站在巨人肩上：物理學與天文學的偉大著作集（復刻精裝版套書)

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

霍金首度將五位科學巨人的經典名作完整收錄在這套《站在巨人肩上》，霍金還為他的前輩逐一精心撰寫了傳記文章，介紹他們的生平與著作，就像牛頓所說的：「如果說我看得比別人遠，那是因為我站在巨人的肩上」，一代傳一代。

《天體運行論》
On the Revolutions of Heavenly Spheres
哥白尼(Nicolaus Copernicus, 1473-1543)‧著
霍金(Stephen Hawking)‧編/導讀
張卜天‧譯

哥白尼，十六世紀的波蘭牧師與數學家，也是眾所週知的近代天文學奠基者。他之所以獲此殊榮，乃因為他是第一個論斷行星與太陽並非繞地球而旋轉的科學家。在哥白尼以前，太陽曾被認為是另一顆行星。把太陽置於行星體系的實際中心是哥白尼革命的開始。衝突點在於當時龐大的教會勢力所認定的宇宙中心其實是地球，而哥白尼的日心理論自然難以見容於當時。為此，《天體運行論》雖於一五三○年完成初稿，卻遲至一五四三年兩眼失明身體癱瘓的哥白尼臨終前夕才得以出版。但哥白尼這撼動人心的理論，終究揭開了下一波科學革命的序幕，奠定十七世紀伽利略、克卜勒及牛頓等後續科學成就的基礎。

《關於兩門新科學的對話》
Dialogues Concerning Two New Sciences
伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)‧著
霍金(Stephen Hawking)‧編/導讀
戈革‧譯

一六三三年，在哥白尼去世九十年之後，義大利天文學家和數學家伽利略來到羅馬宗教法庭接受異端罪的審判。理由是他違反了一六一六年禁止傳播哥白尼學說的教皇詔令，有力證明了日心體系不僅是一個假說而且是真理。他被教廷當局處以終身監禁於家中的判決。一六三八年出版的《關於兩門新科學的對話》是他的最後一部作品，書中所提到的落體加速度定律，咸被認為是近代物理學的基柱之一。這部著作對物理學的貢獻卓著，並開了牛頓運動定律的先河。愛因斯坦讚譽他為「近代物理學之父──事實上是近代科學之父」。遲至這個世紀，教皇若望保祿二世才將伽利略當年的的異端罪名予以平反。

《世界的和諧》
Harmonies of the World
克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)‧著
霍金(Stephen Hawking)‧編/導讀
張卜天‧譯

一六一八年，日耳曼天文學家克卜勒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，克普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。

《自然哲學之數學原理》
Principia
牛頓( Isaac Newton,1642-1727)‧著
王克迪‧譯

「如果說我看得比別人遠，那是因為我站在巨人的肩上。」牛頓的這句話已經成為科學史上最膾炙人口的名言。牛頓對現代科學的貢獻卓著，他是微積分、力學、行星運動，以及光與顏色理論的研究之父，但他的歷史地位還是奠基於將克卜勒的行星運動定律與現實物理世界之間建立起聯繫的萬有引力定律。這種種成就記載於只花了他一年半時間就得以完成的里程碑著作──《自然哲學之數學原理》當中，該書不僅融合了哥白尼、伽利略、克卜勒的科學成就，成為有史以來的第一部理論物理學巨著，更被公認為科學史上以及奠定現代科學世界觀基礎的最重要著作。，而他在臨近生命終點，卻是如此謙遜的評價自己：「我只不過像是一個小男孩，偶爾撿拾到一塊比普通更光滑一些的卵石或者更漂亮一些的貝殼而已，而對於真理的汪洋大海，我還一無所知。」

《相對論原理》
Selections from The Principle of Relativity
愛因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)‧著
霍金(Stephen Hawking)‧編/導讀
范岱年 許良英‧譯

綜觀科學史，愛因斯坦或許是唯一能與牛頓相提並論的人，但天才並不總是顯而易見的。小學時的校長曾對愛因斯坦的父親這麼說過：「他幹什麼都不會有什麼出息的！」不過愛因斯坦後來還是成為有史以來最偉大的理論物理學家。就像牛頓對我們理解引力所做出的貢獻一樣，愛因斯坦的相對論無疑是探索與理解宇宙漫長歷史中最重要的思想，影響所及，改變了你我對於時空的看法。在他單槍匹馬所創立的廣義相對論中，時空不僅是彎曲的，而且是動力學的，那意味著宇宙本身的形狀與歷史充滿著各種可能。愛因斯坦曾說：「理論的真理在你的心智中，不在你的眼睛裡。」他一生也是這樣致力於用他的思想而不是他的感官來探尋宇宙的奧祕。愛因斯坦不僅使二十世紀的科學思想發生了革命，他本身也超越了二十世紀。

史蒂芬‧霍金（Stephen Hawking）
一九四二年於伽利略逝世三百週年誕生，世人公認是愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家。承襲牛頓擔任劍橋大學數學系盧卡斯講座教授長達三十餘年。其著作包括：《圖解時間簡史》（擴充修訂新版）、《胡桃裡的宇宙》、《新時間簡史》（《時間簡史》普及版），以及《大設計》等，並主編物理學與天文學經典《站在巨人肩上》五巨冊（其中包括哥白尼、伽利略、克卜勒、牛頓，以及愛因斯坦，總計兩百餘萬字的原典以及霍金的導論）。以上霍金各書中文版均由大塊文化出版發行。霍金擁有十二個榮譽頭銜，還獲得許多獎項與勳章，他是英國皇家學會會員與美國國家科學院院士，他在進行理論物理學研究的同時，並沒有忽視家庭生活（他有三名子女和一個孫子），此外為了科學知識的普及，他生前持續在世界各地旅行，並為公眾演講。二○一八年三月十四日，霍金結束他七十六年的精彩生命，留給世人一個永存記憶的科學典範。

【前言】霍金
「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。」

 

《天體運行論》目錄
關於英文文本的說明
前言
哥白尼生平與著作
序言
第一卷
第二卷
第三卷
第四卷
第五卷
第六卷

《關於兩門新科學對話》目錄
關於英文文本的說明
前言
伽利略生平與著作
第一天
第二天
第三天
第四天
附錄

《世界的和諧》目錄
關於英文文本的說明
前言
克卜勒生平與著作
第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
第六章
第七章
第八章
第九章
第十章


《自然哲學之數學原理》目錄
關於英文文本的說明
前言
牛頓生平與著作

定義
第一卷 物體的運動
第二卷 物體的運動（在阻滯介質中）
第三卷 宇宙體系（使用數學的論述）
總釋

《相對論原理》目錄
關於英文文本的說明
前言
愛因斯坦生平與著作

論動體的電動力學
物體的慣性與它所含的能量有關嗎
關於引力對光傳播的影響
廣義相對論的基礎
哈密頓原理和廣義相對論
根據廣義相對論對宇宙學所做的考查
引力場在物質的基本粒子結構中擔負重要的作用嗎

關於英文文本的說明

本書所選的英文文本均譯自業已出版的原始文獻。我們無意把作者本人的獨特用法、拼寫或標點強行現代化，也不會使各文本在這方面保持統一。此外：

尼古拉•哥白尼的《天體運行論》（On the Revolutions of Heavenly Spheres）首版於一五四三年，出版時的標題為De revolutionibus orbium colestium。這 選的是Charles Glen Wallis的譯本。

伽利略•伽利萊的《關於兩門新科學的對話》（Dialogues Concerning Two New Sciences）一六三八年由荷蘭出版商Louis Elzevir首版，出版時的標題為Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno à due nuove scienze。這 選的是Henry Crew和Alfonso deSalvio的譯本。

約翰內斯•克卜勒的《世界的和諧》（Harmonies of the World）共分五卷，作品完成於一八一六年五月二十七日，出版時的標題為Harmonices Mundi。這 選的是Charles Glen Wallis的第五卷譯本。

伊薩克•牛頓《自然哲學之數學原理》（The Mathematical Principles of Natural Philosophy或Principia）首版於一六八七年，出版時的標題為Philosophiae naturalis principia mathematica。這 選的是Andrew Motte的譯本。

我們從H. A. Lorentz, A. Einstein, H. Minkowski和H. Weyl的《相對論原理：狹義相對論原始論文集》（The Principle of Relativity: A Collection of Original Papers on the Special Theory of Relativity）中選擇了阿爾伯特•愛因斯坦的數篇文章。整部文集原先是德文，被冠以《相對論原理》（Das Relativitatsprinzip）的書名於一九二二年首版。這 選的是W. Perrett和G. B. Jeffery的譯本。

原編者