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物理学之美,美在哪里? 精选

已有 2992 次阅读 2019-7-15 14:29 |个人分类:我的豆腐块|系统分类:科研笔记| 物理学之美, 杨建邺, 杨振宁, 陈静, 北京大学出版社

陈静


今年4月11日,科学家从“事件视界望远镜”拍到黑洞的第一张照片,证实了数十年前爱因斯坦依据广义相对论的预言。

为什么在没有看到真实照片之前,很多科学家就已经确信黑洞的真实存在?纵观科学史,类似这样的“无中生有”并非个案,比如麦克斯韦在没有具体实验的情况下,仅凭抽象的“审美判断”提出了电磁波假说;在吴健雄的实验验证之前,杨振宁和李政道就提出了宇称不守恒规律……

是什么指引着科学家做出这样的科学预言?又是什么让科学家坚信自己的预言?

难道真如诺奖得主狄拉克所言:“学物理的人用不着对物理方程的意义操心,只要关心物理方程的美就够了”?为什么杨振宁先生也总结说“物理学存在三种美:现象之美、理论描述之美、理论结构之美”?

也许,上述这些疑问,读者都可以在《物理学之美》书中找到答案。


缘起

2008年,《科技日报》原副总编王直华与北京大学出版社教育出版中心主任周雁翎,开始策划《物理学之美》,目的是让普通读者,尤其是青少年读者,认识到物理学这门学科的美好一面,进而热爱物理学,投身物理学。当年,与此一并启动的是一整套的“科学之美丛书”,拟包括数学、物理、化学、天文、地理、生物六门学科。

《物理学之美》幸运地邀请到科普作家、华中科技大学教授杨建邺来创作。几次沟通之后,作者很快就精选了九个专题,以时间轴为隐线,从开普勒的和谐宇宙到杨振宁—米尔斯的规范场的故事。每个专题重点讲几位密切相关的大师的故事及其理论,各个专题看似跳跃,内在又具有一脉相承的关系,也是九堂简短有趣的通识课。通过物理学思想史上这几个重要的节点,既将该学科的大框架搭建起来了,又顺便带领读者重访了物理学史上那些美丽的瞬间。

《物理学之美》的选题立意和创作内容都得到了杨振宁先生的称赞,也获得了北京市科协专家的认可,获得科普专项资金资助。经过三年的努力,《物理学之美》首版于2011年8月,获得了2012年全国优秀科普作品、北京市优秀科普作品奖和吴大猷科普著作奖。这本书获得了良好的社会效益和经济效益。

2019年1月,我们推出了颜值更高的插图珍藏版。

回忆20多年前,我的中学时代,那时候总觉得物理方程式很难,课本很枯燥,即使当时成绩很好,但对物理从来也提不起兴趣。在我全程参与《物理学之美》的编辑出版过程中,十多年里十几次反复阅读书稿,经常感觉那些曾经挂在中学教室墙上的科学大师的画像,如今跃然纸上,万分亲切。如果我在中学时代有机会阅读这么优秀的科普图书,我对物理学科的态度一定会更积极。


角度

正如本书作者在“前言”中所说,《物理学之美》强调的不是现象之美,而是物理学理论之美,尤其是理论中的结构之美。因此,作者从理论的发现过程着手,虽然同时描写大师的生活经历、性格喜好等,但最主要的是结合当时的科学文化背景,再现大师如何在研究中感受到模糊的美感,又如何建立审美判断,最终引起物理学思想的革命。

可贵的是,《物理学之美》并没有无限夸大每一个审美判断的功能,而是正视每一个物理学家因为不适当地利用这些判据而遭遇的失败。

比如,爱因斯坦获得诺贝尔奖的曲折的过程,是科学史上很有趣的一段故事。1921年,当普朗克等著名物理学家提名爱因斯坦为诺贝尔奖候选人时,瑞典医学教授古尔斯·特兰德曾极力反对,并曾私下表示说“绝对不能让爱因斯坦获奖,哪怕全世界支持他”!

对于这种分歧,本书作者将之归结为一种审美判断的冲突,他认为“19~20世纪之交的科学革命过程中,科学的审美判断发生了巨大的、革命性的变革,科学家之间发生的争议差不多到了水火不容的地步。老一派的科学家(以古尔斯·特兰德为例)抓住“实验是检验一切理论的根本标准”,不容动摇;而新成长起来一派年轻理论物理学家(以普朗克为例)已经发现,“判断真理的标准发生了变化,有了新的标准,不能死死抓住实验标准而断然否定物理学理论中的美学标准”。

本书策划周雁翎在媒体上发表书评文章《倾听科学与诗的对话》,从另一个特别的角度总结了《物理学之美》一书的闪光点。当谈到麦克斯韦等伟大科学家的大胆想象时,周雁翎感叹道:“这是科学与诗的对话,是情与理的对话,是不同知识体系的对话,是异质思维方式的对话,也是两种文化的对话。这种对话,在人类思想史上永远闪耀着智慧之美的熊熊火光。”


心思

《物理学之美》的编辑过程确实花费了比其他图书更多的时间和心思。翻开书我们可以看到丰富的知识链接和图片,涉及书中人物的回忆录和书信,科学家自己创作的诗句,他们的工作环境和生活状态,他们的学术圈和理论示意图……这些附加资料可以调节读者的阅读节奏、可以传递更多的知识和信息,可以帮助读者更好地理解文意,但同时,也对编辑提出了更高的要求。

如何获得这些图片资料?又如何使用这些资料?怎样编写图说才能让图文结合得更自然?至今回忆起来,这个过程仍然令我印象深刻且受益匪浅。

2009~2010年期间,我频繁地进出北京大学图书馆、国家图书馆和中科院文献情报中心,同时充分利用网络资源,访问世界各大纪念网站,最终收集到数千张相关的科学史图片。又经过反复筛选,选中500多幅图用到《物理学之美》中,并和作者一起反复打磨图说文字。

另一点有意思的是新旧两版在装帧设计方面的变化。2011年做第一版时,为四色印刷,内文用70克轻型纸;封面也是面向初中生的、明亮的色调和手绘风格,典型的那时青少年读物的标配。当我们准备做珍藏版时,周雁翎决定将全书改为黑白单色印刷。没想到出版后的整体效果竟意外的好。书中500多幅照片,黑白的呈现方式显得更有质感,也充满了无限的历史感和空间感;同时,珍藏版的封面也采用雅黑的背景,主体用一张带聚光效果的“伽利略审判”场景图片,既有故事性,也给空间以想象力,仿佛在太空般的深邃里看到无限的希望。而因彩色印刷改为黑白印刷节约下来的成本,用在提升纸张质量上,图片的最终呈现效果反而更有层次了。加上硬壳精装、护封等各方面的升级之后,珍藏版整体上更具高级感,真正体现了历史与现代的完美结合,也体现了科学与艺术的有机融合。


作者系北京大学出版社编辑


《中国科学报》 (2019-07-12 第6版 读书)

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