视野大小决定认知宽度，瀛海探经：汪品先科学人文随笔

我们看世界，一个是视野的大小，还有一个是视角的位置。苏东坡写庐山：“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”原因在于视角的不同。杜甫登泰山：“会当凌绝顶，一览众山小。”原因在于视野的扩大。例如，地图，不知道从什么时候开始，大家看地图的习惯都是上北下南。可是，澳大利亚一个艺术家偏偏把地图倒过来画，南极朝上，北极朝下。这幅画还申请了专利，实际上就是视角的差别。

中国人到英国，发现邮筒是红的，觉得奇怪，因为我们的邮筒和“邮差”的衣服都是绿的。其实，这是我们自己的视野太狭所致。人们认识世界都是从自己的眼耳口鼻手等开始的。例如，我们现在为什么都用十进位？因为人有十个手指头，如果是八个或十二个手指头，说不定现在用的就是八进位或十二进位。这就是我今天要跟大家重点讲的——科学与视野。

实际上，一部科学史就是人类不断扩展自己视野、改变自己视野的历史。日本有一位名叫本川达雄的著名动物生理学家，他写了一本书《老鼠的时间，大象的时间》，书中写道：大象的寿命是70年左右，老鼠只有2年，但是老鼠的心跳快，大象的心跳慢，所以它们一生中的心跳总数是差不多的。也就是说，不同大小的生物它们的时间尺度是两样的。他还发现，老鼠虽小，但4天就能吃下和自己体重相等的食物；牛个头大，但要吃完相当于自己体重的食物要花一个月时间。究其原因，动物的体型不同，它们的时间和空间的尺度也就不同。所以人要了解世界，也应当知道自己时空尺度的局限性，就不能只从自己的视野和视角出发。

深海生物中有很多“大家伙”。例如，法国作家凡尔纳《海底两万里》中描写的巨型章鱼，可以把船掀翻。深海里确实有许多体型大到难以想象的生物，有的就是传说中的“海怪”。例如，一条鱿鱼可以长达14米，一只螃蟹能长得跟卫生间那么大，还有生活在1 000米深海中有10来米长的皇带鱼，也就是传说中的“海蛇”。另外一个极端是小，深海里也有许多微生物小到用一般显微镜都看不见。但是，你别小看它们，这些被称为“原核生物”的海洋细菌才是地球生态系统的基础。小小一滴海水中，就有上千个细菌，至于更小的海洋病毒数目就更多了。有人比喻，全大洋中的病毒如果排队，长度将超过60个银河系，不知道要排到哪里。

每种生物都有它自己的生态世界体系，如果单从自己的视角出发，很多事物就难以理解。前面我说，人类认识世界是从自己的手、脚、眼睛、鼻子、耳朵、嘴巴开始的，所以总以为自己是中心，总以为自己最伟大。实际上，人类在世界上是非常渺小的，时间尺度非常短，空间尺度也非常小。一部科学史只不过是人类不断纠正认识错误、克服人类中心观的历史。

最早的人类，中国的也罢，希腊的也罢，都认为世界像一个圆盘子，外面是海洋，中间有一些陆地，自己就是世界的中心。例如，苏东坡当年到了海南三亚，就认为那里是世界的天涯海角。欧洲也是这样，像英国西南方的地角（Land's End）、西班牙的耶罗岛（El Hierro）等，都曾被认为是“世界的尽头”。哥伦布到了巴哈马群岛，以为是到了印度，把土著民称为印第安人，因为那时候的地图上没有太平洋，也没有美洲（图1）。人类用眼睛来看世界，看到的东西是很有限的。光谱里面，人类看到的可见光就那么一点点，这一点还不如很多别的生物。论运动能力，刘翔算跑得快了，1秒也只能跑几米。论声音，20个赫兹和2 000个赫兹之间我们能听得见，但别的频率的声波你都听不见。论寿命，人活到100岁就很神奇了，但与整个宇宙的历史相比，100年实在太微不足道。

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图1　15世纪流传的世界地图——托勒密地图（据1482年雕版印刷）

18世纪人类发明了蒸汽机，20世纪发明了火箭，现在可以克服地心引力到太空去了。应该说，到今天为止，人类上天的能力很好，空间穿越的能力很强。但是，从整个人类的认知水平来讲，还是非常有限的。大家知道，在哥白尼用望远镜观测星球之前，人们都以为地球是中心，太阳是围绕地球转动的，哥白尼改变了那个时代人们对宇宙的理解，这被称为“哥白尼革命”。到了20世纪60年代，因为现代遥测、遥感技术的应用，可以从空间看到整个地球，有人说发生了“第二次哥白尼革命”。相对于“第一次哥白尼革命”，人们用望远镜看到地球外面的宇宙，“第二次哥白尼革命”是指人类离开地球，从太空的视角回过头来审视地球，这才获得全球的视野，才谈得上“全球变化”的研究。

细细想来，地球上的很多事都是有周期性的。人的心跳是一种周期；白天、晚上、潮汐是一种周期；春夏秋冬是一种周期；地球轨道变化有万年等级的周期；地球上大陆的联合和分解，也是一种几亿年的周期；一百几十亿年前的宇宙大爆发，现在有人怀疑这也是一种周期性现象。若这样分析的话，整个宇宙就是一个无穷无尽的不断旋回，今天的地球其实就是一系列不同尺度、不同空间中的东西，掺杂叠加在一起的奇妙组合体，这是很复杂、但也很有意思的。所以，我们说科学好玩就是在这里。当你从一大堆现象中找出一点头绪来，你会兴奋得不得了，这是一种洞察、省悟的乐趣。

我们要不断扩展自己的眼光，大的科学要有大的视野和大的实验。例如，我们现在研究中微子，要追踪中微子在宇宙中的来源，实验室放在哪里好呢？欧盟就选择在地中海的深海中建立实验室，在两三千米水深的地方安放检测器，称为“中微子望远镜”。这就是用“大尺度”来研究“小问题”。

各个生物体除了空间尺度不同，时间尺度也各异。不同的生物有不同的生命，也有不同的乐趣，人类不能只从自己的时间尺度去看待。庄子说，“朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋”，可怜的小生命，有的不到一天、有的不到一年就死了。但是“今人不见古时月，今月曾经照古人”，李白的话提醒我们：人类的寿命与月亮比，岂不是羞愧得无地自容吗？

关于地球形成的时间，也有一个认识的过程，也存在过争论。古代西方认为只有几千年，当年有大主教考证，上帝创造世界是在纪元前4004年10月23日，星期天早上9点。后来地质证明完全不是这样，太阳系是差不多同时形成的，距今大约46亿年。人类自古以来用天文记时，年、月、日都是天文周期，而“年”以上还有更长的天文周期，但是几万年的周期太长，一般人用不上，可地质学家有用。例如，现在地球的倾角23度半，这就是回归线的纬度。但是，地倾角、回归线是在变的，1908年台湾嘉义县造的回归线纪念碑，到1996年就不在回归线上了，差了1.2千米。这是因为地倾角有4万年的周期，这种周期可以用作地质纪年。例如，“生命大爆发”发生在5.3亿年前，用“年”作单位实在太小，就像你说每过3 000多万秒过一次生日一样别扭。