1、讀書筆記之從一到無窮大很多年前就讀過了喬治伽莫夫（George Gamow）的這本代表作。一本好書是可以塑造一個(gè)人的價(jià)值觀或宇宙觀的。如果我要列一份書單留給最親近的人，大概就要有這本從一到無窮大，因?yàn)橄Ｍ诤苄〉哪昙o(jì)就稍懂一下自然科學(xué)的知識(shí)、思維和學(xué)科框架。迄今為止，似乎還想不出有第二本既足夠通俗，又面面俱到，還經(jīng)過時(shí)間洗禮的書，可以在新鮮的大腦功能區(qū)域很好的完成復(fù)雜的“自然科學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)鋪設(shè)作業(yè)”。這方面，伽莫夫這位參與確立了關(guān)于衰變的伽莫夫特勒理論、紅巨星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論，以及倡導(dǎo)了“大爆炸”理論的核物理學(xué)家、宇宙學(xué)家，把這一工作完成得相當(dāng)出色。伽莫夫的金丹好讀的科普書有兩類，一類是作者把畢生

2、所學(xué)熔于一爐，煉出一顆金丹，日后還時(shí)不時(shí)地打磨一下，讓它更加放出光芒，另一類是階段性好書，能看得出是作者階段性的積累，像從可口可樂生產(chǎn)線上下來的“爽到帶氣”的好東西?！敖鸬ぁ迸c“好東西”是有區(qū)別的。這種區(qū)別或者說“金丹”之類好書的特點(diǎn)，可以藉由司馬懿家的故事說明。我們中國(guó)人是熟悉“家學(xué)淵源”四個(gè)字的。在公共教育不發(fā)達(dá)的年代，私學(xué)的地位非常重。復(fù)旦大學(xué)的仇鹿鳴寫道：“但自西漢中后期以降，河內(nèi)郡內(nèi)的文化風(fēng)起出現(xiàn)了由武入文的明顯轉(zhuǎn)變，經(jīng)學(xué)傳播日益繁盛，一些累世通經(jīng)的家族開始出現(xiàn)，并在仕途上取得了成功。”與眾多世家大族不同的是，司馬氏家族所尚之學(xué)不是經(jīng)學(xué)，而是史學(xué)，“注重博通，博學(xué)好古、雅好漢書名臣列

3、傳”。也就是說，司馬氏家族對(duì)漢書這一具有實(shí)際政治功用的刑政之書很重視。抓住了這一點(diǎn)，大概就能理解司馬家日后的比較務(wù)實(shí)而陰狠的從政風(fēng)格。有意思的是，喬治伽莫夫的從一到無窮大也近似于一本傳承“家學(xué)”的書，其扉頁寫道：“獻(xiàn)給我的兒子伊戈?duì)?，他是個(gè)相當(dāng)牛仔的小伙子”。不同的是，伽莫夫所尚的不是經(jīng)學(xué)，也不是史學(xué)，而是自然科學(xué)，即數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)，“譬如原子、恒星、星云、熵和基因；譬如人能不能彎曲空間，火箭為什么會(huì)縮短，以及其他很多同樣有趣的東西”。我推測(cè)，司馬懿在面對(duì)漢及曹魏時(shí)期的大事時(shí)，頭腦是偏“史學(xué)家”的，因?yàn)樗袧h書等更具實(shí)用性的政治訓(xùn)練打底。對(duì)大腦重塑性的神經(jīng)生理學(xué)研究表明，特定腦區(qū)越

4、用越靈。倫敦市出租車司機(jī)的大腦海馬體尾部的灰質(zhì)體積更大，因?yàn)橄噍^于使用GPS的司機(jī)而言，他們要更多的調(diào)用這一腦區(qū)去記憶道路網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)提取這一腦區(qū)的道路網(wǎng)絡(luò)記憶。類似的，人類的知識(shí)儲(chǔ)存在不同的腦區(qū)，被使用時(shí)存在一個(gè)提取整合的過程。新的研究表明，一個(gè)人的常識(shí)感越強(qiáng)，他的不同腦區(qū)之間的功能連接效率就越高，這樣就能調(diào)用更多的不同層次的知識(shí)來處理同一個(gè)問題。也就是說，一個(gè)力學(xué)基礎(chǔ)好的人，看到一幅大壩照片時(shí)，他的大腦處理視覺信息的方式可能是不同于不會(huì)做力學(xué)分析的人的（與空間認(rèn)知的區(qū)域激活強(qiáng)烈，對(duì)視覺對(duì)象進(jìn)行深度加工的腹側(cè)枕顳皮層也較活躍）。伽莫夫正是想“為讀者描繪一幅全面的宇宙圖景，讓他們知道如今科學(xué)家眼

5、里的世界是什么樣子”。他很認(rèn)真地寫完了這本書?！埃ㄎ遥┍M可能地搜集現(xiàn)代科學(xué)中最有趣的事實(shí)和理論，從微觀到宏觀。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)宏偉的計(jì)劃，我不打算完整地介紹每一套理論，否則這本書勢(shì)必變成多卷本的百科全書；不過與此同時(shí)，我挑選主題的標(biāo)準(zhǔn)是盡量覆蓋基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的方方面面，不留下任何死角?！睍募軜?gòu)伽莫夫的這本書從數(shù)學(xué)寫起，從數(shù)學(xué)中的“計(jì)數(shù)”寫起，然后寫空間、時(shí)間與微觀世界，最后到宏觀宇宙結(jié)束（這就是書名“從一到無窮大”的意思）。從“計(jì)數(shù)”寫起是有道理的，這符合人類大腦認(rèn)知世界的客觀規(guī)律。伽莫夫援引科學(xué)家阿基米德（Archimedes）的話表明懂得“描述極大數(shù)字”的威力：“他們覺得我們想不出一個(gè)足夠大的

6、數(shù)字來描述地球上的沙子數(shù)量。這些人顯然同樣覺得，如果有一座和地球一樣大的沙堆，而且地面上所有的海洋和盆地都已被沙子填滿、堆高，一直堆到和最高的山峰齊平，那么我們更不可能想出辦法來描述這個(gè)沙堆中的所有沙子的數(shù)量，但現(xiàn)在我們想說的是，我的方法不僅能描述地球上所有沙子的數(shù)量，或者剛才那個(gè)大沙堆中的沙子數(shù)量哪怕有關(guān)宇宙那么大的沙堆，我們也能準(zhǔn)確描述它擁有多少沙子?！卑⒒椎禄蛘哒f伽莫夫有這種自信，在于他們都抓到了一種“思維工具”，有了它們，就有可能比較不同的“無窮大”之間的大小，就能去研究“一個(gè)平面上的所有點(diǎn)的數(shù)量是不是等于一條線上的所有點(diǎn)的數(shù)量”。在第二章中，伽莫夫進(jìn)一步講解了為什么“其他學(xué)科（尤其

7、是物理）確很喜歡數(shù)學(xué)，它們總是竭盡所能地想跟數(shù)學(xué)打成一片。事實(shí)上，時(shí)至今日，理論數(shù)學(xué)中所有分支都已經(jīng)成為科學(xué)家解釋物理世界的工具，包括那些曾經(jīng)被人們認(rèn)為純粹得沒有任何實(shí)用價(jià)值的理論，例如群論、非交換代數(shù)和非歐幾何”。這里，我要為伽莫夫的觀點(diǎn)再增加一條新論據(jù)。法國(guó)巴黎-薩克雷大學(xué)（Paris-Saclay）的功能性核磁共振成像（fMRI）數(shù)據(jù)表明，數(shù)學(xué)家的大腦在處理高等數(shù)學(xué)問題如解偏微分方程或拓?fù)鋽?shù)學(xué)時(shí)，激活區(qū)域與處理簡(jiǎn)單數(shù)字運(yùn)算的區(qū)域是重合的，位于大腦邊緣系統(tǒng)的三個(gè)區(qū)域：雙側(cè)頂內(nèi)溝區(qū)（IPS）、雙側(cè)顳下回區(qū)（IT）以及前額葉皮層區(qū)（PL）。另一項(xiàng)研究表明，無論是左撇子還是右撇子在處理數(shù)學(xué)問題時(shí)

8、，被強(qiáng)烈激活的都是位于左腦的頂內(nèi)溝區(qū)。這就表示，人類在理解與處理復(fù)雜的“運(yùn)算問題（黎曼空間的推論、引力波的速度、廣義相對(duì)論的方程的解）”時(shí)，所調(diào)用的仍然是與最簡(jiǎn)單的“計(jì)數(shù)”相關(guān)的腦區(qū)。計(jì)數(shù)的內(nèi)容著畢，從-1的平方根這個(gè)虛數(shù)講起，伽莫夫把寫作重點(diǎn)過渡到了“符合四維幾何學(xué)的統(tǒng)一坐標(biāo)系”的應(yīng)用上。這就要談愛因斯坦和他的廣義相對(duì)論了，因?yàn)閻垡蛩固梗ˋlbert Einstein）正是在惡補(bǔ)了黎曼幾何等數(shù)學(xué)后，才有了靈光一現(xiàn)。在1922年12月14日的日本京都大學(xué)演講中，愛因斯坦說：“在1912年之前，我都沒解決這個(gè)問題。就在那一年，我忽然意識(shí)到，有充分理由相信高斯的曲面論可能是揭開這一謎團(tuán)的鑰匙。當(dāng)時(shí)

9、我意識(shí)到了高斯曲面坐標(biāo)系極其重要，但還不知道黎曼已經(jīng)提供了有關(guān)幾何基礎(chǔ)的更深刻的理論”。可見，廣義相對(duì)論到了攻堅(jiān)階段也是一個(gè)數(shù)學(xué)問題，這就是為什么大衛(wèi)希爾伯特（David Hilbert），這位“數(shù)學(xué)界的無冕之王”一度成為廣義相對(duì)論之父候選人的原因，這也是伽莫夫?yàn)槭裁丛谌珪诙泶笳勊木S世界的幾何學(xué)的原因，這是為后面講述宏觀宇宙的故事做準(zhǔn)備。包括第三卷“微觀世界”，寫電子、原子、分子以及大分子蛋白質(zhì)與核酸，也是為進(jìn)入“宏觀宇宙”做準(zhǔn)備的。量子力學(xué)起源于對(duì)原子核的研究，因此講述原子與電子的故事便等于帶到了當(dāng)時(shí)以及眼下都是“最前沿”的核物理學(xué)與量子物理學(xué)。在這一部分，圍繞解釋“生命機(jī)體有序性產(chǎn)生與維持機(jī)制”，熱力學(xué)第二定律或熵增定律、統(tǒng)計(jì)漲落與計(jì)算概率悉數(shù)登場(chǎng)。更進(jìn)一步，在第九章，伽莫夫開始介紹“基本的物理法則能否解釋生命現(xiàn)象？”有意思的是，這一部分的進(jìn)步最多，海量知識(shí)更新，所以伽莫夫在1961版本的修改中，大幅刪改增寫了許多跟“遺傳與基因”相關(guān)的內(nèi)容。但實(shí)際上，2019年再去讀這一章還是有許多需要增進(jìn)的空間，但好在伽莫夫已經(jīng)寫出了最基本的“生命體合成反應(yīng)”的知識(shí)，非學(xué)術(shù)背景的讀者可以放心閱讀；對(duì)生命科學(xué)想要