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| 編輯推薦： |
★ 从八个划时代科学革命中读出科学之美，全面梳理了科学发展历程中的里程碑事件：开普勒三大定律、伽利略的惯性定律和牛顿三大定律、热量守恒定律、法拉第的电磁感应学说和电解定律、光的波动学说、神经传导机制、大脑信息处理机制和遗传机制的发现。
★ 涵盖天体力学→热力学→电磁学→光学→神经科学→脑科学→遗传学7大学科。这些学科的顺序是按历史发展衔接顺序讲述的，不能相反或是其他顺序，是人类科学认识世界的一层层递进；点出了不同学科之间不是孤立发展的，还有相辅相成的关系。
★ 科学大历史与科学家个人史相融合。个人史使人物有血有肉、故事性强（如人物性格、婚姻）；大历史背景交代让人能把科学家放到他生活的时空中去定位（如法拉第去法国时正值拿破仑和英国打仗，只好化妆成英国化学家汉弗里·戴维的男仆）。
★ 历史叙述中夹叙科学原理，使原理更接地气，不是无源之水、无本之木。话题聚焦。快速获得对曾经划时代的科学发现的认识。
★ 66幅原理插图，画龙点睛，降低理解难度。让人体会到科学实验的严谨与优雅。科学中的优雅不一定像服装或举止中的优雅一样，而在于它的简洁和用最少的步骤来解释的能力。
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| 內容簡介： |
人们通常将优雅与艺术、时尚设计、诗歌和舞蹈联系在一起，但事实上，优雅的概念在科学发现中同样至关重要。在本书中，格林引用了大量例子来展示科学中的优雅，从毕达哥拉斯定理和阿基米德的证明到开普勒定律，证明热本质的实验，以及促使沃森和克里克发现DNA结构的几个非凡事件。
对科学家来说，优雅意味着美、简单、清晰和匀称，而优雅的解决方案则代表着令人惊叹且不可改变的正确性。
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| 關於作者： |
伊恩·格林（Ian Glynn）
生理学家、英国皇家学会会士、欧洲科学院院士、剑桥大学生理学名誉教授、剑桥大学三一学院副院长。
1946年，格林进入剑桥大学三一学院学习医学，师从艾伦·霍奇金（1963年诺贝尔生理学或医学奖得主）。由于钠钾泵方面的研究，于1970年当选为英国皇家学会会士和美国艺术与科学院荣誉外籍院士。1980—1986年，担任剑桥大学三一学院副院长。1986年，担任剑桥大学生理学教授，退休后则成为名誉教授。1989年，当选为欧洲科学院院士。
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| 目錄：
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前言
第1章 优雅的含义
第2章 天体力学：通向牛顿的路途
第3章 把天堂带入凡尘
第4章 热是什么
第5章 优雅与电
第6章 重新认识光：托马斯·杨的故事
第7章 神经如何工作
第8章 大脑中的信息处理
第9章 遗传密码
第10章 尾声：一则警示故事
附录
注释
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| 內容試閱：
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许多年前，剑桥大学一个本科生科学社团邀请我就自己的研究做一个讲座。恰好当时我和同事刚刚得到了一些非常有趣的实验结果，但我们还不确定这些结果以及我们对它们的解释是否合理。一方面，谈论可能在以后被证伪的研究结论是一种轻率的行为；另一方面，当时人们的注意力正聚焦于眼下的实验，所以谈论较早的实验似乎也不是很有吸引力。因此，在这种情况下，我提议，或许我们可以谈谈我从学生时代起就感兴趣的一个话题，即科学中的优雅和魅力。众所周知，数学家（尤其是纯粹数学家）会因为优雅而激动万分。尽管科学家们很少谈论它，但在很多科学领域，优雅的理论和优雅的实验确实给人们带来了极大的乐趣——不仅仅是对提出者而言。总之，我的提议被接受，讲座如期举行。我当时就在想，这个论题是不是可以扩展成一本书。
讲座已经过去了很多年，直到近年，我才有时间认真思考写这本书。但要写成这本书，存在两个明显的困难：首先，要欣赏某个理论或实验的优雅，读者需要了解该理论或实验产生时相关领域的发展状况，而优雅的理论和实验已经存在了很长时间。因此，不可避免的是，每一个主题都必须放在特定的历史背景中看待。幸运的是，其中所涉及的许多科学家的迷人性格，会让必要的题外史实介绍成为一种额外的乐趣（这也是我想要看到的结果）。
其次，由于优雅存在于科学的所有分支，从最纯粹的数学到临床神经学，我需要用一种能让不熟悉特定领域的读者也可以理解的方式去介绍它们。因此，在本书的大部分内容中，我排除了过于复杂或需要过多数学知识的主题，而在没有排除的地方，我要么在文中明确说明了其特点，要么将讨论放在了附录中。当然，许多优雅的理论和实验都很有名，但选择主题时，我试图表明，这样的理论和实验同样存在于那些不经常使用“优雅”一词的领域。由于本书不是目录册，而且我希望它能简短一些，所以许多读者可能会发现他们最喜欢的一些案例没有被提及。
在写这本书的过程中，我获得了我的同事、朋友和家人的极大帮助。数学家、神经科学家、分子生物学家和物理学家格雷姆·米奇森（Graeme Mitchison）针对各主题给予了我有益的建议和批评。对于数学和物理科学方面的建议，我感谢贝拉·博洛巴斯（Béla Bollobas）、安森·张（Anson Cheung）、 马 丁· 考 利（Martin Cowley）、 约 翰· 戴 维 森（John Davidson）、玛丽·法格（Marie Farge）、蒂姆·高尔斯（Tim Gowers）、休·亨特（Hugh Hunt）、戴维·赫梅利尼茨基（David Khmelnitskii）、彼得·利特尔伍德（Peter Littlewood）、皮埃罗·米廖拉托（Piero Migliorato）、克里斯·莫利（Chris Morley）、休·奥斯本（Hugh Osborn）、马尔科姆·佩里（Malcolm Perry）、马丁·里斯（Martin Rees）、戈登·斯奎尔（Gordon Squires）和彼得·斯温纳顿 -戴耶（Peter Swinnerton-Dyer）。对于生物科学和医学方面的建议，我感谢霍勒斯·巴洛（Horace Barlow）、迈克尔·贝里奇（Michael Berridge）、安德鲁·克劳福德（Andrew Crawford）、道格·费伦（Doug Fearon）、安德鲁·赫胥黎（Andrew Huxley）、亚伦·克鲁格（Aaron Klug）、楠川幸子、约翰·莫伦（John Mollon）、迈克尔·纽伯格 （Michael Neuberger）和奈杰尔·安温（Nigel Unwin）。我家里的不同成 员——跨越了三代，能够对我关于一些主题的探讨提供专业的意见，并帮助我评估“聪明的普通人”读到我对其他主题的探讨将作何反应。我尤其要感谢我的妻子，她以无尽的耐心和技巧对文本中需要改进的地方提出了建议。最后，我必须感谢我的经纪人费丽丝蒂·布莱恩（Felicity Bryan）和我的编辑拉达·梅侬（Latha Menon）以及她牛津大学出版社的同事，感谢他们在本书制作的各个环节给予的鼓励、建议和理解。
天体力学： 通向牛顿的路途
自然和自然规律隐没于黑夜中，上帝说：“让牛顿降生吧！” 遂一片光明。
——亚历山大·波普（Alexander Pope，1688—1744年）
牛顿的运动定律和万有引力定律不仅优雅地解释了自古巴比伦时代以来的大量天文观测现象，还被证明是现代物理学发展的重要一步。我们都非常熟悉某个版本的牛顿和苹果的故事，但要理解牛顿的成就，我们需要了解他当时所处学界的状况。而要做到这一点，我们需要看
看人类对宇宙的看法——从托勒密时代（公元 2世纪）到 16世纪初，这些观点几乎没有发生任何变化——是如何在接下来的一个半世纪里，由 4位性格迥异、非凡而迷人的科学家发展起来的。这 4位科学家分别是尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus，波兰人）、约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler，德国人）、第谷·布拉赫（Tycho Brahe，丹麦人）和伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，意大利人），正是他们的工作为牛顿在这一领域能有所建树奠定了基础，顺便还为优雅和不怎么优雅的科学提供了有趣案例。
我们首先要从天文学家、数学家和地理学家托勒密（Ptolemy）说起，因为他于亚历山大城写成的那部巨著中的宇宙观，在接下来约 14个世纪里被人们普遍推崇。遵循古典希腊的传统，他认为，地球是一个位于宇宙中心的完美球体，太阳、月球和行星在同心圆轨道上绕着地球运动，它们的轨道直径依次增加：月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星。“固
定星”——因为相对于彼此的位置没有变化而得名，被认为附着在一个以地球为中心旋转的最外层球体的内表面。
柏拉图和亚里士多德认为，所有天体都在以恒定的速度做完美的圆周运动，但这很难与观察到的行星运动相吻合。因为行星有时似乎会加速和减速，甚至停止或逆行。为了解释这些现象，后来的希腊天文学家以及托勒密本人提出几个巧妙的假说，我们在此不再探讨。
有趣的是，托勒密认为他最终设计的奇妙系统只是用于描述和预测行星运动的工具，包含 39个（理论上的）轮子（如果算上带“固定星”的最外层球体，是 40个）。在这方面，它相当成功，精确（仅需稍加修正）得足以让哥伦布和瓦斯科·达·伽马在 15世纪用于航海导航。托勒密不认为它可以作为这些运动起因的可能指南。鉴于其神圣属性，人们不应指望天体遵循与凡间物体相同的运动规律。
直到充满怀疑精神的 16世纪初，被大众接受了很长时间的托勒密系统开始受到天文学家的怀疑。托勒密曾考虑过一种可能性，即“固定星”的明显自转可能是地球自转的结果，但这被认为是荒谬的。尼古拉斯·哥白尼［他本来的姓氏是“Koppernigk”，后来被他改成了拉丁化的“Copernicus”（缘于其父亲是个铜商）］在著作中重新考虑了这种可能性，并复兴了另一个希腊理论，即太阳是宇宙的中心。除了基本的“日心说”，哥白尼的工作并没有引人注目的优雅之处，也就是没有优雅的新理论、新实验或新证明。对行星运动的预测和对这些运动的观察之间的一致性仍然依赖于托勒密使用过的 3种假说中的 2种，而且最初使用“日心说”理论做出的预测误差更大。另外，还有一个更深层次的担忧，即哥白尼毫不怀
疑地球在运动，但那种认为能够描述地球和所有行星运动的复杂理论机制与真实空间中的真实体系相对应的想法是站不住脚的。如果这个想法不成立，他面临的状况和托密勒的就非常接近了，即他能够描述和预测行星的运动，却不知道是什么原因导致它们运动，以及为什么它们以这样的方式运动。他不同意托勒密的安慰性观点，即不要期望天体与凡间物体遵循相
同的运动规律。然而，通过复兴“日心说”，他在 1543年弥留之际发表的伟大著作《天体运行论》被证明具有极其重要的意义。
开普勒最终解决了哥白尼的许多难题，并对行星的运行轨道提供了更加清晰的见解。1571年，在哥白尼出生近一个世纪后，开普勒出生在德国西南部一个名叫魏尔德尔斯坦特（Weil der Stadt）的小镇。他的祖父是那里的镇长；他的父亲后来抛妻弃子，险些被绞死；抚养他母亲的祖母被当作女巫烧死；他母亲在年老时也被指控使用巫术，并受到被烧死的警告。开普勒的一生可谓充满了灾祸，他一共有 6个弟弟妹妹，其中 3个在童年时就死了，还有 1个患有癫痫病。开普勒本人是早产儿，小时候也经常生病，4岁时差点死于天花，而且视力还有缺陷——可能是天花造成的。成年后，他依然记得 6岁时，也就是 1577年，母亲带着他去看“大彗星”的情景。9岁时，他看了一次月食，并注意到月亮看起来相当红。
孩童时期的开普勒没有按时就学，但他后来从信奉新教的符腾堡公爵用没收自修道院的钱建立的高效学校系统（为“敬畏上帝”的贫苦男孩提供完整的奖学金）中获益良多。20岁时，他从图宾根大学毕业。他的兴趣一直是哲学、数学和天文学，但这时他又开始了为期 3年的神学课程，目标是成为一名路德教牧师。当课程进行到一半时，有人向他提供了一个在格拉茨新教学校教授数学和天文学的职位，一番犹豫之后他接受了，从而避免了成为牧师的命运。
尽管开普勒是哥白尼体系的热心支持者，但他在格拉茨的早期工作带有浓厚的毕达哥拉斯学派神秘主义者的味道，追求天球中的和谐。有一天，在课堂上画图时，他突然意识到，如果你画一个圆的内接等边三角形，然后再为这个三角形画一个内切圆（见图 10），那么这两个圆的相对大小看起来与土星和木星轨道的差不多。他继续思考：如果他在内圆内画一个内
接正方形，再在正方形内画一个更小的内切圆，那么这个更小的圆的尺寸与火星轨道是否成比例？他能不能用五边形、六边形和七边形重复这一过程，得到地球、金星和水星的轨道？他做了这个实验，但没有成功。这时他又想到，由于宇宙是三维的，使用多边形非常愚蠢：“为什么要寻找二维图形来匹配空间轨道？我们应该寻找三维形体。”那么，明显可使用的
形体——因为正如古希腊人所证明的那样，它们是唯一完全对称的三维形体（每个形体都由相同的多边形面相接而成）——“柏拉图多面体”（见图 11）。这样的多面体有 5个：四面体（由 4个等边三角形围成的三面金字塔）、立方体（由 6个正方形围成）、八面体（由 8个等边三角形围成）、 十二面体（由12个五边形围成），以及二十面体（由 20个等边三角形围成）只有 5个柏拉图多面体这一事实耐人寻味，因为 6颗行星轨道之间只有5个空隙，所以如果每个多面体只使用1次，而且开普勒的假设是正确的，它就可以解释为什么只有6颗行星（包括地球）。
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