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新書速遞 | 《萊布尼茨、牛頓與發明時間》


萊布尼茨、牛頓與發明時間

(并不需要專門的數學或物理學知識,就可享受這部偵探版的《時間簡史》)

萊布尼茨 800

作者:〔德〕托馬斯·德·帕多瓦

定價:78

頁數:554

裝幀:32開平裝

出版時間:201910月出版  

出版社:社會科學文獻出版社·

ISBN 978-7-5201-5105-4


內容簡介

18世紀初,艾薩克·牛頓和戈特弗里德·威廉·萊布尼茨發起了一場激烈的辯論,至今仍被數學家和哲學家所談論:被我們稱為“時間”的東西究竟是何物?托馬斯·德·帕多瓦為那個時代繪制了一幅生動的畫面,扣人心弦地刻畫了兩位天才,以及以他們為代表的科學家的群像——時間成了科學的熱門話題,鐘表開始測度我們的日常生活,而一場在飛奔的近代世界引人入圣的發現之旅就此展開……

作者簡介

托馬斯·德·帕多瓦,生于1965 年,曾在波恩和博洛尼亞學習物理學和天文學,現居柏林,職業是自由撰稿人。截至目前,他已在皮柏出版社(Piper Verlag)出版過《兒童屋學院》(Die Kinderzimmerakademie)、《沙灘篷椅中的科學》(Wissenschaft im Strandkorb)、《晚8點后的知識》(Schlau nach acht)和《世界的奧秘》(Das Weltgeheimnis),后者是一部關于約翰內斯·開普勒和伽利略·伽利雷的作品,獲得廣泛關注。

譯者簡介

盛世同,生于冷戰末年,金陵人士。觀天地,品歷史,問道求真,克己愛人。雖一文不名,未改初心;縱一無所成,不廢鴻志。嘗游泰西,現居北京。本書系其初次譯作,未完待續。

媒體評價

請您花點時間,讀一讀這部非虛構作品中的明珠。您將不再會這么簡單地看待鐘表了。

——德國西南廣播電臺(SWR

·帕多瓦扣人心弦地刻畫了兩位天才,有如一部偵探小說……此外,享受這部寫得生動、輕松的非虛構作品不需要專門的數學或物理學知識,而只需要花點時間。

——《斯圖加特報》(Stuttgarter Zeitung

一部奇妙的作品,它將讀者置于另一個時間,并對科學的起源提供了有趣的認識。

——德國廣播電臺(Deutschlandfunk

·帕多瓦用哲學、文化史和物理學編排了一出知識豐富的大戲;詼諧幽默和貼近日常使得他的時間研究從來不是無本之木。

——《哲學雜志》Philosophie Magazin

·帕多瓦的長處是將科學發展呈現于彼時的事件背景之下,將哲學與時代精神、歷史與當前的自然科學置于上下文語境中……這部非虛構作品完全沒有淪為隨筆雜談,而是保有緊湊和有序的架構——恰似一部鐘表機械。

——《標準報》Der Standard

·帕多瓦也憑借平凡、日常的事物讓人感到驚奇……德·帕多瓦將其學識恰如其分地運用于一部大眾非虛構作品。

——《巴登報》(Badische Zeitung

作者描繪了一幅時間環境的多彩全景,在此背景下進行著關于時間的本質及其可測的越來越細微的區別的討論。托馬斯·德·帕多瓦懂得如何把故事講得變化多樣和緊張刺激。很久沒有非虛構作品讓我們這般享受教益和愉悅了。

——《多彩科學》雜志

作者示范性地選擇了牛頓和萊布尼茨的生平故事,這被證明是幸運的決定……讀者自始至終興致盎然?!?/span>

——《馬克斯普朗克研究所所刊》(Magazin des Max-Planck-Instituts

【目錄】

第一部 陰影的時間

小地主

一切和約之和約

艾薩克的鐘面

大學開放日

圍繞虛無的爭吵

第二部 鐘表的時間

擺鐘的發明

萊布尼茨在巴黎

輿論的風口浪尖

一根彈簧引發的騷動

城市的時間,鄉村的時間

第三部 數學的時間

腦海中的曲線

兔子和刺猬

一個新的世界體系

絕對的、真實的和數學的時間

第四部 躁動的時間

“現在”有多長?

爭吵開始了

做自己的裁判

測定經度的獎賞

時間之謎

時間究竟為何物?

【書摘】

陰影的時間·第二場睡眠

萊布尼茨的工作時間變得越來越晚。就像他自己強調的,他因此養成了一種在他所處的時代比較特殊的睡眠習慣。“他的夜間睡眠是不間斷的,因為他上床很晚,寧可熬夜也極不愿在早晨工作?!苯裉斓娜藗儾粫X得一場完整的睡眠有什么特別,而斷斷續續的睡眠則會顯得奇怪。但是,就像弗吉尼亞大學的歷史學家羅杰·??似娓鶕甲C重現的那樣,17 世紀只有極少數人一覺睡到天亮?!爸钡浇奈猜?,西歐人仍將多數夜晚分成兩個較長的睡眠階段,中間是一段安靜而清醒的狀態,持續一小時或更長時間?!?/span>

因為人造光源成本高昂,與萊布尼茨同時代的人們傾向于早睡早起。沒有任何一家公共

圖書館擁有足夠的資金以提供人工照明。如果有誰打算甚至必須為油蠟燭省下點動物脂肪,或者為油燈節省些植物油,就會選擇盡早離開。午夜時分,人們會從床下再次搬出夜壺,回想一下方才的夢境,祈禱,彼此閑聊一會,在燭光中做點手工活或者打一局牌,最后才是接續“第一場睡眠”的“第二場睡眠”。

因為需要寫作和閱讀,萊布尼茨經常熬夜至深夜。每到整點,這個勤奮的學生都會聽到號角聲,這是萊比錫的守夜人打更的方式。這項任務在白天由報時鐘承擔,直到宵禁為止。守夜人打著燈籠,配著輕武器,在這座戰后很快重新富裕起來的薩克森城市內巡邏。早在1661 年,這里就頒布了禁止過度奢靡的法令。

不過,即使是這里的房屋,在夜間看起來同樣是一片漆黑。直到17 世紀的后三四十年,有錢人的生活才進一步向夜晚推移?!吧蠈由鐣坏谝估镉谜彰鞴_宣示他們的權力與財富,而且利用夜晚開展私人娛樂活動”,??似娼忉尩?。

鐘表的時間·萊布尼茨在巴黎

1672 9 月的那場會面是戈特弗里德·威廉·萊布尼茨生命中最重要的相逢之一。他可能是在國王圖書館見到了自己未來的導師。這里是巴黎的核心,擺鐘的發明者克里斯蒂安·惠更斯正居住于此?,F年43 歲的荷蘭人是法國科學院院長。為了吸引他前來人口最多的中西歐國家——法國擁有1800 萬居民,德意志接近1000 萬,英格蘭約有500 萬——太陽王給他提供了豐厚的薪酬。他的住所緊挨著盧浮宮和杜伊勒里宮。

惠更斯被認為是天才的天文學家、數學家和物理學家。他建造的望遠鏡在歐洲無出其右,他用它發現了土星光環和獵戶座大星云。在數學方面,他的作品《論賭博中的計算》(über die Berechnungen in Glücksspielen)值得一提。書中介紹了統計學方法,它為調查巴黎居民的預期壽命并算出終身養老金的規模提供了可能性。他的物理學研究也使人們對臺球游戲產生了新的認識,路易十四還專門在他未來的凡爾賽宮里設置了一間球室。

約有50 萬人生活在巴黎及其近郊。路易十四幾乎不在這里停留,而主要是住在圣日耳曼昂萊的宮殿里。此時,建筑師和手工匠正忙著將位于距離巴黎20 公里的凡爾賽的狩獵行宮擴建成法蘭西有史以來最輝煌的王都。太陽王將在那里聚集全體貴族,以便控制他們。如果工作情況允許, 惠更斯也會離開巴黎。去年,他曾在海牙待了幾個月。海風使其感到舒暢,因為他有呼吸困難的毛病,這在數年后將迫使他徹底告別法國國都。他用自己的學識為法國統治者服務,這是荷蘭人不愿意看到的。路易十四與西班牙公主瑪麗·泰蕾茲的婚姻確保他有權繼承西班牙世界帝國的遺產,其中包括西屬尼德蘭?;莞箘偘徇M巴黎的高檔社區,法國軍隊就在1667 年開進佛蘭德斯(Flandern),占領了里爾等多座城市。荷蘭人一度希望與英格蘭結盟,惠更斯的父親更是以76 歲的高齡再度出使倫敦,但是無功而返。1672 3 月,路易十四對這個“奶酪販子的國家”宣戰。

一時間,12 萬名士兵跨越了萊茵河。見此情景,惠更斯的同胞不得不鑿毀堤壩,打開閘門,放水淹沒本國領土。他們的國家變成了汪洋中的一群孤島。通過這種方式,是否就能擋住歐洲最強大的軍隊呢?

惠更斯所不知道的是:敲響他家房門的這位德意志年輕人是懷揣著秘密任務來到巴黎的。萊布尼茨為歐洲艱難取得的和平感到擔憂。他的“埃及計劃”獲得了美因茨選帝侯兼帝國宰相的支持,它打算將路易十四的權力欲望引到另一個方向。太陽王不應該進攻尼德蘭聯省共和國并招致歐洲多數諸侯的怨恨,相反可以討伐被視為基督教世界最大威脅的土耳其人以贏得不朽的聲譽。如果路易十四調兵進攻奧斯曼帝國, 他就有可能從土耳其人手中奪取埃及,并在那里建造一條連接地中海與紅海的運河,使前往亞洲的法國船舶獲得一條無與倫比的快速商路。

“埃及計劃”是完全按照法國的新艦隊政策和商業利益制訂的。僅在1670~1683 年間,法國的商船數量就翻了一番。萊布尼茨的“蘇伊士運河設想”是當時歐洲最大工程項目的延續:全長240 千米的“皇家運河”。大約五年以來,上千名工人參與了這條橫跨法國的人工水道及所有水閘和水庫的建設。它旨在連通地中海和大西洋,使法國船只可以繞過不安全的伊比利亞半島。這項工程需要克服190 米的高度差。例如,在豐塞拉訥計劃建造一座巨大的梯級式船閘,設有8 個閘室,能夠將船只抬升近22 米。

在埃及的土地上實施如此規模的項目并向土耳其人發動戰爭,這將是一次完全不同的挑戰。法國外交大臣很快就表示拒絕。他已經下令告知美因茨方面,從圣路易以來,對異教徒進行圣戰的做法已經過時了。無論如何,戈特弗里德·威廉·萊布尼茨的使命沒有取得任何進展。到達巴黎以來,他試圖與各位大臣及其顧問接觸,哪怕只是湊到他們的身邊。

數學的時間·離心器里的行星

近現代科學開始于哥白尼的變革和自我方位的相對化:從地球上看,星辰總是依照相同的秩序劃過夜空, 而行星軌道使人感到迷惑。例如,一顆像火星那樣的行星在夜空中時而向前, 時而又短暫向后, 其行蹤令人難以理解。為什么會這樣?

尼古拉·哥白尼及其后的約翰內斯·開普勒和伽利略·伽利雷依靠數學的幫助擺脫了自身所處位置的局限。他們引入了一個全新的角度,后者屬于人類歷史上最偉大的文化成就之一。他們站在數學的視角,從外部觀察太陽系,這幾乎破解了整個難題:所有行星都在正圓或橢圓軌道上以相同的方向繞太陽旋轉。

引入外部觀察者對于現代自然科學發展的深遠意義再次體現在對那個引起行星運動的力的分析上。作為實驗家的胡克看到一種模型,它不再區分地球上和太空中的運動。他的圓錐擺實驗相當于一位觀察者的哥白尼式視角,他從外部觀察, 因而特別容易感知行星的運動。對他而言,只存在一個吸引力,它阻止行星徑直向前飛行。

與此同時,克里斯蒂安·惠更斯和艾薩克·牛頓等研究者正在努力分析圓周運動。數學家牛頓已經在1660 年代計算出了離心器內部運動所產生的那個力。這種離心力也會伴隨月球運動出現。牛頓認為,月球有擺脫地球的傾向。那么,月球為何沒有消失在茫茫宇宙中呢?

與惠更斯、萊布尼茨和同時代的大多數其他科學家一樣,牛頓將力的平衡作為前提:向外的離心力必須被一個相應的牽引力抵消。在他的模型中,發揮作用的不是一個力,而是兩個。

這種亦可見于胡克作品的觀點是有漏洞的。牛頓借助離心力選取了一個特別的視角:他置身于一個自轉的系統,就像一位旋轉著投出金屬球的鏈球手。當他把球體投出時,后者在他看來就會飛走。如果從外部觀察這位鏈球手,能夠確定的不是向外的離心力,而只是鏈條上向內的牽引力,它使金屬球無法進行直線運動。一旦投手將球擲出,它從外部看來就會沿著切線飛出。

圓周運動在日常生活中也讓人感到傷腦筋。由于身體的慣性,在旋轉系統或加速系統中會產生額外的力。比如,在馬車啟動時,乘客會感到被推了一下。如果駕車人急向左拐彎,他旁邊座位上的蘋果就將不再保持靜止,而是會以車夫的視角向右滾動。從外部看,情況有所不同:馬車改變了行駛方向,而蘋果做的是直線運動。

兩種視角都是可能的。不過,在旋轉系統中觀察到的離心力極大增加了數學描述的復雜性。就此而言,胡克對圓周運動的簡單闡述首先鋪設了通向引力理論的道路。

可是,這位實驗家未能使他的定性研究發展為定量研究。他在1674 年承認自己還無法證明這些吸引力的強度有何不同。不過,如果天文學家想要把所有天體的運動都歸結為一種確定的規則,他的思想可能極有助益?!澳切┒脭[動的擺和圓周運動的本質的人,將能夠輕松理解這一原理的整個基礎?!睘榱藝烂C處理這個問題,他自己也研究了許多其他事物?!拔铱梢韵驈氖逻@項研究的人擔保,他將會領悟世界上的所有運動,它們都處在這一原理的影響之下。因此,真正理解也將意味著天文學的真正完結?!?/span>

躁動的 · “現在”有多長

對萊布尼茨而言, 時間是一種意識現象。他試圖用微分和積分計算剖析人的意識。在某種意義上,他所描述的“微知覺”在今天可以用實驗技術加以研究。此時,呈現在研究者面前的是一種多層次的邏輯和我們大腦的整合能力,它們是17 世紀的哲學家不可能預想到的。

根據現代實驗結果,我們的大腦大約每兩三秒就會打探一番世界上的新事物。所有這些兩三秒的時間窗口都標志著意識的感覺,心理和生理學家恩斯特·珀佩爾A 解釋道。28 對此,我們描述為篤篤或嘀嗒的擺鐘敲擊聲是一個典型例證。我們會將鐘表的聲響整合為兩次敲擊形成的小單元,正如我們不會把較長的語句或者樂章作為整體感知,而是將它們拆分為長度為兩秒或三秒的較小單元。

那么,“ 現在” 有多長? 無論如何, 有意識的當下絕不是時間點,而是一小段時間間隔,也許并不比一次呼吸更久。哪些事物能夠進入意識,總是取決于那些直接相鄰的前置意識狀態。只有把接連發生的事情和我們的情感關聯起來,才能制造出對時間連續性的感知。

不過,在該意識層面下,我們的大腦還完成了更加多樣的分析和綜合工作。如此,它出于經濟原因將事件長河拆分為短暫而不連續的段落,珀佩爾解釋說。30 比如,只有其中的時間間隔達到至少3 毫秒,我們才會將兩波海浪制造的聲音當作分開的信號。如果時間更短,這兩個刺激就會在腦中合并為一個聲音。

可是,我們所感受到的不僅有世界上所發生之事,還有發生順序。盡管我們已經能在3毫秒之后區分出是一個聲音還是兩個聲音,我們仍需要至少30 毫秒才能確定它們孰先孰后。只有經過這一時間間隔,我們才能分辨“較早”和“較晚”的時間順序。大腦遇到其他感官刺激時的行為與此相似,只是相應的時間窗口有細微差別。

為了正確匯總來自不同感官渠道的信息,我們的大腦需要依靠已經被加工過的經驗。請您暫時放下正捧在手中的書, 然后打個響指。您會覺得,您同時感受到響指的聲音和手指的運動, 盡管聽覺刺激比視覺刺激傳播得略快。您的大腦將它們合成為一聲“啪!”只不過:大腦是如何判斷出不是先有聲音而后才打響指的呢?是什么決定了有些感官刺激被同時體驗到,而有些則不同時呢?

“可以證明的是,大腦在不斷調整它對于到達時間的預期”,腦科學家大衛·伊格曼A 解釋說。如果我們親自實施行為并與周圍環境融為一體,它的效果就最好。當我們打響指或敲桌子的時候,我們期待既看見手指的運動,同時又聽見聲音信號并感受到觸覺。伊格曼認為,只有通過持續地平衡新來的感官刺激和既有預期,我們的大腦才能正確地估計“先”與“后”并準確地判斷時間順序。


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