当我们听广播时,我们听什么(上)

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【编者按】加班夜归时,经常会在车载广播邂逅中央人民广播电台文艺之声《品味书香》中小马DJ的声音。该节目每期推荐的图书各不同,邀请的访谈嘉宾也多种多样,但无论是哪一类型,听书的那一刻,似乎远离了世事纷扰,用一本书宠爱自己。2018年8月13日21:00,影响人类文明进程的十本书之一 ——《自然哲学之数学原理》及其译者王克迪教授,也走进了电台直播间,与主持人小马老师展开了一场深入浅出的对话。今天,我们把文稿和音频转载于此,欢迎读者朋友们收听。

小马:各位好,我是小马,今天我们分享的这本书叫做《自然哲学之数学原理》。

这本书书名看上去是不是特别的高冷啊,但其实这是一本有意思又有内涵的书。因为这本书的内容涉及到牛顿的故事,涉及到天文、物理、生物、心理、政治、经济、法律与军事等等领域,而这些领域其实过去现在和将来都是人类认识世界,发现世界,关系人类命运与前途的这样一个大的学科。

《自然哲学之数学原理》听这个名字大家觉得就很怵头是不是?没关系我们今天请到了这本书的译者,来自中共中央党校的王克迪教授,我们先请王老师跟大家打个招呼。

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艾萨克· 牛顿爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的全才。在力学、光学、数学、经济学等领域都有杰出的成果。著有《自然哲学之数学原理》《光学》。他在1687年发表的论文《自然定律》里对万有引力和三大运动定律进行了描述,这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。

王克迪:小马老师好!各位听众朋友好!

小马:这个在您面前我们就不敢称老师了,因为这个自然科学说实话,我在这方面的知识特别的匮乏。今天我们介绍的这本书啊,我看到有一些相关的一些介绍说这样一本书《自然哲学之数学原理》被称为力学的经典著作,您先给我们讲讲这本书的经典性体现在哪了?它怎么就经典了呢?

王克迪:这本书首先它是我们人类创造出来的第一个科学理论体系,在这以前人类对自然,对世界的认识都是不成体系的。牛顿第一次完整地创立了一个严密的体系,我们从牛顿以后,我们说是近代科学建立起来了,标志就是有了这个体系,而且这个体系呢在今天仍然是有用的。很多人都说,我们有了量子力学,有了相对论了,有电磁理论啊,牛顿的力学就过时了。这个是不对的,牛顿力学现在仍然是中等教育、高等教育甚至更高级的研究生阶段这个学习的主要内容。它在我们的科学技术工程领域,工业领域里面依然是非常重要的,有用的。这是我们要特别记住这一点。再一个呢我们今天讲这本书《自然哲学之数学原理》这是牛顿在300多年前写下的,这本书一直是全世界公认的影响人类文明进程的十本书之一,而且排名很靠前,有的时候会把它排到第一位,时间关系,这十本书就不一一叙述了,大家可以到网上去搜一下,影响人类文明进程的十本书。在科学上它的地位是非常非常重要的。

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《自然哲学之数学原理》(彩图珍藏版)增加了近300幅插图,帮助读者更好地理解原著的思想。这些配图丰富地再现了牛顿的生平故事、思想发展过程及其学术往来,使得略显高冷的数理知识变得生动有趣 ,也使得科学充满了人情味,大大提高了原著的可读性和收藏价值。

小马:通过王老师的介绍,我们就知道这样一本厚厚的书对于人类文明的贡献是非常大的,尤其是对自然科学领域的这种贡献是非常大的,其实对我们普通读者来说,这本书乍一看就觉得,《自然哲学之数学原理》这肯定不是一个通俗小说的名字,它一看就是一个艰涩难懂的,对于我们这样的理科的学渣来说好像是这样的感觉。那在您看来它是一本怎样的书。

王克迪:他确实是一本科学书,而且是从头到尾不谈别的,只谈科学的这么一本书。这本书它重要,它的价值很高,我想它有这么几个表现的方面吧。一个是它给我们一个严密的公理体系。一个科学理论,如果我们把它称为是科学的理论,它必须是一个公理体系。等一下我们再提这个公理体系是怎么构成的,它首先是给了我们这么一个公理体系。再一个呢,它是今天我们所知道的科学理论里面最容易理解最容易读的,尽管现在看上去还是很难读,但是后面的科学理论,比如说相对论、量子力学、甚至更早一些的电磁理论,它的复杂性,它的这个抽象性、专门性,他那个数学的表达,比牛顿的要复杂得多,所以它仍然是一个最简单的理论。顺便说一下就牛顿这个人啊他写这个书的时候他的思考非常严密,而且很凝练,就是他表达的东西到今天在我们的中学教材上,几乎和他那个时候写的是一模一样的,比如说牛顿力学三定律,牛顿写下的三定律就是今天直接抄在教材上的,几乎是没有任何改动的,也就是说他的理论实际上已经是我们的基础知识的一部分,就是我们就是每个人都知道的。另外一个呢就是他这本书因为用了大量的数学推导,加上这个牛顿的思维上非常神秘,所以整个这本书是环环相扣的,数学上推导的非常严密。当然,它的数学表现的形式和我们今天所用的数学已经不一样了,这是人们都觉得它有点难的一个很重要的方面,就是它的数学和我们今天的数学不一样。在牛顿之后一、两百年,数学家们发展出来今天我们的数学形式,当然我说的数学是微积分以上的高等数学。初等数学的那些基本上还是牛顿的那些东西。牛顿在这本书里面,它运用到的那些数学如果你有耐心仔细地去看,或者是用一张纸拿起笔去仔细地推导,中学水平是够的,你如果是很好地学过高中数学,认真地去推敲牛顿的东西是完全可以看得懂的,没有问题的。它只是看上去很复杂,不如读小说读诗歌那么简单。

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小马:我还听到了一个说法,说这本书之所以诞生还是因为打赌。

王克迪:对,历史上,就在牛顿的时代吧,当时人们知道了两件事情。一件事情是行星绕着太阳旋转的时候呢,走的那个轨道是椭圆轨道,这个在牛顿之前几十年人们已经了解了,就是所谓的开普勒定律,中学也会讲的。再一个呢是人们已经猜到,两颗行星或者新星体之间相互吸引的时候,它那个吸引力跟距离的变化关系是平方反比关系,这个在万有引力定律的公式里面一看就知道了,它就是两个物体的质量相乘除以它们距离的平方,这叫平方反比关系,就是人们知道了这两件事情。但是不能把这两件事情连到一起,就是说从平方反比关系推不出那个椭圆轨道,或者反过来从椭圆轨道推不出平方反比关系。那么有一次呢就是跟牛顿工作关系很密切的三个人,一个叫哈雷,就是哈雷慧星的那个命名的人,还有一位叫雷恩,雷恩就是现在这个伦敦城的当时的设计师,是牛顿的好朋友。今天的伦敦城啊,就是他规划的,著名的大建筑师。还有一位是牛顿的一辈子的对手胡克,胡克老是跟牛顿有点不太对付,,胡克是个很了不起的人,很聪明,但是他遇到了更聪明的牛顿,所以他们两个互相不太服气。

胡克说我已经推导出这个平方反比关系决定了椭圆轨道,哈雷就表示不信。胡可说我一个礼拜之内我就把这个结果写出来,他们打了个赌。胡克说一个礼拜我拿不出来我就花钱买本书送给你们,如果要是输了的话那你们俩买本书送给我,就打了这么一个赌。打完赌以后呢,等一个礼拜,胡克没动静,又等了一个礼拜,哈雷说这个不能等,他肯定是吹牛,他想到了另外一个人牛顿,他们打赌是在伦敦打赌,当时牛顿在剑桥做教授,然后哈雷就专门跑到剑桥去找牛顿,一见牛顿就问,我提个问题,如果两个物体之间吸引力是平方反比关系,那么一个物体绕着另一个物体旋转的时候,轨道是什么形状。牛顿说是椭圆。哈雷问你怎么知道是椭圆,牛顿说是自己推导的,20年前推导的。哈雷要证据,牛顿说你等着,我给你找,牛顿翻箱倒柜地找,当时还真没找出来,牛顿对哈雷说你先回去,我两周之内把证明写给你看。两个礼拜以后,哈雷收到了牛顿写来的那个证明,但不全是关于这个平方反比关系和椭圆轨道的一个证明,而是一整个新体系的一篇论文,九页纸的一篇论文,叫《论轨道上物体的运动》,就把几乎是一切物体的运动形式都非常简明扼要的写在这一篇文章里,哈雷一看,这实在是太了不起的一件事情了,这个是从来没见过一个完整的世界体系,然后他就赶快从伦敦跑到剑桥再去找牛顿,说我要求你写一本书,把你的思想全写下来,牛顿受了这个推动才决定写这本书的。

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埃德蒙·哈雷

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罗伯特·胡克。胡克声称自己才是向心力与平方成反比的发现者。他宣称自己能给出证明,却一直拿不出证明,于是才有了哈雷请教牛顿的事。

小马:这样堪称经典力学的经典著作。原来是通过一个打赌的方式而最终形成的。

王克迪:其实牛顿思考已经成熟了,就是没有这个推动。

小马:因为一个打赌,所以我们今天看到的这样一本这个在整个自然科学领域都是一个奠基石的这样一部作品,叫做《自然哲学之数学原理》。今天我们这一个小时就为大家来讲一讲这本书它的一些精华的部分。我们通过一个短片了解牛顿及其译者王克迪教授。

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2005年 ,王克迪在 剑桥大学三一学院门前的牛顿苹果树前留影

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自然哲学之数学原理(彩图珍藏版)长图

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