伽莫夫和他的《从一到无穷大》(三）

杨天林

                  伽莫夫科普著作的写作背景和特点

伽莫夫的科学素养还表现在对科学知识的重视和普及方面，他移居美国后，发现美国虽然经济发达，但身边的很多人对20世纪初的科学成就，特别是对诞生不久的相对论、量子论和原子结构理论所知甚少，因此，他决定在教学和研究工作之余，通过科普讲座和写作科普著作向普通读者介绍科学发展的最新成果。大概从1938年起，他开始了这方面的工作，在此后的将近30年时间，他对科学的热爱始终徘徊在科学研究和科学普及之间，先后在剑桥大学和哈弗大学等著名出版社出版了一系列科普著作，其中最著名的应该是《从一到无穷大》和《物理世界奇遇记》。

伽莫夫是享誉世界的物理学家、宇宙学家和杰出的科普作家，在他一生正式出版的25部著作中，只有7部是学术著作，其余均是科普著作，他的科普著作幽默风趣、深入浅出，以非常好的方式传播了抽象深奥的物理学理论，深刻启发了一代又一代科学爱好者，这要得益于他少年时期所受到的文学熏陶和在前沿理论研究中所取得的卓越成就。伽莫夫的一系列科普作品恰恰是他在社会公众中获得巨大声望的原因，这也是联合国教科文组织1956年将卡林加科学普及奖颁给他的主要原因。

在几乎所有的科普著作中，伽莫夫均非常巧妙地绕过了纯粹理论的定量描述，避开令一般读者（包括广大的中学生）望而生畏的数学障碍，采用类似于普通物理课程中重概念诠释和图像描绘的讲授方法来介绍自然科学的艰深内容，从而达到了解自然科学前沿理论精髓的目的。伽莫夫有很好的文学功底，有深厚的数学基础，研究对象都是他那个时代和此后几十年科学家最关心、最敏感、甚至至今仍然没有很好解决的问题，广大读者（特别是中学生和大学生）对这些研究对象的关注和关心自不必说。伽莫夫思维敏捷、口才出众，这些优点也非常完美地体现在了科普著作的写作方面，才使得他的作品流畅、幽默又不失典雅。

伽莫夫后来在总结自己的人生时提到过写作科普故事的某些细节，他说：“我喜欢写科普作品，但我并不把它当作自己的主业，我的主要兴趣在于探索自然奥秘和科学难题，但在科学研究中取得进展需要灵感和新思想的闪现，这两种东西并非常有，那时候，我就放下理论研究，开始规划创作一本科普读物。”对广大科学家来说，这一点或许很有启发和借鉴价值。

半个多世纪以来，对科学充满热爱的人大都读过伽莫夫的科普故事，热爱科学的中国人对伽莫夫这个名字也不感到陌生，早在1978年，《从一到无穷大》就有了中译本，从那之后，伽莫夫的科普著作就在中国大地上广泛流行开来。

虽然通俗易懂是科普著作的基本要求，但这还远远不够，真正优秀的科普著作应该具有这样一种内质，即它能给我们传达一种精神，提供一种思考问题的方法，能给我们带来一种观察世界的独特视角和对未来科学发展的展望，同时能体现一种科学品味和人文观念，从这个角度看，《从一到无穷大》确实做到了这一点。

《从一到无穷大》内容概览

最广泛流行的《从一到无穷大》既是伽莫夫阶段性的工作积累和知识发酵，也是很有潜质的精神提炼，读这本书，犹如梦在路上，时不时有一种穿越多维时空的感觉。

和伽莫夫同时代的绝大多数中国知识分子一生所求主要是经史子集和治国平天下的情怀，而在伽莫夫的生平履历中似乎没有看到这一点，青年时期的伽莫夫所涉猎的主要是自然科学，包括数学、物理学、化学和生物学。在伽莫夫这里，物理学已经从宏观世界深入到原子内部，也延申到星云之外，甚至整个宇宙及孤立体系的熵变、生命基因的传承、空间何以弯曲、时间何以变短等都进入他的研究视野，这些东西当然有趣，但实际上充满了理性和挑战。

《从一到无穷大》这个书名本身很容易让人想起数字和数学，伽莫夫正是从数字写起，通过幽默风趣的“计数”传说引出纯粹数学的概念和非常具体的表达方式，然后写时间、空间及相互关系，写微观世界，包括生命最细微的结构和变化，最后以对宏观世界和宇宙结构的描述结束全书。

《从一到无穷大》给予我们一个很好的框架，正如他的书名一样，我们也在数字和无穷宇宙之间的关系表达中看到了伽莫夫式的简单和简洁，这正是伽莫夫的高明之处，在似乎很通俗的表达中让人体会到世界的客观存在，自然现象和科学规律也在其中得以显现。

在数学上，有几个非常重要的数，这其中就包括1和∞，我们可以将1理解为起点，但∞不应该是数的尽头。伽莫夫用1和∞将全书串连起来，在写作中融合了很多重要的学科，伽莫夫不断穿越在这些学科的概念和理论之间，这是他遨游世界的方式，这其中也贯穿着伽莫夫的科学臆测和思想，看似天马行空，实则有很深的用意，他甚至将生命科学中的遗传密码也与许多前沿学科内容有机地融合在一起，让我们跟着他的笔触触摸那个多维世界。

伽莫夫就像是站在峰顶的科学巨人，引领我们领略、欣赏和思考，让我们找回丢失多年的知识记忆，那些似乎很枯燥的数学方程、物理理论、化学反应和生命基因背后有更多充满趣味的故事，无穷宇宙和遥远星系与我们也息息相关，即使不是在生存方面，至少是在精神和意识层次。读过这本书后我们才更深地懂得，真正的微观世界并不止于原子和分子这一层次，再往其内部前行，还有质子、中子、电子、中微子，甚至夸克，还有反物质与暗能量，那个领域与普朗克（Max Planck，1858-1947）的量子世界有密切关系，那里的所有变化都是跳跃式的，或者是跨越式的，在那个世界，微观粒子每一台阶的下降或上升都牵动着人类的思维，那个“1”和“∞”在哪儿呢？

在《从一到无穷大》的第一部分，伽莫夫的无穷大让我们想起了古希腊哲学家和科学大师阿基米德（Archimedes，公元前287-前212）的著作《恒河沙数》（也有翻译为《沙的计算》的），阿基米德在《恒河沙数》中指出，如果宇宙中充满了沙数，它一定是一个惊人的数字，我们的目的就是想办法把它表示出来。在关于充满宇宙大球体内的沙粒数量的计算方面，阿基米德以非常奇特的想象建立了新的量级记数法，确定了新单位，提出了表示任何大数量的模式，这与后来的对数运算密切相关。

大概从2000多年前开始，人类就找到了一种描述极大数字的技术，也充分显示了科学的力量。在《恒河沙数》中，阿基米德设计了一种可以表示任何大数目的方法，简化了记数的方式，纠正了当时普遍流行的“沙子是不可数的，即使可数也无法用算术符号表示”的错误看法。阿基米德首创的记大数的方法突破了当时用希腊字母计数不会超过1万的局限，并用它解决了许多数学难题，他所描述的数字超过了20多万位，可以说是大得十分惊人了，今天，稍懂数学的人很容易随手写出一个极端大数字，比如10²⁰⁰，你可能会问这有什么意义吗，实际上，它的意义恰恰就在你的思想（包括想象）还没有抵达的地方。

科学家的自信在于他们找到了一种思维工具，借助于这种思维工具就有可能比较不同的无穷大之间的大小，比如一个平面上的所有点是不是比一条直线上的所有点更多。最新的研究表明，人类在理解与处理包括黎曼空间及推论、引力波速度、广义相对论方程的解等很多复杂运算问题时，被强烈激活的仍然是与思考最简单的计数问题相关的脑区，即位于左脑的顶内沟区。

物理学家对数学更加偏爱，迄今为止，理论物理的几乎所有分支都成为科学家解释物质世界的工具，包括宏观世界、微观世界和宇观世界，即使那些曾经被人们认为纯粹得没有任何实用价值的理论（例如群论、非交换代数和非欧几何等）也在这其中找到了存在的价值。

在全书的第二部分，一个核心和灵魂人物是爱因斯坦，爱因斯坦的广义相对论充分展现了物理学与数学的亲密关系，据说爱因斯坦在研究广义相对论时一度陷入困境，真正困扰他的是数学理论储备不足，当他仔细阅读了黎曼（Georg Friedrich Bernhard Riemann，1826-1866）几何和高斯（Carolus Fridericus Gauss，1777-1855）的代数方程和曲面理论后，一下子豁然开朗。爱因斯坦后来说：“在1912年了解了黎曼几何及高斯的代数方程和曲面理论后，我忽然意识到，他们的理论可能就是打开广义相对论神秘大门的那把钥匙，实际上，高斯的曲面坐标系和黎曼几何基础已经为此后广义相对论的研究奠定了深厚的数学基础”。

以数学的方式进入四维时空的科学家还有很多，爱因斯坦甚至还只是他们的学生，有“数学界无冕王”之称的德国数学家希尔伯特（David Hilbert，1862-1943）就是其中重要的一位，理论物理学界的很多学者曾认为他应该是广义相对论之父，不知伽莫夫是否也会这么认为，伽莫夫在时间、空间与爱因斯坦这部分广泛涉猎了四维世界的几何学，可见其对数学的偏爱，这部分论述也为第四部分关于宇宙故事的展开奠定了基础。

伽莫夫视野广阔，想象力丰富，一些读者可能会认为《从一到无穷大》的第三部分微观世界中所论及的电子、原子、分子（包括大分子蛋白质与核酸）与第四部分的宇宙结构及演化似乎没有什么关系，实际上它们之间渊源深厚，这种关系不是经典的牛顿力学所能及的，恰恰是量子力学发挥聪明才智的地方，量子力学起源于对原子核的研究，这一研究把我们带到了理论物理学的最前沿阵地，那就是核物理学与量子物理学。第三部分内容也为第四部分我们了解宇宙结构及其演化做了很好的铺垫。在第三部分最后的生命之谜这一章，伽莫夫从细胞的结构和功能及细胞的分裂和生命体的发育方面带领读者了解了基因变异和遗传密码。

在《从一到无穷大》的第四部分，伽莫夫将视野扩展到整个宇宙，他透过四维时空看到了银河系和星云之间的深邃和空旷，这时候，一个基本问题摆在我们面前，即宇宙到底是有限还是无限？在伽莫夫去世50多年后，天体观测和天文学理论已经取得了显著进展，很多有志者都在努力，希望自己能在遥远空间发现一片属于自己的全新处女地，我们宁愿相信，我们某一天在宇宙的某个犄角旮旯找到的那颗星星不是最后一颗，这种可能性在理论上到底有多大呢？

让我们通过全书领略科学中的事实与作者的神奇臆测或猜想。