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史晓雷著的《科学十大突破》展现了科学史上十大突破，尽可能把每一个重大科学突破前前后后的故事真实呈现。

史晓雷著的《科学十大突破》讲述了日心说、万有引力定律、氧化燃烧理论、概率论、进化论等十大科学史上对人类历史产生了深刻影响的突破性事件，展现了人类探索自然奥秘的艰苦卓绝、可歌可泣的过程，让读者领略到科学探索之路上的壮美风景，是一本科学与人文相结合、通俗易懂、图文并茂的科普书。

第一章 别来茫茫沧海事，乾坤悠悠谁主营——日心说的完胜

第二章 幸有英雄揣天意，大放光明在宇寰——万有引力定律的发现

第三章 将军挥戈有孤胆，横扫燃素如等闲——氧化燃烧理论的确立

第四章 世事茫茫难自料，冥冥之中有井然——概率论的诞生

第五章 忽如晴天霹雳响，原来生命有大同——进化论的提出

第六章 十年磨得轩辕剑，却遭冷遇藏深宫——遗传学的奠基

第七章 风尘仆仆斩群魔，科学完人谁比肩——微生物学与免疫学的创立

第八章 拨云见日时空联，一九〇五奇迹年——狭义相对论的创建

第九章 三曲终罢天地凝，丹麦小将破孤城——揭开原子的面纱

第十章 百亿年来多少事，激荡人心大江流

 宇宙源于大爆炸

从地心说到日心说

哥白尼1473年生于波兰的托伦城，18岁时到了克拉科夫大学学习，毕业后在其舅父的推荐下做了一名僧侣。后来他又去意大利学习了几年，回去后在弗劳恩堡大教堂担任神甫一直到去世。在弗劳恩堡的时候他进行过一些天文观测，但那不是他的专长。1514年关于《天体运行论》的初稿已经完成，但由于担心与宗教观点的冲突，直到他临死前的那天才付梓送到他手上。这本书在科学史上是不朽的，它主要的功绩在于把地球从宇宙的中心降为了一颗普通的行星，而把太阳置于中心让它在那里照耀着众行星。早在公元前3世纪，古希腊时的阿里斯塔克就曾提出日心说。在他的体系中，地球与其他行星绕太阳运转。这在宏观上与哥白尼的日心说完全一致，至于哥白尼本人受了他多大影响就很难说清楚了。阿里斯塔克的日心说在古希腊埋没的原因主要是无法解释重物垂直下落与恒星视差的责难。后来这两个问题同样成了对付哥白尼理论的撒手锏，但毕竟时代不同了——倒不是说哥白尼本人很好地应对了它们，而是说哥白尼的理论因为在其他方面的成功而暂时站住了脚跟，紧接着他的后继者们站在他的肩膀上，清除了前进道路上的这两块顽疾。前面我们说过，大快人心的时候已经是19世纪了。

就科学史的事实而言，日心说战胜或者说取代地心说并不一帆风顺。就在16世纪丹麦的第谷曾提出一种介于日心说与地心说的模型：众行星围绕太阳旋转，而太阳围绕着地球在转。下面就要介绍日心说胜过地心说的地方在哪里，在面对那两个烫手的山芋时，哥白尼的后继者们是如何化险为夷的。

说到日心说与地心说的比较，有的书上无视日心说在几个关键现象的解释上优于地心说的事实，总纠缠于在精致的日心说中哥白尼并未放弃行星的本轮轨道而喋喋不休，好像日心说的胜利是上帝偶然的慈悲或者突发的恩赐。我们先看在简化的日心体系中对行星逆行的解释。

下左图是简化的日心体系，太阳固定在宇宙的中心，从内到外依次是水星、金星、地球、月球、火星、木星、土星绕太阳运转。在哥白尼的日心体系中，行星围绕太阳的周期不同，距离太阳越远的，运行周期也越长。这里以地球与某地外行星为例，如下右图，当地球从A运行到E时，地外行星P则从α运行到e，其中地球在A时看到地外行星P在恒星天上的位置是1，以此类推，因此可以发现行星在6到d之间发生了逆行，反映在恒星天上就是从2到4发生了逆行。如果你能再回想下前面给出的那个操场跑道的例子，与这里的情形完全一样。如果你对比一下在托勒密本轮一均轮模型中那种烦琐的解释，就会发现哥白尼日心说的解释简明得多。

还有一点，记不记得前面说过的在托勒密的体系中，水星与金星的本轮中心永远固定在日地连线上，以此去解释水星和金星一直在太阳附近的现象？但对于日心说而言，这无非是水星与金星是地内行星的缘故，由于它们的轨道圆（事实上是椭圆，但这是后来开普勒发现的）在地球的轨道内部，所以看上去永远不会偏离太阳很远，而且哥白尼还能够计算出它们各自对太阳的最大张角。此外，日心体系已经得出了行星与太阳之间的距离关系，除了土星的数据误差稍大外，其余的数据与现代值都很接近。总之，日心体系只需要用行星自身的自转运动与绕太阳的公转就可以很好地解释观测到的天象，这是远远胜过托勒密的地方。

如果要说哥白尼体系最遗憾的地方，自然是他还没有放弃行星运动的圆轨道。这不应该指责他，不是他没有，而是那时他还没有改变的能力。古希腊拯救现象的信条依然统治着他的思想。在他看来，托勒密体系中引入我们前面谈到的那个对分圆是对拯救现象准则的一种违背，而他就是要把这种违背回归到匀速圆周运动。因此，就如那些常常抱怨精致的日心体系并不如地心体系简单得多的人而言，哥白尼为了更精确地解释行星运动，他不得不重新用到了本轮那样的机制。这样是不是把你搞糊涂了，到底日心说好在哪里，你可以这样去理解它？日心说在解释诸如行星逆行等问题上要比地心说简单、自然，但是为了解释行星更复杂的运动，日心说几乎与地心说一样繁杂。

特别要指出的是，日心说当时面临的主要责难与古希腊阿里斯塔克当时面临的问题完全一致，仍然是重物下落与恒星视差。前面对这两个问题只是提及了一下，这里解释下它们是必要的，因为下面的内容与它们密切相关。

所谓重物下落的责难是说，如果地球有自传（自西向东），那么垂直上抛的物体为什么还能落到原地，而不是落到抛出点的西边？因为在物体上抛运动的过程中，地球已经自西向东转过了一些距离。

P11-13

科学史学科的奠基人乔治·萨顿曾说过这样一句话，科学史是唯一可以反映出人类进步的历史。我深表赞同，人类探索自然奥秘的过程艰苦卓绝、可歌可泣。在这条征途上，有过徘徊，也有过暂时的退缩，甚至有令人不齿的欺诈，但历史的洪流涤荡了那些污浊与沉垢，才使得后来人可以像牛顿那样自信满怀地说“站在了巨人之肩”。

这本小册子是从科学史的汪洋大海中撷取的一些浪花，但为了能够使读者一窥大海的全貌，所以在浪花的遴选上就不得不面临遭受“英雄史观”诟病的危险。的确，诸如像哥白尼与牛顿还有书中的其他核心人物，都是读者耳熟能详的。本书作者能够为自己的这种遴选做出辩护的唯一理由是，正是这些人，或者说以他们为代表的一批科学巨匠，建构了近代科学的骨架。他们在各个领域取得的历史性突破，是科学进步，尤其是近代科学进步的里程碑事件。当然，为了适当矫正一点读者似乎已经厌倦的“英雄史观”（记住，矫枉过正同样是一种扭曲），本书作者还是尽可能把每一个重大科学突破前前后后的故事真实呈现，免得读者以为每一位科学人物就像是平原上突兀而起的峰峦。

科普作品不像文学作品，其主旨不应当是激发起读者在情感上的共鸣，而是与读者一道，体验或者欣赏人类在智识探索上的壮美。本书作者非常喜欢苏联著名科普作家别莱利曼的科普书，因为他总是尽力去挖掘科学本身所蕴含的美妙。常常有人说，科学破坏了自然本身的美。这句话真是浅薄，任何一位艺术家都无法想象得出恒星演化的绮丽或者宇宙星系的辽阔。科学拓展了美的世界，并且能够解释隐藏在事物表面背后的玄秘。也正因为如此，科学需要依赖于数学工具，从本质上帮助我们认识并理解自然。有的读者对数学有些天生的恐惧，无论多么有趣的科普书，只要有几个数学公式，总要被它们所吓倒。本书已经把数学公式降低到了最低限度的使用上，保留它们最基本的考虑是因为它们是帮助我们理解书中科学知识的钥匙，如果不用它们或者读的时候越过它们，尽管读起来可能会轻松一点，可是这会损伤你在科学上的理解。整本书用到的数学不涉及高等数学，因此不希望给那些讨厌数学的读者造成心理压力。

书中展现的这十大突破，是近代科学史上最瑰丽的诗篇。这里有飞瀑、有险滩；有激扬，有悲咽；有西天红霞，有东山皓月；有大漠孤烟直，有潮平两岸阔；有采菊东篱下，有独钓寒江雪；有一树春风千万枝，有北风卷地百草折。希望读者朋友在“明月松间照”的意境中，去欣赏科学故事中的“八千里路云和月”。

杨叔子

二〇一二.九.廿八