第一推動叢書·25周年紀念版 （49本閤集） epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦：

《第yi推動叢書》是國內zui早、zuiju影響力的引進版科普圖書，齣版至今已有25個年頭。從zui初的八年選題醞釀，到隨後這25年的堅守與更新，我們始終堅守著做一流精品的初心，給廣大讀者提供瞭一套影響深遠的科普讀物。

《第yi推動叢書》齣版後，首先引起瞭學者們的興趣，著名學者龔育之說“這是一套給人以知識和思考的好書”。瀋昌文先生評價：這套叢書屬“高級科普”類讀物，它所敘述的不是某種在現實生活中的科學知識、科學技能，而是一種科學精神，或曰“科學的原動力”。我們藉用亞裏士多德提齣的哲學用語“第yi推動”，指齣科學精神正是人類賴以發展的內在的“第yi推動”，這就是叢書冠名“第yi推動”的緣由。

叢書齣版的25年間，得到瞭很多讀者的厚愛和建議，本次再版推齣，一方麵是對其內容進行勘誤，重新設計版式，改變整體麵貌，以提供更好的閱讀體驗；另一方麵是正值人工智能時代與第四次科技革命的伊始，本套叢書的全新推齣是響應讀者的需求，希望為科技的發展提供更多第yi推動力。

作者介紹：

     本套叢書由多位有世界影響力的作者所著，包括史蒂芬·霍金、羅傑·彭羅斯、斯蒂芬·溫伯格、基普·S.索恩、埃爾溫·薛定諤、布萊恩·格林、弗朗西斯·剋裏剋、傑拉爾德·埃德爾曼、弗蘭剋·維爾切剋，等等。

史蒂芬·霍金，他齣生於1942年，他的生日恰好是伽利略逝世三百年忌日。他現任劍橋大學盧卡斯數學教授(這一教席曾由艾薩剋·牛頓所任)。他廣被推崇為繼愛因斯坦後zui傑齣的理論物理學傢。

布萊恩?格林，畢業於哈佛大學，在牛津大學獲博士學位，是羅德學者（Rhodes Scholars）。1990年，他來到康奈爾大學物理係，1995年被聘為教授，1996年到哥倫比亞大學任物理學和數學教授。他曾在20多個國傢開過普及和專業講座，公認在超弦理論中有過許多開拓性的發現。

基普·S.索恩,美國加利福尼亞理工學院費曼物理學教授，曾與J.惠勒閤著《引力》，1994年獲得美國物理學聯閤會（AIP）科學著作奬。近年擔任瞭電影《星際穿越》的科學顧問。

埃爾溫?薛定諤，奧地利物理學傢。1926年他提齣瞭波動力學，是量子力學的標準形式之一。薛定諤因此而獲得諾貝爾奬。後來他的興趣轉嚮生命科學，1943年寫的《生命是什麼》，使薛定諤成為分子生物學的先驅。

丘成桐，當代zui偉大的數學大師之一，著名科學傢，哈佛大學數學係係主任、講座教授，清華大學數學科學中心主任。他獲得瞭菲爾茲奬、沃爾夫奬、剋萊福特奬、美國國傢科學奬等大奬，是美、俄、中、意四國科學院院士。

······

目錄：

第yi推動叢書·宇宙係列

《時間簡史》[英]史蒂芬·霍金 著

《時間簡史續編》[英]史蒂芬·霍金 著

《黑洞與時間彎麯》[美]基普·S.索恩 著

《霍金講演錄》[英]史蒂芬·霍金 著

《時空本性》[英]史蒂芬·霍金 [英]羅傑·彭羅斯 著

《果殼裏的60年》[英]史蒂芬·霍金 等著

《時空的未來》[英]史蒂芬·霍金 等著

《韆億個太陽》[德] 魯道夫·基彭哈恩 著

《物理天文學前沿》[英] F.霍伊爾 [印] J.納裏卡 著

《黑洞戰爭》[美]倫納德·薩斯坎德 著

《宇宙傳記》[美]約翰·格裏賓 著

《大宇之形》[美]丘成桐 [美] 史蒂夫·納迪斯 著

《宇宙的輪迴》[英] 羅傑·彭羅斯 著

《死亡黑洞》[美] 尼爾·德格拉斯·泰森 著

《愛因斯坦的未完成交響麯》[美]瑪西亞·芭楚莎 著

《大爆炸簡史》[英] 西濛·辛格 著

第yi推動叢書·物理係列

《宇宙的琴弦》[美]布萊恩·格林 著

《宇宙的結構》[美]布萊恩·格林 著

《上帝與新物理學》[英]保羅·戴維斯 著

《時間之箭》[英]彼得·柯文尼[英]羅傑·海菲爾德 著

《終ji理論之夢》[美] 斯蒂芬·溫伯格 著

《時間、空間和萬物》[英]B.K.裏德雷 著

《亞原子粒子的發現》[美]斯蒂芬·溫伯格 著

《存在之輕》[美]弗蘭剋·維爾切剋 著

《不同的宇宙》[美]羅伯特·勞剋林 著

《物理學的睏惑》[美]L.斯莫林 著

《量子之謎》[美]布魯斯·羅森布魯姆[美] 弗雷德·庫特納 著

《尋找希格斯粒子》[美] 肖恩·卡羅爾 著

《完美理論》[英] 佩德羅G.費雷拉 著

《原子中的幽靈》[英] 保羅·戴維斯 著

第yi推動叢書·生命係列

《驚人的假說》[英]弗朗西斯·剋裏剋 著

《生命是什麼》[奧] 埃爾溫·薛定諤 著

《解碼生命》[美]剋雷格·文特爾 著

《第二自然》[美] 傑拉爾德·埃德爾曼著

《比天空更寬廣》[美]傑拉爾德·埃德爾曼 著

《生命的語言》[美]弗蘭西斯·柯林斯 著

《我們為什麼會生病》[美]R.M.尼斯[美] G. C.威廉斯 著

《腦中魅影》[美]V.S.拉馬錢德蘭 著

第yi推動叢書·綜閤係列

《皇帝新腦》[英]羅傑·彭羅斯 著

《四維旅行》[英]R.L.普瓦德萬 著

《邏輯的引擎》[美]馬丁·戴維斯 著

《真理與美》[美]S.錢德拉塞卡 著

《未來50年》[美]約翰·布羅剋曼 編

《伽利略的手指》[英]彼得?阿特金斯 著

《實在終ji之問》[英]約翰·巴羅 [英] 保羅·戴維斯 [英]小查爾斯·哈勃 編

《下一步是什麼》[美]麥剋斯·布羅剋曼 編

《復雜》[美]梅拉妮·米歇爾 著

《數學的意義》[英]約翰·查爾頓·波金霍爾 編

《復雜的引擎》[美]約翰·E.梅菲爾德 著

內容簡介：

齣版《第yi推動叢書》的初衷是為瞭傳播科學精神、科學思想，對全民進行新的科學啓濛和科學教育，為中國的進步作一點推動。叢書精選世界一流科學傢的一流科學名著，其內容是探討宇宙的起源、生命的奧秘等，從科普的角度展示瞭科學傢求解自然之謎的親身經曆和重大進展，以及遭遇的主要難題。反映科學傢在揭示自然奧秘的過程中錶現齣的探索精神和批判精神。

本次推齣《第yi推動叢書》25新閤集共計49冊，包括宇宙係列、物理係列、生命係列、綜閤係列共計4個係列，這次重新設計成套推齣，便於廣大讀者購買，更值得收藏。

試讀樣章：

再版序

一個墜落蘋果的兩麵：極端智慧與極zhi想象

龔曙光2017年9月8日淩晨於抱樸廬

連我們自己也很驚訝，《第yi推動叢書》已經齣瞭25年。

或許，因為全神貫注於每一本書的編輯和齣版細節，反倒忽視瞭這套叢書的齣版曆程，忽視瞭自己頭上的黑發漸染霜雪，忽視瞭團隊編輯的老退新替，忽視好些早年的讀者，已經成長為多個領域的棟梁。

對於一套叢書的齣版而言，25年的確是一段不短的曆程；對於科學研究的進程而言，四分之一個世紀更是一部跨越式的曆史。古人“洞中方七日，世上已韆鞦”的時間感，用來形容人類科學探求的速律，倒也恰當和準確。迴頭看看我們逐年齣版的這些科普著作，許多當年的假設已經被證實，也有一些結論被證僞；許多當年的理論已經被孵化，也有一些發明被淘汰 ……

無論這些著作闡釋的學科和學說，屬於以上所說的哪種狀況，都本質地呈現瞭科學探索的旨趣與真相：科學永遠是一個求真的過程，所謂的真理，都隻是這一過程中的階段性成果。論證被想象訕笑，結論被假設挑釁，人類以其zuiyou越的物種秉賦——智慧，讓銳利無比的理性之刃，和絢爛無比的想象之花相剋相生，相否相成。在形形色色的生活中，似乎沒有哪一個領域如同科學探索一樣，既是一次次偉大的理性曆險，又是一次次極zhi的感性審美。科學傢們窮其畢生所奉獻的，不僅僅是我們無法發現的科學結論，還是我們無法展開的絢麗想象。在我們難以感知的極小與極大世界中，沒有他們記曆這些偉大曆險和極zhi審美的科普著作，我們不但永遠無法洞悉我們賴以生存世界的各種奧秘，無法領略我們難以抵達世界的各種美麗，更無法認知人類在找到真理和遭遇美景時的心路曆程。在這個意義上，科普是人類極端智慧和極zhi審美的結晶，是物種獨有的精神文本，是人類任何其他創造——神學、哲學、文學和藝術無法替代的文明載體。

在神學傢給齣“我是誰”的結論後，整個人類，不僅僅是科學傢，包括庸常生活中的我們，都企圖突破宗教教義的鐵窗，自由探求世界的本質。於是，時間、物質和本源，成為瞭人類共同的終ji探尋之地，成為瞭人類突破慵懶、掙脫瑣碎、拒絕因襲的曆險之旅。這一旅程中，引ling著我們艱難而快樂前行的，是那一代又一代zui偉大的科學傢。他們是極端的智者和極zhi的幻想傢，是真理的先知和審美的天使。

我曾有幸采訪《時間簡史》的作者史蒂芬·霍金，他痛苦地斜躺在輪椅上，用特製的語音器和我交談。聆聽著由他按擊齣的極其單調的金屬般的音符，我確信，那個隻留下萎縮的軀乾和遊絲一般生命氣息的智者就是先知，就是上帝遣派給人類的孤獨使者。倘若不是親眼所見，你根本無法相信，那些深奧到極zhi而又淺白到極zhi，簡練到極zhi而又美麗到極zhi的天書，竟是他蜷縮在輪椅上，用唯yi能夠動彈的手指，一個語音一個語音按擊齣來的。如果不是為瞭引導人類，你想象不齣他人生此行還能有其他的目的。

無怪《時間簡史》如此暢銷！自齣版始，每年都在中文圖書的暢銷榜上。其實何止《時間簡史》，霍金的其他著作，《第yi推動叢書》所遴選的其他作者著作，25年來都在熱銷。據此我們相信，這些著作不僅屬於某一代人，甚至不僅屬於20世紀。隻要人類仍在為時間、物質乃至本源的命題所睏擾，隻要人類仍在為求真與審美的本能所驅動，叢書中的著作，便是永不過時的啓濛讀本，永不熄滅的引ling之光。

雖然著作中的某些假說會被否定，某些理論會被超yue，但科學傢們探求真理的精神，思考宇宙的智慧，感悟時空的審美，必將與日月同輝，成為人類進化中永不腐朽的曆史界碑。

因而在25年這一時間節點上，我們閤集再版這套叢書，便不隻是為瞭紀念齣版行為本身，更多的則是為瞭彰顯這些著作的不朽，為瞭嚮新的時代和新的讀者告白：21世紀不僅需要科學的功利，而且需要科學的審美。

當然，我們深知，並非所有的發現都為人類帶來福祉，並非所有的創造都為世界帶來安寜。在科學仍在為政治集團和經濟集團所利用,甚至壟斷的時代，初衷與結果悖反、無辜與有罪並存的科學公案屢見不鮮。對於科學可能帶來的負能量，隻能由瞭解科技的公民用群體的意願抑製和抵消：選擇推進人類進化的科學方嚮，選擇造福人類生存的科學發現，是每個現代公民對自己，也是對物種應當肩負的一份責任、應該錶達的一種訴求！在這一理解上，我們將科普閱讀不僅視為一種個人愛好，而且視為一種公共使命！

牛頓站在蘋果樹下，在蘋果墜落的那一刹那，他的頓悟一定不隻包含瞭對於地心引力的推斷，而且包含瞭對於蘋果與地球、地球與行星、行星與未知宇宙奇妙關係的想象。我相信，那不僅僅是一次枯燥之極的理性推演，而且是一次瑰麗之極的感性審美……

如果說，求真與審美，是這套叢書難以評估的價值，那麼，極端的智慧與極zhi的想象，則是這套叢書無法窮盡的魅力！

《大宇之形》摘錄丘成桐

第1章　想象邊緣的宇宙（部分）

對數學傢而言，

維度指的是一種“自由度”，

也就是在空間中運動的獨立程度。

在我們頭上飛來飛去的蒼蠅可以嚮任何方嚮自由移動，

隻要沒有碰到障礙，

它就擁有三個自由度。

但維度是不是就隻有那麼多？

望遠鏡的發明以及隨後多年以來的不斷改良，幫助我們確認瞭一項事實：宇宙比我們能看到的還要浩瀚、廣大。事實上，目前所能得到的zuijia證據顯示，宇宙將近四分之三是以一種神秘、看不見的形式存在，稱為“暗能量”（dark energy），其餘大部分則是“暗物質”（dark matter），再剩下來構成一般物質（包括我們人類在內）的，隻占百分之四。而且物如其名，暗能量和暗物質在各方麵都是“暗的”：既看不見，也難以測度。

我們所能看見的這一小部分的宇宙，構成瞭一個半徑大約137億光年的球體。這一球體有時被稱為“哈勃體”（Hubble volume），但是沒人相信宇宙的整體範圍隻有如此而已。根據目前所得的zuijia數據，宇宙似乎是無窮延伸的——不管我們嚮哪個方嚮看去，如果你畫一條直綫，真的可以從這裏一直延伸到永恒。

不過，宇宙仍有可能是彎麯而且有界限的。但即使如此，可能的麯率也會非常微小，以至於根據某些分析顯示，宇宙必然至少有上韆個哈勃體那麼大。

zui近發射的普朗剋太空望遠鏡，或許會在幾年內揭露宇宙可能比一百萬個哈勃體還大，而我們所在的哈勃體隻是其中之一而已。我相信天文物理學傢的這一說法，也瞭解有些人可能會對上麵引述的數字有不同意見，但無論如何，有個事實是不容辯駁的：我們目前所見到的，不過是冰山一角。

而在另一個極端，顯微鏡、粒子加速器以及各種顯影儀器持續揭露宇宙在微小尺度上的麵貌，顯現瞭人類原先無法觸及的世界，像細胞、分子、原子，以及更小的物體。如今我們不再對這一切感到驚訝，完全可以期待望遠鏡會嚮宇宙的更深處探索。另一方麵，顯微鏡和其他儀器則會把更多不可見之物轉為可見，呈現在我們眼前。

zui近幾十年間，由於理論物理學的發展，再加上一些我有幸參與的幾何學進展，帶來瞭一些更令人驚訝的觀點：宇宙不僅超齣我們所能看見的範圍，而且可能還有更多的維度，比我們所熟悉的三個空間維度還要多一些。

當然，這是個令人難以接受的命題。因為關於我們這個世界，假如有件事是我們確知的，假如有件事是從人類開始有知覺時就知道，是從開始探索世界時就曉得的，那就是空間維度的數目。這個數目是三。不是大約等於三，而是恰恰就是三。至少長久以來我們是這樣認定的。但也許，隻是也許，會不會還有其他維度的空間存在，隻不過因為它太小，以至於我們無法察覺呢？而且盡管它很小，卻可能扮演非常重要的角色，隻是從人們習以為常的三維視野無法體認到這些罷瞭！

這個想法雖然令人難以接受，但從過去一個世紀的曆史得知，一旦離開日常經驗的領域，我們的直覺就不管用瞭。如果運動速度非常快，狹義相對論告訴我們，時間就會變慢，這可不是憑直覺可以察覺到的。另外，如果我們把一個東西弄得非常非常小，根據量子力學，我們就無法確知它的位置。如果做實驗來判定它在甲門或者乙門的後麵，我們會發現它既不在這兒也不在那兒，因此它沒有絕對的位置，有時它甚至可能同時齣現在兩個地方！換言之，怪事可能發生，而且必將發生。微小、隱藏的維度可能就是怪事之一。

如果這種想法成真，那麼可能會有一種邊緣性的宇宙，一處捲摺3 在宇宙側邊之外的地域，超齣我們的感官知覺，而這會在兩方麵具有革命意義：單僅是更多維度的存在 ——這已經是科幻小說一百多年來的注冊商標 ——這件事本身就夠令人驚訝，足以列入物理學史上的zui重大發現瞭。而且這樣的發現將會是科學研究的另一起點，而非終點。這就好像站在山丘或高塔上的將軍，得益於新增加的垂直嚮度，而能把戰場上的局勢看得更清楚。當從更高維的視點觀看時，我們的物理定律也可能變得更明晰，因而也更容易理解。

從蒼蠅的世界看維度的意義

我們都很熟悉三個基本方嚮上的移動：東西、南北、上下（或者也可以說是左右、前後、上下）。不管我們去哪裏——不論是開車上雜貨店或是飛到大溪地 ——我們的運動都是這三個獨立方嚮的某種基本組閤。我們對這三個維度太過熟悉，以至於要設想另一個維度，並且指明它確切指嚮哪裏，似乎是不可能的。長久以來，似乎我們所見的即是宇宙的一切。事實上，早在兩韆多年前，亞裏士多德在《論天》（ On the Heavens）中就論稱：“可在一個方嚮上分割的量，稱為綫；如果可在兩個方嚮上分割的量，稱為麵；如果可在三個方嚮上分割的量，則稱為體。除此之外，再無其他量。因為維度隻有三個。”公元150年時，天文學傢、數學傢托勒密嘗試證明不可能有四個維度，堅持認為不可能畫齣四條相互垂直的直綫。他主張，第四條垂直綫“根本無法量度，也無法描述”。然而，與其說他的論點是嚴格的證明，還不如說是反映瞭人們沒有能力看到並描繪四維空間的事實。

對數學傢而言，維度指的是一種“自由度”（degree of freedom），也就是在空間中運動的獨立程度。在我們頭上飛來飛去的蒼蠅可以嚮任何方嚮自由移動，隻要沒有碰到障礙，它就擁有三個自由度。現在假設這隻蒼蠅降落到一個停車場，而被一小塊新鮮柏油黏住。當它動彈不得時，這隻蒼蠅隻有零個自由度，實質上被限製在單一點上，亦即身處於一個零維的世界。但這小東西努力不懈，經過一番奮鬥後從柏油中掙脫齣來，隻可惜不幸翅膀受瞭點傷。不能飛翔之後，它擁有兩個自由度，可以在停車場的地麵上隨意漫步。然後，我們的主角察覺到有掠食者（或許是一隻食蟲的青蛙），因此逃進一根丟棄在停車場的生銹排氣管，蒼蠅此時隻有一個自由度，暫時陷入這根細長管子的一維，亦即綫狀的世界。

但維度是不是就隻有那麼多？一隻蒼蠅在天上飛，被柏油黏住，在地上爬，逃進一根管子裏——這是否就囊括瞭一切可能性？亞裏士多德或托勒密應該會迴答“是”，對一隻沒有高度冒險精神的蒼蠅而言，或許也確是如此，但是對當代數學傢來說，故事並沒有就此結束，因為他們通常不認為有什麼明顯理由隻停留在三個維度。我們反而相信，想要真正理解幾何學的觀念，像是麯率或距離，需要從所有可能的維度，從零維到 n維來理解它（其中 n可以是非常大的數）。如果隻停留在三維，我們對這個概念的掌握就不算完整，理由是：比起隻在某些特定情境纔適用的斷言，如果大自然的定律或法則在任何維度的空間中都有效，那麼它的理論威力更大，也可能更基本。

甚至即使你所要對付的問題僅限於二維或三維，也可能藉由在各種維度中研究該問題而得到有利的綫索。再迴到我們那隻在三維空間裏嗡嗡飛的蒼蠅，它可以在三個方嚮移動，亦即具有三個自由度。然而，假設還有另一隻蒼蠅在同一空間裏自由移動；它同樣也有三個自由度，整個係統就突然從三維變成六維的係統，具有六個獨立的移動方嚮。隨著更多的蒼蠅在空間裏穿梭，每一隻都獨立飛行而不與他者相關，那麼係統的復雜度及其維度，也隨之增加。

窺探更高的維度

研究高維度係統的好處之一是，可以發現一些無法從簡單場景裏看齣的模式。例如在下一章，我們將討論：在一個被巨大海洋覆蓋的球形行星上，洋流不可能在任何點都朝同一個方嚮流動（例如全部從西流嚮東）。事實上一定會發生的是：一定存在著某些點，海水是靜止不動的。雖然這條規則適用於二維麯麵，但我們隻有從更高維的係統觀察，也就是考慮水分子在麯麵上所有可能運動的情況，纔能導齣這個規則。這是為何我們不斷嚮更高維度推進的原因，希望看看這樣能把我們帶到什麼方嚮並學習到什麼。

很自然的，考慮更高維度的結果之一是更大的復雜度。例如所謂“拓撲學”（Topology）是一門將物體依zui廣義的形狀加以分類的學問。根據拓撲學，一維空間隻有兩種：直綫（或兩端無端點的麯綫）和圓圈（沒有端點的封閉麯綫），此外再無其他可能性。你或許會說，綫也可以是彎彎麯麯的，或者封閉麯綫也可能是長方形的，但這些是幾何學的問題，不屬於拓撲學的範疇。說到幾何學和拓撲學的差彆，前者就像拿著放大鏡研究地球錶麵，而後者則像搭上太空船，從外太空觀察整個地球。選擇何者，要視底下的問題而定：你是堅持要知道所有細節，比方說地錶上的每一峰脊、起伏和溝壑，抑或隻要大緻的全貌（“一個巨大圓球”）便已足夠？幾何學傢所關切的通常是物體精確的形狀和麯率，而拓撲學傢隻在乎整體形貌。就這層意義而言，拓撲學是一門整體性的學問，這和數學的其他領域恰恰形成明顯對比，因為後者的進展，通常是藉由把復雜的物件分割成較小較簡單的部分而達成。

也許你會問：這些和維度的討論有何關係？如上所述，拓撲學中隻有兩種基本的一維圖形，但直綫和歪歪扭扭的綫是“相同”的，正圓也和任何你想象得齣的“閉圈”，不論是如何彎的，多邊形、長方形，乃至於正方形都是相同的。

二維空間同樣也隻有兩種基本形態：不是球麵就是甜甜圈麵。拓撲學傢把任何沒有洞的二維麯麵都視為球麵，這包括常見的幾何形體，像立方體、角柱、角錐的錶麵，甚至形狀像西瓜的橢球麵。在此，一切的差彆就在於甜甜圈有洞，而球麵沒有洞：無論你怎樣把球麵扭麯變形（當然不包括

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