揭示宇宙奧秘的13個(gè)常數(shù)

前言

在人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，數(shù)字是最基本也是最根本的內(nèi)容。在我們每個(gè)人牙牙學(xué)語(yǔ)的時(shí)候，數(shù)字也是我們最先用手指比劃出的語(yǔ)言之一。數(shù)字如此簡(jiǎn)單，只有從O到9十個(gè)字符，但又如此復(fù)雜，仿佛其中蘊(yùn)涵著整個(gè)紛繁的宇宙；數(shù)字如此明了，一就是一，二就是二，卻又如此神秘．似乎一不只是一，二也不只是二。這大概就是數(shù)字的神奇與美妙之處吧。    本書(shū)作者正是有感于數(shù)字之美，才決定寫(xiě)作這么一本關(guān)于基礎(chǔ)常數(shù)的書(shū)，其中選取的常數(shù)涉及物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)等各個(gè)學(xué)科。為面向更多讀者，作者盡可能采用簡(jiǎn)潔易懂的語(yǔ)言，深入淺出地將這些神奇數(shù)字及它們背后的故事一一呈現(xiàn)在讀者面前。在講述的過(guò)程中，作者不但結(jié)合了許多親身經(jīng)歷，更不時(shí)穿插音樂(lè)、繪畫(huà)、詩(shī)歌等內(nèi)容，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論述中加入了不少輕松的文藝氣息。    作為一位資深搖滾樂(lè)迷，我在翻譯一本科普?qǐng)D書(shū)時(shí)，卻能頻頻遇到吉姆·莫里森、布魯斯·斯普林斯廷這些耳熟能詳?shù)拿?，不能不說(shuō)是件令人興奮的事情。同時(shí)，這也改變了我對(duì)于傳統(tǒng)科普讀物的既定印象，科學(xué)狂人的形象一下子變得不那么冷冰冰，而開(kāi)始有了溫度。當(dāng)今時(shí)代，不管是中國(guó)還是外國(guó)，似乎都有一種趨勢(shì)，各行各業(yè)的人都在試圖打破自己的藩籬，向陌生的領(lǐng)域?qū)ふ异`感。此類(lèi)例子多不勝舉，建筑師扎哈·哈迪德從生物化學(xué)找來(lái)新的建筑機(jī)理，作家王朔從天體物理學(xué)找來(lái)新的敘述方式，電視劇以《宇宙大爆炸》命名講述科學(xué)狂人的情感生活，如此等等。知識(shí)界也紛紛撰文批評(píng)專(zhuān)才教育，而提倡新的通才教育。人們?cè)絹?lái)越不愿意做毫無(wú)文藝細(xì)胞的讀書(shū)匠，或是毫無(wú)邏輯能力和科學(xué)素養(yǎng)的夢(mèng)想家。    科學(xué)、藝術(shù)、生活，這些都是擺在三生有幸的我們面前的盛宴，作者并沒(méi)有忽視其中任何一項(xiàng)。科學(xué)自不必說(shuō)，通過(guò)13個(gè)可以說(shuō)是精彩絕倫的數(shù)字，整個(gè)宇宙的根基便浮現(xiàn)在了我們面前；而在各種藝術(shù)之中．作者似乎尤其偏愛(ài)詩(shī)歌，因此相關(guān)的描述也最多；在生活方面，除了穿插許多親身經(jīng)歷以外，作者對(duì)科學(xué)家背后的情感和紛爭(zhēng)也著墨甚多，為我們呈現(xiàn)出了偉大的科學(xué)家們各種有趣的故事和感人的情懷。    所有這些內(nèi)容，至少讓我這個(gè)譯者受益匪淺，希望也能給廣大讀者帶來(lái)啟迪。很榮幸能擔(dān)任此書(shū)的翻譯工作，感謝圖靈教育的傅志紅老師給了我這個(gè)機(jī)會(huì)。翻譯中難免有不盡如人意之處，望大家給予批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　作者以定義宇宙的13個(gè)數(shù)字為線(xiàn)索，梳理了人類(lèi)探尋這些數(shù)字的歷史過(guò)程以及這些數(shù)字的物理學(xué)、化學(xué)或天文學(xué)意義。在敘述過(guò)程中，作者夾雜了個(gè)人經(jīng)歷、詩(shī)歌、音樂(lè)等元素，娓娓道來(lái)，使得《揭示宇宙奧秘的13個(gè)常數(shù)》成為一本科學(xué)與人文并重的科普讀物，適合對(duì)科學(xué)感興趣的讀者。

作者簡(jiǎn)介

James D. Stein，耶魯大學(xué)學(xué)士，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校博士，現(xiàn)為加利福尼亞州立大學(xué)長(zhǎng)灘校區(qū)的數(shù)學(xué)教授。著有：《數(shù)學(xué)如何解釋世界》（How Math Explains the World）、《正確的決策》（The Right Decision）以及《數(shù)學(xué)如何幫助你的生活》（How Math Can Save Your Life）等。

書(shū)籍目錄

目　錄?
第1章　萬(wàn)有引力常數(shù)　1
第2章　光速　17
第3章　理想氣體常數(shù)　33
第4章　絕對(duì)零度　47
第5章　阿伏伽德羅常數(shù)　63
第6章　庫(kù)侖常數(shù)　77
第7章　波茲曼常數(shù)　93
第8章　普朗克常數(shù)　115
第9章　史瓦西半徑　131
第10章　氫聚變的效率　149
第11章　錢(qián)德拉塞卡極限　167
第12章　哈勃常數(shù)　185
第13章　歐米伽　207
CODATA注釋　229

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   但是牛頓生于1642年，這中間還有一大段的空白。就我們所知，有一點(diǎn)似乎很清楚，牛頓并未像音樂(lè)家莫扎特或數(shù)學(xué)家高斯一類(lèi)的天才那樣在年少時(shí)期便展露出偉人的鋒芒。母親對(duì)他的期望是讓他成為一個(gè)農(nóng)民。幸好牛頓對(duì)于農(nóng)事毫無(wú)興趣，雖然母親的態(tài)度十分堅(jiān)決，但最終在牛頓所就讀學(xué)校的校長(zhǎng)（似乎是當(dāng)時(shí)唯一看到牛頓潛力的人）和他叔叔的聯(lián)合勸說(shuō)下，才答應(yīng)了把牛頓送去劍橋大學(xué)的三一學(xué)院讀書(shū)。1661年，牛頓順利進(jìn)入了他的“安全學(xué)校”。這無(wú)疑是歷史上最成功的B計(jì)劃之一。 牛頓在學(xué)院度過(guò)的早期時(shí)光也并沒(méi)有被他自己或同代人很好地記錄下來(lái)。他在日記中記錄了一些幸事（“去灑館兩次”）以及衰事（“打牌輸?shù)魞纱巍保?，但其中并沒(méi)有絲毫天才破土而出的訊息。情況在1664年峰回路轉(zhuǎn)，在當(dāng)年“流水賬”式的日記本中，牛頓記下了非常嚴(yán)肅認(rèn)真的數(shù)學(xué)研究。在此之前，牛頓的數(shù)學(xué)知識(shí)似乎只有如今高中二年級(jí)學(xué)生的水平。牛頓當(dāng)時(shí)的算術(shù)學(xué)不錯(cuò)，但他在代數(shù)學(xué)、幾何學(xué)和三角學(xué)方面則有所欠缺。假如以他當(dāng)時(shí)的水平去參加sAT入學(xué)考試的話(huà)，恐怕也拿不到什么好成績(jī)。牛頓是通過(guò)購(gòu)買(mǎi)或借閱各種最前沿的數(shù)學(xué)書(shū)籍跟上了學(xué)習(xí)的進(jìn)度。從奧特雷德的著作《數(shù)學(xué)之鑰》中，他學(xué)習(xí)到代數(shù)學(xué)的強(qiáng)大和靈活性，這為他日后提出二項(xiàng)式定理奠定了基礎(chǔ)。他也從沃利斯的《數(shù)學(xué)文集》中汲取養(yǎng)分，最終發(fā)展出他在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的標(biāo)志性成就——無(wú)窮小微積分。而通過(guò)閱讀斯霍滕翻成拉丁語(yǔ)的笛卡兒的《幾何學(xué)》，牛頓彌補(bǔ)了自己在幾何學(xué)方面的缺陷。 他應(yīng)該是在1665年拿到學(xué)士學(xué)位，那一年英國(guó)爆發(fā)了最后一次大規(guī)模的黑死病疫情。由于人口密集，衛(wèi)生條件差，疫情廣為蔓延。從一些側(cè)面也可以印證疫情的嚴(yán)重性，查理二世國(guó)王的宮廷從倫敦撤離到了牛津郡，劍橋大學(xué)也關(guān)閉了。于是牛頓返回他位于烏爾索普的家鄉(xiāng)，在那里度過(guò)了一年半的時(shí)光，“專(zhuān)心研習(xí)數(shù)學(xué)與哲學(xué)”。就是在這段時(shí)間，他重塑了整個(gè)世界。 萬(wàn)有引力定律的發(fā)展 牛頓在數(shù)學(xué)領(lǐng)域有著突出的貢獻(xiàn)，但最令他名垂千古的仍是其對(duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)。因?yàn)榭茖W(xué)進(jìn)步才是引領(lǐng)人類(lèi)前進(jìn)的主要?jiǎng)恿Αｋm然牛頓在光學(xué)領(lǐng)域作出了重大貢獻(xiàn)，但他能獲得如此地位的主要原因，首先歸功于他在力學(xué)和萬(wàn)有引力方面所做的工作，其次則是他發(fā)展出的理論及實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法。 對(duì)一條科學(xué)理論的首次闡釋幾乎都不是最簡(jiǎn)單的版本。像牛頓這樣的革新者通常并不關(guān)心自己所說(shuō)的是否能被普羅大眾所理解，他們更感興趣的是要讓同行接受其觀(guān)點(diǎn)，然后以此為基礎(chǔ)搭建理論的大廈。牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》便是如此。這本書(shū)通常簡(jiǎn)稱(chēng)為《原理》，我會(huì)偶爾拿來(lái)翻一翻，也曾下決心等退休之后好好讀一讀（不過(guò)它還在尚未完成的列表中）?！对怼返娘L(fēng)格仿照了標(biāo)準(zhǔn)的幾何學(xué)教材，公理、定理、前提條件、證明，條分縷析，而許多結(jié)論實(shí)際上也是幾何學(xué)的。這一點(diǎn)并不意外，因?yàn)檫@本書(shū)的主要成就之一就是為開(kāi)普勒三大定律的解釋提供了依據(jù)（其中一部分就是牛頓對(duì)萬(wàn)有引力定律的論述），而這三條定律全部都是幾何學(xué)的。開(kāi)普勒第一定律是指行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓的，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。開(kāi)普勒第二定律是指太陽(yáng)中心和行星中心的連線(xiàn)在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等。開(kāi)普勒第三定律是指各行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期的平方和它們的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的立方成正比。 這些定律不只是一位優(yōu)秀的幾何學(xué)者通過(guò)某些前提所推出的結(jié)論，它們都有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，是基于第谷·布拉赫辛苦積累的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)收集和模型擬合才得出的。第谷是一位對(duì)天文學(xué)感興趣的丹麥貴族，他很欣賞開(kāi)普勒的早期工作，于是邀請(qǐng)開(kāi)普勒來(lái)到他位于布拉格剛近的住所，當(dāng)時(shí)他正在那里建造一座新的天文臺(tái)。于是，開(kāi)普勒就成為了第谷的思想傳人。 當(dāng)時(shí)，哥白尼革命漸成氣候，開(kāi)普勒嘗試將第谷的那些寶貴數(shù)據(jù)與哥白尼的太陽(yáng)系模型結(jié)合起來(lái)，后者認(rèn)為行星是沿著均勻的圓形軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的。開(kāi)普勒最初設(shè)想的行星圓形軌道模型還引入了五個(gè)正多面體——正四面體、立方體、正八面體、正十二面體以及正二十面體。 無(wú)論如何，開(kāi)普勒是打算把手頭的數(shù)據(jù)塞進(jìn)圓形軌道模型之中的。值得慶幸的是，第谷當(dāng)時(shí)剛剛獲得了十分準(zhǔn)確的火星觀(guān)測(cè)記錄，記錄顯示出火星的軌道明顯不是圓形。要是當(dāng)時(shí)第谷剛剛完成觀(guān)測(cè)的不是火星而是金星，而金星的軌道幾乎就是一個(gè)完美的圓，那么開(kāi)普勒何時(shí)能發(fā)現(xiàn)第一定律或者最終能否發(fā)現(xiàn)第一定律，可能就要打上一個(gè)問(wèn)號(hào)了。 第一定律的發(fā)現(xiàn)體現(xiàn)出開(kāi)普勒十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，而第二和第三定律的發(fā)現(xiàn)則憑借的是他過(guò)人的數(shù)學(xué)能力。計(jì)算第二定律中掃過(guò)區(qū)域的面積已經(jīng)大大超出了基礎(chǔ)歐幾里得幾何學(xué)的能力，同時(shí)，找出第三定律中所蘊(yùn)涵的復(fù)雜關(guān)系也要求具備相當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)天賦。盡管任務(wù)艱巨，開(kāi)普勒仍投入了數(shù)年時(shí)間來(lái)構(gòu)建和檢驗(yàn)其第二和第三定律。在這個(gè)過(guò)程中，開(kāi)普勒遭遇了眾多個(gè)人及政治上的變故，他的妻子和最?lèi)?ài)的一個(gè)兒子都因病離開(kāi)了人世，又由于拒絕皈依天主教，他可以謀生的途徑也受到限制。此外，他的母親遭到施行巫術(shù)的指控，他不得不為此事奔波，進(jìn)行辯護(hù)。在當(dāng)時(shí)，此項(xiàng)指控是會(huì)導(dǎo)致酷刑致死的。不過(guò)，這項(xiàng)指控被證明是出于傳言。（這并不意外，因?yàn)閾?jù)我所知，不論是當(dāng)年還是現(xiàn)在，貨真價(jià)實(shí)的巫術(shù)案件并不多見(jiàn)。）最終，開(kāi)普勒幫助母親證明了清白。

媒體關(guān)注與評(píng)論

確立宇宙的諸個(gè)數(shù)字作者：Linda P. Rothschild譯者：程璽宇宙之?dāng)?shù)指的是那些與宇宙的物理法則內(nèi)在關(guān)聯(lián)的諸個(gè)常量。并非所有與自然界相關(guān)的數(shù)字都符合這里所說(shuō)的“宇宙”概念。比如：作為現(xiàn)代十進(jìn)制數(shù)字體系基礎(chǔ)的數(shù)字10，它來(lái)自于人類(lèi)手指的數(shù)量。一周七天則是近乎武斷的選擇，盡管自圣經(jīng)時(shí)代便已采用。而一年365天，則確實(shí)反映了一個(gè)宇宙中的現(xiàn)實(shí)：地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周所需的大致天數(shù)。然而，這一數(shù)字并沒(méi)有一個(gè)與之相關(guān)的宇宙物理法則，僅僅是一種既定事實(shí)，它只代表了我們所身處的地球的即時(shí)狀況，以及地球與其恒星——太陽(yáng)之間的關(guān)系。至于什么才是宇宙數(shù)字，我們只要想一下光就明白了。數(shù)十年來(lái)，當(dāng)學(xué)生們了解到光的速度是186000英里/秒（以及人類(lèi)使用光年——光運(yùn)行一年的距離來(lái)衡量宇宙間的距離）時(shí)，無(wú)不為之驚奇和欣喜。《宇宙之?dāng)?shù)》一書(shū)便是通過(guò)對(duì)十幾種宇宙數(shù)字的討論，包括對(duì)于和這些數(shù)字相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及科學(xué)家的介紹，力圖為讀者帶來(lái)閱讀的快樂(lè)以及啟發(fā)。這是一本講述科學(xué)歷史的書(shū)籍，但作者并未按時(shí)間順序進(jìn)行編寫(xiě)，而是將其分為若干章節(jié)，每一章對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的宇宙問(wèn)題或現(xiàn)象。作者James D. Stein是一位數(shù)學(xué)教授，他本人的研究領(lǐng)域與本書(shū)內(nèi)容有不小的距離。Stein試圖引領(lǐng)讀者一起探索與這些“宇宙數(shù)字”發(fā)現(xiàn)過(guò)程相關(guān)的歷史實(shí)驗(yàn)，并搭配有關(guān)科學(xué)家的奇聞異事。比如，從書(shū)中我們會(huì)了解到，17世紀(jì)的天文學(xué)家開(kāi)普勒不僅發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)行定律，此外，他還贏得了一場(chǎng)他母親被控施行巫術(shù)的官司。作者采取輕松的筆調(diào)，引人入勝的文字，為讀者呈現(xiàn)出美好的探索發(fā)現(xiàn)的精神。但這也并沒(méi)有妨礙作者提供與內(nèi)容相關(guān)的詳細(xì)的數(shù)學(xué)公式，以及精準(zhǔn)的文字描述，有時(shí)這些描述更以一種簡(jiǎn)明扼要的方式呈現(xiàn)出來(lái)。理科不好的讀者也不必因此卻步。偶爾一兩頁(yè)充斥著等式的頁(yè)面，看似恐怖，但即使略過(guò)直接看下一頁(yè)也不會(huì)喪失多少閱讀的連貫性。（即使同樣作為數(shù)學(xué)家的本人，也一樣會(huì)忍不住跳過(guò)其中的幾個(gè)等式。）另外，作者經(jīng)常會(huì)在嚴(yán)肅的科學(xué)論述中，加入妙趣橫生的比喻，例如，“化學(xué)反應(yīng)就是電子愉悅的旋轉(zhuǎn)，從一個(gè)原子舞伴處移動(dòng)至另外一個(gè)原子舞伴處…”。其中的有些比喻可能會(huì)稍顯牽強(qiáng)，比如他將天上的星星比作好萊塢明星。但這些做法也都是為了增加閱讀的趣味性。對(duì)于《宇宙之?dāng)?shù)》一書(shū)中所探討的有些現(xiàn)象，比如氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度之間的關(guān)系，只要是受過(guò)基本教育的讀者就會(huì)有所了解。另外一些則可能相對(duì)比較陌生，例如，人們

編輯推薦

萬(wàn)有引力常數(shù)、光速、理想氣體常數(shù)、絕對(duì)零度、阿伏加德羅常數(shù)、庫(kù)侖常數(shù)、波茲曼常數(shù)、普朗克常數(shù)、史瓦希半徑、氫聚變的效率、錢(qián)德拉塞卡極限、哈勃常數(shù)、歐米伽……這13個(gè)數(shù)字定義了我們所在宇宙的命運(yùn)作者通過(guò)這13個(gè)數(shù)字，帶你一探自己所在宇宙的奧秘，它何以如此又將何去何從通過(guò)這13個(gè)數(shù)字你也可以了解人類(lèi)探索宇宙奧秘的歷程，眾多人的犧牲與收獲。　

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