博文
一卷在手览尽物理《科学定律及其背后的伟大心智》
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从阿基米德到霍金：
科学定律及其背后的伟大心智
作者：[英]克利福德*A.匹克欧尔
简评：
匹克欧尔（Clifford A.Pickover）在本书中介绍了40条科学定律，并附带解释了它们的含义及其发现者的简短传记。书中也描述这些定律的应用，甚至涉及到新近的应用。
书中的定律可被分成两类：有些（如玻意尔定律）是其他一些更普遍理论的推论；而有些还不能这样被解释（或至少现在不能）。我不敢确定那个主要名单中是否有某条定律属于后者，但有些伟大的竞争者确实如此，而且它们也许更应当被称为“基础的”。
匹克卡尔此书包括了各种有趣的信息和花边话题。例如，戴维德*布鲁斯特（提出了偏振光的反射定律）虽然发明了万花筒，但是专利的缺陷使他并没有因万花筒的流行而获益。书中还有很多的引言，某些哲学性的引言被用作各章之间的 “对话起点” 。读者可能对某些科学或者历史问题极感兴趣，书中有大量的参考资料可供进一步阅读。此外，一些图例可以帮助解释更具数学性的定律。
本书内容涉及广博，因此不能期望这些内容具有同等的权威性。但是，正如一些给出的引文，此书是一个精彩的对话起点。
《从阿基米德到霍金：自然定律及其背后的伟大心智》（Archimedes to Hawking : laws of science and the great minds behind them）一书由牛津出版社于2008年出版，销售榜上有名。作者乃英国著名的科普作家和科学思想家---克利福德*匹克欧尔，其著作有《黑洞：旅行向导》、《计算机，图形，混沌和美丽》、《天堂的病毒》、《上帝的悖论与全知的科学》、《冲浪超空间》、《数学之恋》、《禅：魔方、圆圈和恒星》等等，总数至少37部，可谓著作等身。本书纵览古今定律，审美公式方程，阐释物理哲学，思想丰富，条理清晰，极具启发性，是其科普代表作之一，是学习物理基本知识和理解物理哲学的优秀读物，郑重推荐给中学、大学生及其教师阅读。但原书530页，篇幅较大，暂且选译完了一章半。如果太忙，任何翻译就更别提了，这不应是我的主业。译完时间未定。
阿基米德浮力定律（Archimedes’ Principle of Buoyancy）, 约公元前250
开普乐行星运动定律（Kepler’s Laws of Planetary Motion）, 1609年和1618年
斯涅尔反射定律（Snell’s Law of Refraction），1621年
胡克弹性定律（Hooke’s Law of Elasticity），1660年
波意尔气体定律（Boyle’s Gas Law），1662年
牛顿运动定律、引力定律和冷却定律（Newton’s Laws of Motion, Gravitation, and Cooling），1687年和1701年
伯努利流体力学定律（Bernoulli’s Law of Fluid Dynamics）, 1738年
兰伯特辐射定律（Lambert’s Law of Emission）, 1760年
伯德行星距离定律（Bode’s Law of Planetary Distances）, 1766年
库仑静电定律（Coulomb’s Law of Electrostatics）, 1785年
查尔斯气体定律（Charles’s Gas Law）, 1787年
道尔顿分压定律（Dalton’s Law of Partial Pressures）, 1801年
亨利气体定律（Henry’s Gas Law）, 1802年
盖伊-鲁萨克化合体积定律（Gay-Lussac’s Law of Combining Gas Volumes）, 1808年
阿佛加德罗数气体定律（Avogadro’s Gas Law）, 1811年
布鲁斯特光偏振定律（Brewster’s Law of Light Polarization）, 1815年
杜隆-普蒂比热定律（The Dulong-Petit Law of Specific Heats）, 1819年
毕奥-萨法磁力定律（The Biot-Savart Law of Magnetic Force）, 1820年
傅里叶热传导定律（Fourier’s Law of Heat Conduction）, 1822年
安培电磁环流定律（Ampère’s Circuital Law of Electromagnetism）, 1825年
欧姆电流定律（Ohm’s Law of Electricity）, 1827年
格雷姆隙流定律（Graham’s Law of Effusion）, 1829年
法拉第感应定律和电解定律（Faraday’s Laws of Induction and Electrolysis）, 1831年和1833年
高斯电磁定律（Gauss’s Laws of Electricity and Magnetism）, 1835年
泊肃叶流体流动定律（Poiseuille’s Law of Fluid Flow）, 1840年
朱尔电加热定律（Joule’s Law of Electric Heating）, 1840年
基尔霍夫电路定律和热辐射定律（Kirchhoff’s Electrical Circuit and Thermal Radiation Laws）, 1845年和1859年
克劳斯热力学定律（Clausius’s Law of Thermodynamics）, 1850年
斯托克斯粘性定律（Stokes’s Law of Viscosity）, 1851年
比尔吸收定律（Beer’s Law of Absorption）, 1852年
魏德曼-弗朗兹电传导定律（The Wiedemann-Franz Law of Conductivity）, 1853年
菲克扩散定律（Fick’s Laws of Diffusion）, 1855年
拜斯-巴洛特风压定律（Buys-Ballot’s Wind and Pressure Law）, 1857年
厄特沃斯毛细定律（Eötvös’s Law of Capillarity）, 1866年
科尔劳士电导率定律（Kohlrausch’s Laws of Conductivity）, 1874 and 1875年
居里磁性定律和居里-外斯定律（Curie’s Magnetism Law and the Curie-Weiss Law）, 1895年
普朗克辐射定律（Planck’s Law of Radiation）, 1900年
布拉格晶体衍射定律（Bragg’s Law of Crystal Diffraction）, 1913年
海森堡测不准定律（Heisenberg’s Uncertainty Principle）, 1927年
哈勃宇宙膨胀定律（Hubble’s Law of Cosmic Expansion）, 1929年
我并不认同宇宙是一个谜的观点。…我觉得这种观点没有对近四百年前由伽利略开始而牛顿开拓的科学革命作公正判断。他们揭示出至少在某些宇宙区域…是受精确的数学定律控制的。从那以后，我们已发展了伽利略和牛顿的研究工作。…现在，我们拥有了可控制平常万物的数学定律。
—斯蒂芬*霍金，《黑洞，婴儿宇宙及其它随笔》
本章讨论同等著名的定律的定义，生命与定律发现者的难处，科学与宗教，定律与理论之间的差异，以及定律发现者的时空分布。
艾萨克*牛顿出生在黑暗的、晦涩而神秘的世界，…至少一度濒临疯狂的边缘…而仍为人类发现了很多的核心知识，前无古人后无来者。他是现代世界的总建筑师…他创造了事物的知识：定量而严谨。他创立了法则，而他们称为定律。
—詹姆士*格雷克，《艾萨克*牛顿》
每前进一大步，都需要物理学，而且常受启发地引入新的数学工具和概念。我们目前对物理定律的理解，有了极高的精确性和普适性，只可能用数学术语来表达。
—迈克尔*阿提亚，“弹弦”，Natrue期刊
现在一般公认为宇宙是按照精妙的定律来演化的。定律可能是上帝制定的，但看起来他不干预宇宙，以免破坏定律。
—斯蒂芬*霍金，《黑洞和婴儿宇宙》
阿尔伯特*爱因斯坦曾评论道“对世界最不可理解的事情就是它可以理解。”实际上，我们看来居住在一个用坚实的数学公式和物理定律所近似描述的宇宙之中。
本书中，我讨论了那些著名的自然定律，它们在几个世纪以来被发现，且深刻地改变了我们的日常生活以及对宇宙的理解。这些定律为刻画不同环境下的自然现象提供了优美的方式。如，你将更详细了解到流体力学的伯努利定律，v2/2 + gz + p/ρ = C，在空气动力学领域中有大量应用，当研究飞机翼、螺旋桨叶片和轮船舵的流动时，要考虑到它。菲克第二扩散定律，(∂c/∂t)x = D(∂c2/∂x2)t，可用来解释昆虫通过信息素进行通信、古人迁移，或与石油碳氢化合物的污染扩散。法庭、公安局有时采用流体冷却定律，T(t) = Tenv +[T(0) – Tenv]e−k，来确定破烂的旅馆房间中尸体的死亡时间。
定律使人类创造和破坏---并且有时它们确实改变了我们的极端方式，以观察真实的自我。在1940年代，格雷厄姆定律R1/R2 = (M2/M1)1/2帮助科学家把原子弹投掷于日本。处理电磁作用的各种定律使得技术专家用有线和无线通信将世界联系起来。对于当今很多科学家，海森堡测不准原理， ，意味着物理宇宙不是严格地以一个确定性公式而存在，而是概率的集合。所有这些相对简单的公式以其简洁性和有效性给我们留下强烈印象。
我与马丁*伽德尔及其它人一样，认为自然通常可用简单公式和定律加以描述，但因为自然拥有某些隐藏的数学特征。比如，伽德尔在他的经典散文集《秩序与惊奇》（1950）中写道：
“如果宇宙立即冻结，并停止所有运动，那么结构的研究不再揭示出部分的随机分布。比如，将大量发现简单的几何图案---从星系的旋臂到雪花晶体的六角形。上好时钟的发条，于是其部件按定律有节奏地运动，常可用令人惊奇的简单方程来表达。于是，没有逻辑或为何这些事物应这样的先验原因。”
因此，伽德尔认为简单的数学统治了从分子到银河尺度的自然界。艾萨克*牛顿把我们揭开科学基本定律的探索，比作在无垠大海边寻找美丽贝壳的孩子。阿尔伯特*爱因斯坦觉得他像一个进入无限大的外文图书馆中的孩子。孩子不理解大多数书籍，但意识到或猜测到书架中的神秘秩序。类似地，理论物理学将保罗*斯坦因哈德在约翰*波热科曼的信中写道我不能证明我相信的：
“当前的观察和实验说明我们的宇宙是简单的。物质和能量的分布是明显均匀的。复杂结构的等级性，从星系团到亚核粒子，可根据几十个基本元素和不多于五种自然力来描述，全部与简单的对称性有关。简单的宇宙需要简单的解释。”
几个世纪以前，大多数定律发现者认为上帝制定了自然定律。比如，不列颠科学家艾萨克*牛顿（1642–1727）先生和很多他的同时代人，认为宇宙定律按照逻辑方式存在的上帝之意志来制定的。在牛顿的《原理》一书第二版（1713）的序言中，英国数学家罗格*科特斯（Roger Cotes ）写道：
“毫无疑问，这个世界如此多元化，其中我们发现了各种形式和运动，这不归因于别的，而归因于那完美自由的上帝意志的完全指引和主持。
从这个源泉...，流出了自然定律，其中看起来存在最智慧的创造者的的确很多痕迹，但没有一点必然性的阴影。因此，我们无须寻找不确定性猜想，而是从观察和实验中了解它们。“
乔治*斯托克斯（1819–1903）以斯托克斯粘性定律著名，他在他的《自然神论》中写道：
“允许个人的上帝的存在，奇迹的可能性立即发生。如果自然定律按其意志进行，那么上帝想要它们停止就可停止。如果觉得它们有些难以停止的话，那么我们根本无需假设它们停止。”
因为自然定律提供了一种探索实在之本质的框架，允许科学家对宇宙作出预测，定律的发现是人类最伟大的智力或理性的成果。为了创立自然定律，科学家常需要扮演现象的观察者的角色，发明出创造性的实验设计方案，或者解释大量的领悟---为此，本书中的立法者一般是其领域中最有能力的科学家。
本书可能一看就像是彼此很少关联的孤立定律的一个长目录表。但当你阅读时，我想你开始看见了很多联系。显然，科学家和数学家的最终目标不是简单的累积事实和公示表，而是探索理解图像、组织原理和这些事实之间的关系来建立定律。
本书是我从更庞大的集合中选出的大量科学定律，那些定律有力地影响了世界。本选集中的候选者一般满足如下标准：
“它们是定律、法则和原理，对于事实、观察或现象具有广泛的解释功能---而且它们在具体学科中广为人理解。
定律、法则和原理根据个人命名，通常意味着某一科学家是辅助性的，要么在定律的发现中，要么将定律引起更多科学关注。”
可以想象这些激情的人物经历过的惊奇探险，他们已找到、发现和检验了现象的优美公式的真实性。最终，这些定律发现者改变了我们对宇宙的设想和分类方式。
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等等。
译文：郑中
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