大师和异端

与《十诫》不同，科学并不是上帝赠予人类、上面已经刻着明确内容的石板，科学的历史是由不计其数的推测、假设、模型在正确与错误之间经历了无数次起起落落的故事构成。许多看起来十分精妙的理论，最终却被证实是错误的，或者走入了死胡同。一些在当时被认为是绝对正确的理论，随着后来不断的实验和观察，却被证明有错，并最终成为完全过时的理论。甚至是那些人类历史上最聪明的几个头脑所发现和总结的概念，也免不了不断地被置疑。例如，伟大的亚里士多德就认为，石头、苹果或其他重物都向下坠落，是为了回到它们自然的家园。按照亚里士多德的观点，它们的家园就是地心，所以当它们越接近地面，离“家”也就越近，那种发自内心的喜悦会使它们下落的速度越来越快。另一方面，空气（和火），因为它们自然的家园是天空，所以它们会向上漂动。在亚里士多德看来，任何物质都能根据它与万物基本成分——土、火、空气和水之间可觉察到的关系，来确定它的自然属性，按亚里士多德的话说^［59］：

有一些物质完全是自然的，而剩下的所有物质则各有其自己的起源。那些自然的物质，例如，土、火、空气和水，与其他非自然的物质有明显差异。这是因为在这些自然物质的内部都存在着运动和静止的法则……属性就是自然物质运动与静止的法则和原因……与自然相符的事物除包含上述物质本身外，也包含所有属于这些物质的固有属性，例如，向上运动就是火的固有属性。

亚里士多德甚至试图总结出这种运动的数学公式，他声称质量大的物体下落的速度要更快一些，而且物体下落速度与它自身重量成正比。也就是说，两个同时下落的物体，如果其中一个是另外一个重量的两倍，那么前者下落速度是后者下落速度的两倍。我们的日常生活经验似乎证明这条定理是正确的，一块砖头确实要比和它在同一高度下落的一根羽毛更早落地。亚里士多德从来没有精确地验证过他的这个定量表述是否正确，他甚至还认为，没有必要验证重的物体下落速度是不是真的是一半重量的同种物体下落速度的两倍。然而，更富有实验精神、更重视数学定量分析的伽利略（1564—1642），对于砖块和苹果下落时的那种“快乐”不感兴趣，也正是他第一个公开站出来，指出在这个问题上亚里士多德完全错了。伽利略利用巧妙的思想实验^［60］，证明亚里士多德的定律在逻辑上前后矛盾，因而是毫无意义的，根本不可能成立。伽利略的思想实验过程是这样的：假设我们手头有两个质量不一的物体，把它们绑在一起后，从高处把这个组合体扔下来，那么它们下降的速度比其中任何单独一个下落时快多少？一方面，很明显这个组合体肯定要比这两个物体任何单独的一个质量都大，根据亚里士多德的定律，它下降的速度应当比质量大的那个物体单独下落时更快；但另一方面，因为轻重不一的两个物体被捆在了一起，质量小的物体会影响质量大的物体下降时的速度，也就是说会使重的那个物体下落速度变慢，同样根据亚里士多德的观点，绑在一起后下落的速度应当是两个单独下落物体速度的某个中间值。这样，这两个速度值都是从亚里士多德的定律推导出来的，但是却是两个相互矛盾的结论。事实上，今天我们都知道羽毛比砖头下落要慢的唯一原因是羽毛承受的空气阻力更大，如果它们是在真空的环境下，在同样的高度被同时放开，两者将会同时落地。这一事实已经在众多实验中得到了证实，其中最疯狂的一个实验是宇航员大卫·兰道夫·斯科特在宇航飞船阿波罗15号上所做的。斯科特是人类历史上第7位在月球上行走的人。当登上月球后，斯科特一手拿着一把铁锤，另一手拿着一根羽毛，然后两手同时松开。由于月球上没有空气阻挡，铁锤和羽毛的确同时落在了月球表面上。

值得深思的是，亚里士多德关于物体运动的这条错误定律，被人类接受并得到广泛认可的时间竟然长达近两千年！为什么这样一条有明显漏洞的定理，人们竟然相信并坚持了这么久的时间？这是“完美风暴”（Perfect Storm）的一个典型例子。3 种不同力量交织在一起创造了这样一条不容置疑的教条。首先，在没有精确测量的情况下，一个非常简单的事实是，亚里士多德的运动定律看上去似乎和以人类经验为基础的常识相一致，这自然就会使人们很轻易地就接受了它，例如，一张纸莎草纸在空中会盘旋着缓缓下落，而捆在一起的一沓纸莎草纸却会很快落到地上。而通过伽利略那天才般的思想实验，我们才知道了人类常识会被自己的视觉、听觉和触觉所误导。其次，亚里士多德有着几乎无人能与之匹敌的崇高声望，是一位学术权威，毕竟，他是现代西方文明最主要的奠基人。无论是有关所有自然现象，还是有关最基础的伦理学、形而上哲学、政治学，甚至是艺术，亚里士多德都进行了广泛而深入的研究，并且成果丰硕。在这样的巨人面前，很少有人能鼓起勇气挑战他的权威。但这还不是全部的原因，在某种程度上，可以说是亚里士多德教给了我们思考的方法，正是亚里士多德第一次将正式的逻辑学引入了我们的思维。今天，甚至是那些刚刚进入学校学习的小学生都知道亚里士多德是历史上人类思想领域的先驱，了解他那近乎完备的逻辑推导体系^［61］，也就是他著名的三段论方法：

1.每位希腊人都是人；

2.每个人都终将难免一死；

3.因此，每个希腊人最后都会死亡。

亚里士多德这条不正确的运动定理能保留这么长时间的第三个原因是，基督教将亚里士多德的这条定理作为教会官方的正统信仰广泛宣传，这让那些试图质疑亚里士多德理论的人为之望而却步。

尽管亚里士多德在逻辑推理的系统化方面作出了巨大贡献，但他并不是因数学上的成就而闻名的。可能让人费解的是，这位建立了科学体系的哲学家——就像把一个大型企业治理得井井有条的总经理，却不是太关心数学（可以肯定的是，至少没有柏拉图那么关心），在物理学上也没什么成就。亚里士多德虽然承认在科学研究中数字关系和几何关系的重要性，但依然把数学当做一门与物理现实分离的抽象的学科。这种认识方式带来的后果就是，尽管毫无疑问亚里士多德是一位智力强人，但他并没有被列入我所提出的那张“魔法师”的人员名单中。

这里我用了“魔法师”这个词，指那些能从空空如也的帽子中拽出一只兔子的人，那些发现了过去从未被思考过的数学和自然之间联系的人，那些能够观察复杂的自然现象并从中提炼抽象出如水晶般晶莹剔透、简单易懂的数学规律的人。在某些情况下，那些卓越的思想家们也会通过实验和观察促进数学研究。如果没有他们，也许数学在解释自然时的“无理由的有效性”这类问题永远不会被发现，而这个谜直接出自那些研究者们神奇的洞察力。

没有哪一本书能为那些在帮助人类认识宇宙、理解规律方面作出突出贡献的卓越科学家和数学家给予完全公正和客观的评价。在本章和下一章中，我将把笔墨主要集中在过去几个世纪以来最杰出的 4个伟大人物身上。毫无疑问，他们都是科学世界里的精英。在我的这张“魔法师”列表中，排在第一位的这位魔法师因为一件不同寻常的事件而被人们记住了——他竟然光着身子从家里冲向了大街。