科學研究;對於普通高中生來說,書中的科學傢案例可以提供海量的作文素材;甚至對於我這種已經畢業幾年的社畜,也不妨以看故事的心態津津有味地看完這本書。

讀史使人明智,讀科學史也一樣。書中看似是在講科學史,實則很多提供瞭很多解決問題的思考方式,因為科學的發現,正是從一個個未知中總結規律,然後解決未知問題的。

一、書中的一些問題解決思維

一)理論和實踐是相輔相成的

很多科學研究,都是實踐產生理論,理論指導實踐,並又進一步在實踐中檢驗真理。

當人們對世界還一無所知時,便有如屈原、泰勒斯、畢達哥拉斯、德謨克裡特這些先知從宏觀的哲學的角度提出世界是什麼。然後就是一批實驗科學傢一點一點兒去探尋,例如第谷觀星、伽利略研究運動、戴維找元素、法拉第找電和磁。

這個時候,科學見們就如探險傢深山探寶一樣,沒有任何目標,全靠辛苦去找。但是在實踐一段後,各學科相繼都產生瞭理論,並且在實驗物理學傢、化學傢之後出現瞭理論物理學傢、化學傢,這就分別是開普勒的三定律、牛頓的萬有引力、麥克斯韋的電磁理論和門捷列夫的元素周期律等等。

有瞭這些理論的指導,科學傢手裡就有瞭一張“藏寶圖”,以後的探寶活動就不那麼盲目瞭。勒維烈坐在傢裡就推算出海王星,門捷列夫坐在傢裡就推算出十幾個未知元素,然後再由天文臺,由實驗室一一證實,這時候,理論顯示出強大的指導作用。

讀一本書也是一樣,理論和實踐是要互相協作的,除瞭汲取書中的知識,還要多在實踐中應用。

二)避免被固有思維框架限制

科學一靠觀察積累,二靠思考比較。在前期觀察積累過程中,可以在舊理論指導下的收集、整理,但在新事實的基礎上歸納突破,要的是大膽與勇敢。

氧氣本是杜勒和普裡斯特利最先發現的,但是因為舊燃素說的束縛,使他們不敢有任何非分之想。當年無數科學傢在地心說上做瞭許多改良,卻終不能突破,最終哥白尼的日心說,甚至之後的宇宙學說,才讓一切問題便迎刃而解。

過去人們總說行星在作完美的圓周運行,可多年測量總有誤差,開普勒拋棄圓周說而立橢圓說,眾星便各行其路再不出軌。但可悲的是,我們平常看待問題時,寧肯削足而不棄舊履;在身高而簷低時,寧可彎腰而不換個新地方,這類悲劇不僅在科學史上有不少,在我們日常生活中也常常發生。

三)機遇留給時刻準備著的人

在科學發現中,也常常離不開機遇。這機遇有兩種,一是本來要尋找的東西沒有得到,卻找到一件同樣重要或更重要的,謂之“種瓜得豆”,如氦氣等惰性氣體的發現;二是一次不小心的失誤卻倒撞著瞭某個機關,導致一項發明、發現,謂之“因禍得福”,如珍妮夫婦吵架一腳踢出一個紡紗機。但是無論哪種機遇,總之是要努力去找,正如生物學傢巴斯德說:“在觀察的領域中,機遇隻偏愛那種有準備的頭腦。”物理學傢亨利說:“偉大發現的種子經常飄浮在我們身邊,但它隻會在有心人心中紮根。”

四)在解決問題時註重類比思維

數千年的科學史告訴我們,自然界的很多規律都是相似的。

比如,天體和原子核內部的構造就很相似。地球上的自由落體定律和月球圍繞地球轉本質上都是萬有引力在作用(牛頓的第一次理論大綜合)。電、機械、化學等運動的做功發熱都遵循能量守恒定律(焦耳的第二次理論大綜合),光、電、磁都具備波的相似性,都在電磁理論框架下運行(麥克斯韋第三次理論大綜合),創立的相對論揭示的“尺縮鐘慢”、“質能互變”等時間、物質在空間和運動中的相似變化,揭示瞭時空的統一性(愛因斯坦的第四次理論大綜合)。

而且不同學科之間的研究思維也是可以相互借鑒的。

比如物理學的研究方法中,會從最簡單的物體入手,要研究自由落體規律,就用一枚石子;要研究原子結構就先從隻有一個質子、一個電子的氫原子入手。而德爾佈呂克在研究基因時,就是借鑒瞭的常用方法。選擇最簡單而又典型的噬菌體身上尋找突破。

這就啟示我們,可以通過物體之間的相似現象來概括出高層次的規律,在探索新問題時,也可以借鑒老的解決方案。

五)數據分析的作用重要

大數據時代,數據被提上瞭很高的高度,其實很多科學理論就是從數據分析中得來的。開普勒就是將多年測得的行星運行數據這樣列表推算,從數據的加減乘除中發現瞭其中的規律,從而確立瞭開普勒定律。孟德爾研究豌豆,也是從大量的豌豆統計中,得到瞭遺傳假說的。許多規律和發現不是直接用眼看見、手摸著的,而是用筆、用計算機算出來的。

這也給我們日常用數據賦能業務提供瞭一定的思路。

此外,在讀研那幾年,有幸參加過幾場高校的科研論壇,但我一直認為這就是組研究者們聚在一塊,做做報告,吹吹水,聚聚餐的活動。

甚至作為畢業前提條件的期刊,大傢也是盡量能到水一篇就行,並沒有感覺真正能推動瞭科研的進步,也沒什麼用處。但書中很多例子都說明,很多科學發現就是在這些論壇和期刊的思維碰撞中產生的。

最後值得一提的是,本書的作者梁衡並非理工科背景,而是一名職業作傢,他的多篇文章入選中小學語文課本。但書中很多故事仿佛他自己就在現場,一個職業作傢竟然能把數理化發展的歷史,用故事化的形式娓娓道來,使理工科這個讓很多人頭疼的“苦藥”,在文字糖衣的包裹下煥發出別樣的魅力。裡邊的很多寫作手法也值得借鑒,這也是本書吸引我的地方。

一)人物場景描寫特別傳神

比如在寫開普勒發現宇宙第一、二定律的時候,作者用非常有科學美感的句子描述出來:

再比如,在寫牛頓發現萬有引力定律時,作者給每個人面前刻畫出一副畫面:

在介紹核反應堆成功點亮一隻小電燈後,作者用激情澎湃的筆觸寫出來:

排比句也寫的也特別優美:

還有一些宏大的描述:

此外,整本書的所有章節題目都對仗得極其工整。

二)情節敘述跌宕起伏

在描述原子彈發明過程的時候,作者就用瞭典型的插敘手法,先說到瞭玻爾拜訪愛因斯坦,一見面就高呼帶來一個天大的消息,先讓大傢好奇這到底是個什麼事。接著畫面一轉,開始介紹起核裂變的發現,以及玻爾在拜訪愛因斯坦出發前的半個小時,聽瞭兩位科學傢關於核裂變的介紹。最後再揭秘告訴愛因斯坦的這件事。

總之,對於我這樣一個接受瞭十多年理工科思維訓練的人來說,在這本書的引導下,又一次系統疏理瞭從阿基米德時代到近代的所有科學發展進程,串聯瞭幾十年的理工科知識。更補充瞭一些知識盲區,比如而且很多看似沒什麼用的高深理論,其實這些研究已經給人類帶來瞭受益無窮的好處。如,對放射性同位素研究。就可以應用它們的放射性表現出來的穿透作用、能量、熒光效應、特殊生理效應等等,應用在工業、農業、醫學、生物學、考古學、宇宙探索等許多領域。比如害蟲常會鉆到種子、土壤、樹皮裡面,一般化學殺蟲劑無能為力,這時用穿透力很強的γ射線一照射,便使它斷子絕孫。還有金屬內部在鑄造、焊接時會出現極小的砂眼、裂縫,肉眼是絕對不能發現的,這時隻要用γ射線拍一張片子就會清清楚楚地顯示出來。

回到開頭,為什麼我穿越古代必帶這本書?因為有瞭這本書,完全可以跟著這本書的步伐,逐步完成整個科技樹的搭建。

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