世界的和諧（復刻精裝版）

霍金逝世週年紀念 天文學＋物理學經典（復刻精裝版） 五百年來，中文版第一次出齊 霍金 主編、導讀 　　一六一八年，日耳曼天文學家克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)完成了他的曠世巨著──《世界的和諧》。有人是這麼形容這部作品：「一幅由科學、詩、哲學、神學與神祕主義編織成的宏偉宇宙景觀。」克卜勒用了五卷的篇幅，將他的和諧理論擴展到音樂、占星術、幾何學及天文學，開創了天文學的新紀元，這其中還包括了你我耳熟能詳的行星運動第三定律。簡言之，克卜勒發現了行星如何沿軌道運行，他的行星運動三大定律將太陽系用數學結成一體，更加肯定了哥白尼學說的正確性，也為六十年後牛頓的萬有引力學說帶來了攸關重大的啟發。

前言 　　「如果說我看得比別人更遠，那是因為我站在巨人的肩上。」伊薩克•牛頓在一六七六年致羅伯特•胡克的一封信中這樣寫道。儘管牛頓在這裏指的是他在光學上的發現，而不是指他關於引力和運動定律的更重要的工作，但這句話仍然不失為一種適當的評論——科學乃至整個文明是累積前進的，它的每項進展都建立在已有的成果之上。這就是本書的主題，從尼古拉•哥白尼提出地球繞太陽轉的劃時代主張，到愛因斯坦關於質量與能量使時空彎曲的同樣革命性的理論，本書用原始文獻來追溯我們關於天的圖景的演化歷程。這是一段動人心魄的傳奇之旅，因為無論是哥白尼還是愛因斯坦，都使我們對自己在萬事萬物中的位置的理解發生了深刻的變化。我們置身於宇宙中心的那種特權地位已然逝去，永恆和確定性已如往事雲煙，絕對的空間和時間也已經被橡膠布所取代了。 　　難怪這兩種理論都遭到了強烈的反對：哥白尼的理論受到了教廷的干預，相對論受到了納粹的壓制。我們現在有這樣一種傾向，即把亞里斯多德和托勒密關於太陽繞地球這個中心旋轉的較早的世界圖景斥之為幼稚的想法。然而，我們不應對此冷嘲熱諷，這種模型決非頭腦簡單的產物。它不僅把亞里斯多德關於地球是一個圓球而非扁平盤子的推論包含在內，而且在實現其主要功能，即出於占星術的目的而預言天體在天空中的視位置方面也是相當準確的。事實上，在這方面，它足以同一五四三年哥白尼所提出的地球與行星都繞太陽旋轉的異端主張相媲美。 　　伽利略之所以會認為哥白尼的主張令人信服，並不是因為它與觀測到的行星位置更相符，而是因為它的簡潔和優美，與之相對的則是托勒密模型中複雜的本輪。在《關於兩門新科學的對話》中，薩耳維亞蒂和薩格利多這兩個角色都提出了有說服力的論證來支持哥白尼，然而第三個角色辛普里修卻依然有可能為亞里斯多德和托勒密辯護，他堅持認為，實際上是地球處於靜止，太陽繞地球旋轉。 　　直到克卜勒開展的工作，日心模型才變得更加精確起來，之後牛頓賦予了它運動定律，地心圖景這才最終徹底喪失了可信性。這是我們宇宙觀的巨大轉變：如果我們不在中心，我們的存在還能有什麼重要性嗎？上帝或自然律為什麼要在乎從太陽算起的第三塊岩石上（這正是哥白尼留給我們的地方）發生了什麼呢？現代的科學家在尋求一個人在其中沒有任何地位的宇宙的解釋方面勝過了哥白尼。儘管這種研究在尋找支配宇宙的客觀的、非人格的定律方面是成功的，但它並沒有（至少是目前）解釋宇宙為什麼是這個樣子，而不是與定律相一致的許多可能宇宙中的另一個。 　　有些科學家會說，這種失敗只是暫時的，當我們找到終極的統一理論時，它將唯一地決定宇宙的狀態、引力的強度、電子的質量和電荷等。然而，宇宙的許多特徵（比如我們是在第三塊岩石上，而不是第二塊或第四塊這一事實）似乎是任意和偶然的，而不是由一個主要方程式所規定的。許多人（包括我自己）都覺得，要從簡單定律推出這樣一個複雜而有結構的宇宙，需要借助於所謂的「人擇原理」，它使我們重新回到了中心位置，而自哥白尼時代以來，我們已經謙恭到不再作此宣稱了。人擇原理基於這樣一個不言自明的事實，那就是在我們已知的產生（智慧？）生命的先決條件當中，如果宇宙不包含恆星、行星以及穩定的化合物，我們就不會提出關於宇宙本性的問題。即使終極理論能夠唯一地預測宇宙的狀態和它所包含的東西，這一狀態處在使生命得以可能的一個小子集中也只是一個驚人的巧合罷了。 　　然而，本書中的最後一位思想家阿爾伯特•愛因斯坦的著作卻提出了一種新的可能性。愛因斯坦曾對量子理論的發展起過重要的作用，量子理論認為，一個系統並不像我們可能認為的那樣只有單一的歷史，而是每種可能的歷史都有一些可能 性。愛因斯坦還幾乎單槍匹馬地創立了廣義相對論，在這種理論中，空間與時間是彎曲的，並且是動力學的。這意味著它們受量子理論的支配，宇宙本身具有每一種可能的形狀和歷史。這些歷史中的大多數都將非常不適於生命的成長，但也有極少數會具備一切所需的條件。這極少數歷史相比其他是否只有很小的可能性，這是無關緊要的，因為在無生命的宇宙中，將不會有人去觀察它們。但至少存在著一種歷史是生命可以成長的，我們自己就是證據，儘管可能不是智慧的證據。牛頓說他是「站在巨人的肩上」，但正如本書所清楚闡明的，我們對事物的理解並非只是基於前人的著作而穩步前行的。有時，正像面對哥白尼和愛因斯坦那樣，我們不得不向著一個新的世界圖景做出理智上的跨越。也許牛頓本應這樣說，「我把巨人的肩用做了跳板。」 霍金

第五卷：論天體運動完美的和諧以及由此得到的離心率、半徑和週期的起源 依據目前最為完善的天文學學說所建立的模型，以及業已取代托勒密、並被公認為正確的哥白尼和第谷•布拉赫的假說。 我正在進行一次神聖的討論，這是一首獻給上帝這位造物主的真正頌歌。我以為，虔誠不在於用大批公牛作犧牲給祂獻祭，也不在於用數不清的香料和肉桂給祂焚香，而在於首先自己領會祂的智慧是如何之高，能力是如何之大，善是如何之寬廣，然後再把這些傳授給別人。因為希望盡其所能為應當增色的東西增光添彩，而不去忌妒它的閃光之處，我把這看做至善之象徵；探尋一切可能使他美奐絕倫的東西，我把這看做非凡智慧之表現；履行他所頒佈的一切事務，我把這看作不可抗拒之偉力。 ——蓋倫，《論人體各部分的用處》，第三卷 序言 關於這個發現，我二十二年前發現天球之間存在著五種正多面體時就曾預言過；在我見到托勒密的《和聲學》（Harmonica）之前就已經堅信不移了；遠在我對此確信無疑以前，我曾以本書第五卷的標題向我的朋友允諾過；十六年前，我曾在一本出版的著作中堅持要對它進行研究。為了這個發現，我已把我一生中最好的歲月獻給了天文學事業，為此，我曾拜訪過第谷•布拉赫，並選擇在布拉格定居。最後，至高至善的上帝開啟了我的心靈，激起了我強烈的渴望，延續了我的生命，增強了我精神的力量，還惠允兩位慷慨仁慈的皇帝以及上奧地利地區的長官們滿足了我其餘的要求。我想說的是，當我在天文學領域完成了足夠多的工作之後，我終於撥雲見日，發現它甚至比我曾經預期的還要真實：連同第三卷中所闡明的一切，和諧的全部本質都可以在天體運動中找到，而且它所呈現出來的並不是我頭腦中曾經設想的那種模式（這還不是最令我興奮的），而是一種非常完美的迥然不同的方式。正當重建天體運動這項極為艱苦繁複的工作使我進退維谷之時，閱讀托勒密的《和聲學》極大地增強了我對這項工作的興趣和熱情。這本書是以抄本的形式寄給我的，寄送人是巴伐利亞的總督約翰•格奧格•赫瓦特（John George Herward）先生，一個為推進哲學而生的學識淵博的人。出人意料的是，我驚奇地發現，這本書的幾乎整個第三卷在一五○○年前就已經討論了天體的和諧。不過在那個時候，天文學還遠沒有成熟，托勒密通過一種不幸的嘗試，可能已經使人陷入了絕望。 他就像西塞羅（Cicero）筆下的西庇阿（Scipio），似乎講述了一個令人愜意的畢達哥拉斯之夢，卻沒有對哲學有所助益。然而醜陋的古代哲學竟能與時隔十五個世紀的我的想法完全一致，這極大地增強了我把這項工作繼續下去的力量。那麼多人的作用為何？事物的真正本 正是通過不同時代的不同闡釋者才把自身揭示給人類的。兩個把自己完全沉浸在對自然的思索當中的人，竟對世界的形構有著同樣的想法，這種觀念上的一致正是上帝的點化（套用一句希伯來人的慣用語），因為他們並沒有互為對方的嚮導。從十八個月前透進來的第一縷曙光，到三個月前的一天的豁然開朗，再到幾天前思想中那顆明澈的太陽開始盡放光芒，我始終勇往直前，百折不回。我要縱情享受那神聖的狂喜，以坦誠的告白盡情嘲弄人類：我竊取了埃及人的金瓶，卻用它們在遠離埃及疆界的地方給我的上帝築就了一座聖所。如果你們寬恕我，我將感到欣慰；如果你們申斥我，我將默默忍受。總之書是寫成了，骰子已經擲下去了，人們是現在讀它，還是將來子孫後代讀它，這都無關緊要。既然上帝為了他的研究者已經等了六千年，那就讓它為讀者等上一百年吧。 在開始探討這些問題以前，我想先請讀者銘記蒂邁歐（Timaeus）這位異教哲學家在開始討論同樣問題時所提出的勸誡。基督徒應當帶著極大的讚美之情去學習這段話，而如果他們沒有遵照這些話去做，那就應當感到羞愧。這段話是這樣的： 蘇格拉底，凡是稍微有一點頭腦的人，在每件事情開始的時候總要求助於神，無論這件事情是大是小；我們也不例外，如果我們不是完全喪失理智的話，要想討論宇宙的本性，考察它的起源，或者要是沒有起源的話，它是如何存在的，我們當然也必須向男女眾神求助，祈求我們所說的話首先能夠得到諸神的首肯，其次也能為你所接受。