壹｜天与地
01 晴日畅想于纽约
伽利略曾用一句话描绘宇宙之精妙，这也是他最有名的一句话。他说：“这本宏伟之书以数学语言著成，主要文字是三角形、圆形和其他几何图形。”何以如此简明优美的基础代数便可阐明自然之法则？引力何以遵循平方反比的原则运行？从六边形的蜂巢到结构复杂的水晶，何以简单的几何图形充斥着整个自然界？《生长与形态》（On Growth and Form）一书的作者达西·汤普森是我早年的精神导师（还有我的父亲和查尔斯·达尔文），他曾写道：“世界的和谐于形态和数字中展现得淋漓尽致，而自然哲学的要义、灵魂及诗意则藏匿于数学之美中。”许多科学家都打过一个十分形象的比方，他们将创世的上帝比作柏拉图或毕达哥拉斯国度的数学家。物理学家詹姆斯·霍普伍德·金斯（James Hopwood Jeans），曾写道：“察其所造之物的本质，种种证据足以证明，这位伟大的宇宙建造师是一位纯粹的数学家。”
然而自然大体而言却是杂乱无章的，几乎不可用简单的数学来表达（至少在分形几何学问世前，人类还无法用数学方程式来描述山峰、海岸线和树叶此类复杂的形状）。有些科学家也巧妙地将造物主比作沉溺于繁杂细节的人。正如J. B. S. 霍尔丹那句名言（见文章29），上帝对甲虫有着异乎寻常的喜爱。
事实上，在很多方面，我们都过高估计了自然界数学般的精准性。哪怕是在研究抽象且可量化之美方面，杰出一如天体力学领域，专注于研究超凡之和谐，亦存在着大量的繁杂与造成诸多不便的不规律之处。打个比方，为什么上帝在设定地球自转与公转周期之比时，不能将比率设为简单又适当的数字呢？为什么不将一年的天数设为可整除的偶数呢？这样人类就无需每年凭借经验，煞费苦心地对着日历进行复杂的计算修改。为什么一年非要是365天再加上一个1/4天（并非正好是1/4）？现在人类的日历不得不遵循4年1闰日，100年无闰日（因上帝规定365天后多加的时间并不足1/4天），400年再闰的繁杂规律（如果你明白我在说什么，那你就该明白，为什么2000年是闰年了。虽然2000年对于纯化论者而言，这年并不代表着千禧年—见文章2）。
大自然嘲笑人类，冷眼看着人类徒劳的举动。只因某些显而易见的规律在人类历史中占据了十分重要的角色，人类便抓住某些可笑又偶然的理由，试图将大自然禁锢于柏拉图式的约束中。就拿我最喜欢的一个例子来说吧，很多评论家也讨论过这个例子。太阳和月亮在制造日食和月食时总是合作得天衣无缝（月球遮住太阳光即为日食，地球遮住太阳光即为月食）。太阳和月亮合作之精准，难道不是经过刻意安排的吗？哪怕未曾经过安排，至少也能通过那些简明的自然法则计算出来吧。但事实上，这种现象不过是偶然出现而已。太阳的直径是月亮的400多倍，但太阳和地球之间的距离也是地月距离的400多倍。故从地球上观测，太阳和月亮看起来差不多大。现在想来，因太阳和月亮看起来差不多大，人类有多少神话是把日月并列当作地球守护者的。《圣经》有云：“上帝造了两大光体，稍大的那个负责统治白日，稍小的那个则是黑夜之主。”
嘲笑归嘲笑，大自然又不时跑来向人类坦白，露出些混乱让人类瞧瞧，似是对它所开的玩笑忏悔一般。1994年5月10日，一场极为罕见的日食笼罩了大半个北美洲。这场日食和传统的日食不一样，它并未带来什么壮观的黑暗之景，但其微妙的怪异之处却让它显得格外迷人。月球在公转的过程中，与地球的距离并不是固定不变的（行星轨道也不似高中教科书中的图表显示的那样规律）。若是日食正好发生在月球离地球距离最远的时刻，月球的影子便无法完全遮住太阳的光圈。因此，日全食时，太阳的边缘依然会环绕着一圈耀目的光环。此类日食便称为“日环食”（），该词是拉丁语，意为“环形”。（较之在正常地月距离发生的日食，日环食的壮丽程度要逊色很多，毕竟太阳边缘的光圈依旧散发着耀眼的光。从地球上看，和平日阴雨天里的光线没什么两样，甚至光线可能比阴雨天还要亮些。但若月亮的阴影能够完全遮住太阳的话，天空就会彻底陷入黑暗，好似上帝关了灯一样。）
一想到5月10日那天，我就忍不住懊恼起来。在我的家乡波士顿，太阳只被遮住了88%左右的面积。而向北仅一两个小时车程的新罕布什尔州的康科德和新英格兰等其他的一些城市却能看到日全食。要想在新英格兰看到下一次日全食，就得等到2093年7月23日了。显然我等不到那一天。所以，5月10日便成了我看见日全食的最后机会（除非我愿跋涉去其他地方看日全食）。我命令我所有的学生立刻驱车前往可以看到日全食的地区，违者立刻开除学籍。（虽然有点奇怪，但让我们在这里暂停一下，看看萧伯纳的观察心得。他说：“有本事的人干实事，没本事的人去教书。”教授们确实喜欢利用他们手上的那点权力。我要求我的学生赶到日全食的地方，却没有一个人去，虽然我没开除他们，但他们应该永远为此感到羞耻！）当日，我为赴约南下纽约市，之后才得知日食的消息。纽约的日食更没什么可看性了，我到那里的时候，月球的阴影已逐渐褪去，日食的面积比在波士顿看到的还要少。
在这尘世之中，有很多事物都在鼓舞着我们不断向前走，如婴儿的笑容、巴赫的《B小调弥撒》、好吃的百吉饼。有时，上天就像是要赐予我们继续向前的勇气一般，之前经历的一些不愉快会转而变成一份快乐或是人生的一段启示。在这个5月10日，主宰这光圈的王（部分光圈）一定在空中对我微笑，他指引着懊恼的我来到我的出生地—纽约市。随后他赐予我的奖励，是康科德的日全食完全无法比拟的。
我爱纯粹的自然，但骨子里是个人文学者，更痴迷于研究智人与宏大的客观世界之间复杂的互动交流。现在，我想请诸位看官仔细想想，大家对纽约人抱有哪些刻板印象（纽约人不太真诚，尽管如此，作为一个富有辨识度的群体或标志，他们确实具有一定的文化影响力）？纽约人总是匆匆忙忙的，以自我为中心；他们每日横冲直撞，什么都想得到，对身边的一切没什么好奇心，也不爱交流。若是使尽花招都无法从你身上得到利益，他们转脸便会对你流露出彻头彻尾的厌恶。这就是人们对纽约人的印象，对吧？所有的美国人都这么想，哪怕这辈子连密西西比州的东边都没去过的人也这么认为！一位真正的纽约人，怎么会在乎日食这种事情？拜托，兄弟！你想让我放下手头的事情，抬头看看天上的日偏食和日环食？别来烦我，还是管好你自己的事吧！
《圣经》记载，约书亚曾让太阳和月亮停留在基遍上空长达一日之久
，5月10日那天，纽约的情况也差不多如此。那日正是忙碌的工作日，在市中心曼哈顿，匆匆的路人竟纷纷停下脚步，抬头仰望太阳。我可没有半点夸张。当时，很多人还沉浸在自己的工作当中。正午时，人潮涌入第七大道，但每条街道上都有驻足观望日食的人。平心而论，相较于日全食，日偏食和日环食不够壮观。这场日食到底有何特殊之处，竟能够激起纽约人的兴趣？让我们从两个方面来分析这次不同寻常的日食。
首先，我们身处的这个时代，人们从身体到内心的兴奋点，往往需要人工产品来刺激，透过过山车还有电影、电玩及扩音器等电动产品，可见一斑。没有什么能像环绕着我们的阳光一样微不足道却又无处不在。它能触动我们的情绪，甚至引起我们的注意（印象派画家确实对光线有一定的洞察力，了解它所起到的作用）。晴日里，太阳若是被遮挡了80%，光线并不会很暗。一片普通的云彩遮住太阳时，光线都要比这暗上许多。正因如此，5月10日那天，纽约的天空并没有突然变黑。尽管当时，我们并不怎么相信自己的感觉，甚至可能说不出心头感到怪异的原因，但出于对日常光线的敏感，我们还是察觉到了些许不同。
我再重复一次，纽约那日天空并不是很暗。正常来说，无云的天空应该非常明亮。那日的阳光虽然依旧普照，但天空却有些怪异的阴沉。人们察觉到了异常，不禁微微战栗起来。《出埃及记》第15章曾写道，摩西与以色列的孩童们向上帝献上一首赞歌，称颂上帝改变天象的神力。书中记述：“万民听之必颤抖……以东的族长惊惶，摩押的英雄被战兢抓住，所有迦南的居民都胆战心寒……他们像石头一般寂然不动。”较之中东那些古老的王国，纽约要发达、成熟得多。但瞧见天上阳光普照如常，天色却如风暴来袭时一般阴暗时，纽约人也不禁胆寒，如石头一般寂然不动了。一位女士和她的朋友说：“我的天，这天气，如果不是世界末日的话，就是快要下雨了！但这天看起来绝对不是要下雨！”
其次，新月形的太阳不常见，日常里可见不到这种景观。故而人们驻足观看、思考。若说之前微暗的天空引发了人们内心的关注，新月形的太阳则激起了人们智慧层面的反应。
每有日食发生，官方媒体便铺天盖地向我们抛来一堆提醒，告诫人们不得直视日食，否则会造成严重的视力损伤。不要直视太阳，一分钟也不行。盯着太阳哪怕一分钟，阳光都能在你的视网膜上灼出一个洞。我能理解官方媒体这种夸张的说法。长时间盯着太阳确实不是什么好事儿，媒体告诫大众的每一条后果，最终都有可能变为现实。为了引起人们足够的恐惧感，防止民众长时间直视太阳，媒体必须说：“完全不可直视太阳。”这些警告如此严厉，许多人都相信了。民众认为，日食产生的特殊能量确实会对眼睛造成一定损伤。事实上，无论是正常的太阳还是日食，人都可以短时直视太阳，眼睛也不会受到伤害。毕竟日常生活里，我们难免会瞥见太阳，也未见有人因此瞎了眼。
不过大多数人还是很听话地不去直视太阳，并且采纳了官方媒体的意见，透过一种可过滤太阳光线的精巧设备来观察日食，或是干脆通过投影设备来观看日食。那日，我走在纽约的街头，正为科学进行着人道主义的“实地考察”，见人们用这些设备观察太阳，心里很是感激。托全套观日设备的福，街头众人得以聚在一起讨论、分享，进而组成了一个个观察日食的小团体。
有人手持滤光器观察太阳。一位年轻人准备了数条显影过度的胶片，分发给感兴趣的人，每位观察日食的人都拿到了双层胶片（报纸建议如此）。第53大街上的一位电焊工也放下了手中的活，将他的护目镜分享给聚在一起看日食的人。
还有人借助小孔成像的光学知识来观察日食。任何一个小孔或小缝隙，均可充当针孔摄像机，投射出新月形太阳的影子。用小孔成像的方法观看日食，纽约还有一个农村不能比的优势。影子投射在坑坑洼洼的路上的效果不佳，但若投射在平坦的白色人行道上，观赏效果好得出奇。纽约是个五彩缤纷又充满活力的混合型大城市，这里汇聚了不同种族、不同阶级、服装各异的人（我见过许多比纽约更美丽、更具异域风情的城市，但它们在多样化方面均不及纽约）。我们却很少聚在一起，世上有什么东西能让我们忽略彼此的差异，引起我们的共同关注呢？现在想来，还有什么能比无处不在的阳光更适宜回答这个问题的呢？
第58大街上，一位来自西印度群岛的看门人正穿着工作服站在公寓的大门口。他头顶的雨棚满是小窟窿，每个小窟窿都在人行道上投射出新月形太阳的影子。那位看门人，就像是个招揽顾客的沿街小贩，把路上的行人招呼到他的雨棚下，一起观赏这壮观的景象。“来看吧，不要钱！”一位亚洲人正站在隔壁建筑前，他就像是小吃摊的摊主，一个劲儿地向人们展示，如何用信封、纸张或是薄文件夹卷成的小孔往地面投射太阳的影子。当然，这也完全免费，毕竟，独乐乐不如众乐乐。
每条街道上，都能见到人们聚在一起，彼此炫耀分享着新发现的投射方法。树下聚集的人最多，叶子间的缝隙就像一个又一个的小相机，地上错落的枝叶影子间，跳动着上百个新月形太阳的影子。在日食到达顶峰时，一位穿着考究，嘴里叼着一根烟的女士，将手举向阳光射来的方向，光线穿过手指间隙，在间隙下方投射出新月形的太阳影子。她高兴地叫着，四周的人也为她欢呼。随后，一个男孩取下了头上的可调整式棒球帽，解开帽子上的调整带，用带子上的小孔投射太阳的影子。见状，人群中再度爆发出一阵欢呼声。
我这一辈子见过不少有趣的日食和月食，和所有的爱好者一样，我的记忆里也珍藏着最爱的故事和重要的事情。我记得，我见过最棒的一次月食是在十几岁的时候。那时，我正待在朋友的家里，25层楼的高度能让我俯视整个曼哈顿。一般来说，被完全遮住的月亮会变暗，可能还会泛着其他颜色的光。那一夜，整个月盘变成了一种深深的暗红色，一种从未在天空中出现过的暗红色，或许整个地球都不见得看到过这种颜色。那一瞬间，我突然明白了，《圣徒》这首歌里的那两段词，并不是在说什么抽象的末日恐怖故事，而是在描述日食和月食的景象。那时，我是一个民谣乐队里的贝斯手，这首歌是我们的常奏曲目。那两段词是这样写的：“当太阳不再闪耀光芒……当月亮转为血红色；哦，上帝！当圣徒前行之时，我愿成为他们中的一员。”这一段歌词描述的是末日审判，此类事件往往会伴随着日食或月食。正是如此，先知约珥才会像个天文学家一般，做出如下预言：“日头要变为黑暗，月亮要变为血，这都在耶和华大而可畏的日子未到之前。”
我至今依旧念念不忘1970年初的那场日全食。一个人能如此幸运，有机会目睹这场堪称壮观的天文奇景，又怎么会忘记它？那次，我们系租了一艘渔船，自楠塔基特岛出海，那儿是新英格兰唯一一处能完全看到日全食的地方。我渴望见到月亮的阴影完全遮住太阳的那一刻，一想到能见到日冕，我便激动得汗毛直立。但当时，我还没有完全明白这种现象的原理。人类居住的自然世界里充斥着各种阴影，就连灾难也能在阴影中看出端倪，比如滚滚黑云往往会引来暴风雨，龙卷风则在数里之外便可瞧见它的影子。但当太阳完全被月亮的影子盖住时，天空就像是被看门人拉下了电闸，霎时暗了下来。太阳威力巨大，百分之一的太阳光便可形成白昼。日全食时，世界陷入黑暗，而白昼与黑夜，不过在眨眼间便完成了转换。天空完全黑下来时，我那尚在襁褓的儿子在我怀里哭号起来。
美国学校的科学教育质量欠佳，类似的警告听得我们耳朵都快生茧了。多少人在哀叹，绝大多数美国人对身边的自然现象一无所知。这种悲叹确实有一定可信度。我的学生里，有近一半的人不知道地球有四季的原因。我们必须加强自然科学知识的普及，在教育领域，这是重中之重。
我很肯定，美国人在自然科学知识方面的欠缺绝不是因为缺乏兴趣。“美国人欠缺自然科学知识”这种指控是对的，但若将原因归结于缺乏兴趣，那便大错特错。美国人对自然的兴趣很高，但这并不意味着兴趣能够化为动力，促使人们参与传统意义上的科学活动，或者把科学变成人生追求（会有此类误解，是我们对智力活动分类不当造成的）。我的同事菲利普·莫里森有一个爱好，他喜欢记录大量对科学素养有较高要求的日常活动，但这些活动很难分类，比如制造和维护望远镜的人必须拥有天文知识；园艺俱乐部成员需要丰富的植物学知识（这一点尤见于年长女性）；甚至对于那些经常出入赛马场赌马的人，不了解概率的话，也会成为其提高科学素养最大的障碍。
现在，请允许我在这份清单上再加上一条。美国现在有近百万的5岁孩童能够准确地记住（也能拼写）所有恐龙的名字。而在1994年5月10日这一天，成千上万的美国人停下脚步，抬头观望太阳，静静思索，那层层积累的欢乐与喜悦，我认为也可以加在这份清单上。那一日，纽约是全世界最值得一去的地方；那一日，我更加坚信，人类对科学知识有与生俱来的兴趣。若想在教育层面开展实际改革，让人们对科学有更加广泛的理解，这种兴趣既是一切的基础，也是必不可缺的元素。
人们常说，唯苦难可将众人团结在一起。暴风雪时，我们确实会互帮互助；若是有邻里遭遇不幸，我们也乐意敞开家门，用一颗诚挚的心去帮助不幸之人；若是有孩子走失，哪怕我们不认识这个孩子，也会彻夜在森林里搜寻孩子的踪迹。如此种种，让我们对人类共有的人性抱有希望。人们常认为，这个世界一点也不体贴，充满了自私自利，甚至可谓残忍。人们还认为，唯灾难方可以唤起人性，享乐做不到这一点，更不用说与单纯肉体上的享乐相对应的智慧了。但兴趣与好奇心也可以将我们聚在一起。那一日，我看到纽约人沉浸于自然中，自发地与身边的人讨论太阳。这一幕给我带来莫大希望，人类面对困难时团结一致的勇气虽然也让我心怀希望，却不能和这一幕相比。看到众人齐心面对困难，我会心生崇敬，眼含热泪，但众人齐观日食这一幕，却让我情不自禁地微笑。
所以，我决定引用一首最伟大的太阳赞歌作为这篇文章的结尾。我常提及我个人的科普文写作理论，我将科普文写作分为两个类别：第一种为伽利略模式，主要是关于自然谜题的知识性文章；第二种则为圣方济各模式，主要是关于描写自然之美的抒情散文。我崇拜伽利略，因为他并没有采用教会与大学的正式拉丁语，而是用意大利语创作了两本对话集，用自己的方式与有识之士沟通。我也很崇敬阿西西的圣方济各，因为他对大自然之美的优美赞颂。
我是伽利略式写作方式的忠实信徒。我所承的这一脉是自伽利略大师本人起，到19世纪的托马斯·亨利·赫胥黎，再传至与我们同代的J.B.S.霍尔丹和彼得·梅达沃。我也很崇拜圣方济各，但实在不知道如何用圣方济各式写作方式进行创作。这篇文章的开头，我引用了我心中的文人英雄伽利略所说的一句话。但因文章所述的重点，是太阳的力量之大，能将不同的文化与不同的关注点聚集到一起，故结尾时，我要引用的这句话，出自一位我从未引用过的人之手，即阿西西的圣方济各。圣方济各于1225年创作了一篇优美的抒情散文—《太阳兄弟颂歌》。这篇文章用他的家乡话翁布利亚语著成，他的作品也常被认为是现代语言中保存下来的最早的作品。
“为我们带来白昼的太阳兄弟啊……
他是多么美丽，多么绚烂辉煌！”