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‎Victor F. Weisskopf

Knowledge and Wonder Victor F. Weisskopf著 张志三等译 《人类认识的自然界》The Natural World As Man Know It
@qiusir:这本定价0.48元的小册子翻译定稿的时候大概是我出生的年份,关联到自己的年龄,读这本二手书的感觉很特别,想象一本书等到发黄了才和头发渐白的我相遇,感慨缘分的奇妙之余,也为自己的愚钝脸红。
序言
科学知识很难传授给非科学工作者。
物理学是所有自然科学的基础,所以重点放在物理学方面,特别是原子物理方面,这是因为自然界的一切都是由原子构成的。
对很多科学问题的定量描述来说,爱因斯坦理论起着决定性作用。但因本书所着重的只是科学领域内所见到的世界形象的定性方面。
V.F.韦斯科夫 1962年3月于瑞士日内瓦

我们在空间中的位置
我们的眼睛能够看得清的最小长度是一根头发的宽度,也就是大约一毫米的十分之一。人体大约两米高。这个高度比一根头发要大一万倍还多一些。
‎C.Flammarion

19世纪法国科普作家C.Flammarion书中的木刻插图:旅行家以天球中探出头来,探索宇宙运行的机制。
我们看到的月亮像个圆盘,把同月亮一样大的圆盘从地平线西端挨个儿摆到天顶,再从天顶摆到地平线东端,摆成这么一个巨大的半圆形,需要360个同月亮一样大的圆盘,这就可以看出月亮的大小。
地球与月亮的距离只有地球直径的三十倍多一点。(地球的参考椭球体平均直径约为12,742公里,约等于(40,000 km)/π,这个整数并非巧合,而是因为长度单位米的最初定义是经过法国巴黎的经线上赤道与北极点距离的一千万分之一。)(地球只要滚动不要十圈就可以到达月球)
我们的月球几乎是一个属于地球范围内的物体。
从太阳往外按行星轨道数来数,地球是(水星和金星后的)第三个行星。水星总是靠近太阳的,它离太阳从不超过23°,从这一事实得出结论:水星轨道是地球轨道半径的0.38(0.391,三分之一多一点。)同样,我们得出,金星轨道是地球轨道的0.7(44°),三分之二多一点。(最大视角)(相切)
太阳有多大呢?看起来,太阳和月亮一般大,可是我们容易算出,太阳离我们比月亮远375倍,所以太阳的直径一定比月亮直径大375倍。
实际上,星星之所以为“恒”星,只是由于它们离我们太遥远了,以至于它们的任何运动,都会慢得使人一辈子也观测不出来。事实上,它们都在运动。
星离我们太远了,从地球上不同地点去看一颗星,是看不出它的方向有丝毫变化的。但是,我们能够利用这一事实:即地球环绕太阳运转。事实上,我们观看星的地点到了冬季就和夏季时相隔三亿公理。
天狼星离我们十光年。
我们看到来自仙女座星云的光,在它离开光源的时候,人类还没有从猿猴般的祖先那演化出来呢。(一眼万千年啊)
这些缺少的某些频率是被恒星表面的寒冷气体所吸收了的那种光的频率。
使人或者曾使人惊奇的是,同样的两条暗线不在意料中的频率处出现,而是朝低频方向移动。就十分暗弱的星系来说,这种位移很大,以至我们看到的暗线竟在光谱红色的一端,而不再紫色的一端了。
即使宇宙确实是无限的,就我们来说,宇宙还是有限的。我们能加以探索的只是能以其光信号送达我们的那一部分宇宙。
我们已经能深入到退行速率为三分之一光速的距离,如果我们再能深入宇宙三倍左右,那就实质上看到了全部可见宇宙。因此,我们今天亲眼看到人类发展史中一个伟大时刻,可与麦哲伦1520年首次绕地球航行一周这已成就相媲美。(膨胀速度接近光速或比光速大对人来说就没有意义了,电磁波传不回来...)

我们能识别的最小距离约为一毫米的十分之一,我们阶梯的上一级是以我们身体为特征的距离---从眼睛到手臂尖端的距离,比第一级大一万倍,约一米。地平线上清晰可见的高山的距离又远一万倍,十公里。再上一级是地球直径,大约又增加1000倍,12000公里。地球太阳的距离又远了大约10000倍。一亿五千万公里。再上一个台阶是最靠近的恒星距离,这一次一跃而远一百万倍,十光年。再上一级是银河系的大小,这又是前一距离的10000倍,即100000光年。再上一级只增加10到100倍,这就引导我们进入最近的星系的距离,这就是几百万光年。最后一级,再增加10000倍,我们就进入能见到的最远目标的距离,我们可以称之为力所能及的半径,就我们目前所知,他的数量级为一百亿光年...

(可以从再向下分解呢...)

我们在时间中的位置
我们直接掌握的人类经验的最长时间是5000年。(索梅里文明?)
山的形成和随后的侵蚀是不断地相互作用的。
如果地球存在的时间是无限的,我们在地球表面就找不到放射性物质如铷。但是,我们在自然界看到的衰变物质,总是以慢于每年十亿分之一的速度而衰变。这一点比较容易解释的。衰变速度更快的物质之所以找不到,是因为在地球存在的时期内,他们已经消失了。(但...)
天然放射性元素衰变最快的是铀235(每年十四亿分之一),铀235已接近消亡,在普通的铀中只占很小的百分比(0.71)。因此,构成我们地球的物质的年龄必然比十亿年大一些,也许大五倍或十倍,但不会大很多。
少数寿命较长的天然放射性物质是形成各种元素(这些元素组成今日地球上的物质)的重大时期的最后见证者。它们是从百亿年前创造我们现在缩减到地球上四周物质的宇宙烈火中留存至今的最后一点余烬。
天然放射性物质不仅充当地球起源的见证者,当它们有规则地衰变而缓慢消失时,还能当做计时器来用。
追溯星系的膨胀,我们必然得出结论说,一百亿年前,所有的星系,粗略地说,是集中在同一地方的。
(距离阶梯,时间阶梯)
人耳能辨别的最短时间间隔0.1秒。(人眼能分辨的最小宽度0.1毫米)人的寿命100年,人类的文明10000年...

自然界的两种力
人们在长时间内以为支配天体的定律不同于支配地球的定律。只是从牛顿以后,人们才认识到自然定律的普遍性,才认识到自然界定律对整个宇宙来说都是有效的。
在物体落向地球的人世间的经验同天体按照轨道环绕一个中心运行于天空的表现之间有一道鸿沟。在这道鸿沟上架起一座桥梁是向着了解宇宙迈出的决定性的一步。

‎Kepler-solar-system

Kepler's Platonic solid model of the Solar System from Mysterium Cosmographicum
毕达哥拉斯派哲学家认为,天体轨道之间的数值比率具有特殊的重要性,并把这些当作是他们体系的精义。
就连分析了行星运转从而导致发现万有引力定律的开普勒,也捏造了一个由有规则的固体---球体、立方体、四面体等等---构成的宇宙。
正如伽利略所说,光是我们仅有的来自星球的信使。
在你打一个响指的时间(十分之一秒左右),光就走完了等于环绕地球一周的距离。
虽然惠更斯并没有很多的事实作为依据,他在1680年就预先提出光是波动的概念。起初以医生为职业的托马斯·杨无可争辩地认出光是一种波。从1800年以后,他一直进行光的问题的研究,并且是第一个找出决定性的事实来证明光是一种波动。
这两种电叫做正电与负电,但这两个名称并不包含着性质上的差异。正电并不比负电“更好些”。
电与磁的关系是双方互为因果的。
每个电荷为一电场之源或一电场之中心。这个场是太空本身的一种属性。电荷附近的空间处于张力的状态。
变化着的磁场就做了电场所做的事。静场只能存在于电荷与磁铁附近。
电现象与磁现象的相互作用表明,这些场的确是确有其物。
依据麦克斯韦的计算来断言,光不是别的只能是电磁场的传播,这仅仅是迈出了一小步,然而却是大胆的一步。
高温下,物质中的带电粒子,特别是电子,进行剧烈而快速的运动,因而他们产生出快速变化的电场,于是引起场的传播,即以光的速度向空中扩散,这就是发射出来的光。
载波的是空间本身,因为电磁场是空间的属性,它们是经受到张力的空间。电张力与磁张力作为光穿行于空间,正如空气的压缩与稀薄作为声音穿行于空气中一样。一个电磁波是双重波,电场强度与磁场强度一同前进,并紧密地交织在一起。
麦克斯韦的发现的重要性可以同牛顿的引力定律的发现相媲美。牛顿把行星运动的现象同地球上的重力现象联系起来,并发现了支配在力作用下的物质机械运动的基本定律。麦克斯韦把光和电联系起来,并发现了支配电磁场的行为以及它们同电荷和磁场的相互作用的基本定律。牛顿的业绩带来了万有引力定律的概念,麦克斯韦的业绩建立了电磁场以及它在空间传播的概念。(两个英国人,一个犹太人,一个丹麦人...)(重新看待一些科学发现的历史意义,自足点更高一点...)

原子
“布朗运动”所观察的是浸在水里而不是浮在空中的微粒,但其中的原理是相同的。这种布朗运动直接证明,空气并不是连续不断的,而是由许多微小的单位组成的,这些微小的单位杂乱地向各个方向并且毫不规整的样式在空中飞驰。
如果没有最小的单位,我们用一克的液体可以涂满任何大小的面积。
人类历史上最激动人心的时刻之一必然是公元前大约3000年有人把泥土似的东西---也许是赤铜矿或者方铅矿---放在炭火上烧的时候,新物质金属铜或者铅出来了,大多数金属,如铁、铜、铅等真真是人造的物质。
能够组成其他一切物质的基本物质的概念同自然哲学一样地古老。许多希腊哲学家思考过这类的概念,同我们现在的结论形似的头一批结论是在十七世纪由罗伯特·波义耳做出的...现在的元素表以及把分子解释为元素的原子的组合是在十九世纪发展起来的,最重要的事迹出自英国的化学家约翰·道尔顿。
卢瑟福自己对这个实验的叙述:1910年欧内斯特·卢瑟福、汉斯·盖革与马斯登...

...在我年轻时,我观察过α粒子的散射,并且盖革博士在我的实验室中仔细地研究过它。...盖革走过来对我说,“你是否认为跟我搞放射性方法的年轻人马斯登应该开始一点研究?”我当时也想到这事,于是我说,“为什么不让他查看一下是否α粒子能有大角度散射?我可以偷偷告诉你,我认为不会有大角度的散射。”...然后,我记得是两三天以后,盖革十分兴奋地跑来告诉我说,“我们已经能够看到某些α粒子向后方跑出来...”那真是我一生遇到的最难以置信的事了。它几乎就像你用15吋的炮弹射击一张薄纸,而炮弹返回来击中了你那样难以置信。经过思考之后,我了解到这种后向的散射宾然是单次碰撞的结果。而且在我的计算时,我领悟到,除非你承认这种体系,即原子质量的大部分集中成微小的核,否则你就怎么也不可能得到那种数量级的散射。就在那时,我就有了原子具有一个带电的微小而重的中心的想法...这些推论在后来为盖革与马斯登的一系列的漂亮实验所证实。

但是每一个伟大的科学发现,当它解决了老问题时也产生了新问题。我们知道的越多,要提出的问题也越多。我们的知识是在无边无际的海洋中的一个岛屿,这个岛屿变得越大,它向着未知的海洋的疆界也就扩展得越广。
每一种原子好像是一座无线电台,用派定给它的频率进行播送和接受的活动。就好像人们查看了无线电发送机一览表中的电台频率就能辨认出一个无线电台一样。这是了解星体化学成分的唯一方法。

量子
1913年弗兰克与赫兹进行了一系列的实验,试图改变原子中电子行星轨道。
电子不是丢失某一确定数量的能量,就是全然没有失去能量。(作为教师对学生,要么是一点影响都没有,要么是终生的印象。)
看来原子只能按照预定的份额一份一份地接受能量,它不取一份的一部分,它之取整份。每种原子都各有其能够接受的表征它自己特征的那些能量份额...原子的态具有一种内在稳定性。
最低能量的态叫基态,这就是在正常条件下原子所处的态;其他的都叫做激发态。阈能量就是第一激发态与基态之间的能量差额。
如果我们把一个原子的能量比作一户活期存款金额的话,这就好像银行只允许提取或存入所规定的钱数以使存款的金额保持为一系列预定存款中的一个数值。
光束是一束在空间向某一方向传播的电磁波,运动着的不是物质材料,只是空间电磁场状态在不断地改变着。
只要被约束在有限的空间内,我们总能观察到特殊波动形式以及表征这个系统的一组特定频率。大多数乐器就是依据这个原理制成的。
当引擎振动的频率等于约束在杯子里的水波的可能频率之一时,一种特定的水面振动的图样就变得明显可见。当马达的音调改变或者杯中的水的量改变时,就会有别的图样同马达的音调发生共振。
约束电子的任何场面也就约束了电子波。1926年薛定谔...他能算出电子波被原子核约束时所产生的特征图样的形状与频率。一旦知道电子波的波长与电子速度之间的关系,那就成为一个容易解决的约束波的动力学问题了。
电子的波动性质直接说明原子中的电子只能具有某些明确的运动态。
当一个电子被约束在原子核周围的有限区域内时,电子的波动性质只允许特殊的预定的运动状态存在。由此可见,原子不能连续地改变它的状态,必须突然地从一个许可态变到另一个许可态。在它得到足够多的能量被提升到次一个态上去之前,总是停留在最低能量的态上。
晶体的天然美在很大程度上反映了原子花样的基本形式。归根结蒂,在自然界我们所看到的形状与结构的一切规则性,从雪花的六角形到花草动物的生命形式的复杂的对称性,都是以这些原子花样的对称性为基础的。
在看到很高的频率时,花样变得十分复杂而细致,看来几乎是平滑而连续的。因此,它所描绘的运动就近于没有波动性质的寻常粒子的运动。
薛定谔发现电子波对于原子结构具有根本意义,这一发现以及海森堡、波恩和泡利对这个理论的发展,是人们理解自然界的一个转折点,可与牛顿的万有引力的发现、麦克斯韦的光的电磁理论以及爱因斯坦的相对论媲美。
原子的稳定性来自下述事实:要想把最低的花样改变成次一个较高的花样,就必须在原子中加入相当多的能量包。只要对原子所施加的效应弱于这个能量的效应,原子就一直保持它最低的花样。
原子的量子态具有独特的预留下来的专有的形状与频率。世界上的每一个氢原子都按照自己的一组特定频率在弹弄着相同振动的弦。于是我们发现“天体谐音”在原子世界里再次出现,只是,这一次是很清楚地被理解为受约束的电子波的振动现象。
光束只能把一整元一整元地把能量传递给物质,永远不会以小零钱来传递能量。较强的光意味着具有相同爆炸力的更多颗子弹的爆炸,而不是一些爆炸力更强的子弹的爆炸。
量子态的不可分性是电子的波动性质的根据。量子物理学的重大的新颖的见解是,确认各个单个的量子态形成一个不可分割的整体,只有不受深入其内部的观测手段的侵袭时才存在。
量子态是我们新发现的物质状态。量子态有其独特的途径来避开寻常的观测。在澄清这些观念方面贡献最大的是杰出的丹麦物理学家尼尔斯·波尔。他称之为“并协性”。(1927年波尔创立了互补性原理,认为波动性和粒子性是互相排斥的。一个东西不能同时是一个粒子又是一个波动,但二者是互相补充的。)(“相反相成”)

化学
分子是彼此紧密结合的原子集团。分子间的化学键是各个原子的电子花样相互作用的结果。
碳原子特别适宜于形成分子...碳原子用它的四个电子叉能够组成无穷无尽的分子,这种多样性就说明了为什么碳化合物在地球上如此普遍,并且在生命物质中扮演主要的角色。
链式结构可长到任意的长度。链短的是气体,链较长的是液体,链非常长的是固体。
如果地球表面太热,象太阳表面那样,那么,由于热扰动太强,原子不能彼此停留在一起,就决不会构成分子。如果地球表面太冷,分子将集合在一起,而形成固体和晶体,并且不会出现任何变化。地球上的温度提供了足够的能量,使得一些分子不时地解体;而所提供的能量又不太大,使得大部分化合物能够暂时存在。
一块煤与空气接触,无论如何不会燃烧。正常温度下的热能不足以把氧分子分解成为两个氧原子。但是,如果我们从外部供给热,比如借助于点着的火柴或劈柴,这个反应就能开始。我们只须在反应过程开始时提供热能就够了,因为第二部生成二氧化碳所释放的能量超过了分裂氧分子所需要的能量。燃烧过程一经开始,随后分解氧气所需的能量就由该过程本身提供。(对燃烧过程不了解的却在讲解核能反应,脸红啊。)
火并不象人们一度相信的那样是物质的一种新形式,它是由发出大量能量的化学反应所产生的炽热物质。
我们的学习只关心成绩,并不关心真理。只务虚的实,不务实的虚。)
产生能量的化学反应总是必须从弱键的分子开始,以生成极强的分子而告终。二氧化碳和水都是具有强键的分子,但是含有碳和氢的分子结合是不紧的,它们易于破裂和重新组合。它们经过复杂过程与氧作用而转变为强键,就释放出能量来。由于这些性质,它们在生命物质的组份中起着重要的作用。

量子阶梯
大分子要比小分子要容易破裂。例如构成肉类和蔬菜这样有机物质的特大分子,在我们肚子里的较低温度下进行的消化过程就被弄得粉碎。
一根长钢琴弦发出的音调和泛音比一根短钢琴弦要低。
系统越小,它的稳定性就越高,改变它所特有的结构所需的能量也越多。
(一旦有了直觉,你只看到加强你直觉的证据。《一级戒备》)(无知的愚蠢一般不要命,狂妄的愚蠢危害更大。)
仅仅在发现原子中电子的波动性质十年以后,就发现了原子核中各种特有的量子态。
核力把质子和中子的运动约束在原子核体积这一小范围内,这种约束同原子核的电吸引力把电子约束在原子之内相似。核力的约束产生出质子和中子的波动花样,也同原子中电子花样相类似。运动粒子的波动性决定于粒子质量这一论断是正确的。
当卢瑟福及其同事第一次把一种原子核变成另一种原子核时,他们实现了炼金士的伟大梦想。
(读一本几乎和自己一样大的书,忽然有遇见多年不见的很有出息的发小,学习过程中是仰慕和伴随着激动)
原子从一个量子态变到另一个量子态时,一般发生可见光。而原子核的两个量子态的能量差比原子的大十万多倍,原子核发射出来的光的频率也就要高得多,这种光就像穿透力极强的X射线,我们叫它γ射线。(想到更短的琴弦音调越高能量越大)
所有物质都是由质子、中子和电子这三种基本粒子组成。这三种基本单元在核力和电磁力的作用下,通过它们的不同组合形成宇宙间的所有物质。(和而不同)
当中子的数目等于或稍大于质子的数目时,核力的作用是最有效的。
中微子是不带电荷的、电子的配对物,是非常轻的,实际上,它的质量为零。
煤燃烧所产生的热来自碳原子和氧原子的结合,这种结合形成一个由碳原子与氧原子彼此紧密约束在一起的分子。每当原子联结在一起并形成一个紧密束缚的单体时,就会产生热。我们能否把这一原理应用于原子核内粒子结合呢?核现象所涉及的能量比原子的电子轨道中的能量要大十万倍,所以应该有核火,而且核火应该比普通的火强烈得多。
重氢可以燃烧,它的灰分就是氦。这种核火也需要很高的点火温度...
钠原子发出黄光,锂原子发出红光。
汤川秀树在1935年预言了介子的存在...
核力场看来比电磁场更为复杂,后者只有一种场量子,光量子。核场看来却辐射出多钟不同的量子,他们都具有质量,这意味着他们的运动慢于光速,而且可使它处于静止状态。
就原子核的情况而论,十亿分之一秒就是一段很长的时间。在原子核中,一个自然的时间间隔毕竟应该是一个核子在核力的作用下沿着它在原子核中的轨道运动一周的时间,这个时间间隔(原子核的年)是10^-22秒的数量级。

生命
地球上的条件使大多数原子处于它们特定的最低量子态,并使原子聚合而成分子。
想来太阳上只有元素而没有分子化合物,每一样东西都是处于炽热的蒸气状态中。在地球上,我们就享有变化多端的环境,因为我们生活在如此之多的处于固态、液态和气态的不同的物质中。
我们对生命的理解和最新进展是伟大的科学成就之一,可以和牛顿和麦克斯韦的业绩相媲美,也可以和量子力学所提供的透彻的见解相辉映。对这些结构的了解与我们是特别厉害攸关的,因为不仅我们自己的身体是生物,而且生命以某种方式构成了我们环境的中最重要的部分。
(深切感受到,不仅学的是哑巴英语,哑巴数学和哑巴物理,前面的是不会用嘴说,把自己当哑巴,后者的是只会用嘴说,把别人当哑巴)
在发育的每一步,DNA的不同部分就变得活跃起来。在人体的每个细胞里,DNA里只有相应于该细胞特殊需要的部分才起作用。
DNA的长而又长的分子链,在一给定的物种里面就提供了发生变异的多钟可能性,正是这种变异,才使生命如此有趣和令人激动。(人生的过程也如此,貌似按部就班又有各种意料不到)
当暴露在阳光下时,叶绿素就利用日光能,把能量丰富的分子(如糖)从它们的“灰烬”(二氧化碳和水)中再造出来,太阳能转变成为化学能。
糖比起二氧化碳和水来,含氧量要少一点,因此这种过程进行时,作为副产物的自由氧便产生了。植物的叶绿素在做产糖的工作,同时,大气里所有的氧也就由植物制造出来了。要不是植物经常工作产生氧的话,我们就无法呼吸了。
植物细胞比细菌更具有独立性。它们不仅具有蛋白质来制造一切必需的氨基酸,而且还能制造叶绿素,叶绿素则借助于日光把糖合成出来。植物就这样生活并生长,而不需要营养糖溶液,也不需要吃生命物质。它们所需的一切就是光、二氧化碳、水和几种化合物,诸如氨,这在土壤里就有。在这方面,植物是理性的生命系统。事实上,植物是唯一的一种“生产性”的生命物质。它们借助于光从简单的矿物里制造出所有的它们的物质。一切其他的生命形式都是“破坏性”的。它们需要植物所形成的能量丰富的物质,用来生产它们自己的结构。动物和人是最厉害的“罪犯”。
这些生命形式的恒久性,在每一代中的重复出现,乃是原子稳定性的一种反映。

演化
我们渴望有一个首尾一致的的故事能够告诉我们,这个世界时如何形成的。这就是为什么一切宗教与许多哲学体系都要叙述世界的起源,为什么其中有一些还要预言其最终结局的缘故。
科学是有关自然界的知识。但是,这种知识也含有觉察到了我们目前的理解力尚有局限的意思在内。
今天我们看到的星系多半是从哪个表面的起源到今天之间的时间间隔内产生的。
没有什么事实来支持这些想法,但也没有什么东西来反驳它们。诚然,从空无一物的渺渺太空中产生出物质来的想法同我们的物质守恒与能量守恒的通常观念是相抵触的。
一个无始无终的膨胀宇宙至少在逻辑上是说得通的。
从这种气体发展来的恒星从一开始就含有多种元素。
太阳就是这种恒星的一个例证,它起源于为一个爆炸的恒星的残余所污染的氢气云...构成太阳的物质曾经是属于一个更早的恒星。
我们地球的成分就是太阳系的原始的气体云被污染的结果。地球成成的过程消除了大部分氢气而保留了重元素,这些重元素产生于先前的恒星的中心区。这并不意味着地球上没有遗留下氢来,只是氢气从地球上跑掉了,同别的原子形成液体或固体的分子的氢原子却保留下来了。比方说,大量的氢原子同氧形成水分子,以水或冰的形式留存在地球上。
我们现在可以探寻地球上物质的历史了,从它处于纯净氢气云的初始起一直到它现在的状态。原始的云聚集成恒星,其中至少有一个恒星发生过爆炸。爆炸的物质扩散到其他氢气云中,这些氢气云又形成恒星,其中之一便是太阳。在太阳形成的过程中,少量的物质在紧挨着太阳的局域聚集起来,形成保留了大部分较重元素的行星。因此,我们看到的周围的一切东西---纸张里的碳、铅笔里的铅、岩石里的硅、汽车里的铁---都来自一个爆炸了的恒星的炽热中心,在经历了几十亿年之后集合在我们的行星地球上。
这张纸与铅笔以及岩石与汽车的发展过程,开始都是仅仅含有质子与电子的氢气。
我们看到自然界是怎样地沿着量子阶梯一级一级地下来。它从质子与中子开始,在恒星中心形成原子核,然后再空间形成原子,最后,在少数温度适当的行星上形成分子与晶体。
一般来说,勘探者所绘的轮廓,尽管是由错误,还是可以看得出来。
地球暴露在太阳光下,太阳不停地提供热量,保持地面温度。太阳与地球之间的距离使得地球表面的大部分的温度介于摄氏零度到一百度之间 ,水就能以液态为主存在地球表面上。这一情况对地球的继续发展至为重要,因为液态水是许多种化学物质的最好贮存所,并使它们彼此易于进行化学反应。
没有氧,这就产生了一个重要的效应,来自太阳的紫外线畅行无阻地穿透到地球的表面;而今天,紫外线几乎全部被大气最外层能的氧所吸收了。紫外线的化学活性很强,它打断原子间的分子键,并使原子以另外的方式来结合。结果是,它从老的化合物中制造出新的化合物来。
分子在水面形成后,沉入较低层里,从而得到保护,免遭紫外线的破坏。
在地球上某些地方由分子形成链的某些组合出现了。这些组合具有自我再生的非凡的性质,如果可获得简单分子形式的原材料的话,再生取决于一种特殊的分子链,即核酸。事实上,只有核酸链才能真正地自我再生。
特别是那些在自我再生中卓有成效地利用简单化合物作为原材料的组合会繁殖得很快。
汽车越来越复杂,要生产一种比现在好得多而又不那么复杂的汽车,无疑是可能的,但要下功夫把汽车的各个方面重新设计,才能做到。人们可以重新设计汽车,大自然却不能在自然选择过程中重新设计。自然界只能通过把核酸主体设计中的这里一点点、那里一点点的变化积累起来而有所发展,有所前进。自然界不能从头开始重新发展,它只能在前一段的发展基础上继续发展。因此,自然界的进展几乎总是以转变为更加复杂的单体来实现的。(人的发展和制造机器是不同的)
(和学生讲,检查作业不是为了和过去的你算账,而是为了帮你变得更好)
在植物遍生以前,破坏核酸产生氨基酸与叶绿素的能力的任何变异,会使单体不可能进行有效的繁殖,发生变异的单体就会死亡。但在植物开始遍生以后,这种变异就不那么危险了,单体靠植物供养能够持续繁殖了。一次,许多先前要死亡的变种现在能够活下去并继续繁殖。这就是为什么在植物遍生之后新型的生物物种得到发展的原因,我们称它们为动物。
物种的改变来自变异效应的积累。
生物机构的进化的一个极为重要的事实是,获得性不能遗传。个体在躯体结构上所遭受的变革永不会遗传给后代。我们把一群动物的尾巴割掉,并把他们后代的尾巴也割掉,但是新生出来的总还是有尾巴的。(这是教育的作用也是教育的局限。)
(一个人的成长,或许就是为了点燃自己,不过这个条件比肠胃的消化困难,比点燃火柴的要求要高,甚至比核火发生的条件还苛刻,但,正如其他的反映,只要开始就好了。人的发展,只要一次成功的点燃。
在生命的发展中,脑的形成是重要的一步。在这个事件发生之前,生物单体以及外界的反映完全取决于化学机构。在这事件之后,单体的反应不仅取决于它的结构而且也取决于它先前的经历。它的行为不仅仅决定于核酸主体设计,而且也决定于它一生的经历。一个单体的形成原因不仅是它的核酸开始的生物进化,而且还有周围环境对于它的行为的影响。
但是,我们要记住,以学习和记忆为基础的行为仅是行为模式的很小一部分。原始动物的大部分行为是先天决定的,是依据核酸的主体设计发展起来的,按我们的说法,就是遗传的。(我们很难不想到人的主观在生物神经复合体在生长着的躯体中已预先形成部分的对抗中有几分优势,是决胜还是可以忽略呢)
个体的躯体结构及其群居的行为都是由细胞里的法规来支配的。核酸预先确定其形状与行为。

在沸点之下对水“无害的”蒸发在沸点之上时就“消灭了”水。在盐类的水溶液中我们也能看到类似的现象。如果盐的浓度低于饱和点,溶液看来是透明的,没有沉淀物。但在实际上,在容器的内壁上可以形成盐分子的微小团块,但这种沉积物理科就被溶解掉。如果溶液的浓度增加到饱和点以上(也就是煮掉的水多一些),沉淀物形成的速率胜过再溶解的速率,盐的晶体就开始形成,花样及其美丽。于是旁观者又会认为,溶液此刻获得一种创造力,产生出特殊的晶体结构。实际上,这是一种量的关系,沉淀物与再溶解之间的一种平衡。

(记忆和遗忘类似于晶体的结晶与溶解...)
凭着神经系统中的量的增加,大自然就建立起一种新型的进化,它已经破坏并还将破坏在先前哥哥进化时期所建立的所有法则。
新型进化的各种要素,动物界全都具有,记忆和学习,甚至概念和观念的形成。只是,它们好像处在低于饱和点的盐溶液中那样,还过于脆弱而不能形成为建设性的东西。动物界在学习方面的尝试大部分都随着个体的死亡而被“溶解”了。当人类进化出来时,脑与神经系统的复杂性继续增长已经达到这样的程度,即个体的死亡不再能够根除由于记住了经验而树立起来的东西。而且,个体变得能够利用他的头脑从他的经验中得出结果,能够推论出行动的后果毋需亲自去行动了。他能想到在某些条件下会发生什么,并能斟酌情况,准备他的行动。
人与动物之间的区别类似于沸腾和饱和现象。当整个人类所收集的经验比起由于一个人的死亡而失掉的经验还要多时,新的过程---传统的形成就开始了。
行为模式的改变比起躯体结构的生物的改变来要快得多。
比方说,人已从狩猎动物变为农业动物,从穴居者变为城市建设者;他已经发展了他的制造工具的能力,从打磨尖锐的石块到建设机械工厂。发生着一番进化的一段段时间同生物所经历的一个个时期---例如,从猿之类的动物进化到人---相比,要短不知多少倍。能够思考的大的脑子、概念的形成、语言的运用以及后来的书写的运用造成了经验的积累,这种积累不再随着个体的死亡而丢失,反而随着新的一代得到进一步的发展。(赫拉利这样的历史学家应该看过这部分,要不写不出《人类简史》这样的大格局的书,或者是看过的话,会写的视角更加宏大的地球简史、宇宙简史...)
一旦神经细胞的数目达到临界数目,而进化达到上述阶段,前进的方向就定下来,并以持续不断的加速步伐向前发展。
晶体在其他的晶体表面上最好形成。头一个形成的晶体还没有这种表面可用,因此,就必须花费相当长的时间来形成头一个小晶体。但是以后的晶体就在已经形成的晶体表面上生长出来。有现成的表面可用,这就大大加快了晶体的形成。所形成的晶体数目越大,新晶体生成的机会就越多。这个原理也同样适用于传统的形成。最初,当人类第一次获得了发展传统的可能性时,传统的形成是十分缓慢的。但是,一旦形成了传统,它就越来越有力,越来越分化。

科学正是观念与经验的积累所形成的这些新型手段或态度之一。把大量的观察结果清理就绪,把表面山歌德关系和真实的关系区别开来,把迷信和科学实际辨别出来,这要经历许多时代。但是,一旦找到了识别事实的有系统的方法,就能有近300年来的科学革命。毫无疑问,随着传统的形成而开始的新型进化中,科学构成了重大的一步。
我们再也不靠机会去产生变异与新的形态以及新的生活方式了,人类不再是幸运的旁观者了。我们依然承担了发展自然界以及我们自己的物种的任务。
通过传统取得新型进化的步伐比起通过遗传的旧式进化的步伐来要快不知多少倍。
人类本身难道不是自然界的部分么?
我们的躯体以及动物的躯体的形状是在悠久缓慢的自然选择过程中造就出来的。它们成为几十亿年生命进化条件的见证者,在几十亿年中,只有适应状况良好的单体赖以产生的那些核酸才能够继续生存。人的思想与行为的传统也是人在环境的影响下的产物,这时,受影响的是脑而不是核酸了。这种传统是在比较短暂的时期---大约一百万年以内---进化而来的。
结束语
所有行星中的一小部分同恒星靠得足够近但又不太近,从而水能保持为液体,化学反应能够发生;这些行星上的物质只有很小的一部分形成为生命基础的长分子链,一切生命物质只有一小部分发展出脑来。
我们常常听说,科学把人和他的地球从宇宙的中心挪开,贬黜到某个不重要的地位,而人曾经是愚昧地自信为宇宙的中心的。
物质长成分化较高的形态的场所为数甚少,而且是选择出来的。这些场所必须被认为是宇宙中最进化、最杰出的部分。这是物质能够更为充分地发挥其潜力的部分。因此,我们看到自己处于颇为特权的中心的地位,因为地球便是这些场所之一。
也许还有别的地方,那里的进化甚至比地球还要高级得多,但在地球表面上,生命已发展了出来,并产生了一个有思想的物种。自然界就被反映在这些生物的思想中。
但是,这并不是一种单纯的反映,从外界来的印象不是仅仅记录在人的头脑里而已,他们还产生概念和观念。它们是外界在人的头脑中留下的印记。因此,经过长时期的探索并犯错误之后,人们思想中的某些概念会逐渐地更接近于这个世界的基本定律。我们某些思想会揭示出原子真正结构与星球的真正运动,这是并不奇怪的。大自然通过人类,开始来认识它自己了。

译后记
(本想不卑不亢,反倒有点居高临下态势下的脆弱)
我们本着洋为中用的原则把它翻译成中文。(人类的文化财富向来是共享的,谈不上洋和中,只是洋的产出更丰富吧。)
本书也反映了一些唯心论和形而上学的观点,读者必须批判地进行阅读。(能了解结论得出的前提和背景就不错了,而不是先用大的虚框去盖棺,当然我自己也并不了解,包括对翻译者...)
“必然有一个时刻,在那时宇宙中的所有物质都集中在一个地点---膨胀的起源。”这样就引出了宇宙有限、人的认识到顶的错误揭露。(宇宙起源的最新研究应该是很接近初创了吧,背后是强大的数学推论吧...)
辩证唯物主义认为:宇宙是有限的与无限的对立统一。(当初也有过天圆地方的学说)
对于霍依耳(霍伊尔)等人以宇宙膨胀轮和先验的完美宇宙学原理为基础臆造出来的物质不断从虚无中产生的谬论,作者一方面正确地指出它违背质能守恒定律,并无实际的观察来作为根据,但又认为它从逻辑上说得通,还是相当重要的,对这种露骨的唯心主义表示出模棱两可的妥协态度。(1974.12)

[?]People cannot learn by having information pressed into their brains. Knowledge has to be sucked into the brain, not pushed in. First, one must create a state of mind that craves knowledge, interest and wonder. You can teach only by creating an urge to know.
The only sin is if you hear a good idea and don't steal it.
Human existence is based upon two pillars: Compassion and knowledge. Compassion without knowledge is ineffective; knowledge without compassion is inhuman.
Science is an important part of the humanities because it is based on an essential human trait: curiosity about the how and why of our environment. We must foster wonder, joy of insight.
Youngsters and adults cannot learn if information is pressed into their brains. You can teach only by creating interest, by creating an urge to know. Knowledge has to be sucked into the brain, not pushed into it. First, one must create a state of mind that craves knowledge, interest and wonder.
(最近的一个多月没怎么读书,可能对之前的阅读印象不那么深了,此刻冲动地认为这本发黄了的和有白发的我一样大的小册子,会是今年我读的最好的书。)