自然科学总论
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141千字
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2018-09-01
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主编推荐语
本书是一次关于生命、物理、现代科技的深入思考,探究人类一直以来最关注的本质问题——时间的流逝。
内容简介
时间早被科学标上了刻度:我们知道宇宙的年龄和生命进化的复杂过程,我们探索基因的遗传机制,体验飞速的交流方式,沉浸在社会的加速运转之中。而我们自己,从数以百计的生物节律来讲,就是时间本身。但我们并不清楚在我们处在时间的哪一个薄弱微小的节点之上:有了爱因斯坦的相对论知识,才使得GPS系统技术成为可能;得益于时空对称性的破裂,物质和反物质才避免了一场厮杀,我们的宇宙才有了物质的存在;我们可以将一个普通细胞转变成干细胞,让它有能力再生新机体,这就好比在时间里逆行……这本探讨时间和记忆之间的科学界限的书想要邀请读者一起思考,一起为我们生活的宇宙感到惊奇。
目录
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版权信息
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内容简介
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作者简介
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前言
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第一部分 时间
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节奏、摸索与破坏:生命中的时间
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1. 时间的调节性:生物钟与多样节奏
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2. 时间的创造性:进化、发育、文化
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3. 时间的毁灭性:衰老与死亡
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4. 时间心理学:急躁、焦虑、回忆
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5. 时间的富饶与灾难
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规则、混乱与起源:宇宙的时间
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6. 时间的单位与测量:标准与钟表
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7. 经典力学与量子力学中的时间:决定性、预见性、随机、混沌
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8. 相对论与时间:时间膨胀与时间旅行
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9. 宇宙学:时间的起始与终点
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10. 热力学:时间之箭
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11. 时间之繁茂与谜团
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第二部分 记忆
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遗传、回忆与伤痛:生命的记忆
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12. 遗传记忆:身份与遗传
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13. 神经记忆:从神经网络到有意识的自我
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14. 免疫记忆:“我”与另一个“我”的斗争
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15. 永生的诱惑
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常数、守恒与对称:宇宙的记忆
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16. 守恒定律:物理统计学中不变的平衡
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17. 基本物理常数:宇宙身份的数学编码
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18. 对称性与对称性破缺:不完美的繁殖力
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19. 永恒的光辉
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尾声 时间迷宫
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专业词汇表 60个术语及其与时间的关系
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参考书目
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每日一书:《时间迷宫:生命和宇宙中的时间与记忆》。时间,是流动着的,是正在发生的,是神明般的永恒存在;而记忆,是静止的,是已经发生的,是万物般的昙花一现。时间,是流动着的,是正在发生的,是神明般的永恒存在;而记忆,是静止的,是已经发生的,是万物般的昙花一现。时间与记忆分别是现实与生命的两个方面,这两个方面的冲突性与互补性一直都是哲学、科学和神学最古老的问题之一,是文学和艺术最丰富的素材之一,同时也是科技与医学发展最具决定性的动力之一。尽管科学与哲学的关系早已从最初的难舍难分演化至如今的渐行渐远,但很多科学命题仍有其深远的哲学根基,同样地,很多新的科学发现又启发着新的哲学探索。关于时间与记忆的问题是最令人着迷,也是最令人费解的问题之一。我的科学专长是物理学,物理学是在时间问题上探讨得最如火如荼的学科领域之一,这不仅体现在物理学对其理论基础的探究上,也体现在对其实际运用的探讨上,而且物理学总是能引起人们对现实的整体性思考。同样地,生物学总是以时间为无处不在的背景帷幕,以时间作为无可回避的组织和破坏因子,故而在对时间进行科学性与哲学性的思考时也无法规避生物学。无法规避的还有那些不计其数的科技发展成果,这些科技发展成果深刻地改变和塑造了我们度过时间的方式。此外,心理学、社会学和历史学也提出了它们对于时间的思考。我们关于时间的思考是如此多元化!我尝试勾勒出关于这些主题的科学研究的概览图:提出怎样的问题、引起怎样的惊讶、激发怎样的观点,以及与哲学有怎样的关系。我试图不把这本书写成一部百科全书,而是写作一部简单而直观的作品就已足矣,于其中我将以较为粗线条的方式描绘出时间的各个方面:因为倘若在书中填充了过多的细节,或者添加些新鲜时讯,又或者描述些奇闻逸事,书的篇幅就可能成倍地增加,但是我希望专注于那些更能助益整体性思考的核心思想。若是真的要了解这些问题的迷人之处 —— 这已然超越我的描述能力之外 —— 那么每一个章节都可以轻易地被编写成另一本书,只是如此长篇累牍,势必会影响读者对整体性的把握。在公元前 5 世纪,赫拉克利特和巴门尼德就提出了对世界的两种不同认识。赫拉克利特认为,世界的存在形式是持续流动着的,但巴门尼德认为世界的真实性在于它的永恒不变。这对于时间与记忆,或者说对于变化和静止的这两种截然相反的观点一直以来都标记着西方文化,也影响着对物质、时间和人类概念的界定,而这种影响也被投射在了现代科学与生活的层面上。对于时间的理解方式甚至反映在我们对世界的探索和我们的生存方式上。科学探索的对象是可重复、可控制的现象,而不是那些具有唯一性和特殊性的现象,这些现象是神秘主义、个人兴趣,以及文学和艺术探索的目标。科学探索的是宇宙和生命的起源、演化过程和其最终的结束方式,但并不研究其整体性及意义,而正是这些在科学研究之外的内容,对时间的感知和理解有着重大的影响。本书的第一部分探讨的是在生物学和物理学框架下的时间,并且审视了时间对于生命的意义,包括生物节奏、进化、衰老和死亡,还讨论了时间对于宇宙的意义,其中涉及了力学、相对论、宇宙学和热力学。第二部分讨论的是记忆与静止,即时间的对立面,对它们的探讨反而使我们对时间形成了更复杂、更丰富的见解。对时间的对立面的探讨,把我们引入对生物学中生命的稳定不变的因素的研究,包括遗传、神经元和免疫记忆,也把我们引入了对物理学中世界的恒定不变因素的研究,包括守恒定律,普适常数与对称性。如此宏大的课题需要概括与组合,而这两者又最能推动我们的创造力。尽管我们在这里以探讨科学为主,但不可不提的是 20 世纪以来,技术比科学更深刻地改变了个人乃至社会对时间和记忆的感知与体验。天文望远镜延展了天空的界限,使我们发现了一个动态的宇宙,让我们能够探究宇宙的年龄;时间测量的精准度被提升到了前所未有的高度,超越了人类任何的经验与直觉;随着医学的进步,人的寿命显著延长,世界人口大量地增加,老年人群的比重也不断上升,在现代社会,对死亡的思考早已不见踪迹,尽管在电影和新闻中仍屡见不鲜,但是终究浅显庸俗;临床医学对死亡时间的界定更为精确了,但是富有争议的是,介乎生存与死亡之间的时间却因为现代医学的进步而延长了。速度一直是 20 世纪的文化常量之一 —— 这是对未来派和先锋派多么大的鼓舞!知识的更新、发明的周期和生活的节奏都已经加速,使我们比我们的先辈了解了更多不同的事物,但是另一方面,也使我们产生了一种失根感、挫败感和痛苦感;未来变得不确定和无法预测;家用电器,机器人技术和信息技术把我们从以往日常繁重的工作中解放了出来,而且强烈地、良莠不分地影响了大众的劳动观。广告持续地刺激着人们追逐自己的欲望,顺带着激发了一种任性且贪婪的浮躁;借贷优先于储蓄使人们不再需要坚持不懈的努力,就能提前获得想要的东西,这也许会使我们不那么珍惜那些我们已经拥有的事物;电影和计算机模拟已经可以延缓或加快时间的节奏。更有甚者,在物理学中,时间变成了相对的,变成了是由观察者的运动和引力场来决定的;在科技中,电脑正在向最快的处理速度和最大的记忆容量迈进;在艺术中,后现代折中主义在过往中寻找灵感,它们打破时间的概念,将历代元素混合在一起,组成一幅交错的拼贴图。城市生活使我们远离大自然的节奏;那些制冷设备、防腐剂和发达的交通运输系统,虽然经常会损害食物的鲜味,但它们使我们在四季都可以品尝各式各样的食物;人类对大自然的加速开发使得开发速度远高于它本身再生的速度,大自然因此日渐脆弱,岌岌可危。媒体向我们呈现千里之外的重大事件,几乎与事件同步传播,它们战胜延迟,跨越边境,带着别处的烦扰闯入我们的生活,使我们的生活充满了相关的或无关的、有意义的或无意义的信息。记忆方式也发生了决定性的改变。那些能够把图片和声音保存下来,并可以随时获取的媒介,例如电影与影碟,已然和电视与书本一起,构成了 20 世纪最常见的大众文化的基石,而这些在 21 世纪,又逐渐地被信息网络从各个不同的层面所取代。电子与信息的大爆炸为创造海量的、可获取的记忆提供了可能,它们将相当于许多部著作的庞大信息量压缩在极小的空间之内,并且便于将这些资源运用到新的虚拟技术中,由此,用来记忆的文档被逐渐改造成这些新的方式,尽管因为记录和阅读系统的持续革新,这些新的方式目前尚未最终定型。这些新鲜事物的迅速革新在很多情况下都意味着与过去断绝,这意味着,在由遗忘与噪声筑就的藩篱背后,那些曾经的经典的消亡;全球化正导致越来越多语言的消失,这使思想的多样化不断地受到侵蚀,但同时全球化也创造了新的通信方式。同样,文学也将时间和记忆用不同的方式呈现了出来:从普鲁斯特的《追忆似水年华》和乔伊斯的《尤利西斯》中通过运用令人惊叹的动词旋涡而表现出的意识的原子化,到博尔赫斯的不断分出岔路的迷宫和约瑟夫・普拉的回忆性质的宏伟篇章。但是,发生在 20 世纪的重大战争,还有法西斯主义以及各种形式的独裁带给人类的灾难,使人类的历史记忆变成了一种带有强烈意识的空间,在这个意识空间中,人类极力避免重蹈集中营和种族灭绝的覆辙。从能源的角度来看,人类以消耗久远的历史记忆为代价,狂热地消费石油以及带给 20 世纪的人类以舒适和动力的煤炭:由无数的古老生物转变而成的化石燃料在几个世纪之内就已被过度消耗,而化石燃料的枯竭也正迫使我们加紧寻找清洁的、可再生的替代能源。综上所述,科技和文化已经深深地影响了现阶段人类对于时间和记忆的看法。时间和记忆这两者与信息也有关联:巨大的数据量令我们窒息,这些数据为了避免使 “自己” 陷入虚无与痛苦,用概念、关键词和结构化把信息转化成知识,并且希望能从这些知识中过滤出一些所谓的智慧,即使这些方式难免也只是暂时性的。在某些时代,知识分子必须成为推动社会进步的动力。现今,不仅因为政治原因,也因为知识界的流行趋势,进步这一概念正遭遇危机。知识分子正淹没于新鲜事物的洪流中,与其为加快进步的节奏做贡献,不如更客观地考量进步,诠释进步的可能性并揭示进步引起的冲突,把知识和行动的能量聚焦到更有意义的目标上,以避免沉迷于无关紧要的琐事,避免执迷于解决那些不断临时出现的所谓的紧要事务,也避免靠近那些无根据的、片面的、肤浅的事物。因此,对时间和记忆的科学界限的考量,主要是为了概括总结、提出观点、引起大家的惊异与反思。“从数以百计的生物节律来讲,时间本身,就是我们自己。” 这句话凝练了西班牙物理学家兼诗人大卫・周(David Jou)在其著作《时间迷宫:生命和宇宙中的时间与记忆》中的核心洞见。作为一部横跨物理学、生物学、神经科学与哲学的跨学科力作,本书不仅是对时间本质的科学探索,更是一次关于存在与记忆的深刻哲学思辨。一、科学架构:从宇宙节律到神经回响本书结构清晰,分为 “时间调控” 与 “记忆机制” 两大部分,系统性地构建了从宏观宇宙到微观生命的认知框架。在 “时间调控” 部分,作者以严谨的物理学视角剖析了时间的多重维度。他阐释了相对论如何 “打开了时间旅行的可能性”,并深入探讨了时间旅行的物理机制(如接近光速旅行产生的时间膨胀效应)与逻辑悖论(如祖父悖论),同时引入虫洞作为连接时空的潜在隧道。作者进一步将热力学第二定律的 “时间之箭” 与宇宙学中时间的起点和终点问题相结合,揭示了时间不可逆的物理基础。尤为精彩的是,他将这些抽象概念与 GPS 技术校准、时空对称性破缺(这避免了物质与反物质的完全湮灭,使得我们的宇宙得以存在)等具体科学案例相联系,展现了理论物理学的现实意义。在 “记忆机制” 部分,视角转向生命科学。作者追溯了记忆从简单的神经网络反应到有意识的自我的进化历程。他指出,海马体的出现是记忆功能进化的关键里程碑,而自我意识的诞生则让记忆成为塑造 “深层自我” 的核心。此外,书中还探讨了遗传记忆与免疫记忆,构建了一个多层次的生命记忆图谱。二、哲学深度:时间的创造性与毁灭性张力大卫・周并未止步于科学描述,而是以其诗人般的笔触,深入时间的哲学内核。他深刻揭示了时间的双重性:一方面,时间是创造性的力量,驱动着进化、发育与文化传承;另一方面,时间也是毁灭性的力量,体现为衰老与死亡的必然性。这种张力构成了人类存在的根本境遇 ——“死亡的不可避免和幸福的稍纵即逝是人类智慧最原始的主题”。书中对 “永生的诱惑” 的探讨尤为深刻。作者从物种延续的生物学角度冷静指出,个体的永生将导致新生命锐减,削弱自然的再生能力。这并非简单的伦理说教,而是基于生态与进化逻辑的理性分析。三、跨学科融合与写作特色本书最大的价值在于其成功的跨学科融合。作者凭借在不可逆过程热力学领域的深厚造诣(已出版五部专著,发表 200 余篇论文),确保了科学论述的权威性。同时,他巧妙地将相对论、量子力学、神经科学、进化生物学与哲学、诗学思考编织在一起。例如,他将干细胞技术比喻为 “在时间里逆行”,将基本物理常数视为 “宇宙身份的数学编码”,这种诗性语言使复杂的科学概念变得生动可感。四、专业评价与启示《时间迷宫》是一部兼具科学严谨性与人文关怀的典范之作。它没有提供关于时间的简单答案,而是邀请读者进入一个由科学事实与哲学疑问构成的 “迷宫”,共同思索。对于科学爱好者,它提供了理解前沿物理学和生物学中时间概念的清晰路径;对于人文读者,它提供了基于坚实科学基础的哲学反思素材。本书的局限性或许在于,由于涵盖领域过于广泛,某些专题(如量子力学中的时间问题)无法极度深入。然而,这恰恰是其优势 —— 它如同一幅精心绘制的 “认知地图”,为读者指明了进一步探索各个方向的道路。结语在时间被技术加速切割的当代,大卫・周提醒我们回归最本质的思考:我们不仅是时间的度量者,更是时间的化身。通过理解时间在宇宙规律与生命节律中的统一性,我们或许能更从容地面对生命的有限性,并在记忆的构建中找寻超越时间的意义。《时间迷宫》不仅是一本关于时间的书,更是一本关于我们如何理解自身存在的书。“从数以百计的生物节律来讲,时间本身,就是我们自己。”
如果将时间视为一个统一的整体,并且认为生命的每一刻都相互作用的话,会使我们将自由等同于确立长远计划的可能性,这会引导我们在每一时刻的所作所为都朝向某个我们自主设定的目标。那些设立了高远目标的人知道短期需要舍弃什么,但是同样也会对自己取得的部分成绩而感到满足。相反,那些没有较高目标的人,在生命的每一刻都拥有更多的自由选择行为,但是并没有跨过最基本的要求,他们的满足感也较低,会更容易地陷入对于重复和琐事的疲惫厌倦中。
出版方
中国社会科学出版社
中国社会科学出版社成立于1978年6月,是由中国社会科学院创办并主管的以出版人文社会科学学术著作为主的国家级出版社。1993年和1998年先后荣获中共中央宣传部和国家新闻出版总署授予的全国优秀出版社称号。1993年第一批荣获中共中央宣传部和国家新闻出版署授予的全国优秀出版社称号。