硬币和金字塔，是作者刘兵在谈及科学与艺术之关系时涉及的隐喻，它们也可以作为科学文化和人文文化之关系的隐喻。《硬币与金字塔》一书收录了作者关注科学与人文相结合，强调以人文的视角来看待科学的“非传统”科普作品。

本书是《中国科普大奖图书典藏书系》之一。

《中国科普大奖图书典藏书系》囊括新中国成立以来，著名科普、科幻作家经典获奖作品，展现科学之真、善、美，传播知识、激发兴趣、启迪智慧！中国科普作家协会选编推荐！

刘兵编著的这本《硬币与金字塔》就是该书系之一。

第一部 知识性科普

 看不见的舞台

 超导史话（节选）

第二部 科学家

 卡皮查：奇特的经历与杰出的成就

 玻色：第三世界科学家的彗星现象

 舒布尼可夫：被清洗的物理学家

 萨顿与科学史

 派斯：从物理学家到物理学史家

 费曼：超级科学明星

 凯勒与科学史的女性主义视角

 科学史家的命运

第三部 审视科学

 戏剧舞台上的物理学家

 科学的一般概念与中国古代的“科学”

 中国古代有无“科学”之我见

 科学史的误区：从爱国主义到中国的‘世界第一”

 “科学的极限”与批判

 科学、技术、人文主义与科学史

 《李俨钱宝琮科学史全集》：科学史家的纪念碑

 令人忧虑的渴望

 科学史就在你我身边

 霍金的预言：未来一千年中的科学

 科学史的功能与生存策略

 网络的自由与限制

 科学家还要做些什么

第四部 科学教育中的人文因素

 从两种文化问题谈起

 科学史与科学教育：历史背景

 美国《206l计划》与科学教学中的人文因素

 美国《国家科学教育标准》与科学教学中的人文因素

 英国对科学教学中的人文因素的要求

 在科学教学中强调人文因素的意义

第五部 科普书话

 硬币与金字塔

 昔日的光辉与今日的思考

 在普及中体现真正的科学精神

 陌生的爱因斯坦

 “奴隶”对“主人”和自身的思考

 传奇的背后

 科学普及中的科学与民主

 自己的身体和自己的权利

 他山之石的意义与无意义

 以性别的视角考察自然与科学

 圈中的陷阱

 不完整的经典之作

 权利的延伸

 一个真实生动的爱因斯坦

 终结者的反思

 现代立场与科学式的《圣经》

 聚集科学文化出版策划人

后记

超导体的一个重要特征——能隙

要讲清能隙的概念，还要先讲一点量子力学。

在经典力学中，物质的能量被认为是连续的，然而在量子力学中，则大不相同。以在原子内部的一个电子的能量为例，根据量子力学，这个电子的能量将不能连续地变化，而只能是一些特定的值。当它吸收外来的能量而使自己的能量增加，或放出一部分能量而使自身的能量减少时，它所吸收或放出的能量也只能是一些特定的值。这就是说，它的能量如果要有变化的话，也只能跳跃式地变化，而不能连续地变化。这就是在量子力学中能量的量子化的物理图像。此外，原子中的电子还有另外一个“毛病”：在一种状态中，只能有一个电子。这就是量子物理学中著名的“泡利不相容原理”的内容，说起来，倒有些像“一个坑里只能有一个萝卜”。当然，这里所讲的“状态”，严格地讲，应该称为“量子态”，自然能量是量子态的参数之一，但也还有其他的参数，例如电子的自旋等。我们可以打这样一个比方；由于能量的量子化，电子所被允许的能量，是一系列分立的值，就像一架梯子一样，电子只能站在梯子一级级的横木上，而不能站在一级级横木之间的空当中。如果我们把自旋方向向上的电子用男孩来代表，把自旋方向向下的电子用女孩来代表的话，则每一级横木上只能站一个男孩和一个女孩，而不能站两个男孩或两个女孩。因为某一能量加上男孩这个参数可以被认为是一个量子态，但同一能量再加上女孩这个参数则被认为是另一个量子态，所以是不违反泡利不相容原理的，当原子中所有的电子都处在可能的最低能量状态时，叫做基态；而当原子受到外来的激发，如受到光的照射或其他粒子的碰撞等，电子可以吸收一定的能量，再向“梯子”的上面“爬”（也就是“跃迁”）一级或几级，这时，原子就处于激发态。

固体是由许许多多的原子构成的。在固体中，量子力学的能量量子化效应仍然是存在的，只不过情况更加复杂－些。在许多固体的电子能谱中，能量最低的激发态（即第一激发态）与基态能级的距离是一个有限的值，电子不允许具有在此之间的能量，这个距离就叫能隙。

早在1935年，那两位大名鼎鼎的伦敦兄弟，就已经提出了在超导体的电子能谱中也存在能隙的猜测。他们分析了他们提出的超导电动力学唯象方程，试图用量子力学来推导该方程。后来，在30年代末和40年代初，又有其他一些物理学家也尝试利用能隙的概念来定性地解释超导现象。但是，在这些工作中，超导体的能隙只不过是一种猜测而已，因为当时并没有实验证明超导体电子能谱中存在能隙，在很长一段时间里，大多数物理学家并没有对超导体的能隙给予足够的重视。事实上，要从实验上来证明超导体能隙的存在，在当时的实验条件下是极为困难的。尽管也有一些实验的迹象暗示了能隙的存在，但由于数据太少，结果不可靠，理论上也还存在疑问，所以人们并没有从中得出什么肯定的结论来。

到了50年代，实验技术有了很大的发展，测量的精度大大地提高了，也可以得到更低的温度，再加上第二次世界大战期间出于军事的需要对雷达的研究促进了微波技术的发展，所有这些，都为用实验来证明超导体能隙的存在准备了必要的条件。

1951年，在英国牛津召开的低温物理学会议上，物理学家古德曼首先报告了超导体的热导性质的测量结果，为能隙的存在给出了第一个间接的有力证据。随后，布朗等人在1953年和科拉克等人在1954年的实验结果，表明超导体电子的比热是以指数形式随温度变化的，这一结果明确地支持了能隙的概念。此后，在1957年前后，科学家们还得到了有关能隙存在的其他一些实验证据。

为了更清楚地说明超导能隙的存在，我们这里以超导体对电磁波的吸收实验为例。按照量子力学的观点，电磁波也可以被看做由一粒粒运动的光子构成。而每一个光子的能量E＝hv（这里，v代表电磁波的频率，h是量子力学中最重要的一个常数，叫普朗克常数）。这个公式表明，不同频率的光子具有不同的能量。那么，戈们可以设想一下，若采用不同频率的电磁波来照射处于超导态的超导体，如果其频率足够高，使得光子的能量E比能隙大，则处于超导态的电子就会吸收光子的能量，跃迁为正常电子，即使在温度趋于绝对零度的情况下，也仍然会有对电磁波的吸收。反之，如果照射的电磁波的频率较低，光子的能量正比能隙小，则超导电子就不会吸收来自辐射的能量。

有了超导能隙存在的实验证据，又知道电子一声子相互作用是产生超导的原因，留给理论家们的任务就很明确了：一个成功的超导微观理论，必须能从电子—声子相互作用出发，推导出超导能隙的存在。

P90－92

此书中的大部分文章，我都已经事先拜读过了。近来我在读这些文章和其他一些科普作品时，一直有一个问题萦绕在我心头。

为何伪科学的，以及假科学之名而行骗钱之实的东西——我想刘兵兄不会愿意称之为作品——经常能在大众媒体上“闪亮登场”，而严肃的科学家的声音，却往往不能及时出现？或者虽然出现了也不够有力？

让我们先假定理想化的边界条件：媒体并没有和伪科学或骗子们勾结。然后来猜测造成上面所说现象的原因。我现在想到三条可能的原因：

第一，严肃的科学家写出来的文章，往往不如某些传播伪科学的文章好读。大众媒体对其上刊登的文章，是要选择和过滤的，它们不能因为文章枯燥乏味而失去读者。

严肃的科学家是术业有专攻的人，他们撰写专业学术论文和专著自然没有问题，但专业学术论文和专著并不需要让大众看得懂——如果能做到这一点当然再好不过，可惜通常是无法做到的。久而久之，今天的许多科学家逐渐丧失了写作大众阅读文本的能力。他们往往也没有时间去讲求大众阅读文本的写作技巧，只能靠中学时代语文课上的一点底子。何况现在重理轻文日益严重，中学里就要分理科班和文科班，今后真不知道将伊于胡底。

与此相反，传播伪科学的人或骗子，在科学上没有术业专攻，整天将功夫放在如何哗众取宠、耸人听闻上面，我们不能不看到，这些人写作大众阅读文本的技巧，有时确实在严肃科学家之上——尽管他们的文章实际上逻辑混乱，错误百出，无奈一般大众毕竟不是科学家，很难一眼就看穿他们。

于是，大众媒体对文本阅读趣味的追求，在客观上形成了倾斜的过滤机制，这种过滤机制对严肃科学家不利，而对传播伪科学的人或学术骗子有利。

第二，严肃的科学家自重身份，不屑去与伪科学传播者或骗子辩驳论战。结果后者就乘机在大众媒体上活跃起来，欺骗公众。

第三，缺乏健康的批评氛围。普遍认为“立”才是正道，“破”则要得罪人。一些老于世故的学者也经常告诫年轻人，“正面陈述你自己的观点，不要去批评别人”。结果伪科学传播者或骗子就经常找机会“正面陈述”他们的谬论，而切中要害的批评却很少出现。

据上述三条原因，可以推想的对策至少有两条：

一、严肃的科学家致力于提高自己写作大众阅读文本的技巧，并且更勇于挺身而出对伪科学谬论进行驳斥。

二、由另一些受过严格科学专业训练的、但目前并不在科学前沿工作的人士来进行科学普及和对伪科学的批判工作。刘兵兄正是这些人士中的一个。

我毫不怀疑刘兵兄具有成为科学家的潜质，但是他选择了另一条道路。这些年来，他一直在科学史与科学哲学的领域中行走，也就是在理科和文科的交界处行走，但是他又不“安分”，还要涉足出版、书评、环保等等领域。许多人常闻其大名，却忍不住要问“刘兵是干什么的”——他到底算干什么的呢？无以名之，我想可以谓之“科学文化工作者”。目前，国内外主要以中文写作的“科学文化工作者”，已经有效进入国内学术界（或者宽泛些，称为“知识界”？）视野的，好像不到十人光景，这对今日中国来说，是远远不够的。

伪科学经常向人们兜售廉价的科学殿堂入场券，许多缺乏科学训练却又对科学十分向往的善男信女，很容易上当受骗。再说如今人人奔竞，个个匆忙，要让公众沉下心来花很多时间读科普读物，也很困难。所以如何能够让科学殿堂既神圣庄严，但同时又香火鼎盛，确实是一件很难的事情。比如我们有专职的“科普工作者”，但是在最近几起著名事件中，在第一时间挺身而出批判伪科学的却总是另外一些人士。我感到传统的“科普”路数可能已经不太管用，我们必须寻求更好的办法，也许这就是科学文化的用武之地吧。

为什么几十年前曾风靡一时的科普作品，如今大部分都已经不再叫座？其实知识老化并不是主要原因，主要原因是读者和供求关系都已经改变。今天都市公众（他们仍是科普读物的主要读者）的受教育水平，比起几十年前普遍有很大提高，他们要求阅读更高水准的科普作品，几十年前那种入门水准的作品已经不能吸引他们的眼球。

更重要的是供求关系的改变。几十年前的科普作者可以摆出一副“我开导你，你受教育”的架势写书，不用担心缺乏读者，读者还会读得津津有味。如今，书籍在我们的都市早已经供过于求，引进的和国产的科普作品也足以让读者挑花了眼，现在科普作者只能用“我讲故事，请你来听”的架势写书，故事还要讲得精彩，读者才肯来看几行。但是一味迎合读者，走进低级趣味的歧途，则又为学者所不取。

刘兵兄编成这部科普文集，征序于我。这使我想起前不久有一个我和刘兵兄共同的朋友在报上写文，开玩笑将我和刘兵兄彼此为对方之书作序，恶攻为“彼此作序，相互吹捧”，我和刘兵兄见了，都坦然笑而受之。

从学术史上来看，在学术活动中，要交流就会有理解，彼此作序的事是经常发生的。但是我们想到学术的繁荣，想到大多数好书的命运，我们为增进理解而作序，就是序得其所。

再说，十多年之前，在我们安身托命的学术领域处在最低潮的岁月，圈子里的同龄人几乎都走了——出国、经商、改行等等，我和刘兵兄一南一北，形单影只，在漫漫寒夜中，彼此呼应，相互鼓励，“为保卫我们的生活方式而战”。此情此景，现在回想起来，就像是昨天的事情，还是那么令人感到温暖，我们又有什么不能坦然受之的呢？

2001年2月28日凌晨

于上海双希堂

记得还是在刚刚上大学不久，大概是在大一，也许是大二的时候，微积分课上老师推荐了一本由著名物理学家和科普作家伽莫夫所写的名为《从一到无穷大》的科普书。当时，把书找来后，几乎是一口气像看侦探小说那样地把这本书读完的。在此之前是否看过其他科普书现在已经不记得了，至少也是没有留下什么印象。但自从接触到《从一到无穷大》这本之后，终于产生了对于科普著作的好感和兴趣，也更加因为很少能再遇到像《从一到无穷大》那样高的水准的科普著作而遗憾。以至于，甚至一时萌生过毕业后干脆当编辑去的想法，当然是为了想更多地出版像《从一到无穷大》那样的优秀科普著作。不过，那时却从未想过有朝一日自己也会介入科普写作，或者说被承认为介入了科普写作。

我大学时学的是物理，但由于自己对于人文学科的兴趣一直也很高，再加上其他各种考虑，念研究生时报考了科学史的专业。1985年毕业后，绝大部分时间都用在像科学史的教学和研究中，当然，为了能够维持这种兴趣，也还要更多地担任像自然辩证法这样的公共课的教学任务。总之，是以一种在大学中标准的学者的方式来进行研究和写作。

第一次介人科普，是20世纪80年代末当超导热起来时，因为我一直研究超导物理学史，因而被邀写一本通俗的超导发展史。这就是与我国著名超导物理学家管惟炎先生合作，由知识出版社于1988年出版的《超导研究75年》那本小册子。后来，陆续地，又先后写了几本类似的科学史普及读物。现在回过头来看，我以为这些作品还是比较“传统”的，即使是按照把科学史也包括在内的较为宽泛意义的科普概念。

直到近些年来，由于多方面的原因，我开始比较多地涉足于科学文化的领域，尽管依然是立足于自己的科学史专业，但这里所讲的科学文化，则包括了学术、准学术和普及的不同层次，也包括了像科学教育、科学与艺术、生态环境、社会性别等多个领域，甚至包括了像组织出版撰写书评等多种类型的活动。究其原因，既有在某段时间个人的工作有所变化的因素，有出版业越来越繁荣和市场化以及由此带来了资源需求的因素，也有社会上对于科学精神、科学方法、科学文化的重视与需求的因素。相应地，也开始有人将科普的观念更加扩大和现代化，将以往那种偏重注意介绍具体科学知识的科普归为“传统”科普，而将更加注重科学精神、方法和文化的作品归入“公众理解科学”类的科普范畴，也有将其干脆以科学文化类作品相称。因而，我的一些写作和活动也就被一些人看做是处于广义的科普领域中。这倒是我以前确实未曾想到过的。

但是，在“传统”科普和“非传统”科普之间的某些分歧、矛盾或者说张力也仍然存在。不过我以为，在正常的情况下，不同类型的科普都是为社会所需要的，有多种类型科普存在显然要比只有单一类型更好。在我的理解中，我个人绝大部分的“科普”作品，当然是属于那种“非传统”型的。承蒙湖北科学技术出版社厚爱，将我出版过的集子选人《中国科普大奖图书典藏书系》，我个人确实感到非常荣幸，并以为，这既是对我的工作的某种承认，也是社会上对于“非传统”科普的承认的开始。

这本集子以《硬币与金字塔》为书名。其来源是其中所收的一篇讨论科学与艺术之关系的文章的标题。同时，用做整本书的标题，也还可以找出某种寓意。因为，在那篇文章中谈到的硬币和金字塔，都是在谈及科学与艺术之关系时涉及的隐喻，当然它们也可以作为科学文化和人文文化之关系的隐喻。它们意味着，科学和人文是硬币不可分的两面，也是金字塔相互关联又彼此分离的不同侧面。但在金字塔的隐喻中，还有另一层意思，即随着认识高度的上升，其问的距离也将会相应地缩短。而在这本集子中所收的我的“非传统”科普作品中，最明显的特点之一，也正是对科学与人文相结合的关注，是对以人文的视角来看待科学的强调。

这本集子的内容选自我发表过且自认为大致属于“非传统”类型的科普作品，包括对两本有科普小册子的节选和一些单篇的文章。需要说明的是，其中有些文章也曾收在了我另外几本学术或随笔性的自选集中，但由于科普的专题性和读者的不同，经再三考虑，还是把它们包括在了这本集子里。

在选编的过程中，承韩蒸丽女士在选题和文字修订上付出了大量的劳动，在此特别致谢。当然，特别需要致谢的，还有湖南教育出版社的符本清先生，正是由于他的认可和帮助，才使这本集子的出版成为可能。

2001年3月3日于北京清华园

科普阅读的权威读本，科普出版的文化长城。

——叶永烈