
托马斯·利文森
水星是距离太阳最近的行星,在几个世纪的观测中,人们发现水星轨道存在轻微的扰动。这与牛顿理论所预言的行星行为有些许偏差。为了解释这种现象,根据牛顿万有引力定律,法国天文学家勒威耶进行了计算,于1859年提出假设:水星轨道内尚有一颗未被人们发现的行星。他还以罗马神话中火神的名字(Vulcan)为之命名(对应中文译名即“祝融星”)。此后,人们开始疯狂地寻找这颗行星,但除了一位乡间业余天文学家声称目击了它之外,没人能再次证实它的存在。1915年,爱因斯坦的广义相对论体系构建完成,首先解决的问题就是解释水星轨道的扰动现象。自此证实:祝融星并不存在。
总觉得现在孩子们的科学学习顺序有问题,没有这样的宏大科学发展史的大背景,就被拖拽这来思考力学,这样真的对吗?我觉得是不对的,认为跳过感性认知来锻炼逻辑和抽象思维,这就是拔苗助长。他们应该在小学高阶段开始大量阅读科学发展史的书籍,像本书这样的脚手架书籍,融合了趣味性、理论的整体性、问题的背景性于一体,是极其锻炼视野、锤炼思维,同时最重要,发现了科学的美! 再来说说这本书的主要内容: 本书以 “祝融星” 的假设、追寻与证伪为线索,串联起牛顿力学与爱因斯坦广义相对论的科学交锋史,清晰呈现了 19 至 20 世纪天文学与物理学领域的认知变革过程。 全书始于牛顿引力理论的 “成功惯性”。牛顿提出的引力概念精准解释了行星运行规律,不仅成功预测彗星轨道,天文学家勒维耶还依据该理论,通过计算锁定了干扰天王星运动的海王星位置 —— 这一 “笔尖上的发现” 让牛顿理论成为天文学界的 “权威准则”。当观测发现水星轨道存在轻微扰动,与牛顿理论预言不符时,学界未质疑理论本身,而是延续 “补全理论” 的思路,勒维耶于 1859 年提出假设:水星轨道内侧存在一颗未被发现的行星,并将其命名为 “祝融星”(罗马神话中火神伏尔甘的中文译名)。 此后近 60 年,全球天文学家投入 “追捕祝融星” 的行动:通过日食观测、星图比对等方式寻找其踪迹,期间多次传出 “发现祝融星” 的消息,但均因缺乏确凿证据无法证实,这场追寻始终未获实质性突破。 1915 年,爱因斯坦完成广义相对论体系构建,在普鲁士科学院的演讲中,他从理论层面证明祝融星并不存在。爱因斯坦提出,引力本质是时空的性质,太阳引力会使周围空间弯曲,水星轨道的异常运行正是这一现象的体现,并非由祝融星干扰导致。这一理论不仅重新解释了水星轨道问题,更颠覆了传统宇宙观,宣告了基于牛顿理论推导的 “祝融星” 假设的终结。 除了梳理 “祝融星” 相关的科学事件,书中还揭示了科学发展的内在逻辑:科学认知并非直线前进,而是在假设、验证、修正与突破中循环推进。牛顿理论在宏观低速场景下的有效性,让学界形成思维定式;而爱因斯坦突破既有框架,以新理论填补认知空白,展现了科学探索中 “质疑权威、追求真相” 的核心特质。 总体而言,《追捕祝融星》以清晰的叙事脉络,将复杂的科学理论与历史事件相结合,既还原了特定时期的科学研究历程,也为读者理解科学认知的演进规律提供了典型案例,是一部兼具知识性与可读性的科学史著作。
我把科学定义成人类在不断否定自我,螺旋式寻找无限的过程。 从牛顿到爱因斯坦到普朗克,从经典力学到相对论到量子力学。。。科学没有对错,我们只是不断地开阔了眼界,从身边到地球到宇宙,我们虽然渺小,但科学让我们永不放弃。 祝融星在科学史上是一个特别的存在。它诞生于牛顿力学理论,终结于爱因斯坦相对论。它半个世纪的寿命刚好见证了人类宇宙知识体系的一次飞跃,爱因斯坦带领人类重新认识了宇宙。 对于这颗从未存在的祝融星的问题,《追捕祝融星》的作者这样写道:“所有其他天体的行为都能通过牛顿学说得到令人满意的解释,因此可以肯定地说,祝融星问题的答案一定不在星辰之中,而是隐藏在人类的无知中。” 我们不应以后见之明来怀疑甚至全盘否定勒威耶推测出祝融星存在的合理性。他的推测基于当时世人崇拜的牛顿力学理论体系,又有他引以为傲的数学计算做支撑,更何况他曾有过通过类似计算发现海王星的让他成名的科学成就。成功的历史经验和由此带来的自信,让他对自己的推测深信不疑,更让他忽略了另外的可能——“问题到底应该归咎于‘分析误差还是……我们对天体力学知识的认识还不够充分’”,最终坚持在错误的方向寻求不可能的答案。 经验是一把双刃剑,有时候我们凭着成熟的经验让新问题迎刃而解,但另一些时候,经验的确会局限我们的视野,让我们在错误的范围内原地打转。祝融星的历史退场,也在告诉我们,不能过度拘泥于经验。当经验把我们引入弯路的时候,果断摒弃经验,才能拥抱新知。 怎样避免这种心态的影响呢?或许应该淡化内心对某个理论或假设的渴望,冷静地信任实验结果。《追捕祝融星》的作者给出了他的建议,“如同费曼所言:‘无论理论多么优雅,只有它的预言符合实验结果,我们才能相信它是对自然的有效描述。’对物理学和所有的实验科学来说,‘实验至高无上’”。不管是对实验科学研究还是实际生活中的事物,这个建议都适用。
很好读的一本书,以祝融星的发现、搜寻和被判死刑为线索,梳理了从牛顿到拉普拉斯到爱因斯坦的物理学理论在天文学方面的发展,虽然硬核干货比较少,但在这本书里记录了一些科学家在科研之外的背景故事,比如勒威耶为了权力和荣誉违背科研道德,爱因斯坦对战争的厌恶和对同僚利用科学制造杀人武器的痛恨,侧面反应了科学精神的可贵,相比之下爱因斯坦真的是太伟大了,感动! 内容梳理: 天王星、海王星的相继发现捍卫了牛顿坚不可摧的地位,人们相信牛顿定律可以解释一切自然现象和宇宙运行的规律。即便按照牛顿力学运算到水星轨道近日点有进动,沉浸在发现海王星带来的荣耀与地位中的勒威耶不允许质疑万有引力定律有问题,而是认定水星和太阳轨道之间存在着一颗或多颗内行星造成进动。于是,大家开始寻找这颗未知天体,然而没有一个人,除了一位乡村医生观测到它的存在,这就是祝融星。然而祝融星就像那只薛定谔的猫无从寻觅,困扰了人们几十年,水星轨道波动异常无从解释,直到爱因斯坦提出相对论,很好地解释了由于太阳的巨大质量导致时空发生凹陷,造成水星近日点进动43秒,宣告了祝融星不存在的事实。 之前一直好奇宇宙大爆炸那么久远的事情,科学家是怎么推算出来的,这本书里有提到真的好惊喜,虽然不是很懂微波背景为什么到1964年才被发现,不过算是一个启发的小窗口。 我们之所以能对宇宙诞生之初发生的情形有所了解,主要是因为在宇宙大爆炸——时间、空间、能量和质量突然出现的那一刻留下了余晖的快照,也叫做宇宙微波背景,宇宙微波背景于1964年被发现(同年,关于希格斯粒子的思想首次被提出),这种来自微波背景辐射的均匀“嘶嘶”声为科学家提供了新的机会:通过回溯推算产生宇宙微波背景的大爆炸过程,我们能够测量宇宙极早期的细节和属性。
被简介的浪漫骗了进来,毫无头绪地看了大半天理科里我最不擅长的物理和文科里我最不擅长的历史……但是仍然对此书致以崇高的敬意。注释出处等内容几乎占了全文的30%,不愧是严谨的理科人! 敬这个科学而理性的宇宙。
追捕祝融星后记 这是一个从牛顿差一点就无法被发现的草稿研究开始的故事:他建立的牢不可破的行星体系出现裂缝,各路科学家抓住手中仅有的证据,陷入追捕祝融星的狂欢。而派对结束,什么结果都没有,无能为力的大多数人只能选择忽视头顶的乌云。而爱因斯坦像一根扎在湖底的杆子,凭借着强大、坚定而聪明的头脑,破解这道难题。 没想到也能在一个记录科学轶闻的书中看到一战,这让我一直想起刚看完的巨人的陨落,虽然知道这些事发生的年代是重合的,但总是对战争的影响有着片面化的认识,好像各行各业都在干着和之前一样的事情,但其实不太一样,就像是在当下的战争中,我的工作内容也会因此而受到影响。也才明白过来在这过程中的人们是怎样的忍耐着,不管是之前鼓吹战争的还是希望和平的人。 术业有专攻,我一直都很理解和接受科学家也可以有低俗的道德观和政治思想,但不论在这本书里,还是在之前看过的纪录片或网上的信息中,我都觉得阿尔伯特·爱因斯坦这个人太有趣了。因此我决定接下来看一下他的相关传记。
太精彩了!! 回忆起了高中时期担任物理课代表,每节课被老师叫上黑板写题,当时学天体的第一堂课,我背不下来公式就在黑板上推导,另一个物课先写完就下了。最后老师检验结果,我的什么都没少,他少了平方,有人少g或T,老师就说不要背,推一遍就清清楚楚了,说来神奇,那之后我还真没错过。 回到本篇,我也是第一次知道祝融星这段历史,高中课本上牛顿三大定律作为力学基石,后面衔接着天体,一下从地球的力对力的碰撞飞跃到了宇宙,那么为什么跨度会如此之大?原来是祝融星的证伪。 牛顿建立起了整个物理学的基础,人们选择运用牛顿万有引力定律解释宇宙的奥秘。勒威耶运用牛顿定律在“笔尖上”发现了海王星,更证实了这个伟大定律的正确性。但水星轨道的异常问题仍困扰了天文学家多年,无法用牛顿定律解释,勒威耶则沿用先前发现海王星的办法,提出水星轨道内还存在一颗未知的行星一一祝融星,于是,人们开始了漫长的猎星之旅。但是爱因斯坦的目光则没有聚焦于祝融星,反而将牛顿定律其应用于解决水星近日点异常进动,提出了狭义相对论(只适用于匀速直线运动参考系),为了调和狭义相对论与牛顿理论之间的不一致,他最终发现了引力扭曲了时间。从E=mc平方中知道,能量和质量是等价的,势能的改变将引起质能总量的改变,因此作用于物体上的引力强度也发生了改变,即广义相对论———等式的一边是时空,另一边是质能,二者合在一起,便是宇宙 至此,祝融星彻底消失,水星只是受引力沿着扭曲思维曲线运动罢了。爱因斯坦带着跨时代的意义摧毁了祝融星,同时也重新想象了宇宙。 最后提及一下这本书我最喜欢的言简意赅的引言 我们心目中,早已习惯科学故事具有这样种框架:伟大的科学家提出了革命性的新思想,没有人接纳他;个别的英雄单枪匹马突破封锁,终于验证了这一切。人们最终接纳了新思想,战胜了传统的束缚。 但事实,是这样简单吗?实验已经过去了 100年,争吵却没有停止。 祝融星的出现到证伪代表着物理学的演算过程,理论-观测-偏差-观测修正-观测修正失败-理论修正-新理论,没有幸运的个别英雄能那么轻易的一次单枪匹马的冲破封锁,争吵从未停止,陆地上的人类得以越来越接近浩瀚的宇宙。
很美好的一段阅读历程,从牛顿对宇宙到爱因斯坦的宇宙,我无比庆幸能用这本通俗易懂的读物了解到它们。让我特别感概的是“要得到一个人想要的或者期望得到的结果简直太简单了”和“在严密、理性、完全实证性的科学世界里,“渴望”没有一丝用处”我终于切实感悟到科学精神这四个字的意义,爱因斯坦在战争中的经历也让我🥲希望战火永熄,但人类探索宇宙时点起的星火永存
牛顿引力解释天王星的轨道异常是受到了未知天体的吸引,于是隐匿的海王星被发现。引力能让天体彼此吸引,也局限了人类的视野。 路径依赖让人类坚信水星的异常背后一定隐藏了一颗“祝融星”等待被发现,苦苦追寻却不见踪影。直到广义相对论出现,引力不再是一种力,而是时空固有的动态的几何属性,是质量、能量和密度形成了时空的特定形状。而水星轨道就滑落向太阳周围的时空凹坑中。 牛顿体系与海王星的拟合形成了对“祝融星”的痴迷,而爱因斯坦深受休谟、马赫的批判性思维影响:定律是现象发生条件的描述,起源于经验的知识是靠不住的,因为无法证明未来不会变化。同时非欧几何成熟,有了描述弯曲时空的数学语言。于是幽灵行星“祝融”消失,水星只是沿着四维的曲线运动…… Einstein场方程规定了质能决定时空的曲率,时空决定质能的运动,因此时空不可能静止,宇宙必须膨胀或收缩。当宇宙膨胀加速到无限大,连夸克也被撕碎;或密度无限大,光也无法逃逸。时空本身不再连贯,因果结构失去意义。此后,就再也没什么能描述此后。 为什么是爱因斯坦?因为他从小就擅长对身边的现象在脑中进行思想实验,十几岁就对麦克斯韦方程开始痴迷,优越的条件让他早早就接触了先进的哲学和数学。知识的密度和广度决定他是最快使用数学描述弯曲时空的人。尤其是哲学,他称马赫具有铁一般的独立性和锐利的怀疑精神。他能读懂康德、叔本华、休谟的书,这些哲学让他坚信物理学应该具有简洁的美感。他视科学为高级追求,工作生活的间隙全在进行研究。不知道这种奖励通路是如何打通的,也许也就是研究科学的天选之人。
天文爱好者必读。 很多人都知道《那颗星星不在星图上》描述的太阳系范围的扩大过程:赫歇耳发现天王星,而亚当斯和勒维耶共同通过计算发现了海王星,但很少有人知道勒维耶还计算了“水内行星”的轨道。由于当时科学的限制,这个假想的天体最终被爱因斯坦的相对论证明并不存在。 这两本书都值得一看,人类从未停止对未知的探索。
“大胆质疑、打破传统、勇于想象,这永远是科学不断前进的动力。古往今来,总是有先行者不囿于窠臼,而科学就在这些勇士的脚下不断进步。”断断续续读完了这本物理学天文学相关的书籍,物理以其严谨性散发着独特的魅力,期待爱因斯坦场方程理论和现实碰撞,涌现更多不一样的火花。在我读高中的时刻,如果曾有幸透过此书一览物理的乐趣,当时的选科或许会有不同。