2015年1月10日 星期六

宇宙的鐘擺 The Clockwork Universe

宇宙的鐘擺
從天使魔鬼、煉金術走向科學定律,現代世界的誕生
The Clockwork Universe
Issac Newton, the Royal Society & the Birth of the Modern World
Edward Dolnick──著
黃珮玲──譯
夏日出版社──出版
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The universe is but a watch on a larger scale.
──Bernard de Fontenelle, 1686

少有時代像17世紀晚期般,讓人開始夢想秩序完美的世界。後來的歷史學家稱之為「天才的時代」(Age of Genius),卻鮮少著墨這也是個騷動的時代。這個莎士比亞的世紀到了尾聲,自然和超自然仍然密不可分,疾病是上帝所命定的懲罰,天文學尚未與占星術分家,認為天空中仍瀰漫著徵兆。 
眾所矚目的歷史舞台上,我們所見盡是危機和災難。德國在這個世紀初,遭逢後來我們所稱的三十年戰爭。此一平淡無奇的戰爭名稱,掩蓋了這場宗教戰爭所帶來的種種恐怖行徑,一批又一批燒殺擄掠的軍隊接踵而至,隨之而來的則是飢荒和疾病。一場內戰撼動了英國,1649年在倫敦,震驚的群眾看著皇室劊子手高舉斧頭,砍下國王的頭顱。1650年代,席捲了整個歐洲的瘟疫,在1665年來到了英國。 
在暗處,即將改寫世界的事件仍舊無人注意。很少人知道,更少人關心,有一小群受好奇心所驅使的人,正研究著天空,並在筆記本上塗寫著方程式。 
人類早已認識大自然大致運行的模式──日升夜落、月有陰晴圓缺、星星構成人們所熟悉的星座、四季更迭。但是人類也注意到,沒有兩天是相同的。「人類知道太陽會升起,」一如阿弗瑞德·懷德海(Alfred North Whitehead)寫道,「卻捉摸不住風向。」(Men expected the sun to rise, but the wind bloweth where it listeth.)人類援引這類「自然法則」時,心知肚明這並非全然正確的規則,而比較像是有例外存在、需要額外詮釋的經驗法則與指導方針。 
然後,在17世紀的某個時間點上,一個新的想法誕生。認為自然世界並不只遵循草率的模式運行,而是依照精確的、正式的、有數學規律的法則。雖然它看起來很隨意,有時甚至是混亂的,但宇宙其實是一個結構複雜並且運作完美的鐘錶機械裝置。 
宇宙大大小小的環節都受到精心安排,上帝不僅創造了世界,設計各種功能,還持續不懈地監督著。祂讓群星運作,並照顧每一個角落;祂為地球選擇了完美的自轉率和理想的地殼厚度。 
自然法則儘管無所不包,條列卻很少;上帝的操作手冊裡只有一、兩行字。比方說,當牛頓了解到引力如何作用,他所宣告的不是一項新發現,而是適用在所有事物上的「普世定律」。是這條定律讓月球軌道圍繞地球,讓箭鏃射向天空,讓蘋果從樹上掉下,而且這條定律將運動精準量化,而非僅用一般性的字眼來描述。17世紀的科學家堅信,上帝是一名數學家,上帝用數學符號撰寫祂的律法,而科學家的任務是找到解開符碼的關鍵。 
所有這些思想家有兩項共同特色:他們是天才,並且絕對相信宇宙是以無懈可擊的數學所設計出來的。本書接下來要說的,是一群科學家如何解讀上帝心意的故事。(p.16~18
via Deviant Art
將這群天才、社會不適應和古怪的人一把抓的正是「倫敦皇家自然知識促進學會」(The Royal Society of London for the Improvement of Natural Knowledge)的皇家學會(The Royal Society),這是世界上第一個正式的科學組織。這個嶄新的概念出現時,「科學」這個詞甚至還不存在。早期這段日子裡,幾乎所有啟人疑竇的科學問題如:火為什麼燃燒?山如何升高?岩石為何落下?……要不引發茫然的眼神回應,要不就是熱切的爭論。 
英國皇家學會的成員並不是世界上最早的科學家,早在此之前,科學巨人包括笛卡爾、開普勒和伽利略,都交出不朽的成績。但是在很大程度上,那些科學先鋒們是孤獨的天才。隨著英國皇家學會的興起──當然也要接受牛頓這個超級例外──早期科學發展的故事裡,相互合作遠多於孤獨的沉思。 
牛頓沒有參加學會最早的會議,但他註定有一天將擔任學會主席(他會以獨裁的方式治理學會)。西元1660年,他還只是一名鬱鬱寡歡的十七歲少年,備受煎熬地在母親的農場工作。不久之後,他起程開創他在劍橋的大學生涯,但即使在那裡,他也是默默無聞。隨著時間的推移,他將成為第一個科學名人,如同他那個時代的愛因斯坦。 
沒有人搞得懂牛頓這個人。作為一個奇特的歷史人物,「他的脾氣是我所知道最可怕、謹慎、可疑的」,一個同時代的人這麼說他。他一生對自己的生活守口如瓶、獨來獨往,從未與人發生親密關係,一直到他八十四歲過世為止。高度緊張的偏執狂如他,總是在瘋狂的邊緣搖搖欲墜,也曾一度陷入瘋狂。 
牛頓在個性上與皇家學會的其他成員相距甚遠。但是,所有早期的科學家有著共同的心靈景觀。他們飄搖在兩種世界之間,一個是他們出生成長的中世紀;另一個則是他們尚且只能窺見一角的新世界。這是一群聰明、雄心勃勃、充滿困惑又矛盾的人,他們一方面相信天使、煉金術和魔鬼;另一方面也相信宇宙遵循著精確的數學法則運行。 
假以時日,他們會推開通往現代世界的大門。(p.22, 23

煉金術,是科學追尋的神奇目標,它提供了可能是新舊觀念並存最突出的例子。煉金術的目標是要找到一種叫做「賢者之石」(philosopher's stone)的物質,儘管它不過是種液體,所擁有的魔力能將普遍的物質變成銀和金,任何人喝下去都將長生不死。17世紀,人人篤信煉金術,但沒有人比牛頓更堅持。他小小潦草的字跡佈滿一本又一本的筆記本,記錄他的煉金實驗。牛頓關於煉金術的大量紀錄約有五十萬字,差不多為《戰爭與和平》一書的字數。

「不管他的目的為何,我都不能夠理解,但是他在這段時間的痛苦與努力,讓我覺得他的目標超出了人類的藝術與工業所能及。」與牛頓一起研究的助理說。

在推崇進步概念的領域中,諸如此類對過往的藐視是很常見的。與其說這是反智,不如說是因為不耐煩。我們為什麼要研究古代的錯誤?所以,科學家忽略大多數前輩的研究,或將他們貶低為愚蠢的。只有極少數的天才例外,他們被視為是從今日穿越時空回到過去,就跟我們一樣,只是莫名其妙地發現自己戴上了假髮。

但是,他們與我們並不相同。

許多偉大的數學家都像牛頓一樣難懂。他們對絆倒身後的追隨者不屑一顧,援引山繆·強生(Samuel Johnson)的言論:「我已經為你找出論點,我沒有責任讓你了解這個論點。」有時候,展示成品、精煉修辭是出於審美的動機,就好像藝術家精心利用畫格子的方式幫助他找到對的比例。

而牛頓特意將《數學原理》一書寫得深奧難懂,他寫道,這樣他就不會被「對數學一知半解的人所打斷。」弄不懂的人無從批評。至於能夠理解他推理的人則將看到它的優點。

Nullius in Verba」或許是皇家學會的正式座右銘,但該學會成員高尚的性格只是曇花一現。他們都明白高爾·維達爾(Gore Vida)所說:「成功並不足夠,其他人還必須失敗」。

在講求實際的英國,「實用性」和「常識」是人們推崇的最高美德,喬納森·斯威夫特(Jonathan Swift)對數學的不屑態度廣泛受到知識份子同儕的贊同。但他不知道的是,他尖銳針對數學家的這一點是對的。這些愛作夢的人正如斯威夫特的直覺所顯示,是最危險的科學家。顯微鏡和望遠鏡是吸引眾人目光的精彩發明,《格列佛遊記》一書見證斯威夫特著迷於它們揭示新世界的能力,但新器具的發明只是這個時代一部份的故事。人們很快就會看見改變世界不需奇特的工具,只需一枝筆。

1913年,亞伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)和他的妻子艾爾莎,在人們夾道歡迎下來到加州威爾遜山的天文台,那裡有世界上最大的望遠鏡。有人告訴艾爾莎,天文學家利用這個宏偉的望遠鏡確定宇宙的形狀。「嗯,」她說,「我丈夫利用的是一個舊信封的背面。」

科學家看待自己的工作是向上帝表示敬意的一種方式,但批評者不這麼肯定。天文學激起人們最多恐懼,當我們已經從最權威的書上知道天堂和人間的故事,誰還需要更新的天文學知識?進一步探討等於視聖經不過是資訊來源之一,可以像任何其他資訊來源一樣受到檢視與質疑。17世紀有個通俗的順口溜捕捉住科學家的觀點:「摩西五經不過是假設」(All the books of Moses / Were nothing but supposes)。
「還有什麼會是更荒謬和不恰當的,」一位神職人員厲聲說道,「比起發現有人將全副心思放在象限、望遠鏡、火爐,以及虹吸管和空氣幫浦,而非準備迎接死後永恆的生命?」(p.95)
科學就這樣激怒了那些認為它華而不實和荒謬的人,也得罪了認定它顛覆的人;而同樣重要的是,它幾乎困惑了每一個人。

伽利略堅持,「一本用數學符號寫的書」他說,任何不能用方程語言表達的「都不過是虛有其名。」
受伽利略影響的後代知識份子在今日仍擁護相同的觀點。「那些不了解數學的人很難體會自然之美,最深層的美麗,所引發的真實感受……」物理學家理查·費曼(Richard Feynman)寫道。「如果你想了解自然,欣賞自然,你必須要了解她所使用的語言。」

伽利略說,剝開世界的外觀,你會發現掩蓋之下的真正世界。世界單由運動粒子組成,就像撞球在廣大的球台上相互碰撞。這個單純的事實構成我們周圍所有複雜的事物。

科學史家C.C.Gillispie寫道,在伽利略和牛頓之後,科學「用度量數量的數學語言溝通,」這種語言「之中不存在好或壞,善良或殘酷……或是意志、目的和希望。」以「力量(force)」一字為例,「不再意味著『個人權力』,而只是『質量乘以加速度。』」

那簡樸、幾何的世界擁有自己的美麗,由伽利略和他的追隨者保持。問題在於大多數人無法理解。數學家熱切地認為他們的工作一如任何的音樂作品一般優雅、細微、豐富。每個人都可以欣賞音樂,即使他們完全看不懂樂譜。對數學圈外的人而言,也就是幾乎對所有人來說,高等數學是一首沉默的交響曲,只能昏昏沉沉地看著舞台上滿滿的音樂家賣力演出無聲的曲目。

在科學革命之後的幾世紀,隨著新的世界觀越來越站得住腳,詩人呼天搶地抱怨科學家讓世界失去神秘、變得荒蕪。「所有迷人之處飄逝/當我們用冷漠的哲學方式思考?」英國詩人約翰·濟慈(John Keats)這麼詰問。美國詩人與散文家華特·惠特曼(Walt Whitman)和許多人一樣,態度更加尖銳。「當我聽到博學的天文學家,」他寫道,他們談論數字、圖表和圖形讓他「疲憊又不適。」
一直以來,人類理所當然是宇宙的中心,世界為了我們的利益運行。這樣的想法已經不復可行。在新的世界圖像中,人不再是創作的巔峰,而是後來添加之物。少了我們,宇宙仍將以幾近完全相同的方式繼續運行下去。天空中的星星依循著軌道,無論人們是否曾經注意到,這些軌道都不會改變。在這場宇宙大戰中,人類的角色是一隻嗡嗡作響的蒼蠅,圍繞著華麗的古老大鐘打轉。(p.100)
亞里士多德的質疑解釋了世界,伽利略的追問則描述世界。 (p.100)

亞里士多德堅持人們並不「理解事情直到他們知道『為什麼』」,但伽利略完全不做此想。他宣稱,問事情為什麼發生「並不是調查的必要部分。」

伽利略、牛頓和他們的革命夥伴立即放棄另外一個令人重視的觀念。這次,他們要放逐的對象是眾所周知的常識。世人長時間所熟悉的事物一直被喻為是防止妄想最可靠的保障,新興科學家拒絕這個陷阱。「天空並不如表面上所見,天體運行也是,」一位現代歷史學家複述笛卡爾的意見。「整個宇宙都不是我們所見到的樣子。我們看見一個有品質和生命的世界。但這些都僅只是外在。」(p.102)

「新的哲學思維質疑一切,」身為詩人和牧師的約翰·多恩(John Donne)在一首詩歌中寫道。「將一切拆解成碎片,不復理解。」