牛顿和贝多芬》

　　作者：S．钱德拉塞卡（美）

　　成书时间：1975年

　　推荐版本：湖南科学技术出版社1996年版

　　【作者简介】

　　S．钱德拉塞卡（S．Chandrasekhar，1911—1995年），享誉世界的天体物理学家，1983年诺贝尔物理学奖获得者。钱德拉塞卡是美籍印度天体物理学家，生前一直担任美国芝加哥大学宇宙和天体物理学系教授。1931年，钱德拉塞卡从印度奔赴剑桥大学去攻读物理学博士学位，途中他提出了有关白矮星的理论，认为白矮星极其致密，是把太阳那样大的质量挤压进地球这样小的体积之中的一类天体。尽管这种理论遭到当时最著名的天体物理学家爱丁顿的反对，白矮星的这一理论最终还是被接受了。后来，钱德拉塞卡获得诺贝尔物理学奖的主要原因正是对恒星结构和演化过程的研究的突出贡献，特别是对白矮星的结构和变化的精确预言。钱德拉塞卡以后的学者也曾经提出具有比白矮星更高密度的恒星，但它们没有超出钱德拉塞卡的理论，并缺乏一种预见性。

　　钱德拉塞卡的主要著作有：《恒星结构研究导化》、《恒星动力学原理》、《黑洞的数学理论》、《莎士比亚、牛顿和贝多芬》等。

　　【内容提要】

　　本书是作者7篇演讲的汇编，这些演讲大致上有两方面的内容。前4篇主要阐述美学和动机的问题。其余冠有米尔恩、爱丁顿和史瓦西讲座的3篇演讲，虽然其部分内容是介绍他们各自的经历，但也都间接地谈到了上述一般问题。特别是在卡尔·史瓦西讲座的演讲中，主要讨论的是广义相对论的美学基础。这7篇演讲反映了作者对于科学创造模式的一般观点。第一篇演讲是40年代作的，其余6篇是在1975年之后的10年中作的。正因为前后相隔几十年，所以它们显示了一个科学家态度逐渐成熟的过程。从1946年作《科学家》的演讲到1976年作《莎士比来、牛顿和贝多芬：不同的创造模式》的演讲，中间相隔30年。作者说这是由特殊环境形成的。作者首先探讨了科学与美的问题。他说，科学家一般都认为，科学追求的动机或这种追求的美学基础，是不值得认真讨论的。而且对认真讨论这些问题的科学家，他们也往往持怀疑态度，认为不屑一顾。作者在1945年大致上也持有这种观点。但是作者说他的目的是激发大学生的批评能力，使他们了解什么是优秀的工作，引导他们尽力把各自的工作做好。作者谈了他自己从事本行工作的体验，通过阐述其特性、总结其目的以及解释其技巧，来说明科学工作的价值。作者将1946年的演讲与1985年的演讲《美与科学对美的探求》放在一起，也许有助于读者更好地判断一位科学家对问题的观点如何随时间变化。

　　从时间上看，《科学家》讲演之后是1975年《莎士比亚、牛顿和贝多芬：不同的创造模式》的演讲。1974年，由于生病，作者不得不疗养了半年，这使作者有了一次难得的机会，可以专心致志地思考一些作者从未认真思考过的问题。半年的学习、思考和研究，不仅为作者即将作的演讲提供了基础，而且使作者对美的敏感性在科学素养中起的作用，产生了持续的兴趣。对广义相对论的数学方面研究得越深入，加强了作者的这一兴趣。作者在1975年讲演中明确提出，对科学的创造和对美的创造所遵循的两种模式，这两种创造模式的明显差异。在作者讨论一位艺术家的工作和一位科学家的工作时，可以清楚地看出来。在评论一位艺术家时，人们常常把他们的工作区分为早期、中期和晚期；这种区分一般表示出作家成熟程度和认识深度的不同。但在评论一位科学家时，却往往不能这样。作者说对科学家往往是根据他在思想领域或实践实领域作出的一个或几个发现的重要意义来作出评价。一位科学家最“重要”的发现往往是他的第一个发现；相反，一位艺术家最深刻的创造多半是他最后作出的。作者提到，对莎士比亚、贝多芬和牛顿的创造模式的论述，有两个事实是十分明显的：一方面莎士比亚和贝多芬的创造模式惊人地相似，另一方面，他们和牛顿存在着明显的差异。这种相似和差异是不是偶然的呢？或者说，仅仅是由于这些大人物在人们心中留下了深深的印忆，因而赋予了这种相似和差异现象的一般性呢？如果人们想找到科学工作者和艺术工作者之间的确存在的差异，并希望有一定程度的确定性，那么就必须对此作一定广度和深度的研究。艺术和科学都追求一个不可捉摸的东西———美，但艺术工作者和科学工作者具有不同的创造模式，这一点作者进行了思索。一个具有极强美学敏感性的科学家，他所提出的理论即使开始不那么真，但最终可能是真的。正如哲人所说的那样：“想像力认为是美的东西必定是真的，不论它原先是否存在。”作者从哲理方面谈创造力和科学思想老化的问题，认为凡是可以理解的也是美的。

　　作者谈到17世纪科学家的目的与现代科学家有明显的不同。牛顿是最突出的例子。在大瘟疫时期他避居于家乡伍尔兹索普，这一期间他发现了万有引力定律和其他一些定律。大约20年之后，在哈雷的请求下他才重新写出开普勒第一定律的推导，但他没有就此打住，他甚至不满意他随后作的演讲《论物体的运动》。不写完全部《原理》他是不会罢手的。他写这本书的速度和连贯性，在人类思想史上真是无与伦比。从现有的认识水平来看，牛顿的拼搏在一个方面给人们以启迪，那就是他并不急于宣布他的发现；他想完成的研究远不止这一发现，他似乎要把他的发现放在整个科学领域之中，而且他认为科学是一个整体，是一个他有力量建成的整体。在牛顿所处的时代，这种科学观比较普遍，例如开普勒在给出行星运动定律后，他本可以满足，但他却决定写一本《新天文学》。伽利略也是如此，他在作出他的一些伟大发现后并没有停步，他显然认为他必须写出《关于两种新科学的对话》。后来，拉普拉斯和拉格朗日继承了开普勒、伽利略和牛顿的这一传统。如果现在一个正常的人还去刻意模仿牛顿、伽利略和开普勒，别人一定会取笑他，认为他闲着没事干。但是，这些范例表明，以巨大的视野作为科学的目的和现在的科学研究有明显的不同。现在的科学目的逐渐转向强调改变科学方向的发现上，这种改变也许是大势所趋，不可避免。与伏打、安培、奥斯特和法拉第名字相联的一些发现，必然先于麦克斯韦的综合；它们各自需要不同类型的努力。无论如何，强调“发现”的倾向仍在继续，而对在科学发现中如何理解取得科学成就的主要因素，则进一步突出和强化了这种倾向。用一个简单的框架把某人的想像综合起来，即使在有限的范围里，也已经失去了价值。

　　因此，作者认为，科学的价值在于对自然的一致性的不断完善的认识之中。事实上，这仅仅只是意味着这些价值的获得，或大或小地扩大或者等量地限制了人们关于物质及时空概念的适用范围。换言之，科学家期望在他们的追求中，能不断地扩大某个基本概念的适用范围。在这样做时，科学家试图发现这些同一概念是否存在着某些限制，并试图形成范围更宽和适用性更大的概念。科学家所追求的这些价值，包含在作者将讨论的三种不同形式之中，这三种不同的形式的标题是：“基本定律的普适性”、“根据基本定律所作的预测”和“由基本定律作出的证明”。作者举例说，对科学的追求常被比喻成攀登一座很高但又不是高不可攀的山峰。人们有谁能够奢望在一个天气晴朗无风的日子里去攀登珠穆朗玛峰并达到它的顶点，在宁静的空中，纵览那在雪中白得耀眼的一望无涯的喜马拉雅山脉呢？任何人都不可能希望看到自然界和宇宙的上述情景。但是，仅仅站在狭谷的底端等待着太阳越过山峰，也未免太俗不可耐了。

　　另外，作者的论文讨论了一个基本问题：一个星体如果烧尽了它全部的燃料之后，将会发生什么？按照当时流行的理论，冷却的星将在自身的引力作用下，坍缩为一颗致密的星，这种星称为白矮星（white dwarf）。例如，一颗具有太阳质量的星，将坍缩成只有地球一样的大小，这时它就达到力的平衡，不再坍缩下去。作者重新研究了这种坍缩，他考虑一个有趣的问题：当一颗星体的气体被压缩到其电子以接近光速运动时（这被称之为相对论性简并状态），会发生什么现象？他的研究结果表明，任何一颗质量大于太阳质量1．4倍的星体，它的巨大的引力将继续起作用，使这颗星越过白矮星阶段继续坍缩。于是，这颗星的体积将继续越变越小、密度越来越大。

　　关于自己，作者还谈到，追求科学的方式给他带来不幸的事实是，它扭曲了人的个性。使人不得不放弃生活中其他一些兴趣，例如文学、音乐、旅游等等。例如自己，把所有的时间都奉献给了科学事业。他谈到想精读莎士比亚所有的剧本，一个字也不漏，一行也不漏。但作者总是没有时间去读。但人迟早总会习惯这些损失，人总不会跟自己过不去，他总得跟自己妥协，要把事物整理得有条有理，那总是要花费一定的时间。“我想，我的动机与许多科学家的不一样，”作者说，“汉森说，当他还是年轻人时，就想到要解决一个问题，使他因此而获得诺贝尔奖。他努力向前干下去，后来发现了DNA。很明显，这种方法对沃森是很合适的，但我的动机不是为了解决一个单一的问题，我需要的是对整个领域有一种透视的看法。”

　　精彩语录

　　1、自从罗马帝国衰亡以来，天文学是所有古代科学学科中唯一完整流传下来的分支。当然，在罗马帝国残存的地域内天文学研究的水平下降了，但天文学理论与实践的传统却从来没有丢失。相反，印度和阿拉伯的天文学者改进了希腊三角学的笨拙方法，新的观察结果不断地与托勒密的观察结果加以比较，等等。人们只有将这种情形与希腊数学的较高分支的完全失落这一情形加以对比，才能认识到天文学是联系现代学科与古代学科的最直接环节。

　　2、科学的价值在于对自然的一致性的不断完善的认识之中。事实上，这仅仅只是意味着这些价值的获得，或大或小地扩大或者等量地限制了人们关于物质及时空概念的适用范围。换言之，科学家期望在他们的追求中，能不断地扩大某个基本概念的适用范围。

　　3、我们对于自然界的美都十分敏感，这种美的某些方面为自然与自然科学所分享，这不是没有道理的。

　　4、同样，在思索中对必然性的认识通常也伴随有欢快的情绪，而且，对这种欢快欲望的追求，也的确是推动科学理论前进的动力。在科学中，不论是否有情感伴随它，关系的必然性依然同样地确定和可以阐明；而在艺术中，没有感情的激动，美学的和谐根本不会存在。没有激情，艺术中的和谐是不真实的。……在艺术中，对关系的认识是直接的、有感情的———或许我们应该认为，它与数学天才的认识有惊奇的相似之处：数学天才们对数学关系具有直接的直觉，但要证明这些关系又超出他们的能力。

　　5、也许只有莎士比亚和贝多芬在他们的生命快结束时踏上了艺术的顶峰，并因此得救；也有一些人经历了相似的历程，他们由于坚持不懈的努力而逐渐攀上较高的山峰，只不过与莎士比亚和贝多芬相比较起来，不那么突出、显著。但对于科学家，我可就找不出有相似发展历程的例子。科学家最早的成就常常就是他们最后的成就。