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科學蒙難集

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               內容簡介
  本書介紹歷史上著名的科學家和科學成果所經歷的種種磨難,從反面來分析阻 礙科學前進的因素,從中吸取教訓,把握規律,以利於克服障礙,促進科學技術的 蓬勃發展。
  緒論:科學蒙難若干原因的歷史分析
  此書上《潛科學》叢書之中的一本。它力圖以確鑿可靠的科學史實為依據,從 科學蒙難這個側面來研究和探討科學發現由「潛」到「顯」的規律。所謂科學蒙難, 就是指在科學發展的進程中,由於種種因素,使某些科學成果在發現或公認時間上 被延遲,在傳播的空間上受限制,以及使發現者本人遭遇不幸等現象。因此,如果 說叢書的其它幾本是從正面去考察造成科學增長的原因,以總結經驗,把握規律, 推動科學技術的迅速發展,那麼,可以說這一本書是從反面來分析阻礙科學增長的 因素,以吸取教訓,克服障礙,促進科學技術的順利前進。
  這裡,我們考察和剖析了科學技術發展史上蒙難的32個事例。就每個事例來 說,都是在特定的歷史條件下出現的特殊現象,其原因是多種多樣和錯綜複雜的, 但其中卻存在著帶有普遍性的一些原因,歸納起來,主要有以下十個方面。
  (一) 傳統觀念的束縛
  新的科學發現和理論常常是原有理論所無法解釋的,是與傳統觀念相衝突的, 因此,受傳統觀念的束縛,固執於舊理論,必然造成科學成果在發現和公認時間上 的延遲和傳播空間上的限制。
  原有的科學理論可以有效地指導人們去認識自然和改造自然。然而,如果把它 看成是僵死的、絕對不發展的,那麼就會束縛新的科學發現。19世紀90年代,勒貝 格在前輩數學家所取的成果基礎上,大膽地改進了黎曼積分,以函數值相近的區集 分劃代替了求積區間從左至右的分劃,以集合「測度」的一般理論代替了粗糙的 「廣延」理論,於1902年寫出《積分、長度、面積》一文,提出了新的點集的測度 概念,並在此基礎上建立了新型的積分——勒貝格積分。這種積分克服了黎曼積分 的缺點,應用範圍也廣得多。從而,勒貝格解決了大數學家波萊爾。約旦等多年來 一直在想而始終未能解決的難題。但是,數學家們受傳統的黎曼積分的束縛,不願 接受勒貝格積分,指責它破壞了黎曼積格積分在20世紀的頭十年裡,一直受到冷遇, 而勒貝格本人也因些受到污蔑和人身攻擊。直到1910年,由於勒貝格、斯蒂吉斯等 人的深入研究,在概率論、調和分析等領域找到了應用,逐步形成了以勒貝格測度 和勒貝格積分為基礎的一個新的數學工具,勒貝格積分這才得到分認。同樣,受傳 統的地殼固定論的束縛,魏格納的大陸漂移說推遲了30年之久才得到公認;受傳統 的牛頓力學的束縛,愛因期坦的相對論不能及時為人們所接受,以至於愛因斯坦並 未因創立相對論而獲科學界的最高獎賞;受傳統的活力論的束縛,維勒人工合成了 尿素未能及時得到公認;受傳統的熱素說的束縛,卡諾未能發現熱力學第一、第二 定律;受傳統的燃素說的束縛,普利斯特列「當真理碰到鼻子尖上的時候也未能發 現真理」;受傳統的歐氏幾何的束縛,高斯不敢發表自己關於非歐幾何的研究成果, 亞。鮑耶和羅巴切夫期基關於非歐幾何學的研究也未能及時得到公認。
  傳統的科學方法為人閃提供了思維規範。當新方法與這種規範相衝突時,則往 往不能及時為人們所接受。1926年,玻恩發表了短文《碰撞過程的量子力學》,首 次提出了波函數的幾率解釋。隨後以以長篇文章和專著詳細講討論並發展了這一最 子力學的新方法。這種新方法是以實驗為基礎的,而且得到了實驗的證明,它使得 量子力學成為一門統計性的數學物理理論。這種方法與自拉普拉斯以來人們普遍接 受的方法——決定論——是大相逕庭的,因此,就連對量子力學做出了重要貢獻的普朗 克、愛因斯坦、德布洛意、薛定鍔等人也不願接受,甚至提出了許多批評,致使諾 貝爾基金會拖延了28年才為幾率解釋的創立者玻恩授獎。
  (二)學術權威的壓制
  科學史表明,科學蒙難也來自學術權威的壓制。某一學科領域形成了權威,就 是這門學科走向成熟的重要標誌之一。學術權威可以帶領和指導廣大研究者繼續向 這一領域的深度和廣度進行探索。學術權威對科學發展具有極其重要的作用。但是, 權威是相對的,作為一個學術權威,如果把自己絕對比,看不見或看不起別人的成 果或貢獻,甚至採取學閥的作風,那麼,他就不僅不可能起到學術帶頭人的作用, 而且還會壓制科學新發現,阻礙科學新生力量的成長,從而造成科學蒙難。
  學術權威對科學新成果的壓制,首先表現為對不出名小人物的發現置之不理。 1826年,青年學生阿貝爾解決了許多大數學家多年想解決而未能解決的問題。他將 研究論文《論一類極廣泛的超越函數的一般性質》提交給法國科學院,該科學院秘 書、著名數學家傅立葉只讀了引言,便委託數學權威柯西去審查。但是,由於柯西 的忽視把稿件丟在什麼地方,竟記不起來了,直到兩年以後,阿貝爾已經去世,失 蹤的論文才重新找到,而論文的發表則被拖延了12年之久。同樣,1829年底,18歲 的青年數學家伽羅華,將自己關於群論的研究論文遞交法國科學院。然而,柯西和 傅立葉卻把這份極其重要的論文給散失了。1831年1月,伽羅華又將其論文交給著 名數學家泊松,再次遭到了指責和否決,論文整整被壓制了17年。直到1846年在劉 維爾主編的《數學雜誌》上發表後,才引起人們的重視。
  其次,學術權威對科學成果的壓制,還表現在對新成果的貶低和攻擊上。1884 年,瑞典化學家阿倫紐斯提了了在化學發展中帶有革命性的電離學說。他先把新學 說的思想匯報給母校烏普薩拉大學的克列維教授,熱切地期望能得到支持和幫助。 然而,他卻意外地遭到了教授的嘲諷。克列維說「阿倫紐斯的想法純粹是」胡說八 道「,是把」鼻子伸進不該去的地方了「。當他在烏普薩拉大學博士學位答辯會上 宣讀論文後,教授們個個怒不可遏,認為他的想法」純粹是空想「。更有甚者,當 他的論文公開發表以後,便遭致了更大規模和更加猛烈的攻擊。英、法、德、俄等 國家的許多一流化學家,也群起而攻之,化學界形成了一條國際反對陣線。其中有, 以發現元素周斯律而享有盛名的門捷列夫、以研究溶液理論而著稱的阿姆斯特朗、 以發現溶液滲透膜而聞名的特勞貝、以研究溶液電動現象而為人注目的魏德曼等等。 他們認為,由於電離學說違背了戴維和法拉第所建立的經典電化學理論,因而是 」奇談怪論「,」不值一提「。於是,這一學說長期得不到人們的確認。
  學術權威對學學人才的壓制,在科學史上也是不少見的。匈牙利醫生塞麥爾維 斯發明了用漂白粉洗手的消毒法,預防產褥熱病獲得成功,被譽為「母親的救星」。 可是,他在維也納做了「產褥熱的來源」的學術演講後,卻遭到了他所在的教研室 主任克雷因教授的反對,並因此而被維也納總醫院解雇了。後來,他申請到大學任 教,也遭到了拒絕。青年教師康托爾創立了集合論後,馬上遭致當時一些赫赫有名 的數學家的激烈攻擊,其中攻擊得最為激烈、最為長久的卻是他的老師、比他年長 22歲的著名數學家克隆尼克。克隆尼克認為,康托爾關於超限數的研究是一種非常 危險的「數學瘋病」,並在許多場合下,用各種頭刻的語言,粗暴地、連續不斷地 攻擊康托爾達十年之久。康托爾一直在哈勒在學任教,薪金很微薄,幾次想在柏林 得到一個薪金較高、聲望較大的教授職位,但由於克隆重尼克橫加阻撓一直未能實 現。他的學術論文也由於克隆重尼克的阻撓而一再延誤發表的日期。克隆尼克的激 烈攻擊,使得康托爾的精神狀態受到了極大損害,在40歲進患了嚴重的憂鬱症,極 度沮喪,神志不安。在他生命的最後幾十年裡,這種精神病時有發作,使他不得不 經常住到精神病院的療養所裡。這是數學史上一個發人深思的重事件。
  (三)習慣勢力的阻撓
  科學成果作為一種新事物,它本質上是進步的、革命的,往往與人們長期形成 的習慣勢力格格不入。習慣勢力是一種頑固的勢力,對科學新成果總是極力排斥和 阻撓,而由此造成科學蒙難。
  墨守成規的保守思想,是一種較為普遍的習慣勢力。它阻礙科學發現的事例, 在科學發展史上是屢見不鮮的。中國古代曆法改革之所以多次受阻,主要就是由於 當時朝延中保守勢力的破壞所造成的。南北朝時代的祖沖之,經過精密觀測和推算, 改變了19年7閏的舊歷,定出了391年置144個閏月的新閏周,於公元462年制訂了與 實際更為符合的《大明歷》,並進呈給當時朝延。然而,這一改革在朝延裡卻掀起 了軒然大波,遭到了以朝延寵臣戴法興為代表的保守勢力的激烈反對。他們攻擊祖 沖之的改革是「削閏壞章」、「誣天背經」;1093年至1095年間,沈括就提出了用 「十二氣歷」代替原來曆法的主張,這既符合天體運動的規律,也有利於農業生產 活動的安排。然而,這一主張非但沒有被採納,反而遭到頑固守舊派的「怪怒攻罵」 、極力阻撓,結果「十二氣歷」整整被掩沒了八百年之久;1481年,俞正寫了《改 歷議》一文,供禮部及掌管欽天監的官員參考,可是他卻被攻擊為「輕率狂妄,宜 正其罪」,並送入了監獄;1517到1518年間,漏刻博士朱裕上言改革,仍遭阻攔, 回答他的是:「古法不可輕變,仍舊法」。同樣,人猿同祖的理論長時間得不到確 認;琴納的牛痘接種法遲遲不能推廣;莫爾斯的電報、貝爾的電話拖延了發明和應 用的時間等等,也都是與保守勢力的阻撓分不開的。
  舊道德是習慣勢力的又一種表現形式。計劃生育事業的開拓者、美國著名醫學 家瑪格麗特。桑格,為了解除婦女的沉重負擔和痛苦,從本世紀初就開始積極倡導 節育,並研究了節育方法,製成了避孕藥,開辦了節育診所,受到美國廣大婦女的 響應和支持。然而,她的這些節育活動卻被一些人說成是「非法的」、「不道德的」 .紐約道德維持會會長安東尼。康斯托克,在1873年促進美國國會通過的一項禁止 利用郵政和火車、輪船傳遞色情品的法律中,塞進了一條禁止避孕用具和禁止傳播 避孕知識的條令。他把這些避孕用具和藥品說成是「猥褻、下流、淫蕩、邪惡、污 穢和令人作嘔的東西」。若觸犯康斯托克塞進法律的這些條令,要被判處十年監禁 和巨額罰款。康斯托克授意在紐約州刑事法中確立的條令,規定得更為嚴厲:無論 什麼人以什麼理由宣傳節育,都將被判為犯罪。在美國,桑格的節育診所連遭查抄, 他本人多次被捕入獄,受盡了折磨。在中國,桑格也受到了無理指責。當她來中國 宣傳節育時,有人污蔑她要使中國人滅種。在日本,桑格先是遭到日本政府不允許 她上岸的無理阻撓;排除重重困難上岸後,又企圖阻止她宣傳節育。後來,經過桑 格長期而頑強的鬥爭,克服了舊道德的重重阻撓,才使這一造福於人類的偉大事業 得以存在和發展。
  男尊女卑也是一種習慣勢力。馬克思指出:「每個瞭解一點歷史的人也都知道, 沒有婦女的酵素就不可能有偉大的社會變革。社會的進步可以用女性……的社會地 位來精確地衡量。」然而,從科學史上看,人們往往認不清這一點。許多傑出的女 性,本應對科學事業做出更大的貢獻,但卻得不到相應的條件,找不到相應的職業, 甚至受到歧視,遭遇不幸。著名數學家果爾丹的學生愛米。諾德曾發表過六篇數學 論文,並且當她父親退休後,她到了著名的數學城哥延根,得到了著名數學家希爾 伯特的常識。然而,當希爾伯特為她爭取講師資格時,卻遭到了學院教授們的反對, 理帖就是因為她是一個女性。教授們說:「一個女人怎麼能做講師呢?如果讓她當 了講師,那她以後就會成為教授,成為大學評議會的成員,難道能允許一名女人進 入評議會嗎?」;從而把一名傑出的數學新秀拒之於大學講壇之外。俄國女數學家 蘇菲。柯瓦列夫斯卡婭在國內得不到上大學的權力,從國外留學回國後也找不到相 應的工作,不得不又到他鄉去尋求職業。世界上僅有幾位一生中獲兩次諾貝爾獎金 之一的瑪麗婭。居裡,在十分艱難的生活環境和實驗條件下從事研究工作,無人問 津,只有在她丈夫不幸去世後,才「繼位」當上了大學教授。
  還有一種習慣勢力就是「馬太效應」。《馬太福音》第二十五章中說:「因為 凡有的,還要加給他,叫他多餘。沒有的,連他所有的,也要奪過來。」科學史家 羅伯特。默頓指出,在科學界也有類似的現象,「對已有相當聲譽的科學家做出的 科學貢獻給予的榮譽越來越多,而對那些未出名的科學家做出的科學貢獻給予的榮 譽越來越多,而對那些未出名的科學家則不承認他們的成績。」這種現象就是科學 上的「馬太效應」。馬太效應的存在,使得許多不出名的年輕人、「小人物」的科 學創見和研究成果得不到發表的機會,即使發表也往往得不到科學界的重視,從而 出現科學發展史上的憾事,甚至鑄成大錯。偉大的科學幻想小說家凡爾納,在他34 歲時完成第一部科幻小說《氣球上的五星期》,向出版社投稿十五次,連遭拒絕, 直到第十六次才得以發表。這不僅使他的作品推遲了問世的時間,更嚴重的是,使 得他開闢的對科學技術發現具有重要啟示意義的新領域蒙受了災難。美國青年史密 斯,根據他多年積累的資料編繪了世界上第一張最為系統的地層表「美國沉積 地層表」,成為生物地質學的創始人和先驅者,然而曾被排斥在科學殿堂之外,二 十餘年無人理睬。
  (四)反動階級的扼殺
  科學是一種在歷史上起推動作用的、革命的力量,因此,社會上的反動統治階 級在處於沒落時期,特別是當科學成果觸犯其階級利益的時候,他們就必然要扼殺 科學成果,摧殘科學創造者,阻礙科學的發展。正如列寧所指出的:「難怪有人早 就說過,如果數學上的定理一旦觸犯了人們的利益(更確切些說,觸犯了階級鬥爭 中的階級利益),這些定理也會遭到強烈的反對。」
  在西方,扼殺科學成果最為嚴重的莫過於代表反動統治階級利益的宗教勢力。 在中世紀,宗教神學統治著一切領域,「自然科學只是教會的恭順的婢女,它不得 超越宗教信仰所規定的界限。」即便出現像羅吉爾。培根的實驗科學那樣的偉大思 想,也只能被扼殺在搖籃之中。自然科學經歷了漫長的黑夜。文藝復興時期,資產 階級反對封建教會的鬥爭,其結果是以資產階級的新教會替了舊教。當自然科學觸 犯了新教的利益時,同樣更遭到殘酷的迫害,在這點上新教與舊教相比有過之而無 不及。西班牙醫生塞爾維特第一次提出了關於血液由右心室經過肺動脈支管和在肺 組織內與它相聯結的肺靜脈支管流入左心房的正確看法。他認為,存在著一些看不 見的微血管,它們和極纖細的肺動脈、肺靜脈分枝相聯結,並預見到血液按心肺血 液循環流動的意義。然而,這位正要發現血液循環的科學家,卻被宗教裁判所於 1553年10月連同他的著作一道被送上火刑場,使血液循環的發現推遲了七十多年。 波蘭天文學家哥白尼,寫了《天體運行論》一書,提出太陽中心說。正是因為這一 學說第一次沉重打擊了長期為宗教神學所利用的托勒密地球中心說,深刻地觸犯了 封建統治階級的利益,所以當《天體運行論》發表後,立即遭到反動教會的激烈反 對和攻擊,並把此書列為禁書。更為甚者,意大利哲學家和科學家布魯諾,由於宣 傳哥白尼的太陽中心說和進步的哲學思想,於1600年被宗教裁判所活活燒死。意大 利科學家伽利略,由於宣傳哥白尼的太陽中心說,被判處終生監禁。總結這段科學 發展的歷史,恩格斯說:「自然科學當時也在普遍的革命中發展著。而且它本身就 是徹底革命的,還得為爭取自己的生存力而鬥爭。」在俄國,沙皇政府對科學家的 迫害也是十分露骨的。1863年,偉大生理學家謝切諾夫發表了《大腦反射》這一不 朽著作,為科學認識人腦活動作出了劃時代的貢獻。但是,就是因為這一著作支持 了唯物主義,而遭到了沙皇政府的迫害,他們下令沒收、查禁這一著作,解除謝切 諾夫的教授職位,並被列入內政部危險分子的「黑名單」,長期受監視和打擊。
  在中國,封建統治階級對科學技術人才的摧殘同樣是十分嚴重的。清朝治黃專 家陳潢,於1677年組織和領導了治理黃河的巨大工程,調動幾十萬民工,治理幾百 裡河道,築堤壩,堵決口,挑引河,疏河道,調節河水流速流量,借水力疏浚海口 等等,使黃河河水流歸故道。一個時期之內,黃淮沒有大水災,大運河漕運暢通無 阻,災區人民逐漸恢復生產,免遭家破人亡若難,取得了清朝二百六十多年來治理 黃河的最大功績。然而,陳潢的正確思想和方法,卻遭到封建官僚們的非議和攻擊。 他們堅持錯誤的主張,反而加罪於陳潢,將其「解京監候」,致使年富力強的治黃 專家積鬱成疾,含冤飲恨,慘死京城。從而使當時的科學技術事業遭受了重大損失。
  作為反動階級集中代表的反動黨派,更是扼殺科學技術成果的一股惡勢力。德 國的納粹分子成立了「反相對論公司」,極力反對相對論的傳播,圍剿愛因斯坦等 猶太族科學家,致使德國一大批一流的科學家不得不逃亡於國外。中中的國民黨政 府也曾嚴重地破壞了科學研究和技術推廣。1943年,侯德榜博士研製成功了新式制 鹼方法,命名為「侯氏鹼法」,為世界制鹼法的擴大生產試驗工作被迫停止。抗日 戰爭勝利後,永利職工籌建鹼與氨聯合的工廠,但是腐敗的國民黨政府只熱衷於到 處進行掠奪式的接收工作和準備反革命內戰,根本不關心和支持這項具有世界水平 的科技發明。這樣就使建造中的聯鹼廠被迫中止,半截未完工的廠房矗立荒野。 「侯氏鹼法」作為藍圖在檔案櫃裡沉睡了六年之久。
  (五)認識水平的限制
  科學發現是一種社會的歷史現象,任何一項科學發現,都是在一定的社會歷史 條件下做出的。「我們只能在我們時代的條件下進行認識,而且這些條件達到什麼 程度,我們便認識到什麼程度。」然而,人們認識程度的提高,需要有一個過程, 而且是不平衡的,不可能同時達到一個水平上。因此,就是在時代條件基本成熟的 情況下,有些科學發現了DNA的遺傳本性,說明核酸在生物體內佔有重要地位,這 在核酸認識史上具有突破性的成就。然而,由於當時人們只對蛋白質的研究較為充 分,而對DNA缺乏深入的研究和認識,因此人們很難設想DNA能夠作為遺傳信息的載 體。當艾弗裡等人發表了他們的實驗報告時,非但沒有立即使科學家們接受DNA是 遺傳物質的正確觀念,反而引起了科學界的極大驚訝、懷疑和非難,致使艾弗裡的 科學結論在近十年中沒有得到科學界的足夠重視。一個本應由此獲得諾貝爾獎金的 學者,卻失去了獲獎的機會。科學史上這樣的事例是很多的。諸如由於整個社會的 認識能力所奶,從亞里士多德提出整體性原理到人們對這原理有深刻認識和應用時, 已經歷了二千多年的漫長歷程;圓錐曲線的理論,早在公元前3世紀就已提出來了, 而在二千多年以後的17世紀才被人們派上用場;羅吉爾。培根的實驗科學思想在13 世紀就已形成,而他的著作直到18世紀才公開出版發行,等等。
  社會的實驗條件,是直接影響人們認識水平的一個重要因素。人的認識,從根 本上說,是來源於人的實踐,由人的實踐決定的。一個學說、一種思想、一條結論, 在它提出之際,不能及時為人們所接受、不能得到公認,有的就是因當時實驗條件 所限制。1677年,列文虎克用他自製的顯微鏡第一個觀察到了微生物,並已接觸到 了細胞,但由於他的儀器不精確,錯過了發現的機會,致使細胞的發現拖延了二百 多年。1844年,威爾斯發明了N2O麻醉劑,並親身體驗取得成功,但是由於人們不 理解其中的原理,特別是他在當眾實驗時失敗了,因而他想在牙科手術中推廣,便 遭到反對,並受到攻擊,致使這項發明遲遲不能推廣使用。加羅德於1908年在科學 史上第一次明確地揭示了某些疾病和基因之間的關係,開闢了一個新的認識領域, 提供了把正常人與遺傳性異常病人的生物化學加以比較的研究方法,然而,由於沒 有相應的實驗條件,難以得到充分驗證,也使他的研究成果在三十多年的時間裡, 沒有引起科學界的重視。
  個人的認識水平有時也直接影響科學發現的進程。1824至1826年間,薩迪。卡 諾已開始否定熱素說理論並理解熱功當量。1830年,他更具體地意識到,他把蒸汽 機和水車相類比是不恰當的,有一些熱在機器操作過程中轉變為機械能,從而喪失 了。因引,他就放棄了熱素說而採納了熱只是各種物體中許多微粒運動的看法,認 為熱和機械能是可以相互轉化和等價的。這實際上已初步發現了能量守恆和轉化定 律。然而,1832年,卡諾不幸英年隕落,他的大部分科學文稿被銷毀。幸運的是, 其中關於能量守恆和轉化思想的部分手稿,被他弟弟保存下來了。但是,由於他弟 弟對這一科學新思想毫無認識,結果這部分手稿被埋沒了46年之久,直到1878年才 公佈於世。
  (六)管理政策和方法的不當
  一個國家的科技管理政策和方法是否正確,是直接影響科學發展的重要因素。 在科學史上,由於科技管理政策和方法的不適當而造成科學蒙難的情況是多種多樣 的,其中三種情況較為突出。
  其一是閉關自守。中國明代末年的醫學家吳又可,為了解決廣泛流行的瘟病, 立足實踐,正視現實,在前人工作的基礎上,開創了新的病原說——戾氣說,寫出了 《瘟疫論》一書,從病因、發病、傳染過程和治療原則等各方面,進行了系統的論 述。從此,把瘟病、瘟疫和傷寒明確區分,為中醫學揭開了新的一頁。然而,由於 當時的封建統治者推行的是閉關自守的政策,使得中醫學界不瞭解隨著文藝復興蓬 勃發展起來的西醫的輝煌成就,特別是天於瘟病的研究成果,因而也就不能理解吳 又可提出的病原說、特效藥的主張,結果這一先進思想被不聲不響地埋沒下來,使 中醫學關於瘟病的研究遲了三百餘年。
  其二是行政命令。這方面教訓最為深刻的就是蘇聯對相對論、控制論和共振論 等理論的批判。這些批判已超出了學術討論、爭鳴的範圍,是從行政上下命令進行 攻擊和圍剿的,嚴重地阻礙了這些理論在蘇聯的傳播、研究和發展。
  其三是不能正確處理基礎科學與應用科學研究的關係。1952年,日本化學家福 井謙一等三人在美國《化學物理》上發表了《芳香烴化學反應活性的分子軌道理論》 一文,創立了分子前線軌道理論。爾後的幾年中又進一步發展和完善了這一理論, 應用量子力學的理論和方法計算電子密度和描繪能級圖,把簡單分子軌道理論向前 推進了一大步,在不使用大型計算機做複雜的精確計算的情況下,能較好地推測和 解釋一些化學反應的結果。然而,由於日本當時只注重技術及其應用,忽視基礎理 論的研究,提倡模仿,忽視創造,因此,福井謙一的創造性發現在國內得不到發表 的機會,更談不上受重視了;在國外發表以後,日本人仍沒有認識到它的重要性。 直到三十年後的1981年,福井謙一的理論才得到國內、外的公認,他才因此獲得諾 貝爾化學獎。
  (七)錯誤哲學思想的障礙
  有研究表明,世界科學中心的轉移深受哲學高潮的影響,而正確的哲學思想常 常是科學的先導。這從正面說明了哲學思想對科學發展的影響。相反,錯誤的哲學 思想往往是科學前進的一種障礙,也是造成科學蒙難的一個因素,它從反面說明了 哲學思想對科學發展的作用。
  舉例言之,宗教神學是整個中世紀占統治地位的一種錯誤的哲學思潮,它對自 然科學的影響是極其嚴重的。那時,數學成了數的神秘論,天文學成了妖法和占星 術,物理學成了神奇的魔術,化學成了煉金術,……一切科學都披上了唯心主義的 神秘外衣。正是由於宗教神學的影響,許多著名科學家走上了歧途。法國數學家巴 斯卡,創立了數學歸納法,發現了二項式展開的係數規律,提出了射影幾何的一個 基本原理,並由此做出了四百多個推論,而與費爾瑪一起奠定了概率論的基礎等。 然而,由於受宗教神學的影響,他從童年起就想把宗教信仰與數學的理性主義調合 起來。宗教神學逐漸主宰了他的一切,使得他不僅對數學逐漸厭煩起來。而且像個 苦行僧似的,把一條有尖刺的腰帶來刺肉體。正當他年富力強,在科學上完全能夠 繼續做出更大貢獻的時候,卻放棄了科學研究,熱衷於神學。由於精神和肉體的折 磨,他不滿39歲就離開也人世。印度著名數學家拉馬努真是一個虔誠的婆羅門教徒。 婆羅門教的素食主義使他在苦行中本來就很虛弱的身體更加虛弱,婆羅門教的教規 使他不願遠離家鄉,所以未能得到良好的學習和工作條件,33歲時就結束了一生。 中國自隋唐以來,佛教和道教盛行,使著名天文學家一行的大衍歷也帶有不少神秘 特點,如採用象數占巫和陰陽語言等。
  17、18世紀延續下來的形而上學自然觀,對科學發現的影響就更為明顯了。康 德於1755年提出了太陽系起源的「星雲假說」;但是由於科學界嚴重地受著形而上 學自然觀的束縛,使這一學說整整40年沒有引起重視,甚至出版康德這一著作的出 版商也遭到破產。
  在唯心主義占統治地位的德國,同樣也使許多科學發現受到了阻礙和限制。 1827年,德國物理學家歐姆,通過實驗發現了「歐姆定律」,並發表在《數學推導 的伽伐尼電路》一書中。但是,這一發現卻遭到了物理學家、唯心主義者鮑爾等人 的攻擊和誣蔑,致使它十幾年後才得到公認和廣泛傳播。
  錯誤哲學思想對科學發現的阻礙作用,從科學家個人來看,表現在科學家本人 受世界觀和方法論的局限。恩格斯指出:「不管自然科學家採取什麼樣的態度。他 們還是得受哲學的支配。」歷史表明,一個科學家如果受錯誤哲學思想的支配,那 麼他在科學研究的過程中,往往迷失方向,誤入歧途,甚至中止、否定自己的科學 發現。比如在數學、力學、天文學等許多領域都作出傑出貢獻的偉大科學家牛頓, 由於受形而上學世界觀的束縛,把天體看成是亙古以來從來不變化的東西,結果在 無法解釋行星繞日旋轉的切線運動的原因時,便求助於上帝,提出了所謂神的「第 一次推動」。恩格期指出:「哥白尼在這一時期的開端給神學寫了挑戰書;牛頓卻 以關於神的第一次推動的假設結束了這段時期。」又比如,普朗克在實驗事實的基 礎上,提出了能量子概念,開闢了量子力學的新領域。這是物理學領域最偉大發現 之一。然而,也由於他深受形而上學世界觀的影響,把已確立的牛頓力學、麥剋期 韋電磁理論看作是絕對不變的,因而不能將自己的偉大發現貫徹到底,在量子力學 的大門口整整徘徊了15年,最後經過先後兩次修改,竟完全否定了自己這一重要的 科學發現。
  (八)嫉妒思想的干擾
  嫉妒思想嚴重地影響著科技隊伍的團結和集體力量的發揮,它是扼殺科技成果, 埋沒科技人才,阻礙帝學發現進程的一種消極因素。它是科學前進的一種反作用力, 造成科學蒙難的一個重要原因。
  18世紀,英國著名實驗生理學家、外科學家約翰。亨特(J.Hunter,1728- 1793),曾成功地掌握了睪丸移植術,不僅進行過自體移植,而且還作過異體移植, 把雄雞的睪丸移到母雞身體中去,累獲成功。這本是內分泌學史上具有劃時代意義 的重大貢獻,但是,亨特的妻弟霍如(E.Hozhe 1756-1832)卻對這些成果非常嫉 妒,竟在亨特死後,把亨特的睪丸移植實驗記錄,統統暗自燒燬了,從而給內分泌 學的的發展贊成很大障礙。
  老師嫉妒學生,也是科學史上常見的現象。法拉第進入皇家學院以後,進步非 常快,接連做出了一系列的重要發現,朋友們都為之高興和稱讚。然而,當法拉第 的成績超過他的老師戴維以後,戴維便燃起了嫉妒之火。戴維不僅一直不改變法拉 第實驗助手的地位,而且還誣他剽竊了別人的成果,極力阻攔他進入皇家學會。結 果大大影響了法拉第首創精神的發揮,限制了他的積極性和探縈精神。戴維雖然在 發現法拉第這個科學人才上是有功勞的,但戴維的嫉妒思想卻阻礙了法拉第的迅速 成長,給科學的發展帶來損失。
  嫉妒現象較為普遍地存在於同行的同輩人之間。1883年,俄國的梅契尼柯夫發 現了吞噬細胞,這對於揭示人體為什麼會生病的奧秘邁出了重要的一步。可是,正 當梅契尼柯夫躊躇滿志地準備乘勝追擊的時候,反對意見接踵而來。除了權威們的 粗暴指責,學者們的冷嘲熱諷外,還遭到了同行們的嫉妒。有的臨床醫生輕蔑地說: 「這個梅契尼柯夫算老幾?他連醫生執照也沒有呢!他不過是個自然科學家,區區 細菌的獵人罷了他怎麼能夠懂得預防疾病?」這種嫉妒思想大大地妨礙了梅契 尼柯夫預防方法的推廣。我國戰國時期,民間醫學家扁鵲,醫術高明,關心群眾疾 苦,在勞動人民中間享有極高的聲譽。當他晚年在秦國行醫的時候,秦武王聽說他 醫術很高,就想請扁鵲給他治病。於是引起了身居太醫令李醯的嫉妒,怕扁鵲會奪 去他的地位,就別有用心地對武王說:君王的病,在耳之前,目之下,如果讓扁鵲 來治,不僅不能治好,還會有耳變聾、眼變瞎的危險。他竭力進行阻撓,同時暗下 毒手,派人把扁鵲刺殺了。就這樣,由於嫉妒,奪去了一個傑出醫生的性命,使得 扁鵲的名著《扁鵲內經》也失傳了。可見,嫉妒所造成的科學蒙難之深,對科學發 展的危害之大。
  (九)爭名奪利的詆毀
  事實表明,爭名奪利給科學發現造成的危害是很大的,它既可以使發現者精力 分散,從而影響發現的進程和質量;又可以使發現者本人的威信降低,影響科學成 果的廣泛傳播;還可以使發現者將科學成果商品化,不願做高難度的探索,熱衷於 「科學的小買賣」。因此,爭名奪利的詆毀是造成科學蒙難的又一個不可忽視的因 素。
  科學史上,由於爭名奪利造成的科學蒙難的情況是很多的。例如,著名化學家 杜馬的學生、年僅29歲的羅朗,提出了有機物的一元學說。這一學說與流行於當時 的貝采裡烏斯的二元學說是背道而馳的。而當時的多數化學家追隨貝采裡烏斯的二 元學說。因此,羅朗學說剛一提出,就遭來了化學界的激烈反對和攻擊。起初,化 學家以為羅朗的學說就是他老師杜馬的觀點,便把矛頭指向了杜馬。而杜馬立即出 來解釋說,那裡羅朗的觀點,而不是他的觀點,不要強加於他,並表示他也是極力 反對的。於是,使羅朗學說遲遲得不到公認。然而,當後來羅朗的學說得到實驗的 證明以後,杜馬卻搖身一變,貪他功為己有,聲稱羅朗提出的一元學說是他自己創 立的理論,而把羅朗拋之一旁。羅朗說,如果這個理論被證明是錯誤的,他就成了 它的創立者;如果這個理論被證明是正確的,他的老師就成了它的創立者。這樣, 他無論怎樣都不會正確,而杜馬卻無論怎樣都是正確的。在忍無可忍的情況下,羅 朗直言不諱地提出了申訴,但是未獲得成功,反而加深了杜馬對他的敵意。杜馬靠 他的聲望和權威,無情地把羅朗排擠到邊遠地區的校裡去都書。
  (十)自然災害的襲擊
  自然災害的襲擊也是造成科學蒙難的一個因素。一個科學發現,有時在發現進 程中,遇到了自然災害的襲擊,結果推遲了發現的時間;也有時在發現之後,遭到 了自然災害的破壞,結果使發現本身被埋沒了,影響其傳播。比如,1803年,發明 家富爾頓經多年試驗,造出一個艘輪船,並在塞納河上進行試航。開始時一直很順 利,可是,後來一個夜晚突然一陣狂風暴雨,把整個輪船摧毀了。這樣,富爾頓就 只好再重新設計製造,並於1807年試航成功,整整推遲了四個年頭。
  應當指出的是,以上關於贊成科學蒙難的十個原因,有的是屬於科學技術領域 的,也有的是屬於社會方面的,還有的是屬於科學家個人的。而科學技術領域、社 會和科學家個人又是相互聯繫著的。因此,一個科學發現或發現者本人的遭難,往 往是多種因素造成的,前面分析每個事例時所談到的因素,只不過是多種因素中的 主要因素而已。
  考察、分析和研究科學蒙難,是為了從歷史中吸取教訓,接受啟示,採取積極 措施,努力克服和避免科學蒙受損害,以推動科學更加健康而迅速地向前發展。
  那麼,怎樣才能更好地克服和避免科學蒙難呢?
  首先,要克服和避免科學蒙難,就要極大程度地提高全民族的科學文化水平。 一項科學成果做出之後,人們能否迅速接受它,除了有它自身是否完善的原因之外, 主要是取決於客觀外界條件,而社會的鑒別能力和認識水平又是其中的關鍵。在歐 洲的中世紀,宗教神學統治一切,科學根本沒有獨立生存的權利。在中國的封建社 會,封建統治者奉行的是「愚民政策」,廣大群眾沒有搞科學研究的自由,只有官 方的「科學」。在那個時代,一個新成果,是不可能迅速為人們所接受的。在今天, 已經徹底改變了舊時代的那種狀況,人們的科學文化水平有了顯著的提高。然而, 客觀世界是發展變化的,人的認識也是無止境的,而且現代的科學知識總量在急劇 增加,技術更新的週期在迅速縮短,這就給社會的知識水平和鑒別能力提出了更高 的要求。因此,只有採取強有力的措施,迅速普及現代科學技術,把人們的科不學 文化水平提高到現代化的高度,才能加速科學發現的進程,並保證今後的科學發現 順利得到公認和更快的傳播,充分發揮其效益。
  其次,要克服和避免科學蒙難,也要加強科技政策研究,提高科學管理水平。 要求每一個人都能及時識別出一項新發現的重要意義,那是困難的,甚至是不可能 的。因此,除了提高全民族的科學文化水平之外,還要有高水平的評審組織,以及 時鑒別出新的發現,推廣新的科學成果。同時,我們還要提倡伯樂精神,對那些扶 植和支持科學發現有貢獻的人,應予以鼓勵。相反,也要建立一些必要的制度,對 那些有意製造科學蒙難的人和事,要給予應有的限制和懲罰。
  科學成果是科學人才創造的,因此發現科學人才是更為重要的。合理的科技政 策和科學的管理方法,是及時發現人才的重要生活、工作和信息條件,尊重他們的 勞動,提高他們的社會地位,讓他們以盡能少的代價、盡可能快的速度去獲得新的 發現。
  第三,要克服和避免科學蒙難,還要加強馬克思主義哲學的研究,提高科學工 作者的理論思維能力。恩格斯指出:「一個民族想要站在科學的最高峰,就一刻也 不能沒有理論思維。」而馬克思主義哲學又是當代理論思維的精華,它區別並高於 各門具體科學,這是因為它研究的是整個世界(包括自然界、人類社會和思維)的 本質及其發展規律。就是說,它比起其它任何具體科學、視野要廣闊得多,目光要 深邃得多。它能視常人之所不見,疑常人之所不疑;它能啟迪智慧,使人思接千載、 視通萬里。所以,科學工作者既要根據現代自然科學的成果,努力豐富和發展馬克 思主義哲學,同時,更要自覺地以馬克思主義哲學為指導,訓練自己的理論思維能 力,以提高科學發現的效率和識別真偽的水平。
  第四,要克服和避免科學蒙難,還要加強科學隊伍的建設,提高科學工作者的 科學素質和科學道德水準。在社會條件基本相同的情況下科學工作者個人的素質就 起著關鍵性的作用了。科學發現是一種探索性的勞動,既可能成功,也可能失敗。 因此,對科學工作者來說,就必須培養創新精神,勇於向未知領域進行探索,敢於 向權威挑戰;必須培養頑強精神,樂於在困苦中求索,善於在失敗中取勝;就必須 培養忘我精神,正確對待榮譽,尊重他人勞動成果,忠於科學事業,不惜為科學事 業獻身。
  總之,科學發現中的蒙難是一種歷史現象,造成這種現象的原因是多方面的。 只要我們注意研究這些現象產生和演變的規律,吸取以往的教訓,不為斷總結經驗, 採取有效措施,科學蒙難現象不僅可以大大減少,而且還可以克服和避免,來保證 科學技術事業順利地向前發展。
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  第一章 幾何學史上的哥白尼
  ——羅巴切夫斯基創立非歐幾何的艱難歷程
  1893年,在喀山大學樹立起世界上第一個數學家的塑像。這位數學家就是俄國 的偉大學者、非歐幾何的創始人之一羅巴切夫期基(H.N.JIoqaheBCKNN,1792- 1856)。非歐幾何是人類認識史上一個富有創造性的偉大成果,它的創立,不僅帶 來了近百年來數學的巨大進步,而且對現代物理學、天文學以及人類時空觀念的變 革都產生了深遠的影響。可是,這一重要的數學發現在羅巴切夫斯基提出後相當長 的段時間內,不但沒能贏得社會的承認和讚美,反而遭到種種歪曲、非難和攻擊, 使非歐幾何這一新理論遲遲得不到學術界的公認。
  失敗的啟迪
  羅巴切夫斯基是在嘗試解決歐氏第五公設問題的過程中,從失敗走上他的發現 之路的。歐氏第五公設問題是數學史上最古老的著名難題之一。它是由古希臘學者 最先提出來的。公元前3世紀,希臘亞歷山大裡亞學派的創始者歐幾里得(Euclid, 約公元前330年-前275)集前人幾何研究之大成,編寫了數學發展史上具有極其深 遠影響的數學巨著《幾何原本》。這部著作的重要意義在於,它是用公理法建立科 學理論體系的最早典範。在這部著作中,歐幾里得為推演出幾何學的所有命題,一 開頭就給出了五個公理(適用於所有科學)和五個公設(只應用於幾何學),作為 邏輯推演的前提。《幾何原本》的註釋者和評述者們對五個公理和前四個公設都是 很滿意,唯獨對第五個公設(即平行公理)提出了質疑。
  第五公設是論及平行線的,它說的是:如果一直線和兩直線相交,所構成的兩 個同側內角之和小於兩直角,那麼,把這兩直線延長,它們一定在那兩內角的側相 交。數學家們並不懷疑這個命題的真實性,而是認為它無論在語句還是在內容上都 不大像是個公設,而倒像是個可證的定理,只是由於歐幾里得沒能找到它的證明, 才不得不把它放在公設之列。
  為給出第五公設的證明,完成歐幾里得沒能完成的工作,自公元前3世紀起到 19世紀初,數學家們投入了無窮無盡的精力,他們幾乎嘗試了各種可能的方法,但 都遭到了失敗。羅巴切夫斯基是從1815年著手研究平行線理論的。開始,他也是循 著前人的思路,試圖給出第五公設的證明。在保存下來的他的學生聽課筆記中,就 記有他在1816——1817學年度向何教學中給出的幾個證明。可是,很快他便意識到自 己的證明是錯誤的。前人和自己的失敗從反面啟迪了他,使他大膽思索問題的相反 提法:可能根本就不存在第五公設的證明。於是,他便調轉思路,著手尋求第五公 設不可證的解答,這是一個全新的,也是與傳統思路完全相反的探索途徑。羅巴切 夫斯基正是沿著這個途徑,在試證第五公設不可證的過程上發現一個新的幾何世界 的。
  那麼,羅巴切夫斯基是怎樣證得第五公設不可證的呢?又是怎樣從中發現新幾 何世界的呢?原來他創造性地運用了處理複雜數學問題常用的一種邏輯方法——反證 法。
  這種反證法的基本思想是,為證「第五公設不可證」,首先對第五公設加以否 定,然後用這個否定命題和其它公理公設組成新的公理系統,並由此展開邏輯推演。 假設第五公設是可證的,即第五公設可由其它公理公設推演出來,那麼,在新公理 系統的推演過程中一定能出現邏輯矛盾,至少第五公設和它的否定命題就是一對邏 輯矛盾;反之,如果推演不出矛盾,就反駁了「第五公設可證」這一假設,從而也 就間接證得「第五公設不可證」。
  依照這個邏輯思路,羅巴切夫斯基對第五公設的等價命題普列菲爾公理「過平 面上直線外一點,只能引一條直線與已知直線不相交」作以否定,得到否定命題「 過平面上直線外一點,至少可引兩條直線與已知直線不相交」,並用這個否定命題 和其它公理公設組成新的公理系統展開邏輯推演。在推演過程中,他得到一連串古 怪的命題,但是,經過仔細審查,卻沒有發現它們之間含有任何羅輯矛盾。於是, 遠見卓識的羅巴切夫斯基大膽斷言,這個「在結果中並不存在任何矛盾」的新公理 系統可構成一種新的幾何,它的羅輯完整性和嚴密性可以和歐幾里得幾何相媲美。 而這個無矛盾的新幾何的存在,就是對第五公設可證性的反駁,也就是對第五公設 不可證性的邏輯證明。由於尚未找到新幾何在現實界的原型和類比物,羅巴切夫斯 基慎重地把這個新幾何稱之為「想像幾何」。
  在冷漠中宣告新幾何誕生
  1826年2月23日,羅巴切夫斯基於喀山大學物理數學系學術會議上宣讀了他的 第一篇關於非歐幾何的論文《幾何學原理及平行線定理嚴格證明的摘要》。這篇首 創性論文的問世,標誌著非歐幾何的誕生。然而,這一重大成果剛一公諸於世,就 遭到正統數學家的冷漠和反對。
  參加2月23日學術公議的全是數學造詣較深的專家,其中著名的數學家、天文 學家西蒙諾夫(A.M.CMOHOB),有後來成為科學院院士的古普費爾(A.R.KYI- Iφep)以及後來在數學界頗有聲望的博拉斯曼(H.。p-aMah)。在這些人的心 目中,羅巴切夫斯基是一位很有才華的青年數學家。可是,出乎他們的意料,這位 年輕的教授在簡短的開場白之後,接著說的全是一些令人莫名其妙的話,諸如三角 形的內角和小於兩直角,而且隨著邊長增大而無限變小,直至趨於零;銳角一邊的 垂線可以和另一邊不相交,等等。這些命題不僅離奇古怪,與歐幾里得幾何相衝突 ,而且還與人們的日常經驗相背離。然而,報告者卻認真地、充滿信心地指出,它 們屬於一種邏輯嚴謹的新幾何,和歐幾里得向何有著同等的存在權利。這些古怪的 語言,竟然出自一個頭腦清楚、治學嚴謹的數家教授之口,不能不使與會者們感到 意外。他們先是表現現一種疑惑和驚呆,不多一會兒,便流露出各種否定的表情。
  宣講論文後,羅巴切夫斯基誠懇地請與會者討論,提出修改意見。可是,誰也 不肯作任何公開評論,會場上一片冷漠。一個具有獨創性的重大發現作出了,那些 最先聆聽到發現者本人講述發現內容的同行專家,卻因思想上的守舊,不僅沒能理 解這一發現的重要意義,反而採取了冷談和輕慢的態度,這實在是一件令人遺憾的 事情。
  會後,系學術委員會委託西蒙諾夫、古普費爾和博拉斯曼組成三人鑒定小組, 對羅巴切夫斯基的論文作出書面鑒定。他們的態度無疑是否定的,但又遲遲不肯寫 出書面意見,以致最後連文稿也給弄丟了。
  權威的譏諷與匿名者的攻擊
  羅巴切夫斯基的首創性論文沒能引起學術界的注意和重視,論文本身也似石沉 大海,不知被遺棄何處。但他並沒有因此灰心喪氣,而是頑強地繼續獨自探索新幾 何的奧秘。1829年,他又撰寫出一篇題為《幾何學原理》的論文。這篇論文重現了 第一篇論文的基本思想,並且有所補充和發展。此時,羅巴切夫斯基已被推選為喀 山大學校長,可能出自對校長的「尊敬」,《喀山大學通報》全文發表了這篇論文。
  1832年,根據羅巴切夫斯基的請求,喀山大學學術委員會把這篇論文呈送彼得 堡科學院審評。科學院委託著名數學家奧斯特羅格拉茨基(M.B.OCTPOPACK ,1801-1862)院士作評定。奧斯特羅格拉茨基是新推選的院士,曾在數學物理、 數學分析、力學和天體力學等方面有過卓越的成就,在當時學術界有很高的聲望。 可惜的是,就是這樣一位傑出的數學家,也沒能理解羅巴切夫斯基的新幾何思想, 甚至比喀山大學的教授們更加保守。如果說喀山大學的教授們對羅巴切夫斯基本人 還是很「寬容」的話,那麼,奧斯特羅格拉茨基則使用極其挖苦的語言,對羅巴切 夫斯基作了公開的指責和攻擊。同年11月7日,他在給科學院的鑒定書中一開頭就 以嘲弄的口吻寫道:「看來,作者旨在寫出一部使人不能理解的著作。他達到自己 的目的。」接著,對羅巴切夫斯基的新幾何思想進行了歪曲和貶低。最後粗暴地斷 言:「由此我得出結論,羅馬切夫斯基校長的這部著作謬誤連篇,因而不值得科學 院的注意。」
  這篇論文不僅引起了學術界權威的惱怒,而且還激起了社會上反動勢力的敵對 叫囂。名叫布拉切克(C.A.ypaek)和捷列內(C.。eeHbi)的兩個人, 以匿名C.C在《祖國之子》雜誌上撰文,公開指名對羅巴切夫斯基進行人身攻擊。 匿名者在題為《評羅巴切夫斯基的著作《幾何學原理》一文中,開始就不懷好意地 寫道:「甚至難以理解,羅巴切夫斯基先生是如何用數學中最簡明的幾何學,建立 起晦澀的、不可思議和神秘莫測的學說的。」文中嘲弄道:「為什麼不能把黑的想 象成白的,把圓的想像成方的,把三角形內角和想像成小於兩直角,把同一個定積 分值想像成既等於π/4,又等於∞?非常、非常可能,儘管理智是不能理解這些的。 」在文章的結尾處,作者更加放肆地譏諷道:「為什麼不寫成,例如對幾何學的諷 刺,幾何學漫畫等什麼的,來代替標題《幾何學原理》?」
  針對這篇污辱性的匿名文章,羅巴切夫斯基撰寫了一篇反駁文章。但《祖國之 子》雜誌卻以維護雜誌聲譽為由,將羅巴切夫斯基的文章扣壓下來,一直不予發表。 對此,羅巴切夫斯基極為氣憤。
  《祖國之子》雜誌刊登攻擊科學家的匿名文章並非偶然,而是有一定的政治背 景的。原來這家雜誌的把持者布爾加林(。 。 yjiapH)和格列奇(M.。 pe)同沙皇秘密政治組織「第三廳」有著聯繫,他們靠「第三廳」的資助維持 雜誌,並且充當幫兇,專門監視和打擊先進的思想家和具有革命傾向的科學家。明 顯表現有無神論和唯物主義傾向的喀山大學校長羅巴切夫斯基,自然要被他們列為 危險對像加以監視。借歪曲、詆毀科學新成果,來壓制、打擊具有進步思想的科學 家,是一切反動勢力的慣用伎倆。
  在孤境中奮鬥終生
  羅巴切夫斯基開創了數學的一個新領域,但他的創造性工作在生前始終沒能得 到學術界的重視和承認。就在他去世的前兩年,俄國著名數學家布尼雅可夫斯基 (。。yhkobck,1804-1889)還在其所著的《平行線》一書中對羅巴切夫 斯基發難,他試圖通過論述非歐幾何與經驗認識的不一致性,來否定非歐幾何的真 實性。英國著名數學家莫爾甘(Morgan,1806-1871)對非歐幾何的抗拒心裡表 現得就更加明顯了,他甚至在沒有親自研讀非歐幾何著作的情況下就武斷地說:「 我認為,任何時候也不會存在與歐幾里得幾何本質上不同的另外一種幾何。」莫爾 甘的話代表了當時學術界對非歐幾何的普遍態度。
  在創立和發展非歐幾何的艱難歷程上,羅巴切夫斯基始終沒能遇到他的公開支 持者,就連非歐幾何的另一位發現者德國的高斯(Gauss,1777-1855)也不肯公 開支持他的工作。高斯是當時數學界首屈一指的學學巨匠,負有「歐洲數學之王」 的盛名,早在1792年,也就是羅巴切夫斯基誕生的那一年,他就已經產生了非歐幾 何思想萌芽,到了1817年已達成熟程度。他把這種新幾何最初稱之為「反歐幾何」。 後稱「星空幾何」,最後稱「非歐幾何」。但是,高斯由於害怕新幾何會激起學術 界的不滿和社會的反對,會由此影響他的尊嚴和榮譽,生前一直沒敢把自己的這一 重大發現公之於世,只是謹慎地把部分成果寫在日記和與朋友的往來書信中。當高 斯看到羅巴切夫斯基的德文非歐幾何著作《平行線理論的幾何研究》(1840年)後, 內心是矛盾的,他一方面私下在朋友面前高度稱讚羅巴切夫斯基是「俄國最卓越的 數學家之一」,並下決心學習俄語,以便直接閱讀羅巴切夫斯基的全部非歐幾何著 作;另一方面,卻又不准朋友向外界洩露他對非歐幾何的有關告白,也從不以任何 形式對羅巴切夫斯基的非歐幾何研究工作加以公開評論。他積極推選羅巴切夫斯基 為哥延根皇家科學院通訊院士,可是,在評選會上和他親筆寫給羅巴切夫斯基的推 選通知書中,他對羅巴切夫斯基在數學上的最卓越貢獻——創立非歐幾何卻避而不 談。
  高斯憑任在數學界的聲望和影響,完全有可能減少羅巴切夫斯基的壓力,促進 學術界對非歐幾何的公認。然而,在頑固的保守勢力面前他卻喪失了鬥爭的勇氣。 高斯的沉默和軟弱表現,不便嚴重限制了他在非歐幾何研究上所能達到的高度,而 且客觀上助長了保守勢力對羅巴切夫斯基的攻擊。
  晚年的羅巴切夫斯基心情更加沉重,他不僅在學術上受到壓制,而且在工作上 還受到限制。按照當時俄國大學委員會的條例,教授任職的最高斯限是30年,依照 這個條例,1846年羅巴切夫斯基向人民教育部提出呈文,請求免去他在數學教研室 的工作,並推薦讓位給他的學生A.Φ。波波夫。人民教育部早就對不順從他們意志辦 事的羅巴切夫斯基抱有成見,但又找不到合適的機會免去他在喀山大學的校長職務。 羅巴切夫斯基辭去教授職務的申請正好被他們用以作為借口,不僅免去了他主持教 研室的工作,而且還違背他本人的意願,免去了他在喀山大學的所有職務。被迫離 開終生熱愛的大學工作,使羅巴切夫斯基在精神上遭到嚴重打擊。他對人民教育部 的這項無理決定,表示了極大的憤慨。
  家庭的不幸格外增加了他的苦惱。他最喜歡的、很有才華的大兒子因患肺結核 醫治無效死去,這使他十分傷感。他的身體也變得越來越多病,眼睛逐漸失明,最 後終於什麼也看不見了。1856年2月12日,偉大的學者羅巴切夫斯基在苦悶和抑鬱 中走完了他生命的最後一段路程。喀山大學師生為他舉行了隆重的追悼會。在追悼 會上,他的許多同事和學生高度讚揚他在建設喀山大學、提高民族教育水平和培養 數學人材等方面的卓越功績,可是誰也不提他的非歐幾何研究工作,因為此時,人 們還普遍認為非歐幾何純屬「無稽之談」。
  羅巴切夫斯基為非歐幾何的生存和發展奮鬥了三十多年,他從來沒有動搖過對 新幾何遠大前途的堅定信念。為了擴大非歐幾何的影響,爭取早日取得學術界的承 認,除了用俄文外,他還用法文、德文發現了自己的著作,同時還精心設計了檢驗 大尺度空間幾何特性的天文觀測方案。不僅如此,他還發展了非歐幾何的解析和微 分部分,使之成為一個完整的、有系統的理論體系。在身患重病,臥床不起的困境 下,他也沒停止對非歐幾何的研究。他的最後一部巨著《論幾何學》,就是在他雙 目失明,臨去世的前一年,口授他的學生完成的。
  歷史是最公允的,因為它終將會對各種思想、觀點和見解作出正確的評價。18 68年,意大利數學家貝特拉米(Beltrami,1835-1899)發表了一篇著名論文《非 歐幾何解釋的嘗試》,證明非歐幾何可以在歐幾里得空間的曲面(例如擬球曲面) 上實現。這就是說,非歐幾何命題可以「翻譯」成相應的歐幾里得幾何命題,如果 歐幾里得幾何沒有矛盾,非歐幾何也就自然沒有矛盾。人們既然承認歐幾里是沒有 矛盾的,所以也就自然承認非歐幾何沒有矛盾了。直到這時,長期無人問津的非歐 幾何才開始獲得學術界的普遍注意和深入研究,羅巴切夫斯基的獨創性研究也就由 此得到學術界的高度評價和一致讚美,他本人則被人們讚譽為「幾何學中的哥白尼」。
  在科學探索的征途上,一個人經得住一時的挫折和打擊並不難,難的是勇於長 期甚至終生在逆境中奮鬥。羅巴切夫斯基就是在逆境中奮鬥終生的勇士。同樣,一 名科學工作者,特別是聲望較高的學術專家,正確識別出那些已經成熟的或具有明 顯現實意義的科這成果並不難,難的是及時識別出那些尚未成熟或現實意義尚未顯 露出來的科學成果。我們每一位科學工作者,既應當作一名勇於在逆境中頑強點頭 的科學探索者,又應當成為一個科學領域中新生事物的堅定支持者。
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  第二章  「夠數學家們忙上五百年」
  ——橫遭冷遇的青年數學家阿貝爾
  翻開近世數學的教科書和專門著作,阿貝爾這個名字是屢見不鮮的:阿貝爾積 分、阿貝爾函數、阿貝爾積分方程、阿貝爾群、阿貝爾級數、阿貝爾部分和公式、 阿貝爾基本定理、阿貝爾極限定理、阿貝爾可和性,等等。很少幾個數學家能使自 己的名字同近世數學中這麼多的概念和定理聯繫在一起。然而這位卓越的數學家卻 是一個命途多舛的早夭者,只活了短短的27年。尤其可悲的是,在他生前,社會並 沒有給他的才能和成果以公正的承認。
  尼耳期。亨利克。阿貝爾(N.H.Abel,1802-1829)1802年8月出生於挪威的 一個農村。他很早變顯示了數學方面的才華。16歲那年,他遇到了一個能賞識其才 能的老師霍姆伯(Holmboe)介紹他閱讀牛頓、歐拉、拉格朗日、高斯的著作。大 師們不同凡響的創造性方法和成果,一下子開闊了阿貝爾的視野,把他的精神提升 到一個嶄新的境界,他很快被推進到當時數學研究的前沿陣地。後來他感慨地在筆 記中寫下這樣的話:「要想在數學上取得進展,就應該閱讀大師的而不是他們的門 徒的著作」。
  1821年,由於霍姆伯和另幾位好友的慷慨資助,阿貝爾才得進入奧斯陸大學學 習。兩年以後,在一本不出名的雜誌上他發表了第一篇研究論文,其內容是用積分 方程解古典的等時線問題。這篇論文表明他是第一個直接應用並解出積分方程的人。 接著他研究一般五次方程問題。開始,他曾錯誤地認為自己得到了一個解。霍姆伯 建議他寄給丹麥的一位著名數學去審閱,幸虧審閱者在打算認真檢查以前,要求提 供進一步的細節,這使阿貝爾有可能自己來發現並修正錯誤。這次失敗給了他非常 有益的啟發,他開始懷疑,一般五次方程究竟是否可解?問題的轉換開拓了新的探 索方向,他終於成功地證明了要像較低次方程那樣用根式解一般五次方程是不可能 的。
  這個青年人的數學思想已經遠遠超越了挪威國界,他需要與有同等智力的人交 流思想和經驗。由於阿貝爾的教授們和朋友們強烈地意識到了這一點,他們決定說 服學校當局向政府申請一筆公費,以便他能作一次到歐洲大陸的數學旅行。經過例 行的繁文縟節的手續和耽擱延宕後,阿貝爾終於在1825年8月獲得公費,開始其歷 時兩年的大陸之行。
  躊躇滿志的阿貝爾自費印刷了證明五次方程不可解的論文,把它作為自己晉謁 大陸大數學家們,特別是高斯,的科學護照。他相信高斯將能認識他工作的價值而 超出常規地接見。但看來高斯並未重視這篇論文,因為人們在高斯死後的遺物中發 現阿貝爾寄給他的小冊子還沒有裁開。
  柏林是阿貝爾旅行的第一站。他在那裡滯留了將近一年時間。雖然等候高斯召 見的期望終於落空,這一年卻是他一生中最幸運、成果最豐碩的時期。在柏林,阿 貝爾遇到並熟識了他的第二個伯樂——克雷勒(Crelle)。克雷勒是一個鐵路工程 師,一個熱心數學的業餘愛好者,他以自己所創辦的世界上最早專門發表創造性數 學研究論文的斯刊《純粹和應用數學雜誌》而在數學史上佔有一席之地,後來人平 習慣稱這本期刊為「克雷勒雜誌」。與該刊的名稱所標榜的宗旨不同,實際上它上 面根本沒有應用教學的論文,所以有人又戲稱它為「純粹非應用數學雜誌」。阿貝 爾是促成克雷勒將辦刊擬議付諸實施的一個人。初次見面,兩個人就彼此留下了良 好而深刻的印象。阿貝爾說他拜讀過克雷勒的所有數學論文,並且說他發現在這些 論文中有一些錯誤。克雷勒的非常謙虛,他已經意識到眼前這位臉帶稚氣的年輕人 具有非凡的數學天才。他翻閱了阿貝爾贈送的論五次方程的小冊子,坦率地承認看 不懂。但此時他已決定立即實行擬議中的辦刊計劃,並將阿貝爾的論文載入第一期。 於是阿貝爾的研究論文,克雷勒雜誌才能逐漸提高聲譽和擴大影響。
  阿貝爾一生最重要的工作——關於橢圓函數理論的廣泛研究就完成在這一時期。 相反,過去橫遭冷遇,歷經艱難,長期得不到公正評價的,也就是這一工作。現在 公認,在被稱為「函數論世紀」的19世紀的前半葉,阿貝爾的工作「後來還有雅可比 (K.G.Jacobi,1804-1851)發展了這一理論」,是函數論的兩個最高成果之一。
  橢圓函數是從橢圓積分來的。早在18世紀,從研究物理、天文、幾何學的許多 問題中經常導出一些不能用初等函數表示的積分,這些積分與計算橢圓弧長的積分 往往具有某種形式上的共同性,橢圓積分就是如此得名的。19世紀初,橢圓積分方 面的權威是法國科學院的耆宿、德高望重的勒讓得(A.M.Legen-dre,1752- 1833)。他研究這個題材長達40年之久,他從前輩工作中引出許多新的推斷,組織 了許多常規的數學論題,但他並沒有增進任何基本思想,他把這項研究引到了「山 重水復疑無路」的境地。也正是阿貝爾,使勒讓得在這方面所研究的一切黯然失色, 開拓了「柳暗花明」的前途。
  關鍵來自一個簡單的類比。微積分中有一條眾所周知的公式  上式左邊那個不 定積分的反函數就是三角函數。不難看出,橢圓積分與上述不定積分具有某種形式 的對應性,因此,如果考慮橢圓積分的反函數,則它就應與三角函數也具有某種形 式的對應性。既然研究三角函數要比表示為不定積分的反三角函數容易得多,那麼 對應地研究橢圓積分的反函數(後來就稱為橢圓函數)不也應該比橢圓積分本身容 易得多嗎?
  「倒過來」,這一思想非常優美,也的確非常簡單、平凡。但勒讓得苦苦思索 40年,卻從來沒有想到過它。科學史上並不乏這樣的例證「優美、簡單、深刻、富 有成果的思想,需要的並不是知識和經驗的單純積累,不是深思熟慮的推理,不是 對研究題材的反覆咀嚼,需要的是一種能夠穿透一切障礙深入問題根柢的非凡的洞 察力,這大概就是人們所說的天才吧。」倒過來「的想法像閃電一樣照徹了這一題 材的奧秘,憑借這一思想,阿貝爾高屋建瓴,勢如破竹地推進他的研究。他得出了 橢圓函數的基本性質,找到了與三角函數中的π有相似作用的常數K,證明了橢圓 函數的週期性。他建立了橢圓函數的加法定理,借助於這一定理,又將橢圓函數拓 廣到整個復域,並因而發現這些函數是雙週期的,這是別開生面的新發現;他進一 步提出一種更普遍更困難類型的積分——阿貝爾積分,並獲得了這方面的一個關鍵 性定理,即著名的阿貝爾基本定理,它是橢圓積分加法定理的一個很寬的推廣。至 於阿貝爾積分的反演——阿貝爾函數,則是不久後由黎曼(B.Riemann,1826- 1866)首先提出並加以深入研究的。事實上,阿貝爾發現了一片廣袤的沃土,他個 人不可能在短時間內把這片沃土全部開墾完畢,用埃爾米特(Hermite)的話來說, 阿貝爾留下的後繼工作,」夠數學家們忙上五百年「。
      阿貝爾把這些豐富的成果整理成一長篇論文《論一類極廣泛的超越函數的一 般性質》。此時他已經把高斯置諸腦後,放棄了訪問哥延根的打算,而把希望寄托 在法國的數學家身上。他婉辭了克雷勒勸其定居柏林的建議後,便啟程前往巴黎。 在這世界最繁華的大都會裡,薈萃著像柯西(A.L.Cauchy,1789-1857)、勒讓 得、拉普拉斯(P.S.LapLace,1749-1827)、傅立葉(I.Fourier,1768- 1830)、泊松(S.D.Poisson,1781-1840)這樣一些久負盛名的數字巨擘,阿 貝爾相信他將在那裡找到知音。
  1826年7月,阿貝爾抵達巴黎。他見到了那裡所有出名的數學家,他們全都彬 彬有禮地接待他,然而卻沒有一個人願意仔細傾聽他談論自己的工作。在這些社會 名流的高貴天平上,這個外表靦腆、衣著寒酸、來自僻遠落後國家的年輕人能有多 少份量呢?阿貝爾在寫給霍姆伯談巴黎觀感的信中說道:「法國人對陌生的來訪者 比德國人要世故得多。你想和他們親密無間簡直是難上加難,老實說我現在也根本 不奢望能有些榮耀。到頭來,任何一個開拓者要想在此間引起重視,都得遇到巨大 的障礙。儘管阿貝爾非常自信,但對這一工作能否得到合理評價已經深有疑慮了。 他通過正常渠道將論文提交法國科學院。科學院秘書傅立葉讀了論文的引言,然後 委託勒讓得和柯西負責審查。柯西把稿件帶回家中,究竟放在什麼地方,竟記不起 來了。直到兩年以後阿貝爾已經去世,失蹤的論文原稿才重新找到,而論文的正式 發表,則遷延了12年之久。
  從滿懷希望到漸生疑慮終至完全失望,阿貝爾在巴黎空等了將近一年。他寄居 的那家房東又特別吝嗇刻薄,每天只供給他兩頓飯,卻收取昂貴的租金。一天他感 到身體很不舒暢,經醫生檢查,診斷為肺病,儘管他頑強地不相信,但實情是他確 已心力交瘁了。阿貝爾只好拖著病弱的身體,懷著一顆飽嘗冷遇而孤寂的心告別巴 黎回國。當他重到柏林時,已經囊空如洗。幸虧霍姆伯及時匯到一些錢,才使他能 在柏林稍事休整後返回家園。
  是誰該對阿貝爾的厄運負責呢?人們很自然會想起審評阿貝爾論文的柯西、勒 讓得。柯西當時38歲,正年富力強,創造力旺盛,忙於自己的事,顧不上別人而疏 忽鑄下了大錯。勒讓得怎麼樣呢?年逾古稀,功成名就,在法國科學界享有崇高的 威望,他當時不可能像柯西那樣忙著搞研究,理應對培養、識拔年輕一代的科學人 才負有更多責任。然而主要的是,阿貝爾這篇論文所處理的題材恰恰是勒讓得所熟 悉的,從某種意義上來說,是他的世襲領地。儘管論文裡包含著許多新奇、艱深的 概念,但導致這些概念的基本思想卻是簡單的。一個外行也許沒有能力欣賞這種簡 單思想的優美性和深刻性,但勒讓得對所論問題卻決非外行,他自己思者過幾十年, 深知在舊有基本思想框架內,知識業已達到飽和狀態,要獲取新的知識,除非打破 框架,引進新的基本思想。對他來說,其實根本無須仔細閱讀論文,只有稍事點撥, 三言兩語說明一下基本思想,就足以起到振聾發聵的作用。但是他卻好像毫無感受, 實在令人費解。事實上,阿貝爾論文的內容,他並非一無所知,當他得知另一位青 年數學家雅可比(Jacobi)也獨立做了橢圓函數理論方面相當系統的工作後,他曾 告訴過雅可比,有一個年輕的斯堪的納維亞人已先他而專美於家了。雅可比如饑似 渴地讀完阿貝爾那篇失落兩年又奇跡般出現的論文,不禁氣憤地寫信責問科學院: 「阿貝爾先生作出了一個多麼了不起的發現啊!有誰看到過別的堪與比美的發現呢? 然而,這項也許稱得上我們世紀最偉大的數學發現,兩年以前就提交給你們科學院 了,卻居然沒有引起你們的注意,這究竟是怎麼一回事呢」?勒讓得覆信為自己提 出的辯解是令人失笑的:「我們感到論文簡直無法閱讀,因為它是用幾乎白色的墨 水寫的,字母拼寫得很糟糕,我們都認為應該要求作者提供一個較清楚的文本。真 是掩耳盜鈴,文過飾非。
  讓我們再看看高斯。高斯一生勤勉,有許多偉大的數學發現,卻錯過了發現這 個偉大數學人才的機會。科學史經常在告誡:大凡富有創造性的見解,開始總是與 傳統觀念相牴觸的。
  但阿貝爾最終畢竟還是幸運的,他回挪威後一年裡,歐洲大陸的數學界漸漸了 解了他。繼失蹤的那篇主要論文之後,阿貝爾又寫過若干篇類似的論文,都在「克 雷勒雜誌」上發表了。這些論文將阿貝爾的名字傳遍歐洲所有重要的數學中心,他 已成為眾所矚目的優秀數學家之一。遺憾的是,他處境閉塞,孤陋寡聞,對此情況 竟無所知。甚至連他想在自己的國家謀一個普通的大學教職也不可得。1829年1月, 阿貝爾的病情惡化,他開始大口吐血,並不時陷入昏迷。他的最後日子是在一家英 國人的家裡度過的。因為他的未婚妻凱姆普(Kemp)是那個家庭的私人教師。阿貝 爾已自知將不久於人世,這時,他唯一牽掛的是他女友凱姆普的前途,為此,他寫 信給最親近的朋友基爾豪(Kiel-hau),要求基爾豪在他死後娶凱姆普為妻。儘管 基爾豪與凱姆普以前從未覿面,為了讓阿貝爾能死而瞑目,他們照他的遺願做了。 臨終的幾天,凱姆普堅持只要自己一個人照看阿貝爾,他要「獨佔這最後的時刻」。 1829年4月6日晨,這顆耀眼的數學新星便過早地殞落了。阿貝爾死後兩天,克雷勒 的一封信寄到,告知柏林大學已決定聘請他擔任數學教授。損失是難以估計的,如 果阿貝爾活到應的的壽命,他又將要做出多少新的貢獻啊!
  通過阿貝爾的遭遇,我們認識到,建立一個客觀而公正的科學評價體制是至關 重要的。科學界不僅擔負著探索自然奧秘的任務,也擔負著發現從事這種探索的人 才的任務。科學是人的事業,問題是要靠人去解決的。科學評價中的權威主義傾向 卻往往有害於發現和栽培科學人才。科不權威意味著他在科學的某一領域裡曾做過 些先進工作,他可能是科學發現方面躊躇滿志的權威,卻不一定是評價、發現、培 養科學人才的權威,尤其當科學新分支不斷湧現,所要評價的對象是天於連權威都 陌生的新領域的工作時,情況更是如此。
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  第三章  劃過代數理論夜空的流星
  ——伽羅華的早逝和群論的命運
  埃。伽羅華(E.Galois,1811-1832)創立了具有劃時代意義的數學分支— —群論在數學發展史上作出了重大貢獻。但是,他在還不到21歲的時候就與世長辭 了。剖析伽羅華短促而坎坷的一生,對於我們如何對待人才,怎樣發展科學,具有 一定的啟發作用。
  伽羅華是法國巴黎郊區布爾—拉—林鎮鎮長的兒子。12歲之前受他母親教育的, 在這時期他學習了希臘語、拉丁文和通常的算術課。1923年他離開了雙親,考入巴 黎預科學校路易—勒—格蘭學院(皇家中學),從而開始接受正規學校的教育。在 第三年,他報名選學了第一門數學課。由於他的老師深刻地講授,伽羅華對數學產 生了濃厚的興趣,他很快地學完了通常規定的課程,並求教於當時的數學大師。他 如饑似渴地閱讀了A.M.勒讓德的著作《幾何原理》和T.L.拉格朗日的《代數方 程的解法》、《解析函數論》、《微積分學教程》。由於他刻苦學習,能著重領會 和掌握其中的數學思維方法,因引,這些功課的學習,使他思路開闊,科學創造的 思維能力得到了訓練和提高。他的中學數學專業班的老師裡查說「伽羅華只宜在數 學的尖端領域工作」。1829年3月他在《純粹與應用數學年報》上發表了他的第一 篇論文——《週期連分數的一個定理的證明》。這時他還是一位中學生。他曾先後 兩次參加綜合技術大學的入學考試,結果都落第了。1829年7月2日,正當他準備入 學考試的時候,他父親由於受不了牧師的攻擊、誹謗、自殺了。這些遭遇都給伽羅 華帶來了不幸。1829年10月25日,他只被師範大學錄取為預備生。
  當伽羅華17歲時,就著手研究數學中最困難的問題之一一般π次方程求解問題。 我們知道,一般的二次方程的解,要求對係數的一個函數求平方根。要得出三次方 程的一般解,要求對係數的函數開立方。一般的四次方程的解,要求開四次方。一 般的五次方程的解是否也能用加減乘除開方這五種運算的代數方法從方程的係數得 出呢?許多人為之耗去許多精力,但都失敗了。直到1770年,法國數學家拉格朗日 對上述問題的研究才算邁出重要的一步。他精心分析了二次、三次、四次方程根式 解結構之後,提出了方程的預解式概念,並且進一步看出預解式和諸根排列置換下 形式不變性有關,這時他認識到求解一般五次方程的代數方法可能不存在。此後, 挪威數學家阿貝爾利用置換群的理論給出了高於四次的一般代數方程的代數求解公 式不存在的嚴格證明。伽羅華在前人研究成果的基礎上,利用群論的方法,從系統 結構的整體上徹底解決了根式解的難題。他從拉格朗日那裡學習和繼承了問題轉化 的思想,即把預解式的構成同置換群聯繫起來,並在阿貝爾研究的基礎上,進一步 發展了他的思想,把全部問題轉化成或者歸結為置換群及其子群結構的分析上。高 斯早就預見到代數方程的根式解的問題終歸為二項方程的求解問題。伽羅華仔細分 析了具有根式解的二項方程作為「預解方程」時所對應的置換子群的特徵。結果他 發現,如果一個群可以生成一系列極大正規子群,而它們的合成因子是質數,則該 群是可解的。當大於四次的代數方程所對應的群的合成因子就不全是質數,因而五 次及高於五次的代數方程有些是不能用代數方法解出的。
  1829年,伽羅華在他中學最後一年快要結束時,他把關於群論研究所初步結果 的第一批論文提交給法國科學院。科學院委託當時法國最傑出的數學家柯西作為這 些論文的鑒定人。在1830年1月18日柯西曾計劃對伽羅華的研究成果在科學院舉行 一次全面的意見聽取會。他在一封信中寫道:「今天我應當向科學院提交一份關於 年輕的伽羅華的工作報告……但因病在家。我很貴憾未能出席今天的會議,希望你 安排我參加下次會議以討論已指明的議題。」然而,第二周當柯西向科學院宣讀他 自己的一篇論文時,並未介紹伽羅華的著作。為什麼會發生這樣的事情?這是值得 研究的一個問題。1830年2月,伽羅華將他的研究成果比較詳細地寫成論文交上去 了。以參加科學院的數學大獎評選,論文寄給當時科學院終身秘書J.B.傅立葉, 但傅立葉在當年5月就去世了,在他的遺物中未能發現伽羅華的手稿。就這樣,伽 羅華遞交的兩次數學論文都被遺失了。
  人們由於受已有經驗、舊傳統觀念和偏見的束縛,往往產生出一種墨守陳規的 傾向和不願接受新鮮事物的惰性。我們認為:柯西之所以原先打算討論伽羅華所提 供的報告,以後又不了了之,很可能是他思想的偏見所致,領會不了伽羅華在數學 上具有革命性的新思想。在伽羅華之前人們考慮方程求解問題,基本是一個方法一 個方法孤立地去解決,解次數不同的方程,用不同的方法。直到拉格朗日開始,才 注意到解各種代數方程的方法之間的聯繫,並用根的置換理論看清了以前各種解法 之間的統一性。拉格朗日這種從整體上考慮問題的新的思想萌芽被伽羅華接受過來, 並大大發展了,產生出新的思想——系統結構的整體思想。把孤立地考慮方程求解 的問題歸結為數學新的對象——群及其子群的結構性質分析上去,這就從局部考慮 問題上升到整體考慮問題。這是以前數學家考慮問題不曾有的一種具有革命性的新 思想,從而開拓出群論這個新的數學研究領域。
  1831年1月,伽羅華在尋求確定方程的可解性這個問題上,又得到一個結論, 他寫成論文提交給法國科學院。這篇論文是伽羅華關於群論的重要著作。當時的數 學家S.K.泊松為了理解這篇論文絞盡了腦汁。儘管借助於拉格朗日已證明的一個 結果可以表明伽羅華所要證明的論斷是正確的,但最後他還是建議科學院否定它。
  對事業必勝和信念激勵著年輕的伽羅華。雖然他的論文一再被丟失,得不到應 有的支持,但他並沒有灰心,他堅信他的科研成果,不僅一次又一次地想辦法傳播 出去,還進一步向更廣的領域探索。伽羅華誕生在拿破侖帝國時代,經歷了波旁王 朝的復辟時期,又趕上路易。腓力浦朝代初期。他是當時最先進的革命政治集團— —共和黨的成員。這時法國激烈的政治鬥爭吸引了年輕熱情的伽羅華,他先後兩次 被捕入獄,並且被學校開除了。第二次被捕是1831年7月14日,直到1832年4月29日 才出獄。不久,由於參加無意義的決鬥受重傷,於5月31日離開了人間。在他臨死 的前一夜還把他的重大科研成果匆忙寫成後,委託他的朋友薛伐裡葉保存下來,從 而使他的勞動結晶流傳後世,造福人類。
  伽羅華的重大創作在生前始終沒有機會發表。直到1846年,也就是他死後14年, 法國數學家劉維爾才著手整理後,首次發表於劉維爾主編的《數學雜誌》上,自此, 伽羅華的重大貢獻才逐漸為人們所瞭解。1870年法國數學家約當根據伽羅華的思想, 寫了《論置換與代數方程》一書,在這本書裡伽羅華的思想得到了進一步的闡述。 今天由伽羅華開創的群論,不僅對近代數學的各個方面,而且對物理學、化學的許 多分支都產生了重大的影響。
  伽羅華及其所創立的群論蒙難的歷史事實深刻地告訴我們:作為在學術上有傑 出貢獻的老一輩科學家,一定要積極熱情地鼓勵和支持年青一代的科學研究成果。 要發揚「甘當梯子」的精神,讓年青科學工作者「踩著自己的肩膀」攀登到科學的 頂峰。就是說,對於創造活力的青年人,作為老一代的科學家就應該像園丁培育芳 草一樣去精心澆灌,對於他們在創造過程中出現的這樣或那樣的問題應該耐心地予 以指教,有的問題應與他們一塊去思考,共同去完善提高它。不要怕青年人超過自 己,要歡迎他們超過自己。同時青年人也要尊重老一代科學家,虛心學習他的長處, 主動取得他們的支持和幫助。只有這樣,才能各自發揮所長,共同攻關,攜手前進, 為迅速發展科學事業做出更大的貢獻。
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  第四章  從數學家到精神病患者
  ——集合論的創立與康托爾的遭遇
  19世紀末期,數學界出現了一件引人注目的事情。一位名叫康托爾(G.Cantor, 1845-1918)的德國數學家提出一種令人費解的古怪理論——集合論。它的內容是 如此與常識格格不入,以致於一出世就引起了一場軒然大波。
  無窮世界的「探險家」
  集合論的出現,向人們展示了一個由無窮數量關係組成的新奇世界。康托爾是 憑著探險家的勇氣闖入這個新奇世界的。他發現了許多簡直難以置信的事情。
  康托爾是在研究微積分理論的邏輯基礎問題時,開始著手創立集合論的。自從 17世紀牛頓(I.Newton,1642-1727)和萊布尼茨(G.W.Leibniz,1646-1716) 創立微積分理論體系之後,在近一二百年時間裡,微積分理論一直缺乏一個嚴格的 邏輯基礎。它的一些基本概念的表述,還有某些混亂和自相矛盾之處。從19世紀開 始,柯西(A.L.Cauchy,1789-1857)、魏爾斯特拉斯(K.Weierstrass,1815 -1897)等人進行了微積分理論嚴格化的工作。他們建立了極限理論,並把極限理 論的基礎歸結為實數理論。那麼,實數理論的基礎又該是什麼呢?康托爾試圖用集 合論來作為實數理論,以至整個微積分理論體系的基礎。
  出於這一目的,康托爾用集合的觀點重新考察各種數量關係,特別是無窮數量 關係。他發現,無窮集合有著有窮數量關係所不具備的性質。比如,在無窮集合領 域,所有整數和所有偶數之間是一一對應的,所有理數和所有整數之間是一一對應 的,平面上所有的點和線段上所有的點是一一對應的,……概言之,在無窮的世界 裡,整體的所有元素和部分的所有元素之間可以是一一對應的。另外,無窮集合併 不都是相等的,比如所有實數和所有有理數之間就不是一一對應的。因而,無窮集 合是有大小的。集合論用「基數」這個概念來表示無窮集合間的區別。那麼,有沒 有一個最大的集合呢?康托爾通過研究,否定了這個想法。因為每個已知集合的所 有子集所構成集合,其基數都大於已知集合的基數。既然沒有最大的基數,當然也 沒有最大的集合。無窮世界裡的這些性質,初看起來,真是令人頭暈目眩。甚至康 托爾本人在創立集合論的過程上,也時時感到心神不定。他在獲得線性連續統和π 維連續統之間有一一對應關係的結果後,寫信給數學家戴德金(R.Dedekind,1831 -1916)說:「我見到了,但我不相信」。然而,集合論的成果畢竟是有嚴格邏輯 根據的。並且它在解決實數理論邏輯基礎問題中發揮了別的理論無法取代的重要作 用。實踐使康托爾堅定了信心,更加勇敢地前進,大膽挖掘無窮世界裡的寶藏。他 在提出超限基數和超限序數的過程中說:「我確實不知道,什麼能夠限制我們這種 形成新數的活動,只要可以說明,為了科學的發展,引入一個這種無窮的新數對於 研究是需要的或者是不可少的」。
  從數學家到精神病患者
  康托爾的研究成果發表之後,馬上遭致當時一些赫赫有名的數學家的激烈攻擊。 德國數學家克隆尼克(L.Kronecker,1823-1891)是這些人中言辭最激烈、攻擊 時間最長的一個。
  克隆尼克比康托爾年長22歲。當康托爾還是柏林大學的學生時,克隆尼克已經 是在這個學校任教的著名數學家了。克隆尼克在數學上,特別是在高等代數方面有 很多貢獻。然而他一有個壞毛病,就是習慣於用刻薄的語言無情地攻擊所有和他意 見不一致的數學家。他主張,除非一種數學對像能夠用有限步驟從自然數中構造出 來,否則不能認為它在數學上是存在的。他有一句「名言」:「上帝創造了自然數, 其餘的一切才是人做的工作」。因此,他否認無理數的存在,也否認極限理論的意 義。他常常譏笑魏爾斯特拉斯的工作:「有趣,可惜不是數學」。他和數學家林德 曼談話時說:「你那個關於π的漂亮研究有什麼用呢?無理數根本就不存在,你為 什麼要研究這種問題?雖然康托爾是他的學生,但由於集合論的內容同他的主張大 相逕庭,所以克隆尼克簡直到了不能容忍的程度。他認為,康托爾關於超限數的研 究,是一種非常危險的數學瘋病。因而他各種用得上提尖刻語言,粗暴地、連續不 斷地攻擊康托爾達十年之久。他甚至在柏林大學的學生面前公開攻擊康托爾,這在 許多數學家看來是很過分的事情。康托爾一直在哈勒大學任教,薪金很微薄,幾次 想在柏林得到一個薪金較高、聲望更大的教授職位。但由於克隆尼克橫加阻撓,使 得康托爾想在柏林得到職位而改善其地位的任何努力都遭到挫折。克隆尼克的影響 還使康托爾的學術論文一再延誤發表日期。總之,克隆尼克的專橫無理令人震驚, 他的激烈攻擊使康托爾的精神狀態受到極大損害。
  除了克隆尼克之外,還有一些著名數學家也對集合論發表了反對意見。法國數 學家彭加勒(H.Poi-ncare,1854-1912)說:「我個人,而且還不只我一人,認 為重要之點在於,切勿引進一些不能用有限個文字去完全定義好的東西」。他把集 合論當作一個有趣的「病理學的情形」來談,並且預測說:「後一代將把(Cantor) 集合論當作一種疾病,而人們已經從中恢復過來了」。德國數學家魏爾(C.H.Her- mann Wey1,1885-1955)認為,康托爾關於基數的等級觀點是霧上之霧。菲利克 斯。克萊因(F.Klein,1849-1925)也不贊成集合論的思想。數學家H.A.施瓦 茲原來是康托爾的好友,但他由於反對集合論而同康托爾斷交。
  在克隆尼克等人的圍攻和反對下,康托爾的精神逐漸崩潰了。他天性神經過敏, 容易激動,經受不了這種暴風雨□的攻擊。儘管有希爾伯特(D.Hilbert,1862- 1943)等著名數學家贊同他的集合論,儘管他的集合論事實上已取得巨大的成功, 仍未能使康托爾感到欣慰和滿足。從1884年春天起,即在他40歲的時候,他患了嚴 重的憂鬱症,極度沮喪,神態不安。在他生命的最後幾十年裡,這種精神病時時發 作,使他不得不經常住到精神病院的療養所去。他變得很自卑,甚至懷疑自己的工 作是否可靠。他請求哈勒大學當局把他的數學教授職位改為哲學教授職位。不過, 在精神病發作的間歇階段,康托爾仍然頑強地堅持集合論的研究。而且當每次從精 神病發作中恢復過來的時候,他都感到自己的腦子變得格外清晰。他在集合論方面 許多非常出色的成果,都是在精神病發作的間歇時期獲得的。然而,長期的精神折 磨所造成的危害畢竟是不容忽視的。由於健康狀況逐漸惡化,1918年,他在哈勒大 學附屬精神病院去世。
  康托爾的結局是悲慘的。英國科學史家E.T.貝爾回顧這段往事時說,克隆尼 克認為集合論的出現是一種數學瘋病。然而被送進精神病院的並不是集合論而是康 托爾。克隆尼克的攻擊實際上打垮了這一理論的創造者。一位數學家為自己創立的 理論付出這樣大的代價,這種事情在數學史上還是不多見的。
  「悲劇」的成因
  在造成康托爾的悲劇的諸因素中,克隆尼克時常被人們指責為罪魁禍首。然而, 其他方面因素也是同樣值得重視的。只有把各種因素聯繫起來思考,才能全面認識 形成這一悲劇的原因。
  克隆尼克等人的圍攻之所以能夠奏效,與康托爾本人的思想狀況是有直接關係 的。這不僅是由於康托爾的性情,更主要的還是思維方法上的原因。康托爾相信自 己在創立一種合理的有關無窮的理論方面邁出了第一步,也是最後的一步。他迫切 希望人們給予承認和高度讚賞。缺乏承認的局面激怒了他,才使他控制不了自己的 情緒,不自覺地進入憂鬱症的狀態。數學家A.捨恩弗裡斯認為,康托爾的健康惡化 是由於他竭盡全力想解決各種問題,特別是「連德統假設」問題。這可能也是一個 重要原因。無論如何,康托爾缺乏羅巴切夫斯基(H.。oqaebck,1792- 1886)那樣的冷靜頭腦和寬闊胸懷。他過於自信,但卻不堅定,他十分勇敢,但卻 不沉著。他缺少對相反意見和譏諷嘲笑的充足思想準備,以為一個新事物一出世就 會引起世人喝采。因而當自已的希望破滅之後,就難免頹唐失望,使身心遭受不應 有的損害。
  還應看到,康托爾對於來自各方面的反對意見,不是完全依靠集合論的現實根 據,通過發展集合論的實際應用效果來加以反駁,而是經常求助於對柏拉圖主義的 信仰。他把集合論看作是「形而上學的理論」,相信無窮集合「既具體又抽像地」 實際存在著,和柏拉圖的「理念」是一樣的東西。他有著把數學和神學、哲學調和 起來的傾向,明確表示信奉柏拉圖體系的原理以及萊布尼茨、托馬斯。阿奎那(Th omas Aquinas,1225-1274)等人的理論。可是,在嚴肅的數學爭論問題面前, 求助於唯心論和宗教信仰是無用的。康托爾對反對意見的答辯,時常顯得蒼白無力, 起不到說服對方的作用。恰恰相反,反對意見卻時常能長驅直入,不僅打擊集合論 發展中的某些薄弱環節,而且震憾了康托爾把數學、神學和哲學糾纏在一起的內心 世界。任何數學上新事物的成長,都必須從現實中汲取營養。像集合論這樣遠遠超 出一般人常識的新理論,更需要在現實中一步一步開拓自己的前進道路。康托爾一 只腳踏在數學領域上,另一隻腳踏在唯心主義和宗教的泥坑裡,難免在風浪面前搖 擺不定,摔得到處是傷。
  康托爾本人也存在思想弱點,這是造成他一生悲劇的內因。外界的反對力量過 於強大,則是造成悲劇的外因。假若只是克隆尼克一個人,或再帶著幾個影響較小 的數學家反對集合論,那麼造成的聲勢就會小得多,康托爾也未必承受不了反對力 量的打擊。然而在反對陣營裡還有彭加勒、魏耳和菲利克斯。克萊因,他們都是當 時數學界舉足輕重、極有影響的人物。而且他們在其他方面往往是思想活躍,很容 易接受新事物的。一般說來,他們也極少個觀和常識出發來判斷問題。非歐幾何剛 出現時是違背常識的。但是菲利克斯。克萊因和彭加勒分別建立了非歐幾何與歐氏 幾何之間的等價的邏輯聯繫,在使非歐幾何為數學界接受方面發揮了十分重要的作 用。這些情況很容易使人們聯想到,既然這些著名數學家在別的方面並不思想僵化, 而且看問題很深刻,那麼他們反對集合論就不可能是沒有道理的。在數學界,由於 研究工作基本上依靠理論思維,所以學術帶頭人的學術傾嚮往往產生一呼百應的效 果。一批數學界的「巨人」一起站出來攻擊康托爾的工作,又帶動了很多數學家作 響應,難怪康托爾招架不住,在思想防線上迅速崩潰 .
  那麼,克隆尼克、彭加勒等人為什麼對集合論這樣深惡痛絕呢?集合論出現之 後,很快在數學研究中,特別是在解決實數理論邏輯基礎問題中發揮了明顯作用, 他們為什麼視不見泥?這裡固然有性情和學術品質方面的因素,但主要的也是思維 方法上的原因。這些人中的絕大多數,持有和克隆尼克一樣的觀點,認為任何數學 對像必須能用有限步驟從自然數構造出來。而無窮集合不符合這個要求,那就不應 成為數學研究的對象,當然集合論也不是數學。他們頭腦中很可能有著捍衛數學理 論嚴格性和純潔性的良好願望。但他們不是把實踐作為判斷數學對像現實性和數學 理論真理性的標準,卻主觀武斷地為數學研究劃出一條人為界限,要把所有不能用 構造方法獲得的數學理論,不僅是集合論,還有很大一部分數學分析理論,都統統 排斥在數學領域之外。希爾伯特曾指出,克隆尼克的方案是要把我們的科學肢解, 使它殘缺不全。如果我們接受這種「改革辦法」,就要失去我們最有價值的寶藏的 大部分。他說:「沒有任何人能把我們從康托爾為我們創造的樂園中清除出去」。 他所說的「樂園」就是指集合論。事實證明希爾伯物是對的。克隆尼克等人並未能 阻止集合論的生長,也未能阻止絕大多數數學家最終把集合論看作現代數學中理所 當然的組成部分。克隆尼克等人在看待數學對象的問題上,無疑犯了先驗、片面的 弊病。歷史表明,給數學的發展劃定先入為主的界限的努力,是決不會成功的。
  歷史的教訓
  集合論的創立和康托爾的遭遇,給後人留下的歷史教訓是很深刻的。它告誡人 們,要堅持和發展科學真理,決不能離開實踐。科學理論的對象和內容越是抽像, 就越需要深深扎根在現實土壤之中。如果脫離實踐,到唯心主義和宗教那裡去尋求 精神支柱,只能誤入岐途,給科學新成果的宣傳和普及增設障礙。它還告誡人們, 當一種新的科學發現或發明出現的時候,不要憑借直觀的、常識或以往的經驗來下 判斷,更不要給科學成果施加某種主觀的、人為的標準。真理的唯一標準只能是人 們的實踐。它告誡那些創造科學新成就的人們,要有充分的精神準備聽取各種反對 意見,承受可能出現的冷遇、嘲諷和打擊,克服前進道路上的各種困難。要充分認 識到,獲得科學發現是艱苦的,使科學發現為人們理解同樣的艱苦的,兩者都要經 歷一個奮鬥的過程,決不可能一蹴而就。它還告誡那些評價科學新成新的人們,要 冷靜、客觀、全面地看待每一項科學發現或發明,要善意地對待科學新成果發展過 程中難免的缺點和弱點。科學工作者要注意科學道德修養,避免再出現克隆尼克那 樣的事情。像集合論這樣的科學成果,在科學發展中應是越來越多的;而像康托爾 這樣的悲慘遭遇,則是不應該再出現了。
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  第五章  一曲千古悲歌
  ——希臘女數學家希帕蒂婭的慘酷遭遇
  希帕蒂婭(H.ypatia,約公元370-415)是古希臘一位偉大的女數學家,她 一生為數學的傳播和發展作出了卓越的貢獻。然而,這樣一位傑出的女性卻遭到宗 教的殘酷殺害。希帕蒂婭的死為數學史寫下悲狀的一頁,同時,也在人類文明史上 記錄了宗教曾經是怎樣蠻扼殺科學的罪惡。
  聰慧好學的童年
  公元370年,希帕蒂婭誕生在埃及的亞歷山大裡亞城。在分元前290年,亞歷山 大裡亞城建起一座博學園。它裡面有圖書館,藏書75萬卷,當時東西方著名的典藉 應有盡有。在圖書館旁,還修建了一座研究院、一座畫廊和一幢樣式別緻的雕塑大 廳。研究院是古希臘的最高學府之一,許多名流學者,如歐幾里得(Euclid,約公 元前330-275)、阿基米德(Archimedes,分元前287-212)等人都先後在這所 學府裡從事過教學和研究工作。此外,博學園裡還辟有幽靜、美麗的植物園和供人 遊覽欣賞的動物園。到公元前一世紀,博學園成為古羅馬帝國與世界各國進行文化 交流的場所,是古代人類文明的象徵。
  小希帕蒂婭的父親西翁(Theon)是一位知名的學者、數學教授,就在博學園 裡的研究院工作,後來榮任研究院院長。西翁非常愛憐小希帕蒂婭,對她要求嚴格, 十分注意對女兒進行文化教育,他決心在女兒幼小的心靈裡播下知識的種子,把女 兒培養成一個智慧超群的人才。希帕蒂婭生長在一個有著很高文化素養的家庭裡, 像一株得到陽光雨露滋潤的幼苗,很快地成長起來。
  10歲的希帕蒂婭已經掌握了豐富的數學知識,並能熟練地運用學過的數學理論 解決實際問題。有一次,希帕蒂婭和父親到博學園的林間草地去散步,西翁有意識 地啟發女兒怎樣利用他們倆個人的影子來測量建築物的高度,還說過兩天我們去測 量金字塔的高。兩天很快就過去了,她仍然感到有些疑難問題無法解決,測量金字 塔高度的方案還沒有想出來。
  當西翁和愛女希帕蒂婭騎著馬向金字塔所在地進發時,父親看見女兒騎在馬上 憂心忡忡的樣子,知道女兒測金字塔的辦法還沒有成熟,為解除女兒的沉重心情, 西翁盡量找些別的話題來轉移她的注意力,便滔滔不絕地講述沙漠的風光、金字塔 的傳說… 。這樣一路談笑風生,不知學覺地來到了目的地。
  這時,太陽西斜,天色已近黃昏,夕陽把他們的影子拉得長長的,小希帕蒂婭 跳下馬背跟著父親一前一後向金字塔走去。驀地,希帕蒂婭回頭看見自己的身影和 父親的身影重合在一起,發現太陽與他們倆頭頂在一條直線上,立刻想起可以用前 幾天學過的相似三角形對應邊成比例的定理計算金字塔的高度。她把這突然想到的 方法講給父親聽,老西翁聽後欣慰地笑了。希帕蒂婭領會到這種辦法是對的,高興 得朝著金字塔方向飛快地跑去。
  童年時代的希帕蒂婭在父親熱心地指導下,悉心地學習數學或閱讀經典,表現 出聰慧好學,進步很快,智力發育微露端仉,為日後的深造打下了基礎。
  才華橫溢的學者
  希帕蒂婭愉快的度過19歲生日,在父親的幫助下,學識已有了長足的進步。一 年前,她認真地讀完一些大數學家的著作,比如:歐幾里得的《幾何原本》、阿基 米德的《論球和圓柱》、阿波羅尼斯(Apollonius,約公元前260-170)的《圓錐 曲線論》。同時,她又協助父親修訂歐幾里得的《幾何原本》,這部書成為現代版 本《幾何原本》的基礎。此外,她還接觸發哲學、文學和天文學,擴大了知識領域。
  希帕蒂婭特別喜愛哲學,閱讀了不少希臘哲學家的著作。西翁為了活躍女兒的 思想,訓練雄辯的能力,鼓勵她參加各種學術辯論會。17歲的希帕蒂婭在博學園參 加了由父親主持的關於數學和哲學問題的討論會。在會上,希帕蒂婭就芝諾(Zeno, 約公元前496-430)悖論問題發表了演講,她以深邃的思想、善辯的口才,引起參 加討論會人們的注意。父親還經常教誨她要善於獨立思考,每個人要珍惜自己思考 的權力,即使思考錯了也比不思考強,以此激勵女兒養成思考的習慣。希帕蒂婭由 於有著深刻的哲學思想和豐富的科學知識,對各種宗教著作提出了許多質疑。在父 親的影響和熏陶下,她分清了虛妄的宗教信條和科學真理的界限,曾在日記中寫道 :「把迷信當作真理是一件十分可怕的事,人們必須維護真理而戰勝迷信」。這標 志著希帕蒂婭已經初步樹立唯物主義的自然觀,為她以後從事科學研究奠定了堅實 的思想基礎。
  在公元389年,希帕蒂婭在強烈求知慾望的誘惑下,乘商船到希臘的雅典求學。 在這裡她成為受人景仰的數學家。雅典城許多名流、學者爭相來到她的住所請教數 學,或者討論哲學問題。
  希帕蒂婭在雅典留學期滿又返回亞歷山大裡亞城,該城的行政長官聘請她到博 學園任教,講授數學和哲學。因為她學識淵博,品德高尚,擅長修辭和雄辯,吸引 了各國學生前來聽課,成為舉世注目的女學者。希帕蒂婭在研究院供職斯間,除授 課之外,主要是從事科學研究,開始了創造發明的生涯。這段時間,希帕蒂婭在各 個領域都取得了研究成果,更多的成就還是在數學領域。
  在教學過程中,希帕蒂婭為了幫助學生理解丟番圖(Dio-phantus,約公元 246-330)的代數學,撰寫了一本頗有創見的教科書。書中對丟番圖的《算術》 作了評注,發展了一次方和二次方程的解法。她深入地研究了阿波羅尼斯的《圓錐 曲線論》、並對此書作了詳細的註釋。圓錐曲線包括橢圓、拋物線、雙曲線和二次 曲線,這些重要曲線,直到17世紀才又重新引起一些著名數學家的重視和研究。除 此之外,希帕蒂婭還寫過天文學專著和一些數學論文,這些論著均被遺失。到15世 紀末,在梵蒂崗圖書館發現希帕蒂婭原著的一些殘頁,這就成為研究她的學術思想 的重要資料。她的創造才能是多方面的,曾設計過觀天儀、流體比重計和壓力測試 器等儀器。
  希帕蒂婭熱愛科學,追求真理,主動上門求婚的哲學家、貴族子弟,都被她一 一謝絕了。她想人的一生要為社會做出貢獻,現在正是埋頭鑽研學問的黃金時代, 不能沉溺在愛情之中,應該把愛情獻給真理。因此,希帕蒂婭對每一個求婚者能意 味深長地說:「我只願嫁給一個——他的名字叫真理」。
  公元前30年,古羅馬帝國侵佔了埃及,亞歷山大裡亞從此落入羅馬貴族之手。 古羅馬帝國的皇帝凱撒為了加強在這塊土地上的統治,利用宗教作為精神統治的工 具。當時已成為古羅馬帝國的國教——基督教迅速地在這裡傳播開來。到公元392 年,羅馬皇帝提奧多西下令拆毀希臘神廟,禁止老百姓信奉異教,由此基督教在社 會上逐漸取得統治地位。
  希帕蒂婭反對迷信,不信奉基督教。她自從雅典返回家鄉之後,更加篤信理性 是真知的唯一源泉。她在研究院裡講課,就宣傳科學的理性主義,揭露教會的黑暗 和虛偽,在基督教徒中也產生了巨大影響。因此,基督教廷十分恐慌,視她的哲學 和數學為「異教邪說」。然而,一些正直的學者和社會人士卻稱讚希帕蒂婭的才華 和品格,甚至和她結下了深厚的友誼。當時亞歷山在裡亞城的行政長官奧倫茨就是 其中的一個,他經常來訪希帕蒂婭,徵詢她對各種事務的處理意見。
  公元412年,披著宗教外衣的陰謀家西裡爾(Cyril,公元376-444)當上了 亞歷山大裡亞督教的大主教,他極力推行反對「異教邪說」的計劃。西裡爾上台後 不久,就施用各種詭計,篡奪了地方長官奧化茨的一部分權力,並借用這些權力迫 害「異己分子」。西裡爾奪權的野心越來越大,深感奧倫茨,這就引起了他與奧倫 茨之間的矛盾。陰險毒辣的西裡爾深知希帕蒂婭在宣傳「異教邪說」,而且她與奧 倫茨有著共同的信仰和深厚的友誼,便決定先除掉希帕蒂婭。於是,西裡爾到外散 布謠言,說希帕蒂婭是解決主教與行政長官之間矛盾的障礙,應該對她進行懲罰。 希帕蒂婭聽到謠言之後,預感到這是不祥之兆,但並沒有在壓力面前屈服,而是繼 續去研究院授課,傳播科學思想。
  公元415年3月的一天,希帕蒂婭坐著馬車去研究院講課。當馬車行至一個教堂 的門口,事前由西裡爾策劃好的一群暴徒,迎面趕來攔截馬車,把希帕蒂婭從馬車 上拉下來,拖進教堂。一群教徒在牧師的指揮下,施行了慘無人道的暴行。首先把 她的衣服剝光,一根一根地拔掉她的頭髮,然後用鋒利的蠔殼把她身上的肌肉一片 一片地割下來。最後,把還在顫動的肉體投進熊熊的烈火之中。一位才華超眾、貢 獻卓著的女數學家就這樣遭到宗教的野蠻、殘忍、無情的殺害,悲壯地離開了人間。 希帕蒂婭的死訊傳到奧倫茨那裡,他悲憤萬分,一面懲罰了攔車殺人的兇手,一面 寫報告給羅馬教廷,要求調查,懲辦策劃者。由於羅馬教廷要維護基督教的威嚴, 就把調查的事情一再拖延。這時西裡爾的氣焰更加甚囂塵上,千方百計地阻止調查。 奧倫茨發現勢頭不對,被迫離開了亞歷山大裡亞,流亡國外。後來,羅馬教廷為了 掩人耳目,製造謊言,由羅馬大主教宣佈說:「此案查無實據,據傳希帕蒂婭在雅 典,並沒有發生任何悲劇」。一樁駭人聽聞的慘殺案,就這樣消聲匿跡了。
  女數學家希帕蒂婭之死,能給我們一些什麼樣的啟示呢?首先,宗教神學是科 學大敵。因為神學的本質是唯心論,它主張精神第一,上帝萬能,既不尊重客觀事 實,也不接受實踐的檢驗。而科學卻恰恰相反,它是揭示自然界和人類社會各種現 象的本質和規律,是不容許存在半點虛偽和謊言的,它毫不掩飾地揭露宗教神學的 反動本質。科學上的每一個發現,都是對宗教迷信的一次打擊。因引,宗教神學必 然要瘋狂地反對科學。其次,科學家必須具有為真理而獻身的精神。宗教神學一旦 成為統治階級的工具,科學就會受到嚴重的摧殘。希帕蒂婭由於衝破了神學的禁錮, 追求科學的睦理,教廷便向她伸出魔爪。希帕蒂婭在殘酷的迫害面前不屈服、不妥 協,最終為維護真理獻出了寶貴的生命。宗教的火刑場雖然焚燒了科學家的軀體, 但不能泯滅科學真理的光輝,科學發展到今天,已經形成一個龐大的體系,正在不 斷地造福於人類。
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  第六章  竟說女兒不如男
  ——蘇菲。柯瓦列夫斯卡婭的命運
  翻開數學史,古往今來有許許多多的數學家,可婦女的名字卻寥寥無幾。有人 說,女數學家比女王還要少,確實如此。難道是婦女天生缺少數學才華嗎?不是! 是舊制度舊社會對對婦女的歧視、壓迫;是舊思想、舊傳統對婦女的偏見、束縛, 使他們縱有千般才能,也難以發揮施展。女數學家蘇菲。柯瓦列夫斯卡婭(C.Koba ebcda,1850-1891)就是一個例子,她是19世紀最卓越的數學家之一,但她 的一生卻是在逆境中度過的。
  蘇菲婭 1850年1月15日誕生在莫斯科一位將軍家庭裡。父親克魯科夫斯基是 奧斯特洛格拉斯基的學生,本人是數學家。視父是匈牙利王的後裔,是一位天文學 家和數學家,舅舅也是一位數學愛好者。蘇菲婭生活在數學世家裡,從小受到家庭 熏陶,這對她後來成為舉世聞名的數學家有著良好的影響。
  蘇菲婭剛剛6歲,舅舅就經常給她講數學故事,使她聽得入神,覺得數學如詩 歌一樣的美麗,如謎一樣的有趣。她所居住的房間也是用數學講義做糊壁紙,小蘇 菲婭朝思暮想牆壁上的難懂的數學符號、深奧的數學公式、奇怪的數學圖形。這些 糊牆紙的數學內容深深印在她蝗腦海昊,為她之後學習更高深的數學理論打下了基 礎。蘇菲婭從小就顯示出數學才華,14歲就能獨立地推導出三角公式,被人們稱為 「新巴斯卡」。15歲就開始學習高等數學,彼得堡的著名數學教師A.N.斯特蘭諾 留勃斯基對她的天賦非常欣賞。
  隨著時間的流逝,蘇菲婭長大成人,她思慮著自己的前途,擔憂著自己的出路。 1867年,蘇菲婭在彼得堡學完了全部的課程準備繼續求學,1867年,蘇菲婭在彼得 堡學完了全部的課程準備繼續求學,但是,俄國的大學校門對婦女都是關閉的,求 學的唯一希望是到外國去,然而她的父親是不會允許的,克魯科夫斯基將軍一心想 讓蘇菲婭像別的貴族姑娘一樣結交名門,進入社交界,終身過著勞華富貴的生活, 維護家族的「尊嚴」,繼承貴族家庭的傳統。蘇菲婭卻想獲得高等教育,選定開拓 數學研究新領域的崎嶇道路。她的思想是違背她父親的意原的,接踵而來的重重阻 力使得她寸步難行。專橫的父親對她強烈的求知慾望置之不理,世俗的偏見束縛住 她的手腳,高等學校的大門對她關閉……,但困難難不倒有心人!蘇菲婭想方設法 尋找出路,當時有個規定:結過婚的婦女不需要父親的簽名就可以領出護照,以假 丈夫的名義就有可能到國外去求學。蘇菲婭不顧父母的反對,與莫斯科大學學古生 物學的青年柯瓦列夫斯基多次約會和多次密談,決定於1868年10月「結婚」,隨即 一起離開俄國到歐洲求學了。蘇菲婭敢於衝破家庭的阻撓,敢與傳統觀念決裂,智 藉假婚,出國求學,這是她取得傑出的數學成就邁出的關鍵一步。如果沒有這種膽 略與決心,對她來說,就很難在數學上有所建樹。
  一個人要獲得博士學位是很困難的,一位婦女要獲得這樣崇高的榮譽 那是難上加難。男尊女卑的思想緊緊束縛著婦女的自由,封建禮教剝奪了婦女學文 化、受教育、搞科學的權利,婦女被看成低人一等。
  從小個性倔強、胸懷大志的蘇 菲婭卻能在逆境中拚搏,終於成為數學史上第一位女博士。1870年蘇菲婭前往柏林, 希望入學深造,然而大學之門對婦女她是時緊閉的。蘇菲婭前往柏林,希望入學深 造,然而大學之門對婦女也是緊暑的。蘇菲婭痛若地寫道:「普魯士首都是落後的, 我的一切懇求和努力都落空了,我沒有被批准進入柏林大學。不幸的遭遇,也有兩 重性,它可能使人沉淪,也可能使人奮起。蘇菲婭是位倔強的女人,舊習慣、觀念 和舊思想一心要把她從數學陣地驅逐出去,頑強與勤奮卻把她召回數學的戰場。她 苦苦思索,深感別無選擇,只能從著名數學家維爾斯特拉斯那裡尋找辦法。號稱」 數學分析之父「的維爾斯特拉斯,學識淵博、治學嚴謹,蘇菲婭慕名而去,向大師 傾吐熱望攻讀數學的決心。維爾斯特拉斯當面向她提出一連串的有關橢圓函數的難 題來考考她,她都能迎刃而解,她的驚人勤奮和才思敏捷,使大師深為感歎!維爾 期特拉斯不但有一雙慧眼,而且還有一顆賢者的心。他油然產生了一種憐才情感, 破格地向柏林大學提出讓蘇菲婭聽她的講座,申請聽課的權利。保守的柏林大學當 局始終認為婦女不能也不會研究數學,這只能是男人才能辦到的。頑固的偏見使維 爾斯特拉斯的推薦也無濟於事了,柏林大學將蘇菲婭遠遠地關在門外。
  蘇菲婭不能 進入大學深造,就拜維爾斯特拉斯為師。善良的大師也很想做她的私人教師,利用 每星期日下午給蘇菲婭講授最新的數學阿貝爾函數,還經常提問討論。冬去春 來,夏暑秋涼,整整四個年頭從未間斷。蘇菲婭認為「這樣的學習,對我整個數學 生涯影響至深,它們最終決定了我以後科學研究方向:」我的所有工作是在維爾斯 特拉斯的精神指導下完成的「。確實如此,維爾斯特拉斯付出全部心血培育未來的 女數學家。
  蘇菲婭得到維爾斯特拉斯的鼓勵和指點,更加有了攀向高峰的決心和勇 氣。她衝破猶如牢籠的莊園,拋棄豪華、富裕的貴族生活,到了異國求學,忍受饑 寒、追求知識,廢寢忘食、刻苦攻關,四年努力,寫出三篇出色的論文,在科壇上 引起了強烈的反響,這是史無前例的開創性工作。第一篇是《偏微分方程論》完成 了柯西的思想;另外兩篇分別是關於阿貝爾積分和土星光環的,在論土星光環一文 中,蘇菲婭補充和修正了拉普拉斯的理論。這在數學史上是創紀錄的。根據維爾斯 特拉斯的推薦,1874年,哥庭根大學授予蘇菲婭哲學博士的學位,成為數學史上第 一位女博士。許多母親在路上碰到蘇菲婭就不停地稱讚也是一位了不起的姑娘。蘇 菲婭沒有被榮譽和成就所陶醉,反而將自己事業的成功與失敗與所有婦女的命運緊 緊相連。在鬥爭中尋出路、求學問、找真理,終生保持著非凡的毅力和勇氣,繼續 向數學高峰攀登、挺進。
  蘇菲婭獲得這麼高的成就,科學家們為推薦她而到外奔走, 但是舊社會畢竟是舊社會,處處、事事對婦女「關門」。蘇菲婭在國外依然無法找 到一個合適的工作。1875年,她抱著以自己的學識為科學事業獻身的願望回到祖國, 然而,她的一切願望成了泡影。俄國還是同她離國前一樣地黑暗,婦女仍然不能上 大學,更沒有教大學的資格。蘇菲婭四處奔波,到處碰壁,同樣也找不到一個合適 的工作。俄國科學院院士、19世紀的大數學家車比雪夫(1821-1894)十分同情蘇 菲婭的處境,積極請求大學當局安排她任教,當局一口拒絕。更無理的是,連她報 考俄羅斯學位的權利也被剝奪,使她無法立足。蘇菲婭與研究數學結下了不解之緣, 她只好暫別丈夫和女兒再到柏林去。她有比家庭歡樂更高的追求,離別的情思沒有 纏住她前進的腳步,似水的柔情沒有動搖她獻峰身事業的決心。骨肉分離,孤身在 外,她根據維爾斯特拉斯的建議,研究光線在晶體中的折射問題。在1883年奧德賽 科學大會上,她是唯一的以出色的研究成果做報告的女科學家。命運偏偏與她作對, 當年春天,她的丈夫因面臨破產而自殺了,蘇菲婭聽到這不幸的消息,肝腸摧裂。 她把自己關起整整四天不吃不喝,第五天昏迷過去。不幸的遭遇,激起蘇菲婭向命 運搏鬥,第六天蘇菲婭醒後又頑強地工作,用演算數學公式來解除心中的憂愁,用 專心研究來擺脫心中的悲痛,非凡的毅力是常人所無法理解也難以辦到的。這一年, 她又在第七屆自然科學家和醫生代表大會上報告了新的研究成果。同時11月,在維 爾斯特拉斯的學生、瑞典數學家米達。列弗勒幫助下,經過一番周折,蘇菲婭才擔 任斯德哥爾摩大學的講師。可是,當地報紙公然對她攻擊:「一個女人當教授是有 害和不愉快的現象甚至,可以說那種人是一個怪物」。僅僅因為她是女人,囿 於習俗和偏見,她遭受著比男人更多的挫折與不幸。然而,蘇菲婭無所畏懼,同男 人一樣地走上斯德哥爾摩大學的講壇,以生動的講課,贏得學生們的歡迎,鐵一事 實擊敗了那種「男人樣樣勝過女人」的偏見,使婦女大大揚眉吐氣。
  斯德哥爾摩大 學數學系主任米達。列弗勒十分常識蘇菲婭的才華。一直推薦她為正式教授,可是 阻力重重,一直拖了5年,等到蘇菲婭完成了僅有少數男人能看懂的偉大研究後, 才獲批准。那是1888年聖誕節,蘇菲婭對剛體旋轉問題做了傑出的貢獻,巴黎科學 院授予她的獎金從3000法郎提高到5000法郎。她是第一個跨進科學院大門的女子。 過去,大數學家歐拉只研究剛體內質量中心是固定的,不考慮外力,這是描述地球 運動的;著名數學家拉格朗日研究剛體的固定點和重心都在對稱軸上,這是描述陀 螺運動的;然而,蘇菲婭的論文推廣了維爾斯特拉斯的思想在超橢圓積分方面解決 了質心不在剛體軸上的難題。斯德哥爾摩大學最後才正式授予她教授職位。
  蘇菲婭 在瑞典任期滿了,一心想回到祖國工作,但是,沙皇科學院卻給她一個假仁假義的 回答:「柯瓦列夫斯卡婭在俄國不能獲得像她現在斯德哥爾摩那樣的榮譽和地位」。 「柯瓦列夫斯卡婭和她的女兒等待不到婦女能在俄羅斯任教授職務的時代」。對這 種答覆蘇菲婭不會感到奇怪,沙皇政府一貫歧視婦女。蘇菲婭只能在國外繼續任職。 1891年2月10日蘇菲婭患肺炎病與世長辭了,終年41歲。她盛年去世是數學界的損 失,短暫的一生她發表十篇數學和物理方面的傑出論文,做出了開創性的工作。許 多科學家十分惋惜,紛紛悼念讚頌她。
  為了研究數學,蘇菲婭經大焦慮、憂愁、痛苦、不幸的一生,她奮勇進擊、磨 煉意志、鍛煉成才,這對一位婦女來說尤其可貴,是值得今人借鑒的。蘇菲婭冒著 風險、頂著壓力、付出代價、做出犧牲建立數學新理論。她所建立的數學新概念、 新定理、新理論和新分支都浸透了數學家奮鬥的心血。數學每前進一步往往會遇到 種種阻力,許多數學家為科學真理曾付出巨大代價,我們今天學習數學要加倍努力, 繼續探索沒有窮盡的科學真理。現在,我們的祖國就像春天解凍以後鬆軟了的土地, 大批幼苗破土而出,到處充滿生機。可是,困難、阻力和挫折還是有的,我們的青 年要以堅韌不拔的毅力,為民族富強而學習、奮鬥,為振興中華,為為類文明做出 更大的貢獻。
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  第七章  三百多年的沉冤
  ——被反動教會迫害的大科學家伽利略
  地球是靜止的,還是運動的?這個問題曾在古希臘人中引起激烈的爭論。以托 勒玫(C.Ptolemaeus,約90-168)為代表的地心說,認為地球是靜止不動的宇宙 中心。這種學說得到了教會的支持,在天文學中長期占統治地位,直到1543年,才 被哥白尼(N.Copernicus,1473-1543)的日心說所動搖。但由於日心說與聖經 不符,一開始便受到教會的反對,被斥為異端邪說。1600年,天文學家布魯諾(G. Bruno,1548-1600)被教會活活燒死,罪名就是他擁護哥白尼,竟敢說地球不是 宇宙的中心。下面將會看到,日心說與地心說之爭,也是著名科學家伽利略(G. Galiei,1564-1642)受迫害、被監禁的主要原因。
  新發現
  科學是扼殺不了的。布魯諾遇難後不到十年,伽利略就發明了天文望遠鏡,打 開發通向近代天文學的大門。他把這精巧的儀器指向天空,觀測到許多人們用肉眼 看不到的現象。例如,他發現了月球凹凸不平的表面,打破了「天體是理想球形」 的觀點;發現了太陽上黑子的移動,從而推測太陽自轉;還發現了金星的變相和木 星的四個衛星。他興奮地意識到,這些新發現都是對日心說的有力支持。他把自己 的想法,寫信告訴了德國天文學家開普勒(J.Kepler,1571-1630),得到開普 勒的熱情支持。不過,為了能須利發表自己的觀點而不受教會的迫害,伽利略比布 魯諾謹慎多了。他努力同宗教界建立聯繫,結交了一些教會朋友。由於他的物理學 和天文學上的許多重要發明,也一度贏得教會的尊重。
  伽利略以為這樣做就不會有什麼危險了,開始在通信中毫不掩飾地支持哥白尼 學說。他那新穎的觀點和生動的文筆,吸引著越來越多的人。但昔日與伽利略為友 的教會人士,這時卻站到了他的對面,紛紛用聖經來攻擊他。這些人不曾用望遠鏡 看一下天空,卻公然否認伽利略看到的事實。而缺乏科學知識的廣大群眾,大多相 信太陽繞地球轉。面對這些,伽利略的內心是矛盾的。他堅信科學事實,又怕受到 迫害。在給一位朋友的信中,他心情沉痛地說:「如今這些事(指天文發現)在我 眼前,就像用手摸著一般的確實。但與其苟順私情擁護它們,而和上級長官作對, 毋寧閉上我們的眼睛為妙」。但是,絢麗多姿的自然界強烈地吸引著他,追求真理 的精神使他很快改變了這種「閉上眼睛」的態度,他又冒著風險前進了。他的文章 措詞委婉,卻是明確支持哥白尼學說的。這種行動激怒了教會,羅馬教廷決定對伽 利略進行制裁。
  1616年的審訊
  1616年2月19日,審查部的神學顧問們開始審查以下兩個命題:一、太陽固定 於宇宙中心;二、地球有自轉和繞日分轉兩種運動。24日,神學士開批判總會,所 得結論是:這兩個命題都是「謬論」,「於理不通」,而且「和聖經字義並教父學 士等的註疏,多有牴觸,確屬異端之說」。判文下有11位神學士簽字。
  2月25日,教皇保祿五世親自下令給柏拉彌諾主教:把伽利略召來,告訴他及 早反省,並飭令他不得宣傳、擁護和討論比類問題,否則就科以監禁。第二天,在 森嚴的宗教裁判所審訊室中,伽利略被迫表示服從教會,並否認了地球的運動。3 月5日,禁書部(即書籍審查部)便受教皇之命發表禁書令,把包括伽種略有關著 作在內的一切擁護地動說的書籍列入禁書名單,哥白尼的《天體運行論》自然也在 禁書之列。禁書部對伽利略的判詞是這樣寫的:「地動說既屬荒謬又和聖經相悖, 可能危害公眾信仰……不得以任何形式宣傳哥白尼學說」。
  為什麼教會反對「地動說」呢?有人說他們是在實行「愚民政策」。其實,那 樣未免把他們的智慧提得過高了,因為他們自己也是相信太陽繞地球轉的。按照聖 經,人類是上帝創造的,人類居住的地球理應是宇宙的中心。以聖經為精神支柱的 教會,怎能容許別人宣傳離經叛道的學說呢?
  由於伽利略表示「悔過」,又考慮到他在社會上的威望,教會便把他釋放了。 教皇和主教們為他們的「勝利」,洋洋得意,似乎靠他們一聲令下,就停止了地球 的轉動。
  一部傑作
  從宗教裁判所出來的伽利略,感到「萬念俱灰」。被愛放棄自己擁護的學說, 這是多麼痛苦的事!回到家鄉佛羅化薩以後,他只好在實驗室裡悄悄地做實驗,而 不敢把所發現的東西公之於眾,更不敢講地球的運動了。但是,他在實驗中一次次 激動人心的成果,重新燃起了他希望之火;朋友們同仇敵愾的呼聲,鼓起了他宣傳 科學的勇氣。1623年,他終於發表了一本總結自己實驗成果的著作《實驗集》。這 本書一出版,便博得了不少好評。由於此書不涉及哥白尼學說,也避免了與聖經抵 觸的詞句,因此得到教會的認可。伽利略暗自慶幸,次年親赴羅馬,不僅結交了一 些教廷大員,還拜訪了新教皇伍爾邦八世。這位教皇,過去曾是伽利略的朋友, 1629年還作過一首十九節的拉丁短詩,歌頌伽利略的天文發現。他初登教皇寶座, 便接受了伽利略《實驗集》的晉獻,贈給他錦標一面和金、銀獎章各一玫。
  由於和教會人士的關係好轉,伽利略認為可以比較大膽地進行科學研究了。他 回家以後,通過深入細緻的研究,進一步證明了哥白尼學說的正確。但是,他沒有 忘記1616年的審訊,那時他曾宣佈放棄哥白尼學說。現在條件好些了,還要不要宣 傳自己的正確觀點呢?怎樣才能避免教會的迫害呢?他經過深思熟慮,決定採取一 種巧妙的方法來宣傳哥白尼學說。他寫了一本《兩種世界體系的對話》,書中以三 人對話的形式討論托勒玫的地心說與哥白尼的日心說哪個正確的問題。其中一人代 表托勒玫,一個代表哥白尼,還有一個旁觀者,對前兩人的討論作出判斷,他實際 是代表伽利略明顯支持哥白尼學說的,但從字面上看不出伽利略本人站在哪一邊。 這本書花了3年時間,於1629年完成了初稿。
  1630年5月,伽利略帶著《對話》再赴羅馬,請求教會准許付印。負責書籍審 查的黎加爾地主教(Riccardi)看了伽利略的稿件,認為他未顧及1616年斷案, 於是命他前後加些序跋,言明所謂哥白尼學說,僅係一種假設,所收集的一切反對 托勒玫學說的證理,並非在於指出它的錯誤,只不過是一種反詰性設通信班而己。 伽利略照辦了,序言的開頭,他用一種維護教會的口氣寫道:「幾年前,為了排除 當代的危險傾向,羅馬(教會)頒布了一道有益世道人心的敕令,及時地禁止了人 們談論畢達哥拉斯學派的動說。有些人公然無恥聲稱,這道敕令的頒布並未經過對 問題的公平考察,而是出於知識不夠而引起的激情。還可以聽到一些埋怨說,對天 文觀察完全外行的法官不應當以草率的禁令來束縛理性的思維」。實際上,他所指 責的那些言論,正是他自己的正確觀點,但他卻裝著反對的樣子,接著寫道:「聽 到這類吹毛求疵的傲慢言語時,我的熱情再也抑制不住了。由於我充分理解這一慎 重的決定,我決心作為對這一莊嚴真理的一個見證人而公開出現在世界舞台上」。 這樣看來,他寫書的目的似乎是為了澄清事實真相,以維護教會的名譽。當伍爾邦 八世知道伽利略要印行新書時,便向他的秘書強包理主教(Ciampoli)探詢一切, 秘書回答請他放心,說一切都在按法定程度進行。教皇以為伽利略已「改過」,並 未閱讀他的稿件就允許刊印了,而且還召見了他。
  伽利略回到佛羅倫薩以後,經過一些不大的波折,《對話》便於1632年刊行問 世了。書中有佛羅倫薩審查員的許可證,還有黎加爾地主教的批文。這些不懂天文 的主教們,並未察覺伽利略的真實意圖。
  其實,《對話》決不是像序言所說的那樣。為了維護教會的,它實際上是和教 會宣傳的地心說針鋒相對。書中列舉大量事實,論證哥白尼學說,應付對方的各種 設難。例如有人說,若金星繞日而行,就該有月球一樣的變相,但並沒人見到它的 盈虧啊!伽利略說,利用在文望遠鏡,就可以清楚地見到金星的變相。他還以木星 為例,繪圖解釋行星的逆行、順行和留,以此說明地球和其他行星都在繞日而行。 另外,人們很難相信地球這麼大的球會自己轉動,但通過書中列舉的太陽自轉的事 實,讀者自然會想,既然龐大的太陽還能自轉,比之渺小異常的地球為什麼不能自 轉呢?書中還利用木星的4個衛星的發現來支持哥白尼學說。他描述說:這些衛星 的形狀的改變如同我們看見月亮形狀的改變一樣,因此,月球也是地球的一顆衛星。 在繞日公轉的過程中,地球帶著月亮,就像木星帶著它的衛星一樣。
  《對話》一書不僅有很高的學術價值,而且形式活潑、語言生動,堪稱科學史 上的一部傑作。它一出版就受到人們的熱烈歡迎,人們通過兩種宇宙觀的比較,更 加信服哥白尼學說。這時,教會的神學家們把書拿來仔細察看,這才明白也伽利略 的真實目的。他們極為冒火,後悔當初不該准許這本書出版。教皇伍爾邦八世認為 自己受了伽利略的欺騙,更是惱羞成怒,早把過去和伽利略間的友情忘得一乾二淨 了。正在這時,有人到教皇那裡誣告伽利略通過書中的人物辛普利邱(Simplicio, 代表托勒玫)侮辱教皇。這對盛怒的教皇來說,無疑是火上澆油。他和主教們一致 認為,伽利略在1616年受罰後,重新犯罪,必須嚴加懲處。
  1633年的審訊
  1632年8月,黎加爾地主教向印刷局發出緊急通知,停售伽利略的《對話》, 同時把這部書送交神學會審查。審查結果是:伽利略雖用了一些含蓄而模稜的語言, 但畢竟冒犯了1616年接受的命令,因為書中把地動說當作事實而非假定,並多方證 明它。不久,伽利略便接到傳令,要他在10月底以前到羅馬受審。年近七旬、體弱 多病的伽利略請求在佛羅倫薩受審,但教皇堅決不准,11月19日再次發出傳令。這 時,伽利略身體更差了,醫生如實寫了證明書:「伽利略生病在床。他可能到不了 羅馬,就到另一個世界去了」。伽利略的一些朋友也到教皇那裡求情,希望能開恩 免除他的羅馬之行。但教皇竟不管伽利略的死活,命令道:若伽利略再不來羅馬, 就「依被告提審不到的常規,拘捕前來!」意思是給他戴上刑具,押來羅馬。伽利 略不得不在朋友的攙扶下上路,經歷了千辛萬苦,於1633年初來到羅馬,並立即被 宗教裁判所監禁起來。
  第一次開庭是在次年4月12日。審訊的問題主要有兩點:一、被告在《對話》 中是否違背了禁書令,宣傳1616年所擯棄的學說這是不法的行為;二、被告是 否確信被禁學說仍以為真這是不法的思想。對第一條,伽種略這樣答覆:我在 無意中冒犯了托勒枚的證理,願意校正人個的著作,放棄我所袒護的一切證理。但 法官們卻不認為他「無意」,他們異口同聲地斷定在《對話》中,作者明白地擁護 地動說,因此認定他有不法行為。對第二條,伽利略說他從未信仰過哥白尼學說, 只不過把它當作一種假設。法官們不相信,卻又拿不到伽利略信仰地動說的證據, 只好報告教皇。教皇於6月16日下令,可對伽利略進行「嚴審」,即刑訊逼供,並 說如果伽利略不招供,也可判罪,處以死刑或監禁。
  6月21日第二次開庭。法官們問道:「你是否信仰或信仰過地的轉動?」伽利 略答道:「1616年前,我以為托勒玫和哥白尼兩學說有同等學術價值,自我接到禁 令之後,就只把托勒玫學說看作不變的真理了」。很明顯,這都是他被迫說出來的 違心的話,法官們當然不信。為了讓伽利略招認「信仰地動說」的「罪狀」,法官 向伽利略喝道:「你的著作與供詞絕然不符。必須吐出真情,否則就要動刑了!」 但伽利略依然重複著上面的話。法官無可奈何,看著他那滿頭白髮和虛弱的身體, 知道他禁不住拷打,大概一動刑就要見上帝,於是便把他押了下去。
  第二天,伽利略繼續受審。教會由於拿不到充足的證據說明伽利略是「異端犯」 ,只好把他判為「異端嫌疑犯」。判詞是這樣的:「……根據我們的命令傳你到本 法庭受審,你宣誓承認該書(指《對話》)是由你編著和出版的。……我們審核並 全面仔細斟酌你的案件,考慮你供認和辯護的……對你作如下的最後判決:我們確 定、判斷並宣佈你,該伽利略,由於在上述過程中被證明的和你所確認的情況,本 法庭認為有重大異端嫌疑,就是,你信仰並遵守錯誤的和聖經相矛盾的學說,說什 麼太陽是大地軌道的中心,不是由東往西運行,大地在運行而且不是世界的中心」。 判詞接著說,在這種情況下,應該判處伽利略火刑,「只有放棄上述錯誤和邪說, 在我們面前真心誠意地按照給你指定的公式拒絕、詛咒、痛恨錯誤和邪說,我們才 允許你免受此刑」。伽利略為了免於被燒死,不得不當眾誦讀了悔過書:「我以我 雙手所按的聖福音書為誓,我擯棄並憎惡我過去的異端邪說,我懺悔並承認,我的 錯誤是由於求名的野心和純然無知……我現在宣佈並發誓說:地球並不環繞太陽而 運行……」
  就這樣,伽利略以放棄哥白尼學說換取了宗教裁判所的「寬恕」,判詞最後宣 布:用公開的命令禁止《對話》一書,把伽利略關入監獄,並要他「在三年內每週 讀七個懺悔聖歌一次」。
  晚年的遭遇
  1633年的判決以後,伽利略永遠失去了自由。不過,由於在審訊期間,社會上 許多人對伽利略表示支持,甚至一些開明的教會人士也同情他,所以教皇不敢對他 太苛刻了。伽利略沒有像一般犯人那樣,被投入監獄。他先被監禁在羅馬的一個主 教署中,年底又被押到阿切特裡(Arcetri,在佛羅倫薩附近)受軟禁。從此,不 僅不許他出來活動,也不許任何人訪問他,更不許出版他的著作。所邁的伽利略, 便在軟禁中度過了他非慘的晚年。
  伽利略雖然被迫寫了「悔過書」,但這位老人的內心是不屈服的。在被軟禁的 日子裡,他仍然發奮著書,寫了一本重要的物理學著作《運行的法則》,秘密地托 朋友帶到荷蘭出版。但遺憾的是,他沒有親眼見到這本書,因為在1637年,他的雙 眼便失明了。從那以後,他的生活更加痛苦了。原先照料他生活的女兒也已離開了 人世,他身邊連個親人也沒有。不過,在他失明後不久,宗教裁判所對他的監視稍 有放寬,允許他接待來訪者,因此不斷有國內外學者來訪。1639年,他的一學生來 到他的幽禁處,照料他的生活。1641年,他的另一名學生、物理學家托裡拆利(E. Torricelli,1608-1647)也來訪問,這些訪問,自然是對他的莫大安慰。但受 盡折磨的伽利略已經是風燭殘年了。臨終前,他抱著《運動的法則》一書,喃喃地 說:「我以為這是我一切著作中最有價值的,因為它是我極端痛苦的果實」。
  1642年1月8日,78歲的伽利略與世長辭了。他為之獻身的科學事業繼續在教會 的重壓下發展著。1687年,牛頓(I.Newton,1642-1727)的不朽著作《自然 哲學之數學原理》出版了,它從萬有引力定律等力學規律出發,全面論證了哥白尼 學說,使其立於不敗之地。但頑固的羅馬教廷,還不肯收回禁止地動說的成命。直 到1757年,由於地心說已極不得人心了,禁書部才不得不將有關哥白尼學說的書籍 從禁書目錄中刪去。1822年9月11日,禁書部又通過決議,准許印行講授地動學的 書籍。但對伽利略一案,教會仍是百般維護。直到1979年11月,羅馬教皇才在世界 主教會上提出,要重新審理伽利略案,不久即為伽利略平反。現在,地球運動之說, 已成為家喻戶曉的常識,但我們不應忘記當年伽利略為此所受的種種磨難。
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  第八章  嫉妒的惡果
  ——法拉第超越老師後的波折
  舉世聞名的偉大化學家漢弗裡。戴維(H.Davy,1778-1829)發現了邁克爾。 法拉第(M.Faraday,1791-1867)的才能,並將這位鐵匠之子、小書店的裝訂工 招收到大研究機關——皇家學院做他的助手。戴維具有伯樂的慧眼,這已被人們作 為科學史上的光輝範例,爭相傳頌。戴維自己也為發現了法拉第這位科學巨擘而自 豪。他臨終前在醫院養病期間,一位朋友去看他,問他一生中最偉大的發現是什麼, 他絕口未提自己發現的眾多化學元素中的任何一個,卻說:「我最大的發現是一個 人——法拉第!」
  的確,如果沒有戴維,法拉第的日記就不會那樣顯赫,近代電學發展的歷史就 要重寫。戴維的功績是偉大的,不可磨滅的,他的伯樂精神至今仍是科學界乃至各 界的楷模。然而,這位偉大的人物留給我們的,不僅有經驗,還有他的教訓,這就 是嫉妒的惡果。
  一樁「剽竊案」
  1820年,丹麥物理學家奧斯特(H.C.Oersted)在實驗中發現了電流可以 使磁針偏轉的事實,於這年7月21日發表了他的實驗報告《電的衝突對磁的作用的 一些實驗》,9月4日剛照回國的法國科學家阿拉果(Arago)立即向法國科學院報 告了這一實驗。從此,電和磁的實驗引起了法國和英國許多科學家的興趣。人們紛 紛重複奧斯特的實驗,探索新的實驗。安培、戴維、沃拉斯頓、法拉第等都對此發 生了興趣,並著手進行實驗。
  威廉。沃拉斯頓(W.Wollaston)是一位舉足輕重的人物。他由於發現了元素 鈀和銠,發明了使用鉑的新方法而聞名於世。1820年6月皇家學會會長約瑟福。班 剋期(J.Banks)爵士逝世,沃拉期頓和戴維成了繼任這一職位的兩個候選人,便 沃拉期頓謝絕提名,戴維當上了會長。自從得知奧期特的實驗結果——電對磁的影 響,沃拉期頓就根據作用與反作用原理,試圖進一步實驗,找出磁對電的影響。他 想:將一根直導線通入電流,然後靠近磁鐵,導線就會繞自己的軸轉動起來。1821 年4月的一天,沃拉斯頓興沖沖地來到皇家學院實驗室,想在戴維面前演示他的想 法。然而,試驗好幾次,也未能如願地實現導線自轉。什麼原因呢?兩位大科學家 展開了討論,但毫無結果。
  法拉第這時年方三十。俗語說,三十而立。無論就其學識來講,還是就其能力 來說,法拉第都已具備了獨立研究的水平。他自從1813年進入皇家學院,工作和學 習都特別勤奮、刻苦,於1816年發表第一篇學術論文,到1821年已發表30餘篇。然 而,他仍然是個實驗助手。
  法拉第早就對電學抱有濃厚興趣,在做圖書裝訂工時,常常一個人在小閣樓裡 做起電機、萊頓瓶等實驗,驗證書中的原理。然而,這些年給一位化學家當助手, 又不得不整天忙碌著化學方面的實驗。奧斯特的發現,又激起了他研究電和磁的熱 情。他現在準備獨立進行研究了。然而,就他的地位來講,闖入像沃拉斯頓和戴維 那樣著名人物已經注目的領域中,是需要極大勇氣的。「在那個時代,公認的科學 家注目某一領域的工作時,就認為下層的人不能進入那同一個領域」。儘管如此, 法拉第也不能管那麼多了,因為電和磁對他來說實在是愛不釋手了,況且沃拉斯頓 和戴維遇到了難解的困惑,不能繼續實驗下去了。
  法拉第敏銳地看出了奧斯特的發現的重要意義,他評價道:「它猛然打開了一 個科不領域的大門,那裡過去是一片漆黑,如今充滿了光明」。於是,他花了三個 月時間查閱了有關這個問題的一切文獻,重複了一系列的實驗,寫了一份電磁研究 進展狀況的報告,從而為進一步研究電磁現象打下了堅實基礎。他認真地分析了奧 斯特發現電流致磁針偏轉的實驗,思索著沃拉斯頓使磁致導線自轉試驗失敗的原因。 經過反覆試驗和思考,他想到,既然磁針試圖繞著磁針轉,即通電導線繞著磁鐵的 磁極公轉,而不是沃拉斯頓所設想的自轉。於是,法拉第就按照這個想法進行了試 驗:在一個玻璃缸的中央立著一根磁棒,磁棒底部用蠟「粘」在缸底上。缸裡倒上 水銀,剛好露出一個磁極,把一根粗銅絲紮在一塊軟木上,讓軟木浮在水銀面上, 導線下端通過水銀接到伏打電堆的一個極上,導線上端通過一根又軟又輕的銅線接 在伏打電堆的另一個極上。這樣就形成了一個閉合回路,立在水銀面上的導線中就 會有電流通過。把電源接通時,果然實現了通電導線繞磁鐵公轉。這個簡陋的裝置, 就是世界上的第一台電動機。這真是一了不起的成功,奧斯特只是發現了旋轉力的 存在,而法拉第則實現了長久的旋轉運動。
  法拉第本想將自己的實驗及其結果全部講述給沃拉斯頓和戴維聽,但他們二人 都外出了。同時,法拉第的朋友們都勸他將自己的工作立刻公之於眾,否則,正在 研究這個問題的安培等人一旦搶先公佈了成果,就要走在法拉第的前頭。因此,法 拉第同意他的朋友將他的實驗報告發表出來,而他自己終於抽出一點時間陪著結婚 已三個月的新娘去布頓賴海濱度假。
  不料,法拉第的成功,不但沒有得到讚賞,反而遭到指責。皇家學會的會員議 論紛紛,還有人在報上發表文章,指責法拉第「剽竊沃拉斯頓的研究成果」。法拉 第從布賴頓度假回來,得知這些,十分痛苦。這是有生以來第一次,他的榮譽、他 的人格受到了懷疑和玷污。於是,他立刻去找沃拉斯頓做解釋,沃拉斯頓完全沒有 參與這件事,他到實驗室觀看了法拉第的演示,並對法拉第的成功表示祝賀。他坦 率地承認,「他是在從事電和磁的工作,但是從不同的角度,因此,法拉第並不能 從他那裡借用什麼」。
  其實,法拉第的實驗與沃拉斯頓的實驗是根本不同的,不但方法、技巧、儀器 不同,連理論解釋也不一樣。這一點戴維是最清楚的。法拉第起初想指望他的老師 能夠站出來替他說句公道話。戴維爵士作為第三者,知情人,又是科不界的權威, 只要他說句公道話,這樁「案子」將立刻真相大白,法拉第的「剽竊」實際上是有 人「誣陷」。然而,法拉第等來的卻是戴維的沉默,可怕的沉默,有時候,這比惡 毒的語言更惡毒。究其原因,終於發現,是嫉妒,可怕的嫉妒使這位偉人作了小人 行徑。
  多少年來,法拉第對戴維無限崇敬。那是一種複雜而又豐富的感情,既有對恩 人的感激,對老師的敬愛,也有對天才的崇拜。然而,當戴維得知法拉第在他失敗 的領域取得了成功,虛榮心受到了嚴重挫傷。他看到,學生超過了老師,區區小實 驗員超過了堂堂大科學家,因而產生了嫉妒。沃拉斯頓到皇家學院實驗室做電磁轉 動試驗時,只有沃拉斯頓、戴維和法拉第三人在場。從沃拉斯頓對待法拉第的態度 看,散佈流言蜚語的不會是沃拉斯頓,況且在大家議論紛紛的時候他外出未回來。 那就只有戴維了。他是皇家學會會長,又是爵士,交遊最廣,除了他還有誰知道沃 拉斯頓在皇家學院實驗室裡的試驗;除了他還有誰有那麼大的煽動性呢!嫉妒蒙住 了他的眼睛,使他看不見法拉第實驗與沃拉斯頓實驗的根本區別,看不到法拉第一 貫為人誠實、謙虛的事實;他擔心學生超過老師的聲譽。
  一張反對票
  到1823年,法拉第來到皇家學院已整整10年的光景。他已經成長為一個成熟的 科學家,在許多方面已經超越了戴維。現在他需要的是獨立的科學研究;需要的是 人家對他的尊重。然而,他的老師、皇家學會會長戴維爵士則似乎看不到,也不願 意看到這些。「在戴維看來,法拉第只是一個助手,是一個領導的順從者,除此之 外,要想尊重他什麼,那是難以做到的。因此,法拉第表現出了獨立從事研究的才 華,使戴維明顯地懊惱,不適當地產生了嫉妒」。
  這一年的《哲學紀事》雜誌4月號報道了戴維3月6日在皇家學會宣讀的論文, 其中有一段十分醒目的文字:「沃拉斯頓博士在皇家學院實驗室所做的實驗,戴維 爵士是親眼見到的;僅僅是因為儀器出了點兒故障,實驗失敗了;否則沃拉斯頓博 士就將成為電磁轉動現象的發現者」。這裡根本不提法拉第實驗與沃拉斯頓實驗的 區別,似乎在讚賞沃拉斯頓的功績,實則在打擊法拉第,它給人的清晰印象就是法 拉第「剽竊」沃拉斯頓。這份雜誌的影響是十分廣泛的,儘管5月號登出啟事,承 認4月號的報道不準確,但也無法挽回吹散了的煙霧了。1821年底的那股浪潮流言, 好不容易才漸漸地平息下去,現在又高漲起來了,真是咄咄逼人。
  法拉第的朋友們清楚地看到「法拉第做出了許多成績,引起了歐洲大陸各國科 學界的重視,被選為法國科學院通訊院士,可是在皇家學院,依舊只是一個年薪 100鎊的實驗助手,而且還要仰人鼻息:明明是法拉第發現的氣體液化方法,卻要 記在他老師的功勞簿上;明明是法拉第自己發現的電磁轉動,卻被人指責為」剽竊「 ;……他們決意要為法拉第伸張正義,於是,聯絡了29位皇家學會會員,聯名提議 法拉第當皇家學會會員候選人,沃拉期頓教授帶頭簽了名。戴維聽到這個消息勃然 大怒。其實,他並不反對法拉第當皇家學會會員,法拉第的才能他當然是很瞭解的。 這10年來法拉第所取得的成就,戴維一向引以自豪,他是法拉第的老師、恩人,法 拉第的一切光榮都應是他的光榮。但是,在戴維看來,現在就選法拉第當皇家學會 會員,還為時過早,法拉第還需要鍛煉一陣子。他忘了自己24歲就當選為皇家學會 會員,忘了自己沒有受過正規的高等教育,而與別人爭論:說法拉第資歷太淺,沒 有受過什麼教育,不誠實,……真是豈有此理!戴維怒沖沖地跑到皇家學院實驗室, 命令法拉第:」撤回你的皇家學會會員候選人資格證書!「這些年來,法拉第一直 克制自己,告誡自己:忍耐,再忍耐!旅歐時,戴維讓他當聽差,他忍住了;戴維 含沙射影攻擊他」剽竊「沃拉斯頓,他忍住了;氯氣液化成功以後戴維搶功,他忍 住了;……但是,忍耐是有限度的。聽到戴維的這種無理要求,他不能再忍耐下去 了,強壓住憤怒,冷冷地說:」漢弗裡爵士,我既沒有提名自己當皇家學會會員候 選人也沒有呈交什麼證書,我有什麼可撤回的呢?「」既然你自己不能撤回,法拉 第先生,那麼我請你轉告那些提名你當候選人的皇家學會會員,請他們撤回對你的 推薦「。戴維又下了第二道命令。法拉第一邊實驗,一邊平靜地說:」據我所知, 他們不會這樣做的「。既然如此,身為皇家學會會的戴維,要親自出馬去撤消法拉 第候選人的資格。
  不錯,戴維完全可以行使會長的權力。但是法拉第的成就是不能磨滅的。徵得 沃拉斯頓的同意,法拉第發表了一篇顧關於電磁轉動問題的研究的全部歷史的文章, 從而,關於「剽竊」的疑團就煙消雲散了。原來反對法拉第進入皇家學會的沃拉斯 頓的朋友們,全都改變了態度。戴維成了孤家寡人,沒有能夠取消法拉第的候選人 資格。他只能採取拖延的辦法,拖了半年,直到1824年1月8日才進行選舉。終於法 拉第在只有一張反對票的情況下當選了。不言而喻,這張反對票,就是法拉第的老 師、皇家學會會長戴維投出的。這時,戴維的嫉妒已達到了極點。
  嫉妒的惡果
  科學發現的「蒙難」,有各種各樣的類型,嫉妒則是其中之一。戴維對法拉第 的嫉妒,使法拉第的才華蒙受了災難。如前所述,法拉第於1816年就開始發表文章, 顯出了獨立研究的才能。可是,戴維不能讓他改變地位,甚至皇家學會那麼多會員 推薦法拉第為會員候選人,還遭到了會長戴維的反對,下令撤消推薦,延宕選舉時 間。直到1823年底,法拉第還是一個順從的實驗助手。這就必然妨礙了他首創精神 的發揮。
  戴維的嫉妒,也使法拉第的積極性和探索精神受了難。如前所述,法拉第抱著 極大的熱情,獨立地實驗研究了電磁轉動問題。然而,他的成功不但沒有受到讚賞、 提升,反而遭了橫禍。戴維暗裡散佈法挾第是「剽竊」別人的,「不打招呼就闖入 了名人的地盤」,這「對法拉第是一次沉重的打擊,使得他小心翼翼地發表進一步 的電學工作成果,而且」迫使法拉第不能立刻跟著他最初的成功,繼續研究下去。 法拉第的自尊心受到了極大的挫傷,他的積極性受到了極大的壓抑,不得不「放棄 了他的電學試驗,轉向研究用鋼與其他金屬做成合金,以改善鋼的性能的問題」。 1825年又開始研究光學玻璃的製造問題。解決這些工程上的問題,浪費了他不少的 時間和精力,但並沒一種收到多少經濟效益。「法拉第的天才,在應用科學方面, 實在沒有充分發展。他的特長要到了知的境界即是光明和黑暗接觸著的地帶,才能 充分表現現來,他長於發現而不是發明家」。然而,法拉第竟在這種既無特長,又 無興趣的領域裡干了近10年之久。當然,在這些年裡,他也並不是完全沒有收穫的, 在其他方面也有不少的發現,如於1825年發現了碳氫化合物苯等。若是比他略為遜 色的人物,得到這些成績,也就足以自豪了。
  1829年,沃拉斯頓和戴維這兩位電磁學權威相繼去世。這似乎為法拉第重新進 入電磁學領域掃清了障礙,再也不會有人攻擊他侵入別人的地盤而避嫌了。於是, 他於7月4日正式致函皇家學院,要求自由,希望順從他內在的光明,發揮自己的特 長,實現自己的理想。直到1831年,他才又回到了最先發生興趣,並已做出了開創 性工作的電磁學領域。他這時已40歲了,才開始他真正偉大的工作。就在這一年的 10月17日,他實現了9年前記下的「變磁為電」的理想,發現了具有劃時代意義的 電磁感應。從此開始撰寫他那凝聚著畢生心血的巨著《電學實驗研究》。可以想見, 如果不是戴維的妒忌,法拉第緊接著他1821年的發現探索下去,電磁感應定律的誕 生或許會提早許多年。可見,戴維的嫉妒,還使電磁學的發現蒙受了災難。
  深刻的教訓
  戴維是一位偉大的科學家。雖然他僅活了50歲,但生命的節奏非常快,他發現 了鈉、鉀、氯、氟、碘……,發明了安全燈、制取電弧的方法……,他所做過的事 情,一個尋常的人活上100歲也做不完。然而,他獲爵士稱號以後,開始自覺、不 自覺地追求和自己身份相符的財產。他與一位富商的女兒、俊俏的小寡婦結了婚。 可是,婚後的生活並不美滿,因為他的妻子只是為了激起別人對她的愛,而從不准 備愛別人。他被他那只求虛榮的嬌妻推上了虛榮的道路。他好強爭勝,凡事都要爭 第一。在科學上一旦有了突破,新的問題擺在面前,他就不顧一切地拚命幹,向前 沖。然而,到歌劇院聽意大利歌劇,到鄉下釣魚、打獵、去朋友家吃飯,在自己家 裡請客,這類貴族社會階層的時髦享受和交際應酬,他也不避諱。在他當了皇家學 會會長以後,就更是成了貴族階層的活躍人物,封建的等級思想開始加深,資產階 級的個人主義開始膨脹。正是由於這些原因,當他看到他的學生在他失敗的領域取 和成功的時候,當他看到他的學生將超過自己的時候,嫉火燃燒,再加上嬌妻的煽 風點火,便越燒越旺了!
  戴維給我們留下的教訓是深刻的。一個科學工作者,在向科學領域進軍的同時, 也要不斷進行主觀世界的改造,特別是在有了名譽、地位以後,則更應如此。自然 界是發展著的,科學是發展著的,人也是發展著的。學生終究要超過老師,這是歷 史的必然,否則科學就不會發展,社會就不會前進。同時,也應該看到,識別人才 是對科學的貢獻,為人才開路也是對科學的貢獻,鼓勵並創造條件讓更多的人,包 括自己的下屬和學生,超過自己,更是對科學的貢獻。一切從事科學研究的人們, 請記住這一深刻的教訓吧,切莫讓虛榮纏身,切莫讓嫉妒蒙住眼眼!在科學的征途 上不斷前進,力求更多的科學發現和識拔更多的人才。
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  第九章  曲高和寡乎?
  ——卡諾熱機理論為什麼長期被忽視
  今天,「卡諾熱機」、「卡諾循環」和「卡諾定理」,已是大家所熟悉的科學 名詞了。法國物理學家薩迪。卡諾(N.L.Sadi Carnot,1796-1832)創立的理 想熱機理論,現在不僅在熱機工程界受到普遍重視,而且被列為物理學領域的一項 重大發現。然而,卡諾的理論在創立後長期都未能得到應有的重視。他在1824年發 表的《關於火的動力和適合產生這種力的機器的考慮》(以下簡稱為《關於火的動 力》)一書的原版直到1835年才銷售完;關於他的理論的評論也只有過兩次,一次 是1824年的書評,另一次則出現在他弟弟為他所寫的悼詞中。只是到了1848年開耳 芬(Lord Kelvin,1824-1907)根據卡諾定理提出絕對溫標概念後,卡諾的理論 才稍微引起了科學界的注意。
  科學世家
  1796年6月1日,薩迪。卡諾在巴黎小盧森堡宮降生,時值法國資產階級大革命 之後和拿破侖奪取法國政權之前的動亂年月。
  卡諾的父親拉扎爾。卡諾(Lazare Carnot)在法國大革命和拿破侖第一帝國 時代擔任要職。他先後是羅伯斯庇爾(Robe-spierre)的十二人公安委員會的成 員之一、拿破侖第一執政手下的戰爭部長及滑鐵盧戰爭前百日政權的內政部長。當 拿破侖帝國在1815年被傾覆後,拉扎爾被流放國外,直至1823年病死於馬格德堡。 拉扎爾的民主共和的思想給卡諾打上了深刻的烙印,他後來遭受的厄運給卡諾造成 了巨大的精神創傷,並導致了社會對卡諾的歧視。
  拉扎爾不僅是一位政治家,而且也是一位科學家。他於1782年、1787年和1803 年先後發表過《通用機器》、《拉扎爾。卡諾數學全休》、《運動和平衡的基本原 理》;在熱學及能量守恆與轉化定律的發現上,均有所貢獻。1807年,他辭去戰爭 部長的職務,專事對卡諾和卡諾的弟弟伊波利特。卡諾(Hippolyte Carnot)進行 科學教育。
  1812年,薩迪。卡諾考入巴黎理工學院,在那裡受教於泊松。蓋-呂薩克、安 培和阿喇戈(D.F.Arago)這樣一批卓有成就的老師。他主要攻讀了分析數學、 分析力學、畫法幾何和化學。
  1819年,他考上了巴黎總參謀軍團。該軍團處於初創期,組織還十分鬆散,卡 諾借此機會一邊進行科學研究,一邊在法蘭西學院聽一些新課程。這時他對工業經 濟產生了濃厚興趣,他走訪了許多工廠,研究了政治經濟學的最新理論。他發現, 熱機效率低是當時工業的一個難題。這個問題此導他走上了熱機理論研究的道路。
  破土而出
  由於蒸汽機的發明,工業革命在歐洲逐步興起來了。蒸汽機正在使法國和蒸汽 機的故鄉——英國日益工業化,為它們增加了國力和財力。作為法國人的卡諾親身 經歷了這場蒸汽機革命的衝擊,親眼看到了蒸汽機是怎樣促進人類文明向前發展的。 然而,他也看到:人們是知道怎樣製造和使用蒸汽機,而對蒸汽機的理論卻瞭解不 夠。
  當時的熱機工程界對這樣兩個問題進行著熱烈的討論:(1)熱機效率是否有 一極限?(2)什麼樣的熱機工作物質是最理想的?
  在對熱機效應缺乏理論認識的情況下,工程師只能就事論事,從熱機的適用性 、安全性和燃料的經濟性幾個方面來改進熱機。他們曾盲目採用空氣、二氧化碳, 甚至採用酒精來代替蒸汽,試圖找到一種最佳的工作物質。這種研究只具有針對性, 而不具備普遍性;從某一熱機上獲得的最佳數據不能套用於另一熱機。這就是當時 熱機理論研究的狀況。卡諾採用了截然不同的途徑,他不是研究個別熱機,而是要 尋一種可以作為一般熱機的比較標準的理想熱機。
  當拉扎爾在1823年8月病故後,卡諾的弟弟回到巴黎,協助卡諾完成了《關於 火的動力》一書的寫作,使它在1824年6月12日發表出來。卡諾在這部著作中提出 了「卡諾熱機」和「卡諾循環」的概念及「卡諾原理」(現在稱為「卡諾定理」)。
  根據卡諾熱機理論,「卡諾熱機」是一切工作於相同高溫熱源和低溫熱源之間 的熱機中效率最高的熱機,是一種理想熱機:「卡諾循環」是一種可逆循環,按照 現在的術語來說,是熵保持不變的循環。「卡諾原理」是說:「熱動力與用來產生 它的工作物質無關,它的量唯一地由在它們之間產生效力的物體(熱源)的溫度來 確定,最後還與熱質的輸運量有關」。
  值科注意的是,卡諾在1824年論著中借用了「熱質」的概念,這是他的理論在 當時受到懷疑的一個重要原因。卡諾之所以要借助於「熱質」,是為了便於通過蒸 汽機和水輪機的形象類比來發現熱機的規律。在卡諾看來,「熱質」正如水從高水 位流下推動水輪機一樣,它從高溫熱源流出以推動活塞,然後進入低溫熱源。在整 個過程中,推動水輪機的水沒有量的損失;同樣,推動活塞的「熱質」也沒有損失。 為了避免混亂,卡諾在談到熱量、或熱與機械功的關係時,就不用「熱質」一詞, 而改用「熱」;況且在他後來的研究記錄中,他就徹底拋棄了「熱質」一詞。在一 個很長的時間內,不少人說卡諾是「熱質」論者,其實是沒有根據的。
  新星隕落
  在《關於火的動力》發表後,卡諾繼續研究熱機理論。由於巴黎總參謀軍團的 改組,他被調回部隊。他在部隊的時間不到一年,就永遠辭去了職務,加在到巴黎 在他父親遺留下來的私寓里長期定居下來。卡諾性格孤僻而清高,他一生只有可數 的幾位好友。在學派林立的巴黎學界,卡諾的厭世情緒越來越嚴重。
  他父親的革命思想對他的影響至深,以致使他不滿時局而與時代格格不入,這 就更加惡化了他與社會的關係。七月革命爆發了,他一度表現積極,但很快又失望 了。由於他父親的名氣,七月革命黨人提名他為巴黎內閣成員。他厭惡這種官銜世 襲的作法,而毅然拒絕了。最後他仍回到自己的書桌前從事科學研究。1831年,卡 諾開始研究氣體和蒸汽的物理性質。4832年6月,他患了猩紅熱,不久後轉為腦炎, 他的身體受了致命的打擊。後來他又染上了流行性霍亂,竟於同年8月24日被奪去了 生命。
  卡諾去世時年僅36歲,按照當明的防疫條例,霍亂病者的遺物應一律付之一炬。 卡諾生前所寫的大量手稿被燒燬,幸得他的弟弟將他的小部分手稿保留了下來。這 部分手稿中有一篇是僅有21頁紙的論文——《關於適合於表示水蒸汽的動力的公式 的研究》;其餘內容是卡諾在1824-1826年間寫下的23篇論文,它們的論題主要集 中在這樣三個方面:(1)關於絕熱過程的研究;(2)關於用磨擦產生熱源;(3) 關於拋棄「熱質」學說。卡諾這些遺作直到1878年才由他的弟弟整理發表出來。
  卡諾拋棄「熱質」學說的原因,首先是受菲涅耳(A.J.Fresnel,1788- 1827)的影響。菲涅耳認為光和熱是一組相似的現象,既然光是物質粒子振動的 結果,那麼熱也應當是物質粒子振動的結果,是物質的一種運動形式,而不是什麼 虛無縹緲沒有質量的東西。卡諾接受了菲涅耳的設想,他一方面運用熱的動力學 新概念重新審度他在1824年提出的熱機理論,發現只要用「熱量」一詞代替「熱質」 ,他的理論仍然成立。另一方面,他又深入研究倫福德伯爵(C.Rrmford)和戴維 (H.Davy)的磨擦生熱的實驗,並計劃用實驗來揭示在液體或氣體中的磨擦熱效 應的定量關係,他計算出熱功當量為3.7焦耳/卡,比焦耳(J\P\Joule)的工作超 前將近20年。
  在卡諾去世兩年後,《關於火的動力》才獲得了第一個認真的讀者——克拉派 隆(Emile Claperon)。他是巴黎理工學院的畢業生,只比卡諾低幾個年級。1834 年,他在學院出版的雜誌上發表了題為《論熱的動力》的論文,用P-V曲線翻譯了 卡諾循環,但未引起學術界的注意。10年後,英國青年物理學家開耳芬在法國學習 時,偶爾讀到克拉派隆的文章,才知道有卡諾的熱機理論。然而,他找遍了各圖書 館和書店,都無法找到卡諾的1824年論著。實際上,他在1848年發表的《建立在卡 諾熱動力理論基礎上的絕對溫標》一文,主要根據克拉派隆介紹的卡諾理論來寫的。 1849年,開耳芬終於弄到一本他盼望已久的卡諾著作。十餘年後,德國物理學家克 勞修斯(R.Clausius)也遇到了同樣的困難,他一直沒弄到卡諾原著,只是通過 克拉派隆和開耳芬的論文熟悉了卡諾理論。
  這些事實表明,在1824年至1878年間,卡諾的熱機理論一直沒有得到廣泛傳播。 卡諾生前的好友羅貝林(Robelin)在法國《百科評論》雜誌上曾經這樣寫道:卡 諾孤獨地生活、淒涼地死去,他的著作無人閱讀,無人承認。
  現在很難說清學術界是什麼時候開始公認卡諾熱機理論的,因為在他去世後, 沒有任何學術團體或學校授予卡諾任何稱號。可以這樣說,卡諾的學術地位是隨著 熱功當量的發現,熱力學第一定律、能量守恆與轉化定律及熱力學第二定律相繼被 揭示出來的過程慢慢地形成的;卡諾的理論除了對克拉派隆、開耳芬和克勞修斯等 少數幾位物理學家產生過影響外,它在整個物理學界未曾引起過反響。直到1878年 他的《關於火的動力》第二版和他生前遺稿發表後,物理學界才普遍知道了卡諾和 他的理論。不過,那時熱力學已經有了迅速發展,他的著作就成了歷史遺物,除少 數科學史家和教科書編纂者偶爾翻翻外,沒有更多人去認真讀它。
  卡諾的理論不僅是熱機的理論,它還涉及到熱量和功的轉化問題,因此也就涉 及到熱功當量、熱力學第一定律及能量守恆與轉化的問題。可以設想,如果卡諾的 理論在1824年就開始得到公認或推廣的話,這些定律的發現可能會提前許多年。這 種估計不算過分,根據前面的分析,卡諾至遲在1824-1826年間就計算過熱功當量, 這比焦耳的工作要早17~19年。雖然他的計算不夠精確,但他的理論見解是正確的。 我們有理由相信,在他那些被燒燬的手稿中可能還有關於熱功當量的更精確的計算。
  深刻的啟示
  英國著名物理學家麥克斯韋(J.C.Maxwell,1831-1879),對卡諾理論作 過高度評價。他說:卡諾的理論是「一門具有可靠的基礎、清楚的概念和明確的邊 界的科學」。可是,這個理論的創立者不論在法國學術界還是在法國社會裡都未曾 獲得多數人的支持。通過對卡諾的歷史分析,我們讓為卡諾理論的蒙難有如下幾個 原因:(1)社會的政治壓抑;(2)卡諾的早逝;(3)卡諾生前未能進入某一學 派。
  拉扎爾。卡諾是法國18世紀著名科學家,不論在科學家傳記上還是在各種大百 科全書中,現在都有關於他的生平和貢獻的記載。按理說,這對於薩迪。卡諾躋身 於法國學術界是一個極為有利的條件。但是,正如前面所說,拉扎爾晚年的不幸以 致客死異鄉,在政治上給卡諾以巨大的壓抑,加上社會對卡諾的歧視,迫使卡諾加 避社會而遠離了他應當加入的社會或科學團體,使他變成一位不歸附任何名門的游 離份子。孤獨地生活、勤奮地工作又摧毀了他的身心。致使他過早去世。去世後, 也沒有一位法國學術權威對他的工作作過任何評價,而克拉派隆在當時只不過是一 個「無名小卒」,他對卡諾理論的翻譯和解釋在法國沒有產生反響。19世紀初,法 國物理學界中頗具影響的人物一般集中在巴黎理工學院和法蘭西學院,他們之中威 望最高的要數拉普拉斯(P.S.Laplace,1749-1827);以拉普拉斯為首的物理 學派左右了法國物理學的方向,凡是比較成功的理論幾乎都經過拉普拉斯的評閱和 推薦。最明顯的例子是畢奧(J.B.Biot)薩伐爾(F\Savart)定律,這個定 律是在拉普拉斯指導下,由他的學生畢奧和薩伐爾通過幾個實驗發現的,一經公佈 就得到推廣,很快就在教科學裡出現了。另一個例子是菲涅耳的光波動理論。雖然 菲涅耳也死得過早,但他在生前已與法國物理學界取得聯繫,得到像阿喇戈這樣一 些權威人士的贊助,因此菲涅耳理論能夠產生及時的影響。
  卡諾理論的蒙難歷史告訴我們,為了科學技術的迅速發展,我們不僅要加倍注 意人才的開發,而且要給與那些還沒有確定社會地位的已經開發現來的人才以熱情 的支持和鼓勵。社會還要切實注意中、青年科學家的身體狀況。各學術團體、各位 有聲望的科學家,要克服門戶之見,推薦和提拔卓有貢獻的青年科學家,對他們的 成果作出及時的鑒定、宣傳和推廣,以促進科學事業的不斷繁榮。
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  第十章 「烏雲和塵埃後面的真理之光」
  ——被推遲承認的歐姆定律
  科學發展史告訴我們,許多最基本的定律,雖然形式較為簡單,但發現它們所 付出的勞動,往往很大。歐姆定律就是典型一例。現在凡是學過算術並有一定電工 基礎的人,都能將它運用於電路計算。從這方面說,我們不能不感謝姆(G.S. Ohm,1789-1854)在一個半世紀以前所做的工作。然而,在歐姆宣佈他的發現後, 他卻遭到某些黑格爾唯心論者的非難和攻擊。經過十幾年後,他這一偉大發現才開 始得到公認。
  歐姆定律的發現
  1789年3月16日,歐姆出生於南德意志巴伐利亞的愛爾朗根(Erlangen)。 1805年5月,歐姆考入愛爾朗根大學,但只讀了三個學期就被父親送到了瑞士農村。 他父親認為農村的清新空氣和純樸的社會關係,將會更有利於歐姆潛心學習。在這 以後6年中,歐姆一邊自學,一邊擔任中學教師和家庭教師,取得了父親預期的效 果。1811年,歐姆再度進入愛爾朗根大學,並於同年10月獲得博士學位。畢業後, 他在母校擔任了一年半的無薪助教,這是他直到1849年以前在大學的唯一的一次任 教。歐姆考慮到,在德國等級森嚴的師資隊伍中,無薪助教處於最低層,想要登上 這個金字塔的頂端是可望而不及的事。於是,他決定暫時離開大學,以便能夠較自 由地從事科學研究。1813-1817年間,他在巴姆堡一所中學任教。1819年,他又轉 到科隆一所經過改革的耶穌學校當教師。那裡教育風氣之濃,在當時的德國是屈指 可數的。他在那裡系統地學習和研究了著名科學家拉普拉斯、泊松、傅立葉和菲涅 耳的經典著作,從而為自己今後從事科學研究打下了堅實的理論基礎。
  現在一般人傾向認為,德國的科學領先於法國,但在歷史上不都是這種情況。 從18世紀末到19世紀初,法國的科學不僅遠遠超過德國,而且躍居世界之冠。德國 在當時還比較落後,這種形勢在物理學方面尤為明顯。把持當時德國物理學界的是 一批老年持重的物理學家,片面強調定性的實驗,忽視理論概括的作用,他們對於 法國人的數學物理方法甚為不滿。孟克(G.W.Muncke,1772-1847)曾經這樣說 過:「自從牛頓和笛卡兒時代以來,數學的價值已越來越高。我們不能不看到這種 價值已充斥了法國的廣大領域,而且正在向德國襲來。……如果我們誠心誠意地為 著促進科學的發展,並且正確而又全面地考慮目前物理學狀態的話,那麼我們一時 也不能不想到我們更需要的是觀察和實驗,而不是計算和幾何公式」。
  當然,德國也在發生變化*1806年拿破侖在耶拿戰爭中挫敗了普俄聯軍,給了德 國以巨大的打擊。代表新興資產階級利益的改革者在奮起改造社會的同時,提出要 以法國科學為榜樣,徹底改造德國的科學體制。德國的教育有了羅快的發展,大學 引進法國科學經典著作為教本,開辦討論班和研究生班,以培養具有特殊技能的人 才。
  另外,法國人的武力擊碎了德國的世襲貴族特權,以至1807年10月9日發佈的 普魯士皇家敕令不得不擴大公民的權利。在這種情況下,不同背景的青年學生和科 學家得以在泛德情感的紐帶中團結起來,衝破少數人的專擅和束縛。進入以往不能 進入的禁區。歐姆正是在這種環境中開始了電路的實驗和理論研究,發現了歐姆定 律。
  1826年,歐姆獲准半年假期,到柏林研究電路去了。
  歐姆根據庫侖(C.A.de Coulomb,1736-1806)在1784年發明的扭力秤,設 計出一種絲懸磁針電流計,這種儀器不需要被測量的電流通過儀器本身,只需將磁 針置於電流的附近,就能根據磁針偏轉角確定電流強度。由於磁針偏轉角與電流強 度的線性關係,使他能正確地將電流強度作為一個電路參量抽像出來。另外,他又 根據塞貝克(T.J.Seebeck,1770-1831)在1822年發現的溫差電效應,設計出 一台溫差電池。溫差電池的優點在於,它的電動勢與溫差電偶兩端的溫度的差成正 比,而且它不會產生伏打電池所固有的電亟亟化的現象,這就使他能夠將電動勢抽 象出來,作為電路的另一個重要參量。歐姆就是這樣在1826年通過實驗總結出了歐 姆定律:I=E/(R+r)
  其中,I表示電流強度,E表示電動勢,R為電路電阻,r為電池電阻。
  1827年,歐姆從熱和電的相似性出發。進行類比,運用傅立葉熱分析理論,從 理論上推導出歐姆定律,並引入了歐姆定律的微分形式,從而肯定了他在一年前的 實驗結果。他將這項成果總結在《數學推導的伽伐尼電路》(以下簡稱《電路》) 一書中。歐姆的這部著作,是19世紀德國的第一部數學物理論著。從德國當量物理 學狀況來看,我們把它當作德國物理學的轉折點,不是沒有道理的。
  承認歐姆定律的艱難過程
  定律的發現是困難的,定律被承認則往往更困難。歐姆定律就是這樣。
  當《電路》發表後,歐姆給普魯士教育部長蘇爾茲贈送了一本,並附上一封信 ,請求蘇爾茲把他安排在大學工作。蘇爾茲是黑格爾唯心論哲學的信徒,他對歐姆 的工作毫不經意,結果把歐姆安排在柏林一所軍校還當作最大的恩典。歐姆希望到 一所實驗條件較好的大學,以便進一步研究電路,柏林軍校自然不是他所嚮往的地 方,不過為了生計,只好惟命是從了。
  一個不搞科學研究的人不重視歐姆的發現是不足為奇的。奇怪的是,聖歐姆的 責難,首先來自德國物理學界一些有影響的人物。德國物理學家鮑爾(G.F.Pohl ,1788-1849)首先發難。他撰文攻擊《電路》,他蠱感人地說:「以虔誠眼光看 待世界的人不要去讀這本書,因為它純是不可置信的欺騙,它的唯一目的是要褻瀆 自然的尊嚴」。鮑爾這種做法違反了科學家的常理,對歐姆定律採取絕對否定的態 度,不但歐姆本人不能接受,就連其他一些物理學家,如埃爾曼(P.Ermann,176 4-1851)、斯威格(J.S.C.Schwergger,1779-1857)、普法夫(H.Pfaff, 1773-1853)和費希內爾(G.T.Fechner,1801-1887)等人,也覺得言之過分。 但由於鮑爾在當時的德國物理學界佔有一隅之地,因此他對歐姆的攻擊引起了一定 的後果。歐姆面對鮑爾的無理抨擊怒不可遏地要進行還擊,《文學雜誌》的主編布 朗德先生勸他暫時忍氣吞聲,他告訴歐姆,鮑爾是黑格爾主義者,有很強的勢力。 這樣才避免了一場風波。
  1829年3月20日,歐姆給路德維希一世寫信以求公斷,信中寫道:「……我的 科學著作是具有廣泛影響的,它已經受到公眾的注意。我遺憾地說,現在我只遇到 唯一的反對者——鮑爾,他的觀點是建立在黑格爾原理的基礎上的」。
  可以看出,歐姆已經感受到來自黑格爾哲學的壓力。從歷史上看,一位科學家 受到某一哲學體系的壓抑並不多見,而歐姆所感受到的壓力,也並非指來自黑格爾 的整個思想體系,而是指這個體系中的唯心論的成分所造成的一些不良影響。國王 把歐姆的信交給了巴伐利亞科學院,責令組成一個專門學術委員會來討論歐姆的著 作,辨其真偽,作出估價,判斷它在未來科學中的地位。然而,委員會成員的意見 不一,他們大多數人缺乏對電學發展的歷史分析,自然難以作出裁決。最後,只好 徵求哲學家謝林的意見。謝林是德國自然哲學的創始人,與國王保持著通信關係, 在科學界頗有影響。但謝林拒絕作出評價,這件事後來竟不了了之。歐姆在給斯威 格的一封信上說:「《伽伐尼電路》的誕生已給我帶來巨大的痛苦,我真抱怨它生 不逢時,因為深居朝廷的人,學識淺薄,他們不能理解它的母親的真實感情」。
  歐姆的電路理論誕生於德國理論物理學產生的前夕。如前所說,德國在19世紀 初對法國數學物理方法採取排斥的態度,在老年的實驗物理學家中間這種風氣是盛 行的。儘管歐姆定律是建立在實驗和理論的基礎上的,但由於歐姆使用溫差電池和 絲懸磁針扭力秤做實驗,這還是最新穎的實驗方法,這就引起其他物理實驗家們的 懷疑;更何況歐姆定律的理論部分模仿了法國數學物理學家傅立葉的熱分析方法, 歐姆同樣要求電傳導時導線與周圍是完全絕緣的。這種將複雜情況進行理想化以抽 象出現的本質的做法是物理學理論研究的一種基本方法,而德國一些實驗物理學家 們則認為這在實際中是不可能的。與此相反,德國年青一代物理學家較能接受歐姆 的思想。如費希內爾在30歲時發表的《伽伐尼電學和電化學教科書》第三卷上最先 引用了歐姆定律,然而這並未引起德國物理學界的注意。費希內爾在他的教本的序 言中寫道:「……我已經模仿了歐姆的理論,並用我的實驗進一步證明了它,因此, 這個理論的最基本的結論已被事實所肯定。我迫切要推廣這個理論,使它與更多的 現象結合。我敢說,唯有這個理論才是第一次給伽伐尼電路的結構輸入了真實的意 義」。
  在中年物理學家中,斯威格給與歐姆的支持最大。他自始至終給歐姆發表文章 提供方便,歐姆的大部分論文發表在他主編的《化學和物理學雜誌》(Schweigger『 s Journal fur Chemie and Phy-sik)上。1830年4月21日,斯威格寫信鼓勵歐姆 說:「你對《年鑒》的貢獻是最成功的,我希望你繼續經常地把這樣重要的論文發 表出來」:「請相信,在烏雲和塵埃後面的真理之光最終會透射出來,並含笑驅散 它們」。
  歐姆定律在很晚的時候才傳過英吉利海峽,至少在1831年還沒有任何英國人知 道這個定律。法拉第(M.Faraday,1791-1867)當時正在研究電磁感應現象。他 發現:在相同的感應條件下,導線愈長,感生電流愈小。雖然他已走到歐姆定律的 邊沿,卻不知歐姆定律早已發現。可以設想,如果歐姆定律在這以前已經傳進英國 的話,必定會大大加速電磁學研究的發展。
  最早得知歐姆定律的美國人是富蘭克林的孫子巴赫博士(A.D.Bache)。18 36-1838年間巴赫在英國學習時,從英國科學家那裡瞭解到歐姆定律;回國後他 又傳授給亨利(J.C.Henry,1797-1878)。在這以前,亨利已經發現了自感現 象,但他卻不知道什麼是電流強度,什麼是電壓。他曾把並聯的電池組稱為「量 電池」,把串聯的電池組稱為「強度電池」。按照他的意思,「量電池」可以提供 更多電量,「強度電池」可以提供更大的電力。如果他知道了歐姆定律,他就會發 現所謂「量電池」與單個電池沒有根本區別,它們的電動勢都是一樣的,只不過前 者的內阻更小而已;同樣,「強度電池」與單個電池的區別不在於它們的供電能力 的強弱,而在於它們的電動勢不同。
  黑格爾在1831年去世後,他的唯心主義思想對科學的束縛開始鬆弛了,歐姆本 人也覺得在精神上得到了解放。與此同果,高斯(K.F.Gauss,1777-1855)和 韋伯(W.Weber,1804-1891)在哥延根大學樹立的科學風氣,逐步向德國各地傳 播開來,這就為接受歐姆定律創造了有利條件。截至1940年,已有不少實驗家證明 了歐姆定律,並把它運用到自己的研究工作中去。不過,歐姆的聲譽首先還是在英 國樹起的。1841年,倫敦皇家學會(RSL)授與歐姆最高科學獎——科普勒獎章 (Copley Medal);1843年惠斯通(C.Wheatstone)在貝克利亞講演中詳細闡 述了歐姆定律,給與歐姆極高的評價。這樣就引起了德國政府和科學界對歐姆的關 注。埃爾曼和多佛(H.W.Dove,1803-1879)等人竭盡全力地要把歐姆推薦到 德國物理學界的最高位置。1845年2月9日,海爾曼(Hermann)寫信給巴伐利亞 科學院數理學部秘書長,建議選舉歐姆為正式院士。經過這些熱心的科學家的反覆 努力,歐姆終於當選為巴伐利亞科學院院士;1849年11月23日,他被調到慕尼黑 主持科學院物理學術委員會的工作。並擔任慕尼黑大學物理學教授,他的最高願望 總算實現了。1852年10月1日,他又開始擔任慕尼黑大學物理學講座。兩年後,他 在慕尼黑去世,終年65歲。
  為了紀念歐姆在電學上的貢獻,1881年在巴黎召開的第一屆國際電氣工程師會 議上,決定以「歐姆」命名電阻的實用單位。從此,歐姆成了舉世公認的科學家。
  從歐姆的遭遇所想到的
  歐姆定律被推遲承認,除上述社會和思想方面的原因外,還有學術權威和傳統 觀念等方面的問題。一個人的成敗,一個正確理論能否及時得到承認,在一定的時 候,取決於一些學術權威的態度。這些人在科學界大都影響很大,若他們對一個新 理論或新發現不能作出準確和公正的評價,則將產生極大的妨礙。鮑爾對歐姆理論 的態度很能說明這個問題。儘管歐姆定律最終還是被公認了,但這種形勢來得太遲。 以致當歐姆進入慕尼黑大學主持物理學講座時,他已經60歲了。如果歐姆早十年進 入了嚮往的地方,也許他會做出更大的貢獻。實際上,自從歐姆定律發現後,歐姆 因得不到理想的工作條件而未能做出新的成績。這種損失不論對於個人還是對於人 類,都是無法估量的。
  其次,一個新的理論或新發現能否得到及時承認,與它誕生於什麼樣的國度有 很大的關係。試設想,如果歐姆定律產生於英國或法國的話,情況可能會好一些。 它或許會促使法拉第更早地發現電磁感應定律,並使它變成數學的形式(法拉第電 磁感應定律直到1845年才由德國物理學家諾埃曼總結成數學公式);或許會使法國 物理學家安培(A.M.Ampere,1775-1836)創立的電動力學更賦有色彩。然而, 它恰恰誕生於物理學十分落後的德國。當時德國人還熱衷於伽伐尼電的性質這樣一 個古老的問題。由於這個問題,又提出了電的同一性問題。歐姆是用溫差電池做實 驗的,歐姆定律是否適用於其他電(如摩擦電、化學電、電磁感應電等)的情況, 尚待證明。直到1833年法拉第實驗證明了電的同一性後,局面才好轉起來。即便如 此,新問題還不時出現。例如,後來有人認為歐姆定律不能適用於電解質電路。 1868年,德國物理學家柯爾勞施(F.W.G.Kohlrausch)用交流電的方法克服 了電解質溶液使電亟亟化的現象,證明歐姆定律同樣能用於電解質電路,這時德國 物理學界才算心悅誠服地接受了歐姆定律。歷史表明,一個新定律被公認往往需要 付出很大的代價,在科學較為落後的國家,情況就更不例外了。
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  第十一章  「絕對的自然規律」
  ——發現能量守恆和轉化定律的艱難歷程
  恩格斯稱為「偉大的運動基本規律」——能量守恆和轉化定律,是19世紀自然 科學的一塊重要理論基石。同任何一個偉大科學發現一樣,能量守恆和轉化定律也 有一個潛在的孕育階段,也經歷了一番曲折和鬥爭的過程,而後才為人們所普遍承 認和接受。不過,像能時守恆和轉化定律孕育時間的長久,發現者們蒙受精神壓力 的巨大,則是科學發展史上極為典型的蒙難個例之一。回顧能量守恆和轉化定律發 現的艱難歷程,總結其中的經驗教訓,是一件十分益的事情,對於發展科學事業無 疑會起到積極作用。
  漫長的孕育過程
  能量守恆和轉化定律的成熟程度是與其醞釀的廣度和深度直接相關聯的。能量 守恆和轉化定律思想的廣闊而又艱苦卓絕的孕育史,是人類對自然界科學圖景認識 史上的一個非常富有意義的個例。
  火,至少在四五十萬年前就已被我們的祖先利用了。從使用和「養活」天然火, 到學會人工磨擦取火,這是原始人技術發明的一件大事。磨擦取火,這是把機械運 動(動能)轉化為熱的過程。儘管原始人尚未認識到這一理論問題,但是他們的偉 大實踐過程恰恰直接孕育著能量轉化的思想。機械運動轉化為熱,這是自然過程的 一個方面;另一方面,熱也轉化為機械運動,這才是自然過程的辯證法。然而,歷 史有它自己的步伐,不管其進程歸根到底是多麼辯證的,辯證法還是要等待歷史很 久。
  在磨擦取火之後的一段漫長的歲月裡,人類學會了利用畜力、風力和水力來運 轉機械,驅動車船,但是這些只不過是一個將機械能中的勢能與動能相互轉化的過 程而已,尚未沖現機械運動的認識界限。只是到了發明蒸汽機之後,才真正完成了 熱與機械運動相互轉化的辯證過程。正如恩格斯在19世紀70年代所指出的:「到目 前為止的全部歷史,可以稱為從實球發現機械運動轉化為熱到發現熱轉化為機械運 動這麼一段時間的歷史」。
  在蒸汽機發明之前,儘管人類的認識還只停留在機械運動範圍內,尚未接觸到 機械運動以外的各種運動表式的研究,並不瞭解它們之間相互轉化的問題,可是, 以機械運動為研究對象的力學,就已經有了能量守恆這一觀念。
  近代力學奠基人伽種略在進行落體運動的實驗時,發現物體在下落過程中所達 到的速度能夠使它跳回到原來的高度,但是不會更高。這就已經接近機械能過恆這 一觀念。然而,當時並沒有提出「能量」、「機械能」這類概念。伽利略卻用「動 量」這一概念來表述,把它定義為速度與重量的乘積,以此作為物體運動的量度。
  後來,惠更斯和牛頓在接受伽利略「動量」這一概念時,把它定義為速度與質 量的乘積。萊布尼茲則以「活力」來作為運動的量度,把「活力」定義為質量和速 度的平方的乘積,並認為宇宙間的「活力」的總和是守恆的。顯然,活力守恆的表 述方式也接近了機械能守恆的思想。
  1807年,英國物理學家托馬斯。揚創造了「能」這個概念來表示活力。後來的 能量守恆和轉化定律就是建立在這個「能」的科學概念基礎上的。不過,托馬斯。 揚當時並沒有把機械能守恆的思想推廣成為能量守恆和轉化的普遍規律,因為當時 人們對於機械運動以外的各種運動形式之間的轉化問題。人們的認識水平總是與一 定的歷史狀況相一致的。
  隨著人類實踐活動的深入,特別是由於科學實驗的蓬勃發展,在19世紀的前三 十多年中,人們把認識領域從機械運動擴展到電磁運動、熱和化學運動方面來,從 而有了一系列關於電能與機械能、熱能、化學能相互轉化的實驗結果,這就為能量 守恆和轉化定律的發現提供了充分的根據。
  18世紀末,意大利人伏打發明了電池,實現了化學能向電能的轉化。接著,人 們就利用伏打電流,進行水和硫酸銅溶液的電解,發現了電的化學效應,實現了電 能向化學能的轉化。19世紀20年代初,人們發現了溫差電偶和電流通過導線生熱的 現象,實現了電能和熱能的相互轉化。1820年,丹麥物理學家奧斯特發現了電的磁 效應,實現了電能向機械能的轉化。1831年,英國物理學家法拉第發現了感應電流, 實現了機械能向電能的轉化。所有這一切都為能量守恆和轉化定律的發現提供了不 可缺少的實驗基礎。哲學史上關於運動守恆原理的觀念,對於能量守恆和轉化定律 的發現起了巨大的啟示和促進作用。17世紀,唯量論哲學家笛卡兒通過自己的力學 研究,提出了「宇宙中運動的量是永遠不變的」這一哲學命題,就清晰地闡明了運 動既不能創造也不能消滅的思想。這是在自然科學領域裡發現能量守恆和轉化定律 整整200年前就已經明確得出了的哲學結論。失敗,這是人類認識史上不可避免的 環節,具有不可貶斥的地位。失敗乃成功之母。千百種形形色色永動機的失敗,顯 示了自然力和物質運動不可能無中生有地創造出來,因而從反面為能量守恆和轉化 定律的發現作了要的思想準備。1775年,法國科學院作出決議,認為製造永動機是 不可能的,聲明不再接受任何有關永動機的設計方案。儘管19世紀30年代以前,人 類漫長的實踐史為能量守恆和轉化定律的發現作了各方面的準備,可是能量守恆和 轉化定律仍沒有正式提出來,它還需要掐脫各種束縛,方能問世。
  必要的誕生條件
  能量守恆和轉化定律的誕生,在有了其他種種準備之後,還必須清除一個理論 障礙——熱素說,並從現實社會實踐提出的重要課題中汲取力量。
  熱素說是18世紀廣為流行解釋熱的本質的一種錯誤理論。它認為,熱是一種沒 有重量、可以在物體中自由流動的物質。熱素說既然把熱看作是一種物質,那就不 可能存在著熱和機械運動的轉化。磨擦所以生熱,只是由於磨擦把熱素逼出來,使 磨擦後的物體的比熱比磨擦前小,所以溫度升高,而熱素的量並沒有增加。
  給熱素說以沉重打擊的是美國物理學家倫福德(Rumford,1753-1714)和英 國化學家戴維(Davy,1778-1829)的工作。1789年,倫福德在慕尼黑兵工廠監 造大炮時,發現鑽炮膛所有的鑽頭越鈍,鑽削的碎屑越少,所產生的熱量卻越多。 這與熱素說認為碎屑越少,金屬釋放的熱素就越少的說法恰好相反。為了證明鑽削 時產生的熱不是來源於熱素的解釋,倫福德把炮筒放在水槽裡,用一支鈍得幾乎不 能削出碎屑的鑽頭鑽孔。幾匹馬拉著鑽具鑽了約兩個半小時,槽內約18磅水竟然沸 騰起來。沒有任何東西供給熱素,竟然源源不斷地產生熱。這些熱是從哪裡來的呢? 實驗說明「熱只能來源於鑽頭的運動,1799年,戴維又做了冰磨擦實驗。他用兩塊 冰在真空中磨擦,並使整個儀器都保持在0℃。幾分鐘後,冰融化成水,但冰吸收的 熱是從哪裡來的呢?唯一的可能是由機械運動轉化而來。倫福德和戴維的實驗,打 破了熱素說的缺口,從而為能量守恆和轉化定律的發現掃除了思想障礙。
  能量守恆和轉化定律的發現,直接導源於現實社會實踐的需要。19世紀30年代 前後,蒸汽機生產的實踐提出了如何提高蒸汽機的效率這一重大課題,從而為能時 守恆和轉化定律的發現提供了最堅實的實踐基礎。恩格斯指出:「社會一旦有技術 上的需要,則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進」。於是,在19世紀30 年代和40年代的十多年裡,幾乎同時在五個不同的國家裡由六七個不同的行業的十 幾個專家和非專家,在幾個不同的科學領域中以不同的形式各自獨立地提出了能時 守恆和轉化定律,從而顯示出這個定律是一個具有根本重要性的普遍的自然規律。
  第一個在這方面作出重大貢獻的,是法國青年軍官和工程師薩迪。卡諾(S. Carnot,1796-1832)。他十分熟悉蒸汽機的設計,又有較好的數理訓練,於 1824年發表了《關於火的動力以及產生這種動力的機器的研究》一文,分析蒸汽機 中決定熱產生機能能的各種因素,得出結論:熱機必須工作於兩個熱源之間,熱從 高溫熱源轉移到低溫熱源時才能做功,熱機做功的數值與工作物質無關,僅僅決定 於兩個熱源之間的溫度差。卡諾的這一原理以後就成為熱力學第二定律的基礎。但 是,由於他相信熱素說,因而看不到熱能和機械能之間的轉化以及兩者總和的守恆 關係,傳統觀念擋住了他作出科學發現的道路。然而,當他放棄了熱素說之後,於 1830年,他在筆記本中便明確地提出了熱的分子運動論和能量守恆與轉化定律,得 出熱的機械當量為370千克米/千卡(今天準確數值為427千克米/千卡)。可惜, 卡諾夭亡後,他的遺稿,因其弟無知而被長期棄置。直至1878年才公佈於世。這時, 人們早已公認能量在轉化中守恆這一定律。卡諾的發現之所以對歷史的進程沒有發 現什麼直接影響。顯然由於當時人們科學認識水平的局限性被埋沒了。然而,卡諾 的發現本身畢竟表明,能量守恆和轉化定律發現的客觀時機已經成熟了。
  繼卡諾之後,德國生理學家莫爾在1837年發表了《論熱的本質》一文,表述了 類似的思想。1839年,法國工業革命家和鐵路建設的先驅者M.塞貫,在他的論述 鐵路工程的重要著作——《論鐵路的影響》一書中,計算出了熱的機械當量。1840 年,瑞士化學家赫斯提出熱化學定律,指出化學反應中所釋放的熱量是一個同中間 過程無關的恆量。可惜,這些人的著作,有的長期得不到發表的機會,有的即使發 表了,卻沒有引起人們的注意。這些科學發現,「蒙難」的本身,既說明人們缺乏 識別新發現重大意義的能力,又說明社會實踐的需要鋮如化學反應中催化劑那樣, 加快已孕育了漫長歷史時斯的有關能量守恆和轉化思想的正式問世。山雨欲來風滿 樓。能量守恆和轉化定律發現的歷史條件成熟了。先驅者們的工作雖然沒有正式構 成能量守恆和轉化定律的內容,然而,他們的潛在發現在人類的科學認識史上具有 不可忽視的意義。先驅者們的努力終於使孕育成熟的能量守恆和轉化定律在1842年 正式誕生了。這一年,人們同時從不同的途徑來了一個大突破。
  巧妙的殊途同歸
  1842年,恩格斯曾經把它稱為自然科學發展史上「劃時代的一年」。因為  在 這一年,有三個不同種工作的人幾乎同時證明了機械能、熱能、光能、磁能和化學 能等在一定條件下可以相互轉化,然而卻不發生任何消耗,並且確定了熱的機械當 量。正是這些工作標誌著能量守恆和轉化定律正式問世。與此同時,發現者們卻蒙 受了巨大的精神創傷。儘管如此,他們仍然胸懷坦蕩,一往無前,充分表現了科學 家們探索真理的崇高獻身精神。
  德國26歲的青年醫生邁爾(J.R.Mayer,1814-1878)於1840年隨船從荷 蘭駛往東印度。當遠洋輪航至熱帶海域時,船醫邁爾發現海員患病者靜脈血液比在 歐洲時紅亮。邁爾受拉瓦錫的氧化燃燒理論的啟示,認為這是由於血液含氧較多的 緣故。因為在熱帶高溫條件下,人的機體只需要從食物中吸收較少的熱量就足夠了, 所以人體中食物的氧化過程減弱了,靜脈血裡留下的氧就比較多。由此,邁爾聯想 到人體內的食物所含的化學能就像機械能一樣,可以轉化為熱能。回國後,邁爾繼 續進行研究。他進一步發展了倫福德的思想,在一家紙廠設計了一個實驗,大鍋裡 的紙漿用機械攪拌,靠繞著圈子的馬作為動力。他測出紙漿溫度的升高,就可得到 馬做了一定量的機械功所產生的熱量的數據。邁爾還從空氣的定壓比熱Cp和定容比 熱Cu的關係計算出一卡熱相當於365克。米,即3.58焦耳(現在精確有數值是 4.184焦耳)。1842年,邁爾寫成了他的第一篇關於能量守恆和轉化定律論文: 《論無機自然界的力》。論文發往當時德國主要物理學年鑒雜誌,結果被主編波根 多夫拒絕發表而退了回來。雖化學家李比希主編的化學年鑒雜誌1842年5月號上發 表了邁爾的論文,但並未引起人們的注意。而1845年的邁爾的第二篇論文,則是 以自己的經費才得以發表的。
  在科學的征途上,迎接科學家的往往並不是什麼鳥語花香,而可能是苛薄的冷 嘲熱諷。作為第一個發表了能量守恆和轉化定律的邁爾,一次在海德爾堡遇見了約 利,約利嘲諷邁爾說,如果你的理論是正確的話,水能夠被晃動而加熱。倉促發難, 邁爾連一句話也沒回答便走了。幾周之後,邁爾回到了約利那裡堅定地回答說,正 是那樣,正是那樣!學術界偏見的打擊使邁爾的精神受到嚴重刺激。1849年5月28 日,邁爾從二層樓窗口跳下自殺未遂。大致恢復健康以後,他又寫了一篇關於熱的 機械當量的論文。1851年,他被關進精神病院,受到殘酷折磨。1853年恢復自由, 可是精神卻從此再未恢復正常,以致在痛苦中度過了二十多年的餘生。
  到了1858年,只有少數幾個人肯定邁爾的能量守恆和轉化定律。其中丁鐸爾給 予了公正的歷史評價,並於1862年在英國皇家學會上作了關於邁爾工作的講演,還 翻譯了邁爾的幾篇論文。物理學家威廉。湯姆遜等人卻對邁爾的工作評價很底,並 且責怪丁鐸爾高估了德國的邁爾而低估了英國的焦耳。
  焦耳(J.P.Joule,1818-1889)是英國的業餘物理學家,是最先用科學實 驗確立能量守恆和轉化定律的人。和偏愛理論思維的德國人不同,焦耳具有英國人 重視實驗的傳統。他先後用了四十多年時間,進行了大量實驗。1840年,22歲的焦 耳首先測定了電流的熱效應,發現一定時間內電流通過導線所產生的熱量,同導線 的電阻和電流強度平方乘積成正比。這就是著名的焦耳定律。焦耳根據這一實驗設 想電能因阻力而轉化為熱能了。這些思想集中體現在他的第一篇論文:論伏打電池 產生的熱》。1843年,焦耳又做了一個實驗,他把盛有水的容器放進磁場中,然後 讓一個線圈在水中旋轉,測量運動線圈中感生電流產生的熱和維持運動所消耗的能 量。實驗說明消耗的能和產生的熱能與電流的平方成正比。因此,產生的熱和用來 產生的機械動力之間存在恆定的比例。焦耳把這一實驗結果寫在他的第二篇論文: 論電磁的熱量效應和熱的機械值》。
  焦耳的研究並沒有立刻引起人們的注意。英國皇家學會拒絕發表他的兩篇論文。 因為在皇家學會看來,作為釀酒商的年輕焦耳的發現不可能有多大學術價值。在朋 友們勸告下,焦耳申請自然哲學教授的候選人,但因他的容貌缺陷而未獲准。焦耳 繼續當一個釀酒商,並繼續他的科學研究。1847年4月,焦耳在曼徹斯特作了一次 通俗的學術講演,介紹了他測定熱的機械當量的新實驗,即用銅製翼輪來攪動水, 使水溫升高,而轉動翼輪的動力用砝碼下落來提供。地方報紙起初不予理睬,有一 家報紙甚至拒絕報導這件事。經過很長時間的爭論,《曼徹斯特信使報》才全文發 表了焦耳的演說。在1847年6月,這個論題又提呈到牛津會議上,大會主席建議只 由焦耳作簡要報告,而無須進行討論。當會議絲毫不考慮焦耳新思想而要立即轉入 其他議程的時候,年輕的威廉。湯姆遜站起來發言,從而引起了人們對這個理論的 新興趣。結果,焦耳的能量守恆和轉化定律的思想引起了很大的轟動,焦耳本人才 成為科學界注意的人物。
  1849年,焦耳在他的《熱的機械當量》論文中宣佈了他的新實驗結果:要產生 能使1磅水(在真空中稱量,溫度在55°F-60°F之間)提高1°F的熱量,需要花 費相當於772磅重物下降1英尺所作的機械功。此值相當於4.157焦耳/卡,很接近 現在的4.184的數值。為了系統地測量各種能量形式轉化的當量關係,以最精確的 實驗來證實能時守恆的論斷,焦耳從40年代開始,做了四百多次實驗,直到1878年 獲得最後的數據。這時,一個二十多歲的年輕小伙子,已變成六十多歲的白髮老頭 子了。
  1847年,當焦耳在英國報告他的能量守恆和轉化定律時,26歲的德國物理學家 赫爾姆霍茨(Helmholtz,1821-1894)在柏林物理學會上宣讀了他從研究動物熱 的途徑中發現了能量守恆和轉化定律的論文:《活力的守恆》。這篇論文被權威們 看成是異想天開的思辨,波根多夫主編的物理學年鑒雜誌同樣拒絕發表它。赫爾姆 霍茨在這種情況下,不得不掏腰包自費印刷,1847年以小冊子的表式散發,仍然很 不受重視。1853年,它受到物理學家克勞胥斯的強烈抨擊。後來,杜林等還對赫爾 姆霍茨進行了人身攻擊,辱罵他的發現是不誠實的,是從邁爾那裡剽竊來的。其實, 邁爾、焦耳和赫爾姆霍茨都各自獨立地發現了能量守恆和轉化定律。然而後來,焦 耳和赫爾姆霍茨卻都愉快地承認了邁爾的優先權。
  幾乎與邁爾、焦耳和赫爾姆霍茨的發現同時,英國業餘科學家、律師格羅夫從 對電的研究,也達到了能量守恆和轉化定律的發現;丹麥物理學家、工程師柯爾丁 通過磨擦實驗,測定了熱功當量。1853年,威廉。湯姆遜(W.Thmson,1824 -1907)對能量守恆和轉化的思想作了精確的表述:當一個物質系統從某個給定的 狀態,無論以任何方式過渡到一個固定的零點時,它在系統外所產生的用機械功來 量度的各種作用的總和,就是該系統在這一定狀態所具有的能量。能量就是表徵物 質系統狀態的函數。
  恩格斯從辯證唯物主義的高度對能量守恆和轉化定律加以概括和總結,指出: 「運動的不滅不能僅僅從數量上去把握,而且還必須從質量上去理解」。所謂量的 方面,指的是物質的運動既不能創造,也不能消滅,只能轉化,並且在轉化中有嚴 格的當量關係;所謂質的方面,指的是物質運動形式是多種多樣的,這些運動形式 的相互轉化的能力是永遠不會喪失的,而這種轉化的條件是物質運動本身所具有的, 這樣,能量守恆和轉化定律便成了一條普遍規律,正如恩格斯所指出:「任何運動 形式都證明自己能夠而且不得不轉變為其他任何運動形式。到了這種形式,規律便 獲得了自己的最後的表達。由於有了新的發現,我們可以給它提供新的證據,提供 新的更豐富的內容。但是,對於如此表述的規律本身,我們是不能再增加什麼了。 在普遍性方面——其中形式和內容都同樣普遍——這個規律是不可能再擴大了:它 是絕對的自然規律。
  發現過程的啟示
  大凡一門科發現,都經歷潛在的孕育階段和成熟問世階段。能量守恆和轉化定 律當然也不例外。
  作為潛在孕育階段的能量守恆和轉化定律,經歷了一個相當漫長的時期,體現 了歷史的和邏輯的統一性。伴隨著人類最初磨擦取火,經過蒸汽機的發明,到各種 運動形式之間轉化的歷史行程,人類在邏輯認識上也從「磨擦是熱的一個源泉」, 經過「一切機械運動都能借磨擦轉化為熱」,到「在每一情況的特定條件下,任何 一種運動形式都能夠而且不得不直接或間接地轉變為其他任何運動形式」。經過這 三種個別性、特殊性和普遍性的判斷之後,能量守恆和轉化定律才獲得了自己的最 後的表達。
  能量守恆和轉化定律以普遍性的判斷作為自己最後的理論表達形式,是離不開 先前在經驗基礎上的個別性和特殊性判斷的。換言之,理論離不開經驗;成熟的科 學發現不能沒有探索過程;顯科學是以潛科學為基礎的。正如門捷列夫所說:「科 學的威力和力量在於無數的事實中;而科學的目的在於概括這些事實,並把它們提 高到原理的高度。這些原理發源於我們智力活動的簡單基礎;但它們在同等程度上, 也起源於實驗的世界和觀察的領域。……搜集事實和假設還不是科學,它僅只是科 學的初階,但不通過這個初階,就無法直接進入科學的殿堂。在這些初階上寫著 」觀察、假設和實驗「。事實上,我們從能量守恆和轉化定律發現的過程中,更為 清楚地認識到潛科學對於顯科學的重要性。
  科學就是探索未知。科學探索活動就是潛科學活動。從認識論上講,它要從現 象到本質,從一級本質到二級本質,再到更深層次的本質。因此,潛科學活動是遵 循辯證唯物論的認識路線的。同時,潛科學活動又是一種社會現象,受到各種因素 的影響。正確的、積極的因素促進潛科學事業的發展;而錯誤的、消極的因素則窒 息潛科學事業的成長。從這種意義上來說,潛科學活動決不是一帆風順的,它的道 路是曲折的。能量守恆和轉化定律問世時所遇到的種種阻力就是明證。真理是不可 抗拒的。科學探索者們前赴後繼,終於取得了能量守恆和轉化定律的最後表達形式, 成為人類認識自然的偉績豐碑,而載入科學史冊。
  正如嬰兒墜地的第一聲啼哭決不是一首好詩一樣,能量守恆和轉化定律的最初 問世難免帶有不完善之處。波根多夫主編的雜誌拒絕發表邁爾的論文,原因之一是 論文裡沒有實驗工作。實際上,邁爾論文中的能量守恆和轉化的思想正是在觀察和 實驗的基礎上提出來的。對新發現吹毛求疵而不看其本質,缺乏扶植科學幼苗的熱 情,很容易導致科學發現蒙受災難。這裡,既有學術水平問題,又有道德修養問題。 因此,評定科學成果時必須實事求是,拋棄妒賢忌能和學閥的作風。
  對於科學發現者本人來說,應當學會在艱苦複雜的外因環境中奮鬥進取。邁爾 遭受精神摧殘是令人同情的,但是採取自殺行為是不足取的。因此,科學技術工作 者在探索的實踐中既要加強學術修養,又要加強意志力和思想品質方面的修養。只 有這樣才能真正為科學技術事業做出貢獻。
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  第十二章  上帝會不會擲骰子
  ——量子力學創立和發展的曲折道路
  開拓量子力學的先驅普朗克在經歷了15年的徘徊,險些放棄他的量子假說。後 來,他的繼承者們在推進最子假說創立和發展量子力學中,卻又遭到種種磨難。量 子理論的成長道路,竟如此坎坷曲折。
  對愛因斯坦和玻爾的非難
  正當普朗克猶豫徘徊的年代,有兩位尚未出名的年輕科學家,先後從不同的方 面應用並發展了量子假說。然而,他們都遭到了非難。這兩位青年科學家就是愛因 斯坦和玻爾。
  愛因斯坦(A.Einstein,1879-1955)遭到的非難是帶有「戲劇性」的。當 愛因斯坦在1905年推廣普朗克量子概念,提出光量子假說並用以解釋光電效應時, 竟遭到普朗克本人的指責。他大聲疾呼,愛因斯坦「失足」於量子論,背離經典物 理學「走得太遠了」。
  玻爾(Niels Bohr,1885-1962)受到的非難是苛刻的。1913年秋,玻爾的 論文《論原子和分子的結構》在英國的《哲學雜誌》上全文發表了。在這篇論文中, 玻爾把普朗克量子假說用於原子結構,提出了量子化軌道理論,用量子躍遷假說解 釋原子光變更的發射和吸收。玻爾的這一理論立即引起物理學界的「震驚」。一些 物理學家認為這是對經典物理學的「褻瀆和瘋狂」。當年,在伯明翰召開的不列顛 科學促進會會議上,物理學界的「泰斗」們集中玻爾理論的半經典半量子的混合, 直接質問玻爾,並進行了多方責難。當時,拉摩爾(S.J.Larmor,1857-1942) 要求大名鼎鼎的物理學家瑞利(J.W.S.Rayleigh,1842-1919)對玻爾的理論 發表意見。瑞利卻抱著一種「超然」態度,未加可否。事後,他的兒子問他是否看 過玻爾關於氫光譜的論文,他曾直捷了當地回答說,我雖然看過,但「它不合我的 脾胃」。會上,湯姆遜(J.J.Thomson,1856-1940)明確表示懷疑,光譜學 權威塞曼(P.Zeeman,1865-1943)則根本否定。雖然著名物理學家金斯(J.H. Jeans,1877-1946)支持玻爾的理論,但仍然沒有消除人們的懷疑和反對。
  當然,這種懷疑和反對與玻爾學說本身的弱點是相聯繫的。玻爾的理論最初曾 非常成功地解釋了氫和電離氮的線狀光譜,但對原子光譜之表細結構及重原子的復 雜結構,則無法解釋。然而玻爾並沒有因此而止步。他對整個理論在新的基礎上進 行了改造。量子論正是通過他而實現了從舊階段到新階段的過渡。而且,玻爾將畢 生精力貢獻量子理論,成為左右量子力學發展的哥本哈根學派的公認領袖。正如蘇 聯理論物理學家福克在一首自由體詩中對玻爾所讚頌的那樣:
  「您的豐功偉績無窮無盡, 誰也無法詆毀, 是您宣佈了這一偉大理論, 我們絕不允許他人誹謗搗鬼」
  物質波理論遭受的冷遇
  把量子論推向新階段的大膽創新者之一,是法國年青科學家德布洛意(L.V. de Broglie)。他20歲那年,恰好是玻爾的量子論遭到責難的那年。在愛因斯坦和 玻爾量子論的啟示下,他毅然選擇了荊棘叢生、壁壘頑固的輻射現象這一研究領域。 後經十餘年的研究,在分析光學理論發展狀況的基礎上,提出了自然界是對稱的思 想。他還根據實物粒子和光都具有質量和能量的共同特徵,採用了類比方法,大膽 假定實物粒子與光子具有同樣屬性,並進而由粒子的波動性和波動的粒子性,確定 了波粒二象性。這樣,就把表面上分離的實物和光的粒子性與波動性統一起來,提 出了物質波假說,建立了體現波粒二象性的公式即德布洛意公式。
  德布洛意有關物質波理論的三篇論文,於1923年9-10月份,先後發表在法國 的《導報》期刊上。而更完善地闡述他的理論觀點是在1924年所作的博士論文中。 該文後來發表在1925年的《物理學年鑒》上。德布洛意的理論,在他之前沒有任何 直接實驗證據的支持,這使得他的理論注定要經歷艱難。正是在實驗上德布洛意理 論首先受到了阻難。他在寫博士論文時要求對其物質波理論進行實驗,但無人支持。 後來雖然找到他的長兄莫裡斯。德布洛意,認為實驗可以進行,而向實驗室的道威 裡耶先生建議,以期用電子進行實驗獲得衍射或干涉現象,可是並沒有按他的建議 進行實驗,以致得了了完全否定的實驗結果。對此,在1973年11月16日,道威裡耶 給梅迪卡斯的信中說明了真相,加顧當時他幾乎不相信這些波的存在,並指出:「 當時無論莫裡斯。德布洛意,還是朗之萬,或佩蘭對於德布洛意在他們實驗室裡進 行這種實驗都不理睬,沒有任何人相信這種實驗」。至於物質波理論本身當時也受 到了非難。1924年11月,在巴黎大學進行博士論文答辯時,論文評審委員會主持人 佩蘭,對德布洛意的論文全然不肯表態。洛倫茲斷言德布洛意是「誤入了歧途」。 甚至「在老一輩物理學家看來,這樣想法是極其荒謬的」。加之,法國《報導》雜 志在歐洲發行量不大,讀者看時多不注意,德布洛意當時在原子物理學界又有好爭 論之名,故他的物質波理論沒有為眾人所知。只是由於他的導師朗之萬熱情洋溢地 向愛因斯坦推薦德布洛意的論文,而愛因斯坦基於他對自然界對稱性的欣賞,說服 了物理學界的許多人,引起了他們對德布洛意波的研究。否則,當時「德布洛意的 研究工作將幾乎沒有任何影響」。
  矩陣力學與波動力學的相互詰難
  德布洛意的物質波受到的冷遇尚未好轉,又有兩位年青的物理學家為推進量子 論而上不平坦的征途。這就是海森堡(W.K.Heisenber,1901-1976)和薛定諤 (R.Schrodinger,1887-1961)。
  年青的海森堡在他攻下色散理論(1905年)之後不久,受到玻爾量子論的啟示, 同時又洞察到玻爾量子躍遷軌道理論的弱點,於是他決心尋的突破這一弱點的嘗試。 大約1921年開始到1925年期間,他遭到巨大的數學上的困難而失敗了。只是後來, 由於他求實的科學精神,在愛因斯坦相對論思想啟示下,沿著與觀測量有密切關係 的那些量的原則,拋棄玻爾的軌道概念,吸取他的定態概念,才找到矩陣數學這一 工具,終於在1925年建立了和經典力學完全不同的量子力學體系的矩陣方程。兩年 後,他又發揮了同樣的科不精神,以抽像思維和可觀測量統一的思想,揭示了微觀 客體的「測不准關係」,建立了「測不准原理」。這個原理因其奇異性,長時期受 到人們的誤解與詰難。
  另一位量子力學的開創者薛定諤,在對德布洛意波的追求中,以其新穎的形式 創立了量子力學的波動方程。當他把這一方程用於原子中的電子時,發現與實驗並 不符合,使他十分失望,以為自己的方法錯了,因而他放棄了這項工作。後來得知 自己的方法並沒有錯,只是沒考慮到電子自旋(當時電子自旋尚不為人所知)。可 是,此時克萊因和戈登發表了與他同樣的方程,走在了他的前面。這使他非常沮喪。 經過幾個月的苦惱,才從沮喪中恢復過來,對自己的工作重新作了檢查,找到了非 相對論的波動方程即薛定諤方程。
  矩陣力學與波動力學在數學形式上是完全不同的,起初人們也完全不瞭解它們 之間的關係,因而他們之間相互詰難,彼此否定。例如,海森堡在給泡利的信中說: 「我越是思考薛定諤理論的物理內容,我對它就越討厭。同樣,狄拉克也表示這一 理論使他」惱火「。而薛定諤在海森堡的矩陣力學剛出現時也指責說:」這樣一個 困難的超越代數的方法,簡直無法想像,它如果不是使我拒絕的話,至少也使我氣 餒「。
  後來在1926年,經薛定諤的研究、證明矩陣力學和波動力學是完全等同的。而 對這兩個數學方程包含的物理意義,則在同年由波恩提出的波函數統計解釋所闡明。
  幾經磨難,德布洛意波的肯定實驗終於出現了。在1927年,戴維遜(C.J. Davisson,1881-1958)和革末(L.H.Germer,1895-1971)用電子束在單晶 體上反射後產生衍射的實驗證明了德布洛意公式。同年,湯姆遜的兒子P.湯姆遜, 利用電子束穿過單晶薄片產生衍射的實驗也獨立證實了德布洛意的公式。玻恩把波 函數幾率解釋闡釋德布洛意物質波的物理意義,於是揭示了物質波與經典波的本質 差別,即物質波既不是機械波,也不是電磁波,而是一種幾率波,顯示出微粒性和 波動性的統一。為了對量子力學做普遍物理解釋,1927年英國物理學家狄拉克從泡 利的二行二列矩陣得到啟發,用四行四列矩陣成功地建立了相對論電子理論,即眾 所周知的狄拉克相對論波動方程,進一步體現了光的波粒二象性。標誌著量子力學 形式體系的完成。
  失去愛因斯坦的支持帶來的損失
  量子力學還沒有來得及慶祝它取得的成功時,就在1926年12月4日,愛因斯坦 給量子力學的創建者之一玻恩的信中表示:「量子力學固然是堂皇的。呆是有一種 內在的聲音告訴我,它還不是那真實的東西。這理論說得很多,但是一點也沒有真 正使我更加接近『上帝』的秘密。我無論如何深信上帝不是在挺身而出骰子」。這 無疑是蘊含著對剛剛完成的量子力學體系的挑戰。不久,即在1927年9-10月,由 於玻爾在《量子假說及原子理論的新發展》論文中,第一次明確提出他的帶有革命 性的思想「互補原理」(亦稱「並協原理」)。並使它成為哥本哈根學派「量子力 學正統解釋」的核心。而這一原理恰恰是愛因斯坦認為「妨礙量子力學能夠建立一 個真正令人滿意的物質理論」,因而對它懷著「敵意」,並自持為量子力學的「異 端」。這樣愛因斯坦對量子力學的挑戰實際上公開化了。於是,在愛因斯坦與玻爾 之間產生了一場科學史上曠日持久的論戰。他們爭論的雖是有關量子力學的具體物 理內容及其哲學基礎(這不是本文所要探討和評論的)。但毫無疑問,它反映了愛 因斯坦對量子力學的態度,同時它也不能不對量子力學的發展產生影響。這是需要 我們加以分析的。
  應當指出,愛因斯坦對量子論早期所作的貢獻是很大的,具有開拓性的。他對 量子力學某些創建者在科學思想與方法上給予的啟示是意義重大的。而且,他長時 期對哥本哈根正統解釋的反對和論戰,無疑從客觀上推進了量子力學。可是,從另 一角度來看,在後期,愛因斯坦對量子理論的支持誠如有的物理學家所說,他「一 直批判著哥本哈根的解釋,然而他也從不提出任何具體的替代辦法」。何況,愛因 期坦過早地離開量子力學研究的洪流,而去走他自己理論研究道路和堅持自己的研 究綱領。即統一場論研究中場連續理論綱領。這使得他的「探索始終未取得具有物 理意義的結果。但卻幾乎耗盡了他整個後半生和科學創造精力,並使他遠離了當時 物理學最蓬勃發展的領域以量子力學為指導理論的微觀物理學,這對物理學的 發展無論如何是一種損失」。這一點玻恩是有著深切感受的。當他談到愛因斯坦對 量子力學的態度時寫道:「我們當中許多人都認為,這是一出悲劇——對於他來說, 他在孤獨中探索自己的道路;而對於我們來說我們失去了我們的領袖和旗手」。難 怪在紀念愛因斯坦誕生一百週年時,還有人提出:人們可以猜想,如果他對量子力 學給予直接支持,出一把力的話,那麼對這門科學將會發生些什麼作用?而他對這 門科學所持的否定態度又引起了什麼變化?這確實是個值得人們深思的問題。一個 需要科學中最高智慧的量子力學卻失去了一位具有這樣智慧頭腦的愛因斯坦的直接 支持,這對量子力學來說,是失去了一個難得而巨大的助力!
  量子力學在蘇聯的遭遇
  曲折發展的量子力學到本世紀40年代前後,在蘇聯又遭到一場意外的蒙難。它 是以對量子力學的「批判」而出現的,其罪名是硬加給量子力學的。所以,可說是 武斷性的批判,在量子力學發展史上的一場難言之「災」。
  當時,在蘇聯以所謂劃清物理學中的「兩條路線」的「鬥爭」,堅持「哲學上 的黨派」為名,開展了對量子力學的一場「批判」。既然如此,這場「批判」不能 不被捲進蘇聯當時為純潔意識形態鬥爭的漩渦,使「批判」一開始就帶有政治鬥爭 的色彩。
  事實也正是這樣,還在1940年以前,蘇聯哲學界和科學界一些代表人物,如尼 考爾斯基就提出要對量子力學的「唯心論」進行「批判」。到1947年和1948年,在 蘇聯權威性雜誌《哲學問題》上把這一批判推進一大步,提出要「粉碎」量子力學 「唯心論基礎」。50年代初,隨著蘇聯著名科學家布洛欣采夫所著《量子力學原理》 一書的出版,在蘇聯《物理科學成就》和《哲學問題》刊物上,展開了對量子力學 全面的「批判」。在這些「批判」中,把矛頭直指「測不准關係」、「互補原理」 和玻爾理論。把它們視為哲學上的「唯心論」、「不可知論」和「形而上學」的 「精緻化」,並把哥本哈根學派看作是「資產階級科學偽造家們」。這樣,把哲學 的、政治鬥爭的詞語直接扣到量子力學的頭上,混淆了量子力學內容的科學解釋與 哲學鬥爭、政治鬥爭以及階級鬥爭的根本區別。為了推進這場「批判」,對當時蘇 聯發表贊同量子力學哥本哈根解釋的科學書刊看作是「堆滿了從外國進口的唯心主 義的垃圾」,把支持哥本哈根學派解釋的蘇聯科學家視為採取了一種「唯心主義的 立場」,「對資產階級意識形態表現了奴性十足的態度」,提出「應該把他們從蘇 聯科學研究機構領導崗位上撤換下來」。
  當然,在蘇聯當時出現的這種對現代物理學和量子力學的「批判」是特定歷史 條件下的產物,有其深刻的社會的、歷史的背景。它一開始就遭到蘇聯一些科學家 的反對;到1953年以後才得到了糾正。但是經歷了二十餘年之久的這場「批判」 「鬥爭」,對蘇聯量子力學的研究與發展產生了難以挽回的惡果。戾如蘇聯著名科 學家福克院士所說,這場對量子力學的「無知的批判」帶來的後果是災難性的。它 在某種程度上助長了蘇聯現代物理學理論研究上的機械論傾向,割斷了它與國外先 進的研究成果的聯繫,阻礙了蘇聯對量子力學的新探索。
  曲折前進的動力
  量子力學的創立和發展,雖受非難而不敗,雖遭批判而不倒,雖經曲折而不退。 然這一歷史事實給了我們以莫大的啟示。
  穆爾在談到量子理論發展的特點時寫道:「這一新理論從根本上震撼了整個科 學信念和一向推崇的科學設想。量子理論是如此新奇,以致人們對它的接受極為緩 慢」。這的確道出了量子理論發展中倍受災難的一個原因。因為它「新奇」常常為 人們所難以接受並受到來自經典物理學傳統觀點的詰難、抵制和反對。以至連量子 理論的創立者們有時也難以擺脫或避免這種傳統觀點的束縛和影響。因此量子理論 發展的曲折歷程告訴我們,科學中的傳統觀點在新的科學觀點、理論的產生和發展 中,其阻難不容輕視。然而量子力學的創建者們卻又能衝破阻難,開拓前進!玻爾 指出了這一原因的關鍵:「只有新的觀點可能克服它們」。這裡所說的「新的觀點」 毫無疑問既包括量子理論方面的,也包括哲學思維方面的。從本質上說,我們認為 這是指符合辯證思維的觀點。事實也是如此。正當量子力學尤其是它的核心問題即 波粒二象性,急需解釋之時。狄拉克就曾指出:、如果我們能找到一個滿足於我們 的哲學觀點的辦法來描述目前量子力學中測不准關係和非決定性,那麼可以說我們 就很幸運了「,而此時,為量子力學的解釋提供了哲學基礎的不是別人,正是」以 特有的堅持和成功探索了現代物理學的哲學基礎的「玻爾。這就是玻爾提出的反映 辯證法思想的」互補原理「。
  當然,量子理論創建者們的這種符合辯證法的思維,不會是在他們頭腦中憑空 出現的,而是量子力學所揭示的微觀客體辯證法迫使他們不得不接受的。玻恩就曾 明確表示「我曾榮獲1954年的諾貝爾獎金,與其說是因為在我所發表的工作裡包括 了一個新的自然現象,倒不如說是因為那裡包括了一個關於自然現象的新思想方法 基礎的發現」。這就進一步說明量子理論也產生了辯證法。
  量子力學與哲學的這種緊密聯繫,當然不是說它與哲學可以等觀,更不能把它 與意識形態鬥爭相混同。蘇聯在本世紀30-50年代,對量子理論的武斷性批判基本 教訓在於:他們把量子理論的科學問題與哲學問題、意識形態的鬥爭,甚至政治斗 爭相混淆,而不顧量子力學的科學內容。正如蘇聯科學家塔姆所說:「真正的禍害, 事實上是在於我國在物理學及其鄰近的學科領域工作的絕大多數馬克思主義哲學代 表,完全不懂現代物理學的情況」。這樣,它既有害於量子力學,也有害於辯證唯 物主義哲學;同時更有害於二者的聯盟。
  現代物理學還在艱難中誕生的時候,列寧就曾經指出:「現代物理學是在臨產 中。它正在生產辯證唯物主義」。這說明現代物理學需要辯證唯物主義哲學,它正 在產生著辯證唯物主義哲學。作為現代物理學一個理論支柱的量子力學也正是這樣 的。
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  第十三章  推遲22年頒發的諾貝爾獎
  ——遭到權威反對的波函數「統計解釋」
  傑出的物理學家玻恩(M.Born, 1882-1970)於1926年提出波函數的「統計 解釋」,不僅對量子力學的發展做出巨大貢獻,而且對人們認識世界的思想方法產 生深刻影響。但是,由於他的新觀念背離了經典物理學的舊傳統,長期受到少數權 威人士的堅決反對。因此,直到1954年他才勞獲諾貝爾獎金,這比公認他應該獲獎 的1923年整整推延了22年。
  意外落選的傑出科學家
  1932年,瑞典皇家科學院把諾貝爾物理學獎金授予量子力學的創始人之一海森 堡(W.Heisenberg, 1901-1976),這是誰都預料到的事。但是,使人吃驚的是 海森堡的老師和合作者、波函數統計解釋的創始人玻恩卻意外地落選,沒有分享這 一榮譽。就連一向謙虛持重的玻恩也覺得突然,這件意外的事給他感情上造成了巨 大的創傷。
  在一件科學大事發生所引起的轟動和議論尚未平息時,過早地報導和匆忙做結 論是危險的。特別是有知名的權威反對時,這種危險就更大了。諾貝爾獎金委員會 的每一個成員都深知這種問題的嚴重程度。因此,為了維護諾貝爾獎金這一科學界 「最高獎賞」本身的榮譽,往往把一項重大科學成果的授獎時間推延若干年。在沒 有把握評定有爭議的項目正確與否時,諾貝爾獎金委員會寧願冒保守主義之名而不 敢擔敢做敢為的風險。在諾貝爾獎金遴選委員會採取的一條「旨在減少授獎中的錯 誤而不是減少不授獎中的錯誤」的原則下,玻恩直到1954年才「由於量子力學的基 礎研究工作,特別是對波函數的統計解釋」而與玻特(W.Bothe,1891-1957)分 享該年度諾貝爾物理學獎金。這是在玻恩提出波函數統計解釋的28年之後,此時他 已經是一位72歲的退休老人。
  從現象上看,玻恩這麼晚才獲獎,似乎是諾貝爾獎金委員會謹小慎微所造成的 結果,實際上,問題的原因並非如此簡單。
  馬克斯。玻恩是著名的物理學家, 1882年1月11日生於德國佈雷斯勞的猶太人 家庭,先後在海德堡、蘇黎士、哥廷根和英國劍橋等地求學。他在哥廷根大學學習 時曾做過大數學家希爾伯特(D.Hilbert,1862-1943)的「私人助理」,1907年 獲博士學位,畢業後在柏林騎兵團服役一年;接著去英國岡維爾和凱恩斯學院當研 究生;1908年在哥廷根隨大數學物理學家閔可夫斯基(H.Minkowski,1864-1909) 搞相對論; 1915年任柏林大學教授,替普朗克(M.Planck,1858-1947)分擔講 課任務; 1919年與勞厄(V.Laue,1879-1960)對調,到法蘭克福大學做研究工 作;1921年接替德拜(P.Debye,1884-1966)任哥廷根大學物理系主任,理論物 理學教授;1933年希特勒上台後,玻恩赴英國僑居,在劍橋大學和愛丁堡大學任教, 1939年加入英國國籍;1953年退休回德國,1970年1月5日在哥廷根逝世。
  玻恩思想活躍、學識淵博,在很多領域都有較深造詣,是勤奮高產的科學家。 他一生共發表300多篇論文和20多本書, 取得的成就是多方面的,特別是對量子力 學發展的卓越貢獻,在整個物理學界具有極大影響,享有很高聲譽。如今,在所有 關於量子力學及其理論解釋的書刊中,幾乎都要提到玻恩及其貢獻。據《科學引文 索引》統計,玻恩是1961-1972年間被引用最多的50位作者之一。在一本十幾萬字 的《量子史話》中,竟幾十次提到玻恩的名字,足見他的影響之大。
  玻恩還是優秀的導師,他在哥廷根大學一直主持理論物理研究工作,在玻恩等 人的領導下,哥廷根大學成為世界理論物理的一個重要研究中心。許多青年學者都 嚮往到此深造,他的周圍聚集了強大的理論物理學隊伍,在量子力學的創立和發展 中,一直起著主導作用,是量子力學正統學派的一支主力。玻恩擅長演講,對學生 態度親切而不拘小節,一些著名的物理學家曾是他的學生、助手和合作乾,如諾貝 爾獎金獲得者海森堡、 泡利(W.Pauli, 1900-1958)、梅耶夫人(M.Mayer, 1906-1972),斯特恩(W.Stern,1871-1938),還有量子化學的重要創始人倫 教(F.London,1900-1954)和「原子彈之父」奧本海默(J.R.Oppenhe-imer, 1904-1967)等。
  提出背離經典力學的波函數統計解釋
  1926年1月,幾乎在玻恩等人創立矩陣力學的同時,奧地利物理學家薛定諤(E .Schrodinger,1887-1961)建立了波動力學的基本方程,即著名的薛定諤方程。 方程中的未知量Ψ被稱為波函數。從此,波函數Ψ做為一個重要的新概念登上量子 力學舞台。薛定諤的新理論提出不久,就取得了非凡的成功,應用薛定諤方程,從 Ψ中做出了大量有用的運算結果。但是Ψ函數本身的物理意義卻模糊不清,使許多 物理學家感到迷惑不解,大傷腦筋,明顯地影響了量子力學的發展和傳播。幾個月 之後, 薛定諤把Ψ函數解釋為電子形成的波,並且用|Ψ|2來量度電子電荷分散開 的程度。然而,這種解釋與電子真實行為完全不一致,很快就被否定了。
  就在薛定諤的論文(第四篇通信)投到《物理學年鑒》後的第四天,另一家雜 志《物理學時代》收到了玻恩的一篇論文,題目是「碰撞過程的量子力學」,發表 在1926年6月25日出版的《物理學時代》第37捲上。在這篇不足5頁的簡短論文中, 玻恩首次提出波函數的幾率解釋。
  玻恩當時認為,薛定諤的「波動力學是量子定律更深刻的表達形式」,其方式 是每個物理學家都比較熟悉的,「但是在他看來,薛定諤的波動解釋是站不住腳的」 . 玻恩回憶道:「我在弗蘭克(J.FRANCK,1882-1964)關於原子和分子碰撞的 卓越的實驗中每天都目睹粒子概念的豐碩成果,因而確信,粒立不能簡單地取消。 必須發現使粒子和波一致起來的途徑。我在幾率概念中發現了銜接的環節」。玻恩 又說: 「愛因斯坦(A.Einstein,1879-1955)的觀念又一次引導了我。他曾經 把光波的振幅解釋為光子出現的幾率密度,從而使粒子(光量子或光子)和波的二 象性成為可以理解的。 這個觀念馬上可以推廣到Ψ函數上:|Ψ|2必須是電子(或 其它粒子)的幾率密度」。在緊接著發表的長篇論文和以後的著述中,玻恩詳細討 論並進一步發展了他對波函數的統計解釋。
  「玻恩解釋的描述方式,同光的波動理論把電磁波振幅的平方看做輻射強度相 似,……Ψ(x)Ψ(x)dx與無窮小區間x~x+dx內發現電子的幾率成正比」。德布 羅意(L.DeBronglie,1892-1960)所說的物質波實際是幾率波。以氫原子為例, |φ(q) |2表示電子在核外某點q處出現的幾率密度,很明顯,電子在核外「各處 出現的幾率密度總和必定為1(100%) ,∫|Ψ(q)|2dq=1」。幾率是多次觀測 的統計平均值,對單獨一次實驗而言,無法預言電子出現的準確位置,多次觀測結 果則可以找到電子在各處出現的幾率。由於幾率是用統計的方法得出的,因此,幾 率解釋也常常被稱為統計解釋。通過粒子「統計分佈的確定」和波函數的「三個性 質原則」,可以看出波函數的明確物理意義和巨大應用價值。
  玻恩早就注意到,1921年關於原子束在不均勻磁場中偏轉的實驗「是古典力學 在原子範圍裡不適應和必須代之以新的量子力學的基本證明之一」。1927年海森堡 發現的「不確定原理」則進一步證明波函數統計解釋的正確性。它反映了電子運動 的不確定性和遇然性,揭示了波粒二象性的本質和微觀世界的特殊規律,物理含義 明確,與量子力學其它部分連貫一致,很快被絕大多數物理學家所接受,充滿了幾 乎所有涉及量子力學的教科書和各種文獻而廣泛傳播。
  1975年8月25日, 英國物理學家、 量子力學創始人之一狄拉克  (P.A.M. Dirac) 在澳大利亞新南威爾士大學做「量子力學的發展」演講中指出:「當然, 對原子所做的實驗結果確與幾率有關。根據新力學,我們能夠計算出這些幾率,… …我們發現計算和觀測結果互相符合。……根據公認的標準原理概念,……以薛定 諤方程中波函數為基礎的幾率解釋,是人們能夠做出的最好解釋,人們為改進這種 解釋做了許多努力,力求獲得比僅僅是一些幾率更多的信息,但所有這些努力都以 失敗告終,根據現在的量子力學理論……幾率解釋是正確的」。
  波函數的統計解釋奠定了量子力學的理論基礎,成為量子邊學的核心解釋和基 本要點。它使人們看清了量子力學各種不同數學表達形式的相同物理本質,可以認 為,量子力學是統計性的數學物理理論。這就大大地推動了量子力學的發展和在各 個領域中的應用。
  少數權威反對致使授獎時間推延
  波函數的統計解釋對量子力學的發展有巨大的貢獻,屬於物理學上「最重要的 發現」。符合諾貝爾遺囑中規定的授獎條件。特別是1929年德布羅意因發現電子的 波動性獲得諾貝爾獎金後,廣大物理學家的呼聲和玻恩本人的感覺,都認為到應該 獲獎的時候了。可是,玻恩不僅1932年未能與海森堡分享諾貝爾獎金,而且在以後 的量子力學方面的獲獎者中,也長期沒有玻恩的名字。
  雖然諾貝爾金各委員會的討論都是秘密進行的,對遴選過程和哪些人曾被提名 為候選人一事至今緘口不言,但是玻恩長期未能獲獎的原因「顯然」「是由於科學 界中關鍵人士的極力反對……,而不是由於各委員會的因循耽擱」。對此,玻恩曾 有過一段感觸很深的評論,他說:「我對Ψ函數的統計解釋……雖然佔壓倒多數的 物理學家都接受了這種哲學,但是始終有一些物理學家不接受這種哲學,在他們中 間有像普朗克、愛因斯坦、德布羅意和薛定諤這樣偉大的人物,他們在量子理論的 第一個時期都是領袖人物,這可以說明為什麼要在28年以後我才因我的工作而被授 予諾貝爾獎金(1954年)」。1948年,玻恩在英國牛津大學瑪格達欏學院一次講座 中,提到波函數的統計解釋和量子力學的統計性遭到反對時說:「儘管它已為我們 這一代的物理學家所普遍接受,但是一直遭到兩個人的堅決反對,這兩個人恰恰對 量子物理的創立比任何其他人都貢獻得多,這就是普朗克和愛因斯坦」。海森堡在 《20世紀物理學中概念的發展》一文中說:「也像在相對論的場合一樣,這裡也出 現了對新的觀念方案的強烈反對意見,而且甚至包括了愛因斯坦、勞厄和薛定諤這 樣一些最有權威的物理學家」。
  愛因斯坦是「極力反對」波函數統計解釋的「關鍵人士」,「他終生始終不滿 意通常賦予量子力學解釋的幾率性質。他對這種解釋作了最尖銳的批評」。起初, 這種反對只限於他同玻恩和其他少數幾位朋友的私下接觸中,例如,他在1926年12 月16日給玻恩的信中說:「最子力學當然是儀表堂堂的,但是,有一種內在的聲音 告訴我,它還不是真正的實貨,這個理論講一套碰運氣的拈鬮術,而不是真正把我 們帶到任何更接近於瞭解上帝秘密的境地。無論如何,我相信上帝是不投骰子的」。 到1927年,面對大多數人接受波函數和量子力學統計解釋的局面,愛因斯坦感到有 必要讓廣大物理學家知道自己的觀點, 於是在當年10月舉行的第五次索爾維(E. Solvay,1839-1922)會議上,發表了題為「電子和光子」的演講,提出公開反對 意見。但是,愛因斯坦的觀點並沒有得到多少人的支持,結果失敗了。
  此後,波函數的統計解釋被越來越多的事實所驗證,為越來越多的物理學家所 接受,在越來越多的領域取得成功。但是,這絲毫沒有動搖愛因斯坦所持的反對態 度, 不同的只是把矛頭所指從「不正確」轉向「不完備」。1935年5月初,愛因斯 坦與兩位年輕的同事玻道爾斯基(B.Podolsky) 和羅森(N.Rosen)在《物理學 評論》 第2輯第47捲上發表了「能認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎?」 即著名的「E.P.R.悖論」 ,指出「波函數所提供的關於物理實在的量子力學描 述是不完備的」。當時(5月4日)的《紐約時報》稱這篇論文是「愛因斯坦攻擊量 子理論」 .同年9月11日,愛因斯坦在給一個朋友的信中說,量子力學「像現在所 用的這種原則上是統計性的描述的」方法「,只能是一種暫時的過渡狀態」。1947年 和1948年,愛因斯坦在給玻恩的信中說:「我完全相信,終於會有人提出一種理論, 在這個理論中用定律聯繫起來的對象,並不是幾率」,「最後要使理論基礎擺脫統 計概念」。
  隨著科學的發展和人們認識水平的提高,愛因斯坦的觀點受到越來越多的批評, 陷於十分孤立的境地。 1949年, 他在「對批評的回答」一文中承認,量子力學是 「迄今為止唯一能把物質的粒子和波動的兩重特徵以邏輯上令人滿意的方式統一起 來的理論」。但是他對量子力學仍然「反感」,認為波函數做為「休系整體的一個 統計性的描述」「是不完備的」,「是使人迷惑」的「暫時成功」,而不是「原則 性的考慮」。1953年,愛因斯坦寫了《關於量子力學基礎的解釋的基本意見——贈 給馬克斯。玻恩的科學論文集,為紀念他從愛丁堡大學台特自然哲學講座退休》一 文,繼續同玻恩進行激烈的爭論。直到1954年愛因斯坦逝世前幾個月,他在同海森 堡談到量子力學的解釋時,仍然互相不能「說服」,愛因斯坦堅持認為統計性的量 子力學「這樣的方案不可能是自然的最終描述」。
  薛定諤因創立波動力學而蜚聲物理學界,他始終反對波函數的統計解釋。1928 年,他在一次演講中說:「關於Ψ函數的明顯的統計解釋,……這種觀點有點不能 令人滿意」。1952年,他為慶祝德布羅意60壽辰而寫的「波動力學的意義」中,稱 波函數的幾率解釋為「超經驗的,幾乎是心理上的解釋。這種解釋立即受到絕大多 數第一流的理論家的歡呼,把它當作唯一符合於實驗的解釋,而且這種解釋現在已 經成為人人都接受的(只有少數值得注意的人除外)正統教義了」。這使「德布羅 意和我一樣都感到震驚和失望」。
  至於普朗克,他直到逝世的時候都屬於懷疑派,支持薛定諤而反對玻恩關於波 函數的統計解釋。
  像愛因斯坦這樣的科學權威,哪怕只有他一個反對,也足以使諾貝爾獎金委員 會畏縮不前,甚至把一致同意的候選人從實際獲獎者的名單中悄悄地勾掉。何況還 有薛定諤和德布羅意等幾個「偉大人物」同他站在一起呢?正是由於愛因斯坦等少 數權威的一貫堅決反對, 才使玻恩的獲獎時間整整推延了22年。1954年11月3日, 玻恩獲獎後坦率地講出他「驚喜交集」的矛盾心理和感傷情緒:「1932年我沒有海 森堡一起得到諾爾獎金,儘管海森堡給我寫了一封友好的信,這件事當時還是在我 的感情上造成了巨大的創傷。
  新思想與舊習慣的激烈鬥爭
  「科學中的進展不能老是通過用已知的自然律來解釋新現象的辦法來實現,在 某些情況下,被觀測到的新現象只能用新概念來理解」。
  本世紀20年代初,物理學正處於蓬勃發展又激烈動盪的時期,相對論取得成功, 量子論方興未艾。 玻爾(N.Bohr,1885-1962)用舊量子論解釋原子現象,實際 是把新的量子化概念放到舊的經典力學軌道中,像用舊瓶裝新酒、穿新鞋走老路一 樣,對於一些新問題顯得無能為力。為了擺脫這種困境,許多物理學家紛紛提出各 種新的概念、學說和理論,出現百花爭艷的局面。物理學處於又一次重大革命的前 夜,量子力學到了它的臨產時期。
  一些具有新思想的物理學家,看清了這種形勢,積極探索恰當描述和完滿解釋 微觀世界和原子事件的新理論,玻恩則是一個傑出的代表。玻恩一向主張創新,反 對倒退。當相對論剛剛問世受到各種攻擊時,他積極支持並勇敢捍衛了這個偉大的 新理論;1924年他預見到新理論即將出現,而把他寫的一部完整原子理論著作為第 一卷;1925年他發現海森堡「運動學及力學諸關係的量子解釋」論文中的新方法很 價值,立刻寄出發表,並且以此為突破口,與他的助手一起建立了矩陣力學。玻恩 以實驗事實為基礎,創建背離經典物理框架的量了力學,體現了他敢於突破、大膽 創新的先進科學思想。在薛定諤建立波動力學後,玻恩提出波函數的統計解釋,是 歷史的必然。
  「任何一項新的科學原理的發現都意味著對人們習以為常的傳統觀念的背離和 決裂」。波函數的統計解釋第一次把幾率概念正式引進「精確的」物理學,從此物 理學特別是微觀物理學必須考慮一個幾率的理論,「粒子的運動遵循幾率定律,而 幾率本身則按因果律分佈」,這種解釋表明量子力學與經典力學的本質區別。「量 子力學有它獨特之處,一般它只預言一個事件的幾率,而不對這個事件會不會發生 作任何決定論的論斷」。量子力學以統計的方式揭示了微觀體系運動所具有的確定 性與不確定、必然性與偶然性、波動性與粒子性之間的辯證前系,從而擯棄了經典 力學中單值決定論、單純必然性和簡單因果性等傳統觀念。這不僅是物理學的一次 重大革命,而且也是人類認識史上的一次新飛躍。正如玻恩本人在獲獎後所說的那 樣:「與其說昌因為在我所發表的工作裡包括了一個新自然現象的發現,倒不如說 是因為那裡面包括了一個關於自然現象的新思想方法基礎的發現」。對此,日本物 理學家、諾貝爾獎金獲得者湯川秀樹評論說,量子力學「提出了比相對論更富於哲 學性的問題,尤其是,一個原因並不一定產生一個結果,這種不確定性肯定對我們 的思想方法產生深刻的影響」。
  但是,幾千年來的文明發展史,從古希臘的德謨克利特(Democritus,約公元 前460-前370) 到近代的斯賓諾莎(Spinoza,1632-1677),人類認識的基本指 導思想一直是單純必然性和簡單因果性觀念, 反映在近代自然科學上則是牛頓(I .Newton,1642-1727)、拉普拉斯(P.Laplace,1749-1827)等人經典物理學 中的單值決定論定律,現代物理學中愛因斯坦的相對論也基本如此。在經物理學中, 任何物體的運動都被作用其上的諸力嚴格決定,例如,月亮愛地球引力作用以一定 速度沿固定轉道繞地球運轉,可以按照牛頓運動定律準確算出它在某一時刻必然出 現在哪一點,嚴格遵循簡單因果和單值決定論定律,從來不存在幾率問題。這就是 19世紀整個精確和科學的基本哲學原則,也是愛因斯坦和玻恩所屬的這一代物理學 家所得到的最基本教導。正是由於這種傳統觀念的驅使,愛因斯坦等一些物事學家, 對舊量子論暴露出來的問題,不是積極向前探求全新理論,反而採取了墨守陳規, 甚至拉向倒退的態度。
  1954年,玻恩榮獲諾貝爾獎金後,在法國所作題為「量子力學的統計詮釋」的 演講中指出:「愛因斯坦、德布羅意和薛定諤不停地在強調量子力學具有不能令人 滿意的特徵,他們要求回到經典的牛頓物理學概念」。?薛定諤還認為他的波動論 有可能回到決定論的經典物理去「、普朗克稱讚薛定諤用波動方程」重新建立了決 定論「;德布羅意則認真嘗試尋找」隱參數「以」拯救決定論「。愛因斯坦比別人 更不願意放棄決定論,他」嘲弄「統計解釋的擁護者是」相信上帝的權力要依靠擲 骰戲「。愛因斯坦深信,我們這個世界根本不存在偶然性和非決定論,因為」是帝 是不投骰子的「。1963年,狄拉克在」量子力學與自然現象的發展「一文中反覆指 出,愛因斯坦等人」堅決反對放棄決定論「。可以認為,堅持回到經典力學的決定 論是反對量子力學統計解釋的思想基礎和認識根源。
  玻恩、玻爾、海森堡、泡利和狄拉克等一大批物理學家則認為,量子力學的發 展及其解釋「回到牛頓的決定論是不可能的」,夢想「後退」「到牛頓一麥克斯韋 (J.Maxwell,1831-1879)的經典格式」,那「是無望的」,它「違反時代精神」。 玻恩指出:「經典物理的決定論已表明是一種假象,是由於過分重視數理邏輯的概 念結構而產生的。它在探索自然中是一種偶像,而非理想,因此不能用它來反對關 於量子力學的基本上為非決定論的統計解釋」。「只要我們容許速度數據哪怕有最 小的不準確性, 決定論就要變成非決定論」。1972年9月狄拉克在意大利國際理論 物理中心所作題目為「物理學家的自然概念」的演講中說,量子力學「計算的是幾 率,……解釋是統計性的。……沒有經典力學中的決定論,這是物理學家不得不去 習慣的又一概念,他們必須放棄偏愛決定論的成見,而放棄這個成見是非常困難的」。 「不僅愛因斯坦一直反對量子力學,連普朗克、德布羅意等開闢量子力學基礎的人 們也對最後建立起來的量子力學或多或少都有些牴觸,……可以說,對建立新物理 學作出貢獻的人們有時也不能從舊想法中完全解脫出來。
  衝破傳統觀念的束縛
  對波函數統計解釋的不同態度,反映了新思想與舊習慣之間的深刻矛盾,要想 解決這個矛盾,必須犧牲某些傳統觀念。
  「科學總是革命的和非正統的,這是它本性」,其實質就在於不斷探索新領域, 發現新規律,創立新理論,並用新眼光評價或更新舊觀點。但是,傳統觀念總是把 已有理論當成包醫百病的萬應靈藥,希望它能解釋所有現象;對舊理論暴露出來的 弊病,總是習慣於修修補補,維持原狀;而對新的發現和創造總是極力反對,或想 方設法將其納入舊框架中。傳統觀念是科學發現、發明和創造的巨大障礙,它束縛 人們的頭腦和手腳,該想的不敢想,該干的不敢幹。特別是科學界某些權威受傳統 觀念影響嚴重時,造成的危害可能就更大了。由於過分迷信權威,如果科學發現有 權威反對,結果就會造成該承認的不敢承認,該支持的不敢支持,使得創造精神受 到扼殺,科學發展受到阻礙。因此,發展科學必須擺脫傳統觀念的束縛,破除對權 威的過分迷信,徹底解放思想,在科學的征途上,做新發現的勇敢支持者,新領域 的大膽探索者。
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  第十四章  「尚未絞決」
  ——相對論的厄運
  1905年,在物理學的地平線上,一顆耀眼的巨星騰空而起,像一把利劍,直刺 向不平靜的科學夜空。
  在瑞士的伯爾尼,住在克拉姆胡同49號頂樓裡的一個某專利局的小公務員經常 向人們侃侃而談: 一對孿生子,其中一個坐上光子火箭去宇宙空間旅行。1年後, 他回到家裡,發現自己的孿生史弟已經是白髮蒼蒼的老人,自己卻還是那樣年輕… …。 1千克煤中蘊藏了21萬多億千卡的能量,如果的馬這些能量全部釋放出來,可 供一個大城市消耗幾年……。
  10年之後,在德國的柏林,還是這個人,以柏林科學院院士的身份,在科學院 擠得水洩不通的講堂裡向人們發表演說:空間是彎曲的光線也會拐彎,宇宙在膨脹 和收縮……。講演者那深刻的思想,精闢的論述,在生動、幽默的趣談陪襯下,具 有一種特殊的魅力,使聽眾為之驚歎,為之傾倒。這位講演者就是在物理學家中負 有盛名的、 被譽為科學巨匠的阿爾伯特。愛因斯坦。(Albert Einstein,1879- 1955)。他所講的就是經過他嚴格科學推導而創立的、為現代物理學對發展開闢了 廣闊道路的全新的物理學體系——相對論。
  今天,相對論已經成為現代物理學的理論大廈最重要的支柱之一,人們對愛因 斯坦及其相對論也有了更廣泛地瞭解。不過,可以肯定地說,從科學史的角度,人 們知道的更多的是在愛因斯坦帶有神奇色彩的創造性工作,以及他所提出的深邃問 題和研究的輝煌成果。隨著相對論的問世,愛因斯坦的名字作為「智慧」、「理性」 的代名詞開始閃耀在全世界報刊上,撥動著人們的心弦。愛因斯坦一下子躍居於群 英薈萃的科學聖壇中最顯赫的位置。然而,科學鮮花從來都是在疾風暴雨中綻開的。 對於相對論的問世,人世間賜予愛因斯坦既有讚頌、欽佩和歡呼,也有譏笑、斥責 和咒罵。誰曾知曉,就是這個相對論和自然科學中其他一些改變人們傳統觀念的理 論一樣,也有過一段艱難曲折的歷程,遭受了厄運,在它身上,深深地烙著對習慣 勢力阻撓的拚搏,對反動階級扼殺的抗爭的斑斑印跡。
  科學的豐碑
  19世紀末,物理學已經有了相當的發展,似乎近於完美無缺了:研究物體的運 動,有牛頓力學;研究熱運動,有熱力學和統計力學;研究電磁波和光波,有麥克 斯韋的電磁場理論。因而,許多物理學家躊躇滿志,歎為觀止。他們普遍認為,理 論上的一些基本的、原則的問題都已經得到解決,這標誌著物理學已經發展到了完 整、系統和成熟的階段,所以,物理學的大廈就算建成了,以後的工作只不過是對 大廈地進一步裝修——在細節上不斷做些修正和補充,使理論更加完備;在計算上 再細緻一點,使常數更加精確。
  但是,正當人們在世紀之交為物理學的空前勝利額手相慶之際,以牛頓力學和 麥克斯韋電磁場理論為支柱的無比美好的經典物理學,卻在一些新的試驗面前顯得 無能為力。這些試驗表現出與經典物理學理論的尖銳衝突,使經典物理學瀕臨危機, 其中之一就是麥克爾遜實驗室測定的「以太」相對與地球的漂移速度是零。
  在相對論之前,牛頓提出了「絕對空間」、「絕對時間」、「絕對運動」的概 念。牛頓認為,空間和時間都同外界的任何事物無關,而且空間和時間二這之間也 是互不相干的:時間是一個獨立於空間的連續體,空間也是脫離時間而存在,兩者 都具有絕對意義。而所謂「絕對運動」就是相對於「絕對空間」的運動。那麼「絕 對空間」是什麼呢?當時,物理學家們普遍認為,整個宇宙充滿著一種叫做「以太」 的物質,這種被認為是不動的「以太」就是「絕對空間」的化身。這樣,就可以把 「以太」當作絕對參考系,有它可以決定宇宙間的一切物體運動的絕對狀態。
  二百多年來,建立在絕對空間和絕對時間之上的牛頓力學,再解釋宏觀低速現 象時獲得了巨大成功,因此,牛頓關於時間核運動的絕對觀點,一直是人們在時空 觀念上所奉從的信條。對於牛頓的理論,只有萊布尼茨表示過懷疑,馬赫提出過詰 難,此外,在沒有其他物理學家提出過問題。
  可是,麥克爾遜實驗卻判定,以太並不存在。這個試驗結果是經典物理學賴以 建立的絕對時空觀受到了嚴重的挑戰,是經典物理學出現危機的一個徵兆,他引起 了老一輩物理學家的震驚。這些經過了嚴格的經典物理學的訓練、對經典物理學感 情摯深、自己也曾為之做過許多貢獻的物理學家們,陷入了難以自拔的思維困境: 牛頓的絕對時空觀,是經典物理學的根基,根基被破壞,經典物理學的大廈豈不就 要倒塌了?
  在深刻的危機,嚴峻的考驗面前,經典物理學家們絞腦汁,、瀝心血,去挽救 「以太」,挽救絕對時空觀,欲以支撐住即將倒塌的經典物理學大廈。但是,年方 26歲的愛因斯坦卻以叛逆的精神,不拘陳見,敢於創新,擺脫了「以太」和「絕對 時間」、「絕對空間」的羈絆,經過深思熟慮,於1905年將他的不朽之作《論動體 的電動力學》一文公諸世上,從此產生了人類最寶貴的精神產品之一——狹義相對 論。而10年之後,物理學家們還在他的狹義相對論的山頂上徘徊、張望的時候,愛 因斯坦卻又跑到廣義的峰巔上去探視自然界的奧秘了。1916年,愛因斯坦把狹義相 對論繼續向前推進 , 發表了《廣義相對論基礎》,而建立了廣義相對論。狹義相 對論和廣義相對論的問世,改變了人們關於物理學大千世界的圖像,令人耳目為之 一新!
  愛因斯坦認為, 宇宙中根本就不存在「以太」 這個神秘的物質,而且也沒有 「絕對時間」、「絕對空間」。時間、空間、運動、質量都是相對的,而不是絕對 不變的,它們隨著物質運動狀態(勻速)的變化而變化,速度越高,變化越大。同 時,空間和時間存在著內在的不分分割的聯繫,二者可以互相轉化。這就是狹義相 對論。而廣義相對論所闡述的是關於時間、空間和萬有引力的理論。廣義相對論認 為,空間、時間不僅與物質的運動速度有關,而且還與物質的質量、分佈狀態有關。 在任何具有質量的物體周圍,教師存在引力場,在引力場的作用下,時間和空間發 生彎曲,質量越大,時空彎曲得越厲害。
  相對論不僅使經典物理學關於時間、空間、物質和運動的概念從內容上得到了 充實和完善,豐富了物理學成就的寶庫,而且也進一步證實了恩格斯關於時間和空 間是物質存在的形式這一英明的論斷。所以,相對論是一座不朽的科學豐碑,它的 誕生是唯物辯證法的偉大勝利。
  重重的磨難
  物理學在經歷著革命,可是革命者卻得不到支持。由於愛因斯坦創立的相對論 深深地觸動了當時占統治地位的形而上學觀,所以,相對論在物理學界和哲學界中 掀起了軒然大波,招來了眾人的非議。形而上學自然觀根深蒂固的那些物理學家和 哲學家,對相對論進行了激烈的反對和無情的嘲諷。特別是一些著名的經典物理學 家對愛因斯坦奔放不羈的思想、 離經叛道的舉動更為反感,難以接受他的理論。X 光的發現者倫琴就對承認相對論感到困難重重。他在一封信中寫到:「我仍感莫名 其妙的是,為了解釋自然現象,需要應用這樣高度抽像的理論和概念」。經典電動 力學的代表人物之一麥克斯。阿勃拉罕也對相對論以駁倒相對論,使「以太」這個 概念重新出現在物理學辭典中。還有許多實驗物理學家對愛因斯坦的學說抱懷疑態 度。邁克爾遜是愛因斯坦深為崇敬的實驗工作者,可他對相對論卻百思不解,至死 不悟, 始終用懷疑和嫌惡的目光來審視相對論。1931年,邁克爾遜79歲的時候,在 他們兩人平生第一次也是僅有的一次會見中,邁克爾遜曾懊喪地對愛因斯坦說,他 的實驗竟然對相對論這樣一個「怪物」的誕生起了作用,他對此甚至引以為憾。就 連洛侖茲這位對狹義相對論的產生起過重要作用的科學家,直到1928年(晚年時) 還表示對光的傳播沒有「以太」作載體難以理解。還有許多人甚至指責愛因斯坦的 真知灼見「違背常識」、「玩弄數學遊戲」、「標新立異」、「故弄玄虛」,一頂 頂壓抑科學思想的大帽子接踵而來,重重地扣到了愛因斯坦的頭上。
  然而,這僅僅是由於愛因斯坦對經典常規的超越和對現實傳統的背離,而引起 的傳統觀念和習慣勢力的阻撓。由於愛因斯坦科學成就的影響遠遠超出自然科學范 圍,因而真理與謬誤、黑暗與光明的鬥爭,也通過社會的渠道滲透到科學領域。在 贊成或反對相對論的爭論中,愛因斯坦的和平主義和反軍國主義以及他的猶太出和 身,又給他和相對論招致了災難:在德國,從本世紀20年代初開始到30年代,竟掀 起了一個持續多年反相對論的罪惡運動。愛因斯坦在物理學中所建立的全新理論體 系,成了納粹分子詆毀的箭靶,被列入射程;愛因斯坦也就受到了反動分子的惡毒 攻擊。科學被捲進了政治漩渦。
  1920年,戰爭的失敗使德國的軍國主義分子和極端民族主義者惱羞已極,瘋狂 的心理變態,促使他們四處搜尋發洩內心憤恨和復仇思想的替罪羊,而歷來被視為 日爾曼民族之世代仇敵的「猶太人」就當然躲不過他們虎視眈眈的眼睛。在這樣一 個黑暗的政治背景中, 排斥相對論,反對愛因斯坦的敵視行動開始了。2月12日, 柏林大學的一些反動學生在愛因斯坦講課時蓄意搗亂,使愛因斯坦被迫退出課堂, 忿然離校。此事鬧得滿城風雨,後經學生會從中調停,事情雖算平息下去,然實際 上對愛因斯坦來說卻是某種災難的前兆。果真不久,更兇猛反相對論的惡浪掀起, 誹謗、謾罵迅雷般地向愛因斯坦襲來!
  當時,柏林出現了一個以魏蘭德(P.Weyland)為頭目的組織。這個組織拉大 旗作虎皮,冠以堂而皇之的名字,叫做「德國自然研究者保持科學純潔工作小組」 (愛因斯坦諷刺它為「反相對論公司」)。它的宗旨就是要搞臭相對論,整倒愛因 斯坦。用愛因斯坦自己的話說:「它的眼前的目標是要在非物理學家的心目中貶低 相對論及其創建者我本人」。萬惡的魏蘭德四處頻繁活動,以其卑劣的手段弄來一 些來路不明的錢,以豐厚的報酬招兵買馬,而條件是為他們撰寫文章、發表講演, 攻擊相對論,辱罵愛因斯坦。重賞之下必有勇夫,幾個利令智昏的人跑到了魏蘭德 的旗子底下,為虎作倀,極盡造謠污蔑之能事,利用各種機會向愛因斯坦挑釁和攻 擊。
  1920年8月24日, 經過一番精心籌劃,魏蘭德和他的組織在柏林交響樂廳召開 反相對論大會,並且邀請愛因斯坦出席。會上,魏蘭德第一個跑出來發言,他遣責 愛因斯坦是「到處叫賣的小販」,「厚顏無恥的猶太人」。魏蘭德挑釁性的演說充 滿了惡毒咒罵和人身攻擊。緊接著發言的是一個叫革洋克(E.Gehrcke)的柏林物 理學講師,他企圖從專業角度來貶低而攻擊愛因斯坦。他污蔑相結論是「譁眾取寵」 ,並把當時尚未得到驗證的孿生子佯謬拿來作為攻擊愛因斯坦的證據。魏蘭德事先 還邀請了一位猶太哲學家,想讓他從哲學的角度來證明愛因斯坦的相對論是無稽之 談。但是,當這個人知道此次會議的目的時,便決定不參加會議了。
  過了一個月,第86屆德國自然科學家會議將在法蘭克福附近的瑙海姆溫泉舉行。 會議採納了愛因斯坦的建議,在會議議程中安排了關於相對論的討論。愛因斯坦坦 然地宣佈:「任何想反對的人,都可以到那裡去進行反對,把他的意見向一個適當 的科學家集會提出來」。
  為了在這個會議上再次向愛因斯坦進攻,魏蘭德指揮他的「反相對論公司」煞 費苦心地進行了準備,甚至幹出了無恥之尤的色當:用金錢來收買科學家,以孤立 愛因斯坦。愛因斯坦的好朋友埃份弗斯特(P.Ehrenfest)就收到了魏蘭德簽署的 收買信。
  9月21日, 會議在溫泉療養院大廳舉行參加會議的都是德國的大物理學家以及 科學界的一些名流,各界人才濟濟一堂。會上,德國實驗物理學家、1905年度的諾 貝爾獎金獲得者勒納(P.Lenard) ,對愛因斯坦和相對論進行了惡毒攻擊,妄圖 當眾將對手愛因斯坦徹底駁倒。而魏蘭德則在會場上密切注視著事態的發展,推波 助瀾,配合勒納的發言頻頻點頭以示讚許。
  魏蘭德之流更加肆無忌憚了!他們居然在柏林的報紙上狂呔:要「殺死愛因斯 坦」。對於如此露骨煽動謀殺的行徑,德國有關當局竟置若罔聞,沒有採取任何要 懲治和制止的措施。
  不斷升級的反猶情緒和好友們的勸告使愛因斯坦感到自己繼續在公開場合露面 已經不合適了。
  1922年7月5日,他在給普朗克的信裡提到,他已經被列入納粹分子揚言要捕殺 的名單中, 他沒有其他選擇,只好痛苦地離開這個城市。1922年9月18日,德國的 自然科學協會在萊比錫舉行成立100週年的紀念大會。 會上,勒納一夥對愛因斯坦 和相對論的攻擊其激烈和蠻橫的程度有增無減,反對的惡浪大有使相對論陷於滅頂 之勢,但是不少人對這種玷污科學的行為,都報之以強烈的憤慨。
  在這樣嚴重的情勢下,愛因斯坦被迫離開了柏林。1922年10月,他赴日本講學, 11月中旬途經上海時,他從瑞典駐上海領事那裡接到一份海底電報,電報宣告:瑞 典科學院已經決定授給他1922年度的諾貝爾物理學獎金。
  事實上, 愛因斯坦1905年所發表的三篇論文以及物理學中著名公式E=mc^2和 廣義相對論這五項成就,任何一項都是創造性思維的光輝結晶,對人們都有一種神 奇而巨大的影響力量。因此,根據正常標準,這些巨大的科學成就都應該獲得諾貝 爾獎金,其中相對論在整個文明世界更是壓倒群芳。可是,當愛因斯坦最後在1922 年被授予諾貝爾獎金的時候,卻不是因為對於相對論的研究,而是由於提出光量子 假說。瑞典科學院對相對論如此諱莫如深,與德國的反相對論運動有直接關係。勒 納、斯塔克早就叫嚷:如果給相對論的創立者頒發諾貝爾獎金,他們就要退回諾貝 爾獎金。現在,瑞典科學院把對愛因斯坦的授獎原因謹慎地說成是由於採用光量子 假說解釋了「光電效應」,這樣,德國的那些反相對論分子又可以恬不知恥地向人 們宣佈:相對論是不配得諾貝爾獎金的。儘管這樣,勒納竟然還向評獎委員會提出 抗議,指責對愛因斯坦光量子假說的研究工作給予如此高的嘉獎是太「輕率」了。
  1933年1月末, 希特勒爬上了國家元首的寶座,從此,德國的反相對論大合唱 更加緊鑼密鼓了。雖然愛因斯坦為物理學的發展建立了赫功勳,但這也不能使他免 遭希特勒的清洗。還在1931年,希特勒就曾扯著嗓子叫嚷過:即使是愛因斯坦那樣 的猶太人,也要滾開!殘酷的現實逼迫愛因斯坦失去了對德國的最後一線希望,他 產生了離國他去的想法。 3月10日,在美國的愛因斯坦向記者發表聲明,公開表示 不準備再回德國。並在一次為他舉行的招待會上,義正詞嚴地遣責希特勒法西斯的 暴政。
  愛因斯坦對納粹的抨擊,引起了法西斯分子對他更加激烈的反對。他在伯林近 郊的避暑寓所遭到了洗劫,他在卡普特的別墅受到了查封。
  同時,納粹政府教育部看到愛因斯坦不回德國的聲明後惱羞成怒,立即下令要 普魯士科學院給愛因斯坦以嚴厲懲罰。
  3月30日,普魯士科學院接受了愛因斯坦3月28日退出普魯士科學院的辭呈,並 在教育部長盧斯特(B.Rust) 的指使下,擬定了一個公開聲明。聲明宣稱:科學 院對愛因斯坦的辭職,並不感到遺憾。4月1日,這份聲明在報紙上公開發表。同一 天, 科學院作出了最愚蠢的舉動: 德國最大的科學院開除了最享有盛名的、堪稱 「國之瑰寶」的院士——愛因斯坦。
  愛因斯坦雖然離開了德國,可德國的反相對論運動遠未平息。1933年,勒納還 在納粹黨報《人民觀察》上發表文章攻擊愛因斯坦和相對論:「猶太學術界對自然 科學的危險影響的最重要例子就是愛因斯坦先生所提出的東拼西湊起來的數學理論。 這個理論包含了某些古老的知識和幾點武斷的附加物,現在它正像所有違背自然規 律的產物的命運一樣,正在逐漸分崩離析」。「允許相對論在德國獲得立足點」, 「把這個猶太人當作是一個好的德國人在科學領域以外也是一樣是多麼錯 誤!」過了兩年,勒納又一次用惡毒的語言攻擊相對論。勒納這個獲得諾貝爾獎金 的科學家卻成了法西斯的「衛道士」。
  法西斯的淫威到了令人髮指的程度: 焚書開始了。1933年5月10日,一個沾滿 了奇恥大辱的日子。那天午夜,在一片歡呼聲中,反動學生將幾萬冊書投進柏林國 家歌劇院廣場中央的火堆裡。這些書中既有馬克思、恩格斯、列寧、斯大林的著作, 也有愛因斯坦關於相對論的手稿。世界上最寶貴、最難得的精神食糧被跳動的火焰 無情地吞噬了,科學和文化在火光中化成青煙。
  1933年8月, 德國要懸賞、重金收買愛因斯坦的頭顱!後來,一位從柏林來的 朋友給落難奔走、飄泊異鄉的愛因斯坦帶來一本棕色封皮的畫冊。畫冊的第一頁就 是愛因斯坦的大幅照片,並附有羅列罪行的說明文字,文字的下面是一個括弧,括 弧裡面有四個小字:「尚未絞決」。
  深刻的啟示
  相對論發展的歷史是真理與謬誤鬥爭的歷史,也是進步與習慣、反動勢力鬥爭 的歷史,從某種意義上講它又是一部深遭災難的歷史。回顧這段歷史。可以從中得 到深刻的啟示。
  首先,愛因斯坦相對論蒙難的史實告訴我們:統治階級的階級利益制約著自然 科學的發展。列寧指出,期望在僱傭奴隸制社會中有公正不偏的科學,乃是一種極 愚蠢的天真。事實上,如果新科學成果與占統治地位的反動階級的階級利益之間發 生了根本的利害衝突,那麼,新的科學成果就必然遭到瘋狂的反對甚至扼殺。當然, 真理絕不會因為遭到反對而變成謬誤,他們對科學的踐踏必定是徒勞的,它改變不 了事物發展的總趨勢。然而,反動階級的干擾和破壞在歷史上確實起過阻礙科學技 術發展的作有。這一點,德國物理學的發展在鼎盛時期之後出現大休止符的事實已 經作出了見證。如果德國的反動階級不佔統治地位,科學沒有成為政治狂人歇斯底 裡的犧牲品,「物理學的教皇」愛因斯坦以及後來那些影響40、50、60年代科學水 平的科學家不被驅趕,那麼德國的科學教育事業又會怎樣呢?
  其次,愛因斯坦相對論蒙難的史實還可以啟示我們:科學發展的道路是艱難曲 折的,它每前進一步都要付出巨大的代價,尤其是當科學史處於轉捩時期。
  生產鬥爭和科學實驗的發展水平決定了自然科學的發展水平。所以,任何自然 科學理論都是特定歷史條件的產物。正因為如此,它有嚴格的適用範圍和使用條件。 從這個意義上說,任何科學理論都是不完備的,是相對真理。它只能從一定的側面, 在一定的深度和廣度上反映自然界的客觀規律。隨著生產鬥爭和科學實驗的發展, 科學理論也不斷從更高的層次上、更廣的範圍裡得到完善和提高。
  但是,實際上科學每前進一步,總要遭到世俗偏見桎梏的束縛。這往往是由於 人們對已經獲得的科學理論,盲目崇拜,將其絕對化,把本來需要進一步發展的理 論當作「終極真理」接受下來。這樣,一旦當已有的理論在某一個地方被突破時, 人們開始會瞠目結舌,迷惑不解;繼而排斥非難,橫加指責;甚至肆意抹殺,全盤 否定,給科學的發展造成阻礙。
  科學史上的歷次革命,都要打破許多所謂「終極真理」的舊框框,這種框框越 多,進行科學革命就越困難。所以,如果今天我們能自覺地運用唯物辯證法觀點來 認識自然科學中的一切科學理論,使「思想上不受權威和社會偏見的束縛,也不受 一般違背哲理的常規和習慣的束縛」。那麼,當新的科學發現問世時,我們就不致 感到離奇,並爭取把新的科學發現、科學理論立即承繼下來,融於我們的科學研究 之中,讓新理論盡快地顯現出它的重要價值和意義,自覺地為科學發現的完善和發 展開拓道路。
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  第十五章 「當真理碰到鼻子尖上的時候」
  ——氧氣發現及其歷史啟示
  氧氣的發現,經歷了一個較為漫長的曲折歷程。造成這種曲折的原因儘管是多 方面的,但主要還是發現者本人的主觀因素所造成。因此,總結這一深刻教訓,可 給後人留下許多有益的歷史啟示。
  (一)
  發現氧氣是18世紀的事。但人類關於氧氣的研究,卻可以追溯到遙遠的古代。 據史書記載, 公元8世紀,中國就曾經對大氣進行過研究,並把大氣分為陰陽兩部 分。到17世紀,羅伯特。波義耳(R.Boyle,1627-1691)通過對抽氣機及燃燒的 實驗,發現一些奇妙、有趣的現象。在真空中,火藥環只在受熱的地方才燃燒,但 一通入空氣,立刻全部燃燒。這些燃燒現象,使波義耳得出結論:「空氣有一些活 性物質不是被磷的煙霧消耗掉,就是被它馴化」。這給人們以啟發,那就是空氣中 含有兩種截然不同的氣體。此後,虎克(R.Hooke,1635-1703)也做了類似的燃 燒實驗,並得出結論,認為空氣中存在一種可以溶解可燃物體自身的東西。
  羅伯特。波義耳和虎克的實驗,對發現氧氣都是極為有益的。只要沿著這個正 確的思路去尋找空氣中那種具有活性的物質是什麼?氧氣就會很順利地發現。但科 學發現的道路是曲折的。在通往客觀真理的征途上,遇到任何一點障礙,都可能使 科學家猶豫不前,而大大推遲科學發現的時間。
  在氧氣發現過程中,最大的障礙,就是「燃素說」的提出。它使一些科學家步 入歧途,茫然而不能自拔。「燃素說」是英國人喬治。恩斯特。史塔爾繼承了約翰 .約阿希姆。帕克的《地下的自然哲學》中的學說,綜合了各家觀點,於1703年較 系統地闡述和發揮為完整的理論。史塔爾認為,空氣中有一種可燃的油狀土,即為 燃素。史塔爾所說的燃素是「火質和火素而非火本身」,燃素存在於一切可燃物體 中,在燃燒時,快速逸出。燃素是金屬性質、氣味、顏色的根源。它是火微粒構成 的火元素。按照「燃素說」的觀點,一切燃燒現象,都是物體吸收和逸出燃素的過 程。鍛燒金屬,燃素被釋放出來,金屬就變成了灰渣。但在金屬加熱過程中,燃素 不能自動分解,必須加進空氣,將燃素吸取出來,燃燒才能實現。18世紀初斯,這 種「燃素說」的理論曾歪曲地說明了大多數化學現象。儘管是歪曲的,牽強附會的, 但在當時,卻能「自圓其說」,被人們普遍地接受。就這樣,「燃素說」統治人們 的思想將近一個世紀,把人們從研究和探討燃燒原因、完全可能導致發現氧氣的正 確思路,引向歧途,致使氧氣的發現經歷了一個漫長的曲折歷程。
  (二)
  人類的科學發現,常常是經歷了一段艱辛、曲折的摸索之後,又回到原來的出 發點。1774年,英國化學家普利斯特列(J.Priestley,1733-1804)又進行燃燒 的實驗,在給氧化汞加熱時,得到一種新氣體,這種氣體既能助燃,又能支持人的 呼吸。事實上,普利斯特列已經得到了氧氣,但他不能正確地認識這種氣體。普利 斯特列由於受「燃素說」的影響,錯誤地認為,這種新氣體是「無燃素的空氣」。
  在普利斯特列之前,瑞典化學家捨勒在加熱硝酸鹽的過程中,也曾得到這種氣 體,並發現這種氣體能使點燃的蠟燭更加激烈燃燒。事實上,捨勒先於普利斯特列 也獨立地獲得了氧氣,但可惜,捨勒也是「燃素說」的信奉者,他錯誤地認為,這 種氣體是「火氣」,燃燒正是燃素與火氣的結合。
  就這樣,由於「燃素說」的束縛,在本來已經得到氧氣的情況下,還是沒有發 現氧氣。
  與此同時,拉瓦錫進行多次反覆的實驗,又經過長時間的醞釀,大膽地提出這 樣的假設:金屬鍛燒,並不是放出燃素,而是與空氣相結合而成新的化合物。如果 這個假設是正確的,那就一定能從這種鍛燒後的金屬灰燼中再將那部分空氣析出。 拉瓦錫沿著這個正確的思路,反覆做了多次實驗,都沒有找到理想的物質。當然, 這主要是實驗條件的限制。正當拉瓦錫一籌莫展的時候,1774年普利斯特訪問了巴 黎。在宴會上,普利斯特列向拉瓦錫介紹了他關於氧化汞加熱實驗的全部情況。這 使拉瓦錫一下子就豁然開朗。拉瓦錫沿著普利斯特列的思路,反覆進行了一系列較 為精確的定量實驗,最後終於找到了他所要尋找的那種純淨的空氣,當時他把這種 純淨的空氣命名為「氧氣」。就這樣,經歷了一段不平坦的道路,終於由拉瓦錫宣 告了氧氣的發現,從而推翻了長期統治化學領域的「燃素說」,同時,也結束了氧 氣發現過程中的蒙難史。氧氣的發現是化學領域裡的一場深刻革命。拉瓦錫在日記 中這樣寫道:「在我敘述了空氣從物質中釋放出來以及空氣與物質結合的全部歷史 後,這些(解釋上的)不同就會充分顯示出來。這個目的的重要性促使我全面地從 事這一工作,因為我覺得這注定要在物理學和化學上引起一次革命」。發現氧氣不 是一件尋常的事情,發現者必須具有革命批判的銳氣,衝破傳統「燃素說」的迷霧, 才能見到真理的曙光。所以說,伴隨著氧氣的發現,必然是化學領域裡的一場深刻 的革命。
  (三)
  氧氣發現的過程,對我們有哪些重要的啟示呢?恩格斯在談到氧氣發現時做了 如下的概括:「普利斯特列和捨勒析出了氧氣,但不知道他們所析出的是什麼。他 們為『既有的』燃素說『範疇所束縛』。這種本來可以推翻全部燃素說觀點並使化 學發生革命的元素,在他們手中沒有能結出果實。但是,當時在巴黎的普利斯特列 立刻把他的發現告訴了拉瓦錫,拉瓦錫就根據這個新事實研究了整個燃素說化學, 方才發現:這種新氣體是一種新的化學元素;在燃燒的時候,並不是神秘的燃素從 燃燒物體中分離出來,而是這種新元素與燃燒物體化合。這樣,他才使過去在燃素 說形式上倒立著的全部化學正立過來了」。恩格斯的這段論述,深刻地闡明了打破 「燃素說」舊觀念的束縛,是結束氧氣發現蒙難史的關鍵。普利斯特列正是因為相 信「燃素說」所以才「從歪曲的、片面的、錯誤的前提出發,循著錯誤的、彎曲的、 不可靠的途徑行進」,儘管他已經得到了氧氣,但卻沒有認識和發現氧氣。正如恩 格斯所說:「當真理碰到鼻尖上的時候,還是沒有得到真理」。
  與普利斯特列相反,拉瓦錫正是由於打破了「燃素說」的束縛,才成為化學史 上第一個真正發現氧氣的人。恩格斯一針見血地指出:「當人們發現燃燒的物體與 另一物體即氧氣相結合並且已取得了純氧的時候,就把——然而也還是經過守舊化 學家的長斯抗拒之後——這種偽說打破了」。其實,拉瓦錫並不是獨立地獲得氧氣 的科學家。普利斯特列也認為,拉瓦錫並不是獨立地獲得氧氣的人。可是,在化學 史上這個重大突破卻偏偏是拉瓦錫完成的。這也決非偶然。拉瓦錫較之普利斯特列、 捨勒等人的高明之處,就在於他真正堅持了唯物主義觀點,重視科學實驗和定量研 究的同時,用批判的態度審查一切舊觀念、舊理論,敢於衝破一切傳統思想,勇於 排除發現氧氣征途上的最大障礙——「燃素說」,所以他才成為化學發展史上真正 發現氧氣的人。
  氧氣發現的歷史給我們最重要的啟示,就是世界觀和方法論是關係到一個自然 科學家能否建樹科學勳業的關鍵所在。自然科學家的主觀因素,常常是加速和延緩 一項重大科學發現的直接原因。普利斯特列正是由於形而上學機械論的自然觀,使 他陷入「燃素說」的泥潭而不能自拔,儘管他已經把氧氣拿到手,卻未能結出果來; 而拉瓦錫卻能接過普利斯特列手中的氧氣,重新解釋燃燒,完成了化學領域裡的重 大發現。就是拉瓦錫已經使過去在燃素說形式上倒立著的全部化學正立過來的時候, 普利斯特列仍對拉瓦錫的氧化學說很不理解,依然固守「燃素說」不放。這就更加 有力地說明,一個自然科學家一旦被錯誤思想所束縛,要踏上真理的道路是多麼困 難啊!重溫氧氣發現的歷史,我們更加堅信,自然科學家應該是一個自覺的唯物主 義者。只有這樣,才能在科學的探索中不斷地獲得由必然到自由的飛躍。
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  第十六章  阿伏伽德羅常量背後的辛酸
  ——被長期擯棄的分子論
  1811年,意大利物理學家阿伏伽德羅(A.Avogadoro,1776-1856)提出了分 子學說。這一學說被長期擯棄,冷落了50年之久。這段化學發展史的曲折,很是發 人深省。
  (一)
  化學進入19世紀,  出現了突飛猛進的形勢。  1803年,  英國化學家道爾頓 (Dalton,1766-1844)發表了著名的原子學說。他認為,自然界存在著不可分割 的原子。不同元素的原子具有不同的質量。原子各以簡單整數比結合成化合物。這 一學說的核心是每一元素的原子以其原子質量為其特徵。道爾頓引入了原子量的概 念。原子學說合理解釋了當時已知的化學現象和有關的化學反應重量關係定律,所 以原子學說迅速為當時的化學界所承認。這一學說,對化學的發展,做出了巨大的 貢獻。但限於當時科學發展的水平和認識上的局限性,它還存在著不準確的地方。 他忽視了原子和分子的區別,認為單質都是同類原子的推積。單質在不斷分割過程 中,不存在分子這一層次。只有化合物才是分子(道爾頓稱為複雜原子)的組合。 這一錯誤論斷,給後來的化學發展帶來了意想不到的巨大困惑。原子學說既然認為 原子具有特徵重量,並且它們以簡單整數比相化合,那麼,理所當然地測定原子量 和確定分子式,就成為原子學說進一步發展的必然趨勢了。後來,原子學說的遭遇 和分子學說的建立,始終是和這兩個問題聯繫在一起的。很清楚,單是根據分析化 合物的質量百分比,來同時確定原子量和分子式是不可能的。只有這兩者之一是已 知的,才能確定另一個。但是在19世紀初,這兩者對化學家都舊未知的,道爾頓主 觀地假定了一個「最大簡度原理」,認為如果兩種元不只形成一種化合物,在該化 合物的分子中,只含有每種元素的一個原子等等。在1805年,水是唯一已知的氫和 氧的化合物。 所以水的分子式被定為HO.如果以氫的原子量等於1為標度,則氧的 原了量為8. 道爾頓根據他的假設,把一些化合物的分子式確定錯了。隨之,原子 量也都計算錯了。至此,原子學說遇到了難以解決的困難。這給化學的發展也造成 了相當長時期的混亂。
  當原子學說在原子量和分子式問題上遇到困難的時候,法國化學家蓋。呂薩克 (Gay Lussac,1778-1805),於1808年發表了氣體反應體積關係定律。他指出: 在相同溫度、壓力下,氣體反應中各氣體體積互成簡單整數比。他引用原子學說認 為,可能由於化合時的原子整數比,才形成了體積的整數比。即兩種化合氣體的體 積比和組成它們的原子數目比是致的。據此,他武斷地提出了一個假說,在同溫、 同壓下,同體積的不同氣體都含有相同數目的原子。他這種假定,暗示著氣體單質 都是單原子分子。如果事情真是如此,就可以立即得出,兩種元素的原子量之比, 恆等於它們同體積氣態單質的質量比。這一結論,很不確切,在我解決分子式問題 上,遇到很大困難,並遭到道爾頓的堅決反對。因為這一假說成立,那必然要導致 半個原子的存在。例如,合成的水分子中,就會存在半個氧原子。因為兩體積氫氣 和一全積氧氣化合,合成兩體積水蒸氣。存在半個原子,這是直接違背道爾頓原子 學說的。
  1811年意大利物理學家阿伏伽德羅,在蓋。呂薩克假說的基礎上,進行了合理 的推量,引入了分子概念。他假設氣態元素可以由多原子分子組成,並把它和原子 區別開來,成功地使分合體積的數據和原子不可分的概念統一起來。他認為,無論 是化合物還是單質,在不斷被分割過程中,都存在一個分子階段。並指出:在同溫、 同壓下,同體積的任何氣體,都含有相同數目的分子。值得指出的是,他認為各種 氣態單質分子一般都是雙原子分子。這是他失誤之處。阿伏伽德羅的學說,使半個 原子的矛盾,迎刃而解。一種化合物分子中的不同原子數目比,就是分子式,由形 成該化合物的各氣態單質的體積比求得。要測定分子量,只要把它變成氣體,測定 它的密度就可以了。根據分子式、分子量,當然就可以得到原子量。可以看到,這 些討論,都昌對氣態物質而言的。但是無論如何,阿伏伽德羅把原子學說和氣體反 就關係定律統一起來,使原子學說擺脫了困難,並使其進一步發展了。其實,稍微 推廣阿伏伽德羅的結論,不但可以完滿地解決當時迫切的原子量問題,而且還會有 力地推動化學的迅速發展。我們只要想一想阿伏伽德羅常數在化學中的重要性,就 可以理解它的重要作用了。但分子學說和阿伏伽德羅定律,競沒有得到當時化學界 和物理界的承認。英國、法國和德國的科學家們都不相信阿伏伽德羅的理論。這一 理論被冷落以致被埋沒了50年,在自然科學史上也是罕見的。他生前沒有多大名望。 他在化學上卻貢獻很大。但法國巴黎科學院和英國皇家學會,都沒有推薦他任院士 或會員。
  (二)
  分子論被冷落的原因是多方面的。這固然受到當時科學發展水平的限制。當時 所知道的氣體或空易氣化的物質還不多,用來測定物質基本量而收集到的可靠數據 多屬於不易揮發的無機化合物。對分子量測定很關重要而易揮發的有機化合物,在 當時時只是剛剛開始研究。作為客觀原因,也和當時人們的注意力多是集中在原子 量的測定,而對分子量的測定還不那麼迫切有關。但是,我們要充分認識到,當時 對化學影響很大的形而上學思想和形而上學的自然觀,嚴重地阻礙了人們對分子學 說的承認和肯定。情況大致是這樣的:當時化學界的權威道爾頓和瑞典化學家貝采 裡烏斯(Berzelius, 1779-1848)都強烈地反對分子學說。貝采裡烏斯的關於分 子構成的電化二元論佔據著統治地位。當時有一個法國科學家高丁(Gaudin,1804 -1880)曾對分子學說有著深刻的理解,並寫過支持分子學說的文章。但由於貝采 裡烏斯在化學界的威望很高,後來高相竟然也認為分子學說是錯誤的。在這種環境 下,分子學說的命運就可想而知了。
  貝采裡烏斯的二元論認為,各種原子都有兩極。一極帶正電,一極帶負電。但 一個原子上兩極所帶的電,其強弱並不相等。有的負電多於正電,總的看來顯負電 性;有的則正電多於負電,總的看來顯正電性。由於不同原子(包括複雜原子)帶 不同的電性,因而產生吸引力,由此形成化合物。例如,鉀(+)和氧(-)可以 生成氧化鉀。硫(+)和氧(-)可以生成硫酸。氧化鉀(+)和硫酸(-)可以 生成硫酸鉀。貝采利烏斯這一套理論叫做電化二元論。它雖然從一個側面反映了物 質相互化合的一些事實,但它的片面性是非常明顯的。它不是從結構上討論分子的 形成,而是把各種物質納入他的正負電二元論中,用一種模式企圖概括所有物質的 合成,結果出現牽強附會的現象。根據貝采裡烏斯學說,同一元素的原子必然荷相 同的電性,彼此是互相排斥的。因而單質是不可能形成多原子分子的。他激烈反對 分子學說。其實,貝采裡烏斯並沒有真正理解物質化合成鍵的本質,這是顯而易見 的。化學界在貝采裡烏斯理論的統治下,分子學說被認為是錯誤的。很多化學現象 用分子學說來說明本來可以輕而易舉,但竟被棄而不用,甚至被人們遺忘了。許多 人放棄了分子學說,繼續致力於原子量的測定。在以後的年代裡,分析技術雖然有 了很大的發展,也發現了一些與測定原子量有關的定律。但因分子式問題沒有得到 解決, 原子量的測定一直處於困境。法國化學家杜馬(Dumas,1800-1884)竟荒 唐地主張有機化學和無機化學應各有自己的原子量系統。在這種情況下,很多化學 家寧用由實驗直接得來無誤的當量,而不用莫衷一是的原子量。分子式的情況,也 眾說紛紜。HO既可以代表水,又可以代表過氧化氫。C2H4既可可代表甲烷,也可能 代表乙烯。反之,一種物質又可以有很多種分子式。這種情況一直延續了幾十年。 1839年杜馬由醋酸製出了三氯醋酸。在這裡,醋酸中正電性的氫,竟被負電性的氯 所取代,產生的物質,其性質並沒有多大變化。杜馬說:我所發現的事實與貝采裡 烏斯的電化理論相矛盾。堅持電化理論的人反對杜馬的取代學說。杜馬的實驗以及 後來的大量實驗事實,動搖了電化理論。由此,分子學說的復興和最後確立,額觀 上才成為可能。 而這一切功績應該歸於意大利化學家康尼查羅(Cannizaro,1826 -1910)。他在分子學說的確立上,起到了決定性的作用。但這已經是1860年的事 情了。他進一步闡明了分子學說,對蓋。呂薩克等人錯誤,一一加以澄清,並為確 定原子量提供了一個非常合理的途徑。 德國化學家邁耳 (Meyer, 1830-1895) 1864年在他所著的《近代化學理論》一書中對分子學說積極給予推薦。因此,分子 學說逐漸得到了世界範圍的承認。
  (三)
  分子學說的建立,經歷了半個世紀。這段歷史,給了我們許多有益的啟示。在 自然科學發展史上,一種新理論的創建,由於認識的、歷史的多種原因,境遇往往 是很不同的。阿伏伽德羅的分子學說是適應原子學說進一步發展的一個歷史必然步 驟,但卻長期被世人擯棄。機械唯物論有一個很突出的特徵就是把人們的一些認識 絕對化。貝采裡烏斯的電化理論反映了化合現象的某些規律性,有其歷史的價值。 當時共價鍵的理論還沒有被闡明。雖是如此,但企圖把一切化合作用都看成為鹽的 生成模式,以偏概全,就必然導致理論上誤入歧途。原子學說是具有劃時代意義的 成就,它為近代化學發展奠定了基礎。道爾頓在原子學說方面的正確思想一旦為主 觀主義的「最大簡度原理」所束縛,在理論上就無法向前推進一步。他的這種「原 理」不能不說是受了他本人形而上學思想的限制。
  人們的認識是一個歷史的過程。由於受科學發展水平和思想方法的限制,人們 不能簡單地、直線地揭示出某些特定過程的客觀規律性。一種理論,通過曲折的道 路才最後得到確認,這是可以理解的。但我們也明顯地看到,科學一旦離開辯證唯 物主義哲學思想的指導,就往往會導致令人惋惜的後果。當我們有意識地運用正確 的思想來指導我們的實踐時,就可以避免那些歷史曲折,使我們對客觀物質世界的 認識,達到自由王國的彼岸。
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  第十七章  從「癡人說夢」到天才預言
  ——元素週期律發現的前前後後
  化學元素週期律的發現,是19世紀自然科學的重大成就之一。它不僅給自然科 學特別是化學的發展以巨大的影響,而且對辯證唯物認義自然觀的確立和發展也起 到了不可低估的作用。但是,在這一規律發現的前前後後,卻經歷了艱難而曲折的 鬥爭,其中,自然科學家們表現出的追求真理,堅持真理,不懼冷嘲熱諷、輿論非 難和權威壓抑的科學精神,給後人留下了極為深刻的教益和啟示。
  (一)
  19世紀的頭十年,是化學發展史上令人矚目的十年。在這短短的時間裡,新發 現的元素竟達14種之多。它們比18世紀以前人類全部認識的元素三分之一還多。
  這些新元素的發現, 一方面使1789年拉瓦錫(Lavoisier,1743-1794)提出 的四類(即氣、非金屬、金屬、土質)元素分類法受到了嚴重的衝擊而瓦解,同時, 又在化學家面前提出了一系列新的問題。
  自然界裡究竟有多少種元素?未知元素的尋找有無規律可循?新元素的性質是 怎樣的?其性質能否預測?
  所有這些問題都集中在一個焦點上:元素之間有無內在的必然聯繫,是什麼樣 的聯繫?
  正是這個問題迫使人們對已知元素不得不進行深入的重新認識。
  1829年,德國的化學家貝萊納(J.W.Dobereiner,1780-1849)首先敏銳地 察覺到已知元素所表露的這種內在關係的端倪:某三種化學性質相近的元素,如氯, 溴,碘,不僅在顏色、化學活性等方面可以看出有定性規律變化,而且其原子量之 間也有一定理的關係,即:中間元素的原子量為另兩種元素原子量的算術平均值。 這種情況,他一共找到了五組,他將其稱之為「三元素族」。
  儘管他找到的規律僅能說明局部,而且使人感到偶然性的成份更大,但是,這 種從事物本身來說明事物,尋求聯繫,由定性到定量的過渡卻代表了本質上正確的 新方向,開了尋找元素間規律的先河。
  在此之後,長達40年的時間裡,這方面的探索工作一直沒有停止過,總計有90 起之多,其中具有代表性的如:
  1857年, 法國人尚古多(B.De Chancortois,1820-1886)提出的關於元素 性質的《螺旋圖》;1864年,德國的邁爾(J.L.Meyer,1830-1895)發表的《六元素表》;1865年,英國人紐蘭茲(J.A.R Newlands,1837-1898)發表的關於元素性 質的《八音律》等等。
  從《三元素組》到《八音律》的三十多年間,被組織起來的元素越來越多,它 們之間的規律性也越來越明顯了。在這些向真理逼近的工作中,科學家們付出了巨 大的代價,鋪平了通向打開週期律大門的道路。
  1869年,同1842年因能量守恆與轉化定律被幾個人不約而同發現而載入物理學 史冊一樣,元素週期律由門捷列夫(。。MeheeB,1834-1907)和邁爾同時 提出而載入化學史冊。
  (二)
  然而,新生事物的出現往往不是一帆風順的。週期律的探求者們不僅要在同自 然界的奮鬥中耗費精力,而且還要承愛來自社會方面的攻擊和非難。
  在法國, 尚古多的《螺旋圖》 受到了巴黎科學院的冷遇。他雖然在1862年和 1863年先後把有關這方面的三篇論文、圖表和模型送交科學院,但一直沒有被接納;
  在德國,邁爾的《六元素表》由於遭到非難,在當時也未能及時公佈於世;
  在英國,紐蘭茲在化學學會上提《八音律》時,不但沒有受到歡迎,反而遭到 了嘲笑。英國化學學會會長福斯德森教授還當場質問紐蘭茲:「是否嘗試把元素按 字母的順序排列,這樣可能得到更精彩的符合!」英國化學會也拒絕發表他的論文。
  在俄國,門捷列夫的阻力更大。一些知名的學者,包括他的導師,「俄羅斯化 學之父」沃斯克列森基教授和化學界權威齊寧一開始就不支持他從事這項研究,嘲 笑他不務正業。還訓斥他說:「到了幹正事、在化學方面作些工作的時候了!」
  還有一些人說什麼,門捷列夫的週期律是科學研究中「不能依靠」的「一種普 遍分類法」,來加以排斥和貶低。
  對於門捷列夫的這些工作,連邁爾也曾表示過懷疑,認為他在「薄弱」的基礎 上來修改當時公認的原子量,是近乎「魯莽」的行為。
  更有甚者,一些人竟對此報之以挖苦和譏諷:「化學是研究業已存在的物質的, 它的研究結果是真實的無可爭辯的事實。而他(指門捷列夫)卻研究鬼怪——世界 上不存在的元素,想像出它的性質和特徵。這不是化學,而是魔術!等於癡人說夢!」
  這種幾乎來自當時所有科學大國,學術權威的冷落,嘲諷,壓制和詆毀,使這 一科學發現本來就十分曲折的道路,變得更加陡峭和險峻,其結果是令人痛心的。
  尚古多的研究成果被推遲了整整20年,直到1889年,1891年才先後被翻譯出版, 這不僅在一定程度上影響了對元素週期發現的進展,而且使法國科學界沒有起到在 這一重大發現中應起的作用;
  紐蘭茲在英國科學界和權威的巨大壓力下,不得不放棄這一重要理論問題的探 索,轉向制糖工藝的研究,這不僅使本來頗具希望的紐蘭茲本人失去了進一步深入 研究,獲得更好成果的可能性,也使英國化學學會和權威們不得不承受歷史上的難 洗之恥;即使週期律發現之後,由於種種原因,使這一重要的科學成果仍遲遲不為 科不界公認。
  (三)
  經過五年多的沉默,事實終於說話了。
  1875年,門捷列人根據週期律所作出的對新元素的預言第一次得到了證明:法 國人布瓦博德朗(P.E.L de Boisbaudran, 1838-1912) 發現的新元素「鎵」 (Ga)正是門捷列夫預言的「類鉛」。
  1879年,瑞典化學家尼爾森(L.F.Nilson,1840-1899)發現了新元素「鈧」 (Sc),又一次證實了門捷列夫預言的「類硼」,是完全正確的。
  1886年, 當德國科學家克勒(C.A.Winkler,1838-1904)看到自己發現的 「鍺」(Ge)正是門捷列夫在16年前就已預言過的「類硅」時,驚奇之餘,用一段 極為精采的話說明了這一科學發現的無可爭辯的真理性:「再沒有比『類硅』的發 現能這樣好地證明元素週期律的正確性了,它不僅證明了這個有膽略的理論,它還 擴大了人們在化學方面的眼界,而且在認識領域裡邁進了一步!」
  恩格斯也曾高度地讚揚了週期律的發現,他說:門捷列夫「完成了科學上的一 個勳業,這個勳業可以和勒維烈計算尚未知道的行星海王星的軌道的勳業居於同等 地位。
  (四)
  歷史是現實的一面鏡子。儘管元素週期律從發現到現在已經過去了一百多年, 當時週期律發現者面臨的那些烏去早已消散殆盡,但是認真從中汲取有益的教訓, 對今後科學發現盡量減少不必要的阻力,仍是大有裨益的。
  回顧19世紀初自然科學發展的情況,正如恩格斯所指出的那樣:當時,「經驗 自然科學積累了如此龐大數量的實證的材料,以致在每一個領域中有系統地和依據 材料的內在聯繫把這些材料加以整理的必要,就簡直成為無可避免的」。這種形勢, 迫使自然科學家面對理論思維,每一個科學家都面臨著一種選擇:要麼適應這種形 勢,適應客觀辯證法運動規律作出貢獻;要麼站在對立面上,自覺不自覺地成為科 學前進的阻力。
  門捷列夫是屬於哪一種呢?還是看一看他自己的回答吧:「人們不只一次問我, 根據什麼由什麼思想出發而發現肯定了週期律?讓我盡力來答覆一下吧!……當我 考慮物質的時候……總不能避開兩個問題:多少物質和什麼樣物質?就是說兩種觀 念:物質的質量和化學性質……因此自然而然就產生了這樣的思想;在元素的質量 和化學性質之間,一定存在著某種聯繫,物質的質量既然最後成為原子的形態,因 就應該找出元素的特性和它的原子量之間的關係」。
  顯而易見,他是屬於前一種人:在客觀上,門捷列夫順應了自然科學辯證發展 的形勢,在主觀上,他又在自己的科學研究中,自發地站在唯物主義立場上,運用 了辯證法的相互聯繫思想和量變質變等規律。正因為如此,他才勢如破竹,高屋建 翎,不僅一舉完成了週期律的發現,而且在幾方面都要比進行同樣工作的人勝過一 籌。他認識到了,當時人們的認識可能帶有的片面性(原子量並非絕對的標準); 經驗材料的局限性(原子量測定可能有錯誤);人們認識的發展性(留出了新元素 的空格);自然科學的可利用性(預測新元素的性質)等等。
  也正因如此,他所制定的週期律就具有高度科學創造性和驚人的預見性,能經 受百多年來科學實踐發展的各種檢驗, 如惰性元素的發現,元素特徵X射線譜,核 外電子結構和量子力學理論,同位素,放射性元素等的一系列考驗,成為科學的真 理。
  門捷列夫在發現週期律的前後,所遇到的各種阻力,歸根結底是形而上學自然 觀統治的結果。「這個陳腐的自然觀,雖然由科學的進步而被弄得百孔千瘡,但是 它仍然統治了19世紀整個上半葉,並且一直到現在,一切學校裡主要還在講授它」。 「儘管自然過程的辯證法性質以不可抗拒的力量迫使人們不得不承認它,因而只有 辯證法能夠幫助自然科學戰勝理論困難的時候,人們卻把辯證法和黑格爾派一起拋 到大海裡去了」。其結果,是引起理論思維的混亂和紛擾。這種狀況使得科學發達 的民族,也難於站在科學的最高峰。英、法等國科學界,不僅因此而喪失了達到對 元素規律性認識的科學高峰的機會,而且探索週期律的科學家都遭到了種種困難。 這種非難以各種形式,通過多種渠道,有時潛移默化,有時甚囂塵上,造成這一科 學發現前前後後的巨大阻力。而這種阻力,歸根結底是形而上學自然觀作用的結果。 它從反面告訴我們,作為一個自然科學家,時刻遵循唯物辯證法,警惕形而上學思 想侵襲的重要性。
  這裡特別是要指出的是:門捷列夫在發現週期律的過程中,儘管深受形而上學 造成的阻力之苦,然而到了晚年,自己卻又以權威、名家的身份,對新的科學發現, 如:原子的複雜性和電子的客觀存在持否定態度。他曾說過:我們應當不再相信我 們已知單質的複雜性。並宣佈:關於元素不能轉化的概念特別重要……是整個世界 觀的基礎等等,而這種而上學思想的侵襲,就阻塞了他進一步揭示科學真理作出重 大發現的道路。
  今天,當元素週期律同萬有引力定律一樣,已經成為普通中學生所具備的知識 的時候,從元素週期發現過程引出的教訓也應為任何一個從事自然科學學習的研究 的人的基本常識,那就是:自然科學工作者在時刻注意克服形而上學的哲學影響的 時候,不能僅僅滿足於一個自發的唯物主義者,而應當「作一個現代的唯物主義者, 作一個馬克思為代表的唯物主義的自覺擁護者,也就是說屬作一個辯證唯物主義者!」。
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  第十八章 「無稽之談」
  ——受權威們責難的電離學說
  1884年瑞典化學家阿倫紐斯(Arrhenius, 1859-1927)提出的電離學說,是 化學發展中的一次帶有革命性的重要發現。它同原子論、分子論和元素週期律等學 說一起,共同奠定了現代化學的理論基礎。阿份紐斯由此榮獲了1903年的諾貝爾化 學獎金。但是,電離學說從剛剛誕生起就遭到了化學權威們的嘲諷、責難和打擊, 以至不得不在經歷了一場艱苦和激烈的鬥爭以後才得以確立。
  一個新學說的提出
  1799年,意大利物理學家伏特(A.Volta,1745-1827)發明了電池以後,化 學家戴維(Davy, 1778-1829) 、 法拉第(Faraday,1791-1867)、格羅特斯 (Grotthuss,1785-1822)、希托夫(Hittorf,1824-1914)、拉烏爾(Raoult, 1830-1901)和克勞胥斯(Clausius,1822-1888)等人就陸續開展了電化學和溶液 理論的研究,並取得了不少重要成果。但是,對於溶液中電解質性質的認識,主導 的看法卻仍然是認為只有在外界電流的作用下電解質才可能離解為帶電的離子。這 樣就還未能揭示出電解質溶液的本質,阻礙著化學的發展。
  1882年,年僅32歲的青年學者阿份紐斯,在前人成果的基礎上進行了溶液導電 性的研究。他在實驗中發現,氨氣本身雖然並不導電,然而其水溶液卻可導電,而 且溶液越稀,導電性越強。1883年,他對這一現象進行了深入的理論分析。他認識 到,要想得到解釋,就必須打破流行的傳統觀念,假定溶液中的電解質在無外界電 流的作用下,就可以存在兩種形態,即非活性(分子)態和活性(離子)態。當溶 液稀釋時就可以使前者更多地轉化為後者,從而使導電度增強。他並依引撰寫出科 學論文,準備進行博士學位的答辯。1884年,他在此基礎上發表了題為《電解質的 導電性研究》的論文,公開提出了電離學說。
  不久,新學說就進一步得到了許多科學實驗的證實。1886年,著名德國化學家 奧斯特瓦爾德(Ostwald, 1853-1932)在研究酸的催化作用中發現,酯的水解速 度和蔗糖的轉化速度,都取決於酸解離後生成的氫離子的濃度,證實了酸是發生了 電離。同年,著名荷蘭化學家范霍夫(Vant Hoff)在研究電解質溶液的滲透壓(P) 時發現,實際測出的P值總要比理論(依公式PV=PT)計算出的P值高很多,需要附 加上一個係數(I) 進行校正(使公式成為PV=Irt)由於P值的高低系取決於溶液 中溶質的微粒數目的多少, 因此,P值的增高就是微粒數目增多的表現,是電解質 電離成更多離子的證明。此外,阿倫紐斯又從溶液的導電率、滲透壓和冰點降低等 不同側面對I值進行了精確有測定, 驚人的發現都是一致的。這說明此類不同側面 的現象原來都是同一的電離過程的種種表現。 因此,I的存在正是對電離學說的一 個定量的、更有力的證明。這樣,電離學說就從一個科學假說提升為一個精密的定 量的科學理論。對此,阿倫紐斯在1887提又發表了題為《關於溶質在水中的離解》 的論文,其中引用了更為精確的實驗結果,並以「電離」和「電離度」等明確的概 念代替了「活化」和「活化係數」等不大明確的概念,對電離學說進行了比較全、 系統和深入的闡述和論證。至此,一個具有科學創見的新學說終於最後形成了。
  傳統偏見勢力的發難
  阿倫紐斯學說用嶄新的思想揭示了電解質溶液的本性,破除了當時流行的權威 理論的束縛,這使它從一向世起就遭到了以一些化學權威為代表的傳統偏見勢力的 發難。
  1883年,  阿倫紐斯把新學說的思想匯報給了母校瑞典烏普薩拉大學的克列維 (Cleve,1840-1905)教授這位化學家曾因發現狄(Ho)等稀土元素而聞名於世, 同時在地質學和植物學的研究上也有很高造詣。阿倫紐斯熱切期望能得到他的支持 和幫助。然而沒有想到他在聽了以後,卻毫不掩飾地大加嘲諷說,阿倫紐斯的想法 「純粹是胡說八道」,是把「鼻子伸進不該去的地方」了。阿倫紐斯後來回憶說, 他是「讓我明白,要他再細聽這種滑稽可笑的議論,就要降低他的身價了」。
  1884年, 阿倫紐斯在烏普薩拉大學博士學位答辯會上宣讀了論文後, 教授們 「個個怒不可遏」,覺得難以容忍這種「荒謬絕倫」的想法,認為「純粹是空想」。 克列維說,「我不能想像,比如,氯化鉀怎麼會在水中分解為離子。鉀在溶液中能 獨立存在嗎?任何一個小學生都知道,鉀遇水就產生強烈反應,同時形成氫氧化鉀 和氫氣;氯的水溶液是淡綠色的,又有劇毒。可是氯化鉀的水溶液卻是無色的,完 全無毒」。他們認為,這些事實似乎就充分「證明」電離學說是一種「無稽之談」 了。新學說在烏普薩拉大學遭到了幾乎所有化學家和物理學家的冷遇。然而實際上 正是這些專家們自己未能分清原子和離子的本質區別而犯了錯誤。
  對電離學說的責難並不止此。當阿倫紐斯論文公開發表以後,就遭致了更大規 模和更加猛烈的攻擊。英、德、法、俄等許多國家的化學家,其中包括一些在聲望 上遠遠超過克列維教授的著名化學家,都群起而攻之,形成了一條國際化學界的反 對陣線。為首的就是大名鼎鼎的、以發現元素週期律而享有極高盛譽的俄國化學家 門捷列夫, 此外還有以研究溶液理論著稱的英國化學家阿姆斯特朗(Armstrong, 1848-1837),以發明溶液滲透膜聞名的法國化學家特勞貝(Traube,1826-1894), 以研究溶液電動現象受到德國人民尊敬的德國化學家魏德曼(Wiedemann) ,以建 立「溶液蒸汽張力」定律知名的俄國化學家柯諾瓦洛夫(Kohobaob,1856-1929), 以及化學家皮可林(Pikering)和別凱托夫(eketob)等等。他們認為,由於電 離學說違背了戴維和法拉第所建立的經典的電化學理論, 因而是「奇談怪論」 , 「不值一提」,遲早會被推翻。對此,門捷列夫預言說,「這個假說隨著時間的轉 移將佔有如燃素論所早已佔有的那種地位」而必將失敗。它像燃素學說一樣,雖然 也「曾有過不少熱心的捍衛者」,然而卻是在「捍衛一種不正確的假說」。電離學 說受到了傳統偏見的暴風雨般的打擊,嚴重地影響了這一新學說的確立和傳播。
  「離子主義者聯盟」的最終勝利
  年輕的阿倫紐斯在化學權威們的攻擊面前並沒有表現怯懦、動搖和喪失信心。 他堅信自己從科學實驗中概括出來的學說是正確的,並決心為捍衛科學的真理而進 行一場不屈的鬥爭。 正如化學家帕爾美(Palmaer)評價他時所說,「他那真正瑞 典人的性格——特別好鬥,然而又溫厚,並同那有聲有色的幽默相結合,就使他能 夠在戰鬥時很好地認清事態」。他勇敢地投入了鬥爭。
  為了尋求知音者的支持,他在那次論文答辯後的第二天,就把論文分別寄給了 另外幾位著名的化學家奧斯特瓦爾德、 范霍夫、克勞胥斯和梅耶爾(Meyer,1814 -1878)等人,徵求他們的意見。這些化學家同門捷列夫等人的保守態度相反,都 給予了積極肯定。特別是奧斯特瓦爾德頗感興趣,還不遠千里親自來烏普薩拉同他 一起討論。范霍夫也很重視新學說,稱讚它是「物理化學史上的一次革命」。這樣, 阿倫紐斯、奧斯特瓦爾德和范霍夫等三人就組成了一個鞏固的「離子主義者聯盟」, 團結一致,共同向保守勢力展開了鬥爭。他們的人數雖然不多,然而卻掌握著可靠 的事實,被譽為是一支「能征善戰」和不斷取得勝利的「離子學家的奇軍」。鬥爭 的不斷勝利,使阿倫紐斯深受鼓舞。他說,自己能夠「經歷並直接參加如此蓬勃的 科學發展,乃是一種唯有幻想才能及的最大幸福」。
  但是,舊思想在一些化學家的頭腦中還是根深蒂固的。許多化學家仍然在報刊 和雜誌及學術會議上不斷攻擊電離學說,「告誡」青年千萬不要醉心於那種狂妄的 荒謬的新學說。阿倫紐斯不得不寫出一篇篇文章進行批駁。他同奧斯特瓦爾德和范 霍夫等人一起回答了諸如電解質電離的能量來源,電荷相反的離子未成對結合的原 因,親和力強的電解質反而易電離的道理等一系列具體問題,進一步提高了電離學 說的說服力。1889年門捷列夫又發表了《溶質離解簡論》,對電離理論進行了再次 抨擊。阿倫紐斯則立即予以回擊,強調指出,雖然門捷列夫的觀點得到了許多著名 化學家的支持,但是也「不能同意這位偉大的俄國化學家的見解」,因為他「忽視 了構成離解理論的那種東西的主要部分」,沒有看到「大量的物理化學問題都是靠 了滲透壓和電離理論才得到解決的」。
  經過了反覆和艱苦的鬥爭以後,電離學說逐漸贏得了越來越多科學家的承認。 著名德國物事學家普朗克(Plank, 1858-1947)以他嚴謹的熱力學觀點給予了有 力支持。 著名奧地利物理學家玻爾茲曼(Boltzmann,1844-1906)和著名荷蘭物 理學家范德華(Vander Waals,1837-1923)等人也都積極肯定。電離學說提供的 大量科學事實已經是無可非議和無可辯駁的了。這樣,電離學說終於征服了一個個 艱難險阻,取得了最後勝利,促進了化學進展。
  電離學說的確立,消除了電解質溶液滲透壓反常的矛盾,解釋了酸的催化作用 機理,揭示了酸的氫離子的共同本質,建立了原子和電子的聯繫,並為價電子理論 的形成提供了前提。它闡明了溶液電導和冰點降低等一系列物理化學現象的實質, 並奠定了做為「離子科學部門」的分析化學的理論基礎,使其從一種操作技藝提升 為一門科學。此外,它還指導了所有溶液化學反應(也是大多數化學反應)的研究。 它的確立,無愧是繼原子論、分子論和元素週期律之後,在化學發展中取得的又一 重大理論成果。
  電離學說的作用還遠遠超過了化學學科本身的界限。它進一步溝通了化學和物 理學的聯繫,促進了物理學的發展。它還有力地指導了制鹼制氯、熔鹽電解和有色 冶金等生產實踐,使化學工業和冶金工業取得了重大進展。它「被證明在現代科學 一切部門中都舊適用而有益的」。因此,有的科學史家把電離學說視為19世紀科學 發展中的「最大總結之一」是並不過分的。阿倫紐斯作為電離學說的創建者獲得了 一系列崇高的榮譽。1901年當選為瑞典皇家科學院院士。1903年榮獲英國皇家學會 的戴維勳章。同年,又榮獲諾貝爾化學獎的獲得者。1905年至1927年間榮任諾貝爾 物理學和化學研究所的理事長,直到逝世。這些榮譽,正是他和他的「離子主義者 聯盟」在捍衛科學真理的鬥爭中所取得勝利的標誌。
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  第十九章  廿年寒窗無人問
  ——曾被忽視的「前線軌道」理論
  日本化學家福井謙一在50年代初提出「前線電子」和「前線軌道」的概念,到 60年代中期發現前線軌道的對稱性可以解釋和預測化學反應結果,創立前線軌道理 論,這是第二次世界大戰以後化學理論方面最重大成就之一。但是,由於日本國內 長期忽視,西方化學界很晚才引起注意,因此,直到1981年才榮獲諾貝爾獎金。時 間正是他寄出前線軌道理論方面第一篇論文之後的30年。
  福井獲獎受到高度讚賞
  1981年10月19日晚10點,從斯德哥爾摩傳出令人驚喜的好消息,瑞典皇家學院 宣佈,日本京都大學的福井謙一教授以「前線軌道理論」「發展了有關化學反應過 程的理論」 ,與美國康奈爾大學的霍夫曼(R.Hoffmann)教授分享1981年度諾貝 爾化學獎。福井謙一獲得諾貝爾獎金,引起日本科學界一片歡騰,特別是福井所在 的京都大學工學部,更是熱鬧非常。為瞭解福井情況,直接來訪的記者絡繹不絕, 訊問獲獎者消息的電話連續不斷。到20日早晨,人們爭相向福井教授熱烈祝賀,使 這種氣氛達到高潮。當天晚上7點30分,京都NHK電台播出這條特大新聞;在緊接著 出版的各種有關報刊和雜誌中,發表了大量祝賀和評論文章,高度讚賞福井先生的 學術成就、科學工作和獲獎意義。
  福井謙一於1918年10月4日生在日本奈良縣大和郡山市,自幼勤奮好學,用5年 時間讀完6年制小學, 用4年念完5年制中學,  經大阪高等學校考入京都帝國大學 (現為京都大學) 工學部化學科學習。1941年3月畢業,從事與軍工有關的航空燃 料方面的研究;1943年8月任該大學工學部燃料化學教研室講師;1945年3月升為副 教授;1951年1月任教授,主講燃料化學教研室第四講座(現石油化學高溫講座), 還主持過第二講座;1971年到1973年曾任京都大學工學部主任。福井謙一教授思想 活躍,治學嚴謹,在長期從事化學、化工教學和研究中取得優異成績,撰寫出大量 論文和著作,特別是集研究成果之大成的《化學反應同電子的軌道》和《定向和立 體選擇理論》等名著,在化學界影響很大。1962年,由於對共價化合物電子狀態與 化學反應關係的研究獲日本學士院嘉獎。 1981年5月,被選為美國國家科學院的外 籍院士。1982年,福井從京都大學退休後,仍然興致勃勃地繼續進行化學反應路線 理論的研究工作。
  福井是第四位榮獲諾貝爾獎金的日本科學家(日本有三位諾貝爾物理學獎獲得 者:1949年湯川秀樹、1965年朝永振一郎、1973年江琦零於奈),也是第一個分享 諾貝爾化學獎的東方人。福井謙一獲得諾貝爾化學獎,在日本科學界引起很大反響。 日本分子科學研究所的長倉三郎認為,這是「1981年作為日本戰後35年自然科學發 展的轉折點」的「重要標誌」,使「日本自然科學界,特別是化學界看到了明確的 方向和希望」。福井謙一的合作者、日本京都大學工學部教授米澤貞次郎說,福井 的獲獎成果前線軌道理論「已經作為理解化學反應本質的一大貢獻而得到高度 評價」。很多日本學者把福井獲獎看成是推進日本科學新進展的良好機會。世界各 國化學界同行也高度讚賞福井謙一創立的前線軌道理論,英國牛津大學物理化學主 講裡查德(G.Richards) 博士認為,福吉和霍夫曼的工作「是加給有機化學廣闊 領域的一種巨大激勵,他們研究結果的頂點是形成了武德沃德霍夫曼規則,這恐怕 代表第二次世界大戰以後有機化學發展方面最重要的一步」。可以認為,他們的理 論是認識化學反應過程發展道路上的一個重要里程碑,對繼續進行深入的研究的人 們具有極大的鼓舞作用。
  敢於突破提出前線軌道理論
  福井謙一本來是京都大學工程系的大學生和研究生,他所從事的學習、教學工 作屬於應用化學,是一位傑出的實驗化學家。他科學興趣廣泛,在燃料化學、催化 工藝學、催化理論、化學反應過程理論以及與分子科學相關的很多邊緣學科,都進 行過研究並取得成果。然而,他與眾不同的是,特別注重應用化這理論問題的研究, 在量子力學方面造詣很深。這固然與他所在教研室一貫重視基礎理論的傳統有關, 但更主要的還在於他理論聯繫實際,把基礎研究與應用研究有機地結合起來,找到 突破的方向,形成獨特的風格:這就是站在理論的高度,「使經驗色彩濃厚的化學 盡可能非經驗化」。福井確信,如果沒有這種非經驗化,化學本身以及它在工業上 的應用,都不可能得到進一步發展。
  長期以來,流行於有機化學的傳統意子理論,用「整個分子中全部電子分佈的 變化來說明化學現象」,並不注重區別看待各個不同軌道和電子「在化學反應中所 扮演的不同角色」。福井謙一則在全面分析各軌道和電子在化學反應中變化的情況 時,抓住主要矛盾,充分看出分子中結合得最鬆散的電子(即能量最高的電子)在 反應過程中的特殊作用,並以此為突破口,創造性地提出了前線電子和前線軌道理 論。
  1951年10月29日,(幾乎是福井榮獲諾貝爾獎金的30年之前),美國物理學會 的《化學物理》雜誌收到福井謙一等三位日本化學家的一篇簡短論文,題目是「芳 香烴化學反應活性的分子軌道理論」 ,發表在該雜誌1952年第4期上,作者在這篇 只有4頁的論文中說: 「我們發現,電子密度最大的位置最容易受到條電或氧化性 試市劑的進攻」,首次用「特定軌道電子密度同反應活性的關係說明芳香烴每個位 置上反應能力的差別」 .1953年5月31日,該雜誌的編輯又收到福井謙一等四位日 本化學家合寫的論文「芳香烴、雜環芳烴和其它偶聯分子定向的分子軌道理論」, 發表在1954年第8期上。 在以後的著述中,福井繼續發展和完善了他的前線軌道理 論。到60年代中期,他與霍夫曼幾乎同時而又各自獨立地發現,前線軌道的對稱性 可以解釋以前難以理解的化學反應過程。
  福井謙一的前線軌道理論,應用量子力學計算電子密度和描繪能級圖的方式, 把簡單分子軌道理論向前推進一大步,在不使用大型電子計算機做複雜的精確計算 時,也能較好地推測和解釋一些化學反應的條件、產物和反應機理。前線軌道稱為 前線軌道;最高佔據軌道中的電子在化學反應中具有特殊重要地位,稱做前線電子; 反應條件取決於前線軌道的對稱性。前線軌道理論計算簡單,圖像直觀,便於理解、 掌握和應用,現已廣泛流行於有機合成,生命科學和藥物制備等各個領域。而「最 高佔據軌道和最低空餘軌道的英文首母縮寫HOMO和LUMO也已成為有機化學家之間最 常用的基本術語」。
  前線軌道理論長期遭到冷遇
  「但是,福井的早期理論並未引起人們注意,直到60年代中期,由於霍夫曼和 武德沃德理論的建立方使這一理論受到普遍的重視」。據《科學的美國人》雜誌援 引諾貝爾獎金委員會授獎公告說:「早在25年以前,福井謙一就曾提出分子的化學 反應活性在很大程度上受它們束縛得最鬆散的軌道電子的某些波動必的影響,但是 他的前線軌道理論在當時幾乎沒有引起化學家們的注意」。
  特別值得指出的是,在日本國內,福井謙一教授的創造性科學研究成果受到了 不應有的冷遇。正像西方一家報刊評論的那樣,福井的前線軌道理論「在他自己的 國家卻未能得到多少人的常識」。事實上,福井有關前線軌道理論的頭兩篇論文, 首先發表在美國的雜誌上,而不是在日本的刊物中,這在一定程度上反映出前線軌 道理論在日本國內的處境。福井自己也坦率地承認,當他的觀點「成為新的理論時, 日本人採取了非常保守的態度」,說得客氣一點,福井謙一教授的「國仙同行很可 能忽視了」他的這一新理論。
  人所共知, 美國的科學雜誌是宣告科學新進展的主要媒介。 但是,福井等人 1952年1954年先後在美國《化學物理》雜誌上發表的兩篇重要論文,並沒有引起多 大的反響。不僅在日本國內長期無人問津,而且在西方化學界也很少有人引用,有 些化學家對福井謙一和他的前線軌道理論毫不瞭解。英國皇家化學會的一本刊物在 介紹1981年諾貝爾獎金獲得者時,在福井謙一教授照片下面所寫的說明竟是:「福 井,直到大約10年前他的有影響的創造性論著翻譯成英文之前,在講英語的世界中 對他的工作認識是相當不夠的」。
  「對前線軌道理論做出肯定的評價,經歷了漫長而以崎嶇的道路」,從第一篇 論文發表到費來明(I.Fleming,著有《前線軌道和有機化學反應》一書)等人的 最初支持,前線軌道理論度過了十分蕭條的第一個10年。這與福井因前線軌道理論 榮獲諾貝爾獎金後,立即贏得廣泛稱頌的熱烈景象,形成了鮮明的對照。前線軌道 理論最後得到肯定,與1965年武德沃德和霍夫曼提出的「軌道對稱性守恆」原理緊 密相關。軌道對稱性守恆原理強調化學反應中特殊分子軌道的對稱性的作用,而這 種特殊原理強調化學化應中特殊分子軌道的對稱性的作用,而這種特殊分子軌道正 是福井所提出的前線軌道。可以認為,這也就是霍夫曼與福井謙一分享1981年諾貝 爾化學獎金的背景。霍夫曼的理論提出之後,歐美化學界對福井謙一的前線軌道理 論給以很大注意,引用福井前線軌道理論也越來越多,例如,武德沃德和霍夫曼的 重要著作《軌道對稱性守恆》一書,引用福井的論著有十幾篇次。這樣一來,日本 國內也開始重視福井謙一在前線軌道理論方面的研究成果。
  福井謙一的前線軌道理論, 起初在日本國內沒有知音, 這同江崎玲於奈發現 「隧道效應」的情況幾乎完全一樣。江崎的發明是1958年在日本利用國內條件做出 來的,但是當他剛剛完成這項研究工作時,在國內並沒有得到正確的評價,反而遭 到批評,甚至是近於刻薄的批評。因此,江崎的發明在日本「開花」,而「果實」 卻結在美國。江崎對此深為遺憾,他認為,如果他的國內同行能夠早一些認識到這 項開創性研究工作的意義,及時地繼續研究這項發明在半導體和超導技術方面的應 用,「那麼1973年榮獲諾貝爾物理學獎金的三個人不就都屬於日本的了嗎!」與此 相似,如果日本國內對福井的前線軌道理論及早認識並繼續研究和向前發展,不僅 福井獲獎用不著這麼晚,而且此項成果的獲獎者也將全部都是日本人。
  潮流傾向和障礙
  福井謙一前線軌道長期被忽視的原因是多方面的,各種因素互相關聯,問題比 較複雜。起初,前線軌道理論沒有找到適當的數學方程式,在解釋和預測化學反應 方面所取的成功,主要借助於簡單的休克爾(E.Huckel0分子軌道理論對大量化學 實驗資料進行概括,並非依靠高深的數學推導和精確的數值計算,似乎是理論與經 驗結合的直觀定性方法。福井理論與當時西方利用大型計算機做精確計算,以求化 學純理論化的一股潮流,特別是「那種『只見樹木不見森林』,忘了化學而單純追 求理論精密化的傾向」(實際是把化學問題簡單化了)大相逕庭。看起來前線軌道 理論好像把複雜問題簡單化了。然而,這恰恰體現了福井謙一教授的獨創精神和前 線軌道理論真正價值。
  第二次世界大戰以後,美國成了科學發現和發明的主要發源地,美國科學雜誌 是宣告科學進展的主要媒介,這給人們造成「人云亦云」錯覺。在科學界形成了一 股東方看西方,西方看美國的潮流。一些科學記者甚至包括科學家自己在內,他們 之所以注重某項科學成果,僅僅是因為西方,特別是「在美國得到了常識或被贊同」 .福井提出前線軌道理論的初期,日本正處於戰敗後的經濟恢復階段,戰爭的災難 和沉重的壓力還沒有完全解除,卑屈之感時隱時現,科學尚處於重新起步的發展時 期。在這種情況下,福井高水平創造性的科學發現,在日本國內沒有碰到知音是不 足為怪的。福井先生說,當他的觀點剛剛成為新理論時,日本人採取了非常保守的 態度,「可是一旦你和你的理論在美國或歐洲受到人們的常識和重視時,便立刻風 馳電掣般地擴展到日本」。
  前線軌道理論長期被忽視,還有兩條特殊的原因:其一是日本在工藝技術方面 的發展優勢掩蓋了基礎理論研究上的某些相對薄弱環節;其二是日本語在對外進行 學術交流時的語言障礙。
  福井謙一認為,國內同行忽視他的新理論,是因為「在日本沒有多少科學家是 從理論的角度在運用它」,「日本在工藝學上的優勢有時的確掩蓋了在純科學研究 方面的某些相對薄弱的情況」。日本人以善於模仿著稱於世,但這並不是說日本民 族沒有創造能力,問題是缺乏適當的社會環境和心理因素。戰後日本經濟的技術迅 速發展,固已取得很大成績,然相比之下,科學創造和理論發現則顯得黯然失色了。 現代物理索尼研究中心的菊池誠先生直言不諱地指出:「我們日本人一旦有了明確 的目標,就會強烈地全力以赴地向前去探索、去認識,然而在確定個新目標時,也 許求知慾就沒那麼強烈了」。這種情況也與日本教育有一定關係。在歷史上,日本 就是「尊孔之國」,它的教育思想受儒家影響很深。孔子教育思想的弊端是偏重已 有知識的傳播,而不注意誘導學生通過自己的觀察和思考去獨立地探索、發現和創 造,常常把記憶和背誦現成書本做為衡量學生成績好壞的標準,這在一定程度上阻 礙了學生的科學發現和創造思維的發展。對科學研究工作影響的結果,容易出現迷 信權威、偏重書本、循規蹈矩和照章辦事的傾向。然而科學最需要的卻是勇敢探索, 努力發現,大膽創新。
  日語是漢字與日文符號混用的語言,這在世界上是絕無僅有的。學習和掌握日 語比較困難,特別是對於習慣使用英語等西方語言的人問題就更大了,這就大大限 制了日語論文和書籍的讀者。由於語言上的障礙,影響了日本科學對外的傳播,要 想使西方廣泛瞭解日本的科學成果,就需要把論文譯成英語等西方語言。
  發展科學需要適宜的政策
  分析前線軌道理論長期被忽視的原因,能夠從中找到有益的教訓和啟示。日本 的一些有識之士,在慶祝福井獲獎的高興之餘,沒有忘記日本仍然存在某些不利於 科學發展的弊端,並提出建議和希望。長倉三郎指出,「創造」在科學技術中具有 「特殊的重要性」,科學創造性的發揮「需要適宜的政策」,「基礎研究與應用研 究有著緊密的關係」 . 京都大學的兒玉信次郎也希望,「以福井獲獎為轉機」, 「在應用化學研究中注意純化學理論的研究」,以便使日本的「純化學、應用化學 和化學工業都取得較大的發展」。
  高水平的科學發現在國內碰不到知音甚至遭到反對的現象,不只在日本有,在 其它一些科學尚處於發展階段的國家中也程度不同地存在著。在我國,1982年10月 榮獲國家發明一等獎的陳惠波,他發明「斜軋曲線和復合曲線軋輥」的論文,起初 一些雜誌竟因觀點不同拒絕發表。後來《金屬學報》決定刊登。可是,「文章剛一 發表,國內許多行家和學者持不同意見,幾乎陷於『四面楚歌』的境地」,不僅有 「不同觀點的爭論」,而且有「某種門戶之見」,甚至還有「責難」。
  科學發現、發明和創造,需要很多條件,物質的、精神的、社會的、心裡的、 ……,社會環境影響尤為突出。由於各國具體情況不同,需要把發展科學的一般規 律同本國實際情況結合起來,制定適宜的政策,以利於發揮人的聰明才智,鼓勵探 索勇氣和創造精神,使本國的科學事業較快而順利地發展。在國際上,廣泛進行學 術交流,取人之長,補己之短,對發展科學和繁榮經濟已是迫不及待的問題了。但 是,學習外國的先進科學技術,不應盲目崇拜外國,特別要防止民族虛無主義的自 卑心理束縛科學創造精神。
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  第二十章 「事修而謗興」
  ——沈括改革方法的坎坷歷程
  沈括(1031-1095)不僅是我國北宋時期一位有經世之才的傑出政治家,也是 一位學識淵博、成就卓絕的自然科學家。《宋史。沈括傳》說他「博學善文,於天 文、方志、律歷、音樂、醫藥、卜算無所不通,皆有所論著」。他晚年所著的《夢 溪筆談》是一部十幾萬言的皇皇巨著,內容極其豐富,反映了我國古代尤其是北宋 時期自然科學所取得的偉大成就,記載了他自己許多精闢的學術見解。沈括和他的 著作在我國科技史上佔據著特別突出的地位,在世界科技只上也享有很高的聲譽。 日本數家三上羲夫稱讚沈括說:「日本的數學家沒有一個比得上沈括,……沈括這 樣的人物,在全世界數學史上找不到,唯有中國出了這一個人」。英國著名科技史 家李約瑟也認為沈括是「中國科學史上最奇特的人物」,《夢溪筆談》是「中國科 學史上的座標」。
  但是,沈括這樣一們文武雙全的政治活動家、世界第一流的科技人才,一生中 卻歷盡坎坷,在政治上和學術上都屢遭排斥和打擊。沈括所處的時代,北宋地主統 治階級內部革新派與守舊派的鬥爭十分激烈。宋神宗熙寧二年(1069提),地主階 級革新派的代表王安石被任命為宰相,開始進行大規模的變法運動。沈括積極參預 變法活動,受到了王安石的器重,擔任過管理全國財政的最高長官三司使等許多重 要官職。在這同時,他也被守舊派視作眼中釘,多次遭到誣陷,兩度被罷官降職。 沈括在政治上是一個堅定的革新派,在科學研究中更是一貫敢於提倡新說,反對墨 守陳規。沈括的科技發現和學術創見很多,但大都是在同腐朽的儒都經學傳統勢力 進行反覆鬥爭後才取得的。自先秦以來,僵化的儒教經學曾束縛住了中國歷史上無 數知識分子的手腳,把他們的主要精力都吸引到「齊家、治國、平天下」的政治目 標和自我道德修養上去,而把一切真正具有認識價值的科學知識一概貶作、君子不 齒「的」方技「。而且這種傳統的儒教經學具有極其頑固的抗變性和保守性,只要 誰稍稍」有乖於聖學經義「,就會被扣上」離經叛道「的罪名,受到輕則毀譽、重 則家破人亡的嚴懲。因此,中國古代許多曾見諸史籍的重要發現和發明,都在漫長 的歲月中被淹滅了。沈括在自己的學術生涯中,同樣未能逃脫這樣的厄運。他的許 多學術成就都曾被作為異端而遭受排斥,有的甚至被埋沒了數百年。這種情況特別 典型地表現在乳對曆法的改革方面。
  北宋頻繁的曆法改革活動
  宋王朝建立之初,進入了一個社會相對穩定的時期,七八十年的長期統一與和 平,為社會生產的發展創造了有利條件。和唐代相比,宋代的經濟在農業、手工業、 商業和國外貿易等方面都有了巨大的發展。經濟的發展、生產的需要,直接導致了 宋以後科學技術的發展高潮。在這一科技發展高潮中,天文學佔據著顯著的地位。
  當時航海業的發展提出了精確測定天體位置的要求,農業的發展則需要依據更 準確有曆法來精細地安排農事。而這一時期冶煉和機械製造工藝水平的提高,又使 得一些大型、精密天文儀器的製造成為可能,從而大大改進了天文觀測的精度,這 樣就把天文觀測和曆法計算中的矛盾揭示得越來越深刻。正是人們的生產鬥爭和科 學實驗促成並推動了北宋頻繁的改歷活動。在這一時期內,幾乎每個皇帝在位時都 頒布過新歷。從北宋開國(960年)到京城開封被金兵佔領(1126年),這167年間 就頒布了9個曆法,平均每18年就要進行一次曆法改革。
  科學技術的發展固然是由社會生產所決定的。但在階級社會中,統治階級總是 要求科學技術服從自己的階級利益,為本階級的統治服務。因此,社會對於科學技 術的需要能否實現,往往在很大程度上又取決於統治階級對科學技術的認識和所採 取的政策。北宋歷代皇帝對曆法改革都是比較重視的,但是他們這樣做的目的並不 在於積極發展科學事業,而主要出於政治需要。因為曆法是否準確,除了與農業生 產和人民生活有關,還與統治階級的命運有著緊密的聯繫。在封建統治階級看來, 曆法與天象相吻合,正好說明朝廷的統治與天意是一致的。統治階級總要借天象欺 騙人民,同時自己也受天象的控制。北宋時期由於經常受到北方的遼和西夏的侵擾, 國勢較弱。又由於階級矛盾尖銳,農民不斷舉行起義,因此統治階級特別迷信於天 象,總是希望能從天象中突擊探出老天爺的意向。正由於這個原因,曆法才受到北 宋歷代皇帝的重視,在一定程度上促進了這一時期的曆法改革活動。
  但是,統治階級一方面把曆法作為鞏固封建統治的工具,另一方面又害怕人民 利用曆法來造自己的反。為了把曆法牢牢地掌握在自己手裡,壟斷對天意的解釋, 北宋朝廷頒布過嚴禁私習天文的法令。天文學研究和編製曆法本來是一種學術活動, 但由於它和封建帝王的利益聯繫在一起了,就使得曆法改革隨時有可能被捲入政治 鬥爭的漩渦,那些有志於改革曆法的人也必然會經常受到來自封建統治階級的巨大 壓力,有時甚至遭到迫害。
  北宋頻繁的曆法改革,一方面說明這個時期天文觀測水平的先進,很容易發現 曆法預報的誤差。另一方面,正如沈括分析的那樣,根本問題在於沒有以實測資料 為根據,大多數改歷只不過是就最近幾次的預報誤差作一些局部改動,以求一時湊 合。這樣的曆法,行用一段時間就一定會出現新的更大誤差。但這並不是說北宋的 曆法改革就毫無成就,當時由沈括主持編修的《奉元歷》就是一部具有一定科學內 容的好曆法,而沈括晚年提出的「十二氣歷」則更是一項根本改革曆法制度的科學 創議,是我國天文學史上最優秀的曆法之一。
  由整頓司天監、編修《奉元歷》引起的風波
  沈括研究天文是從1066年入京到昭文館編校書籍時開始的。他充分利用能接觸 到大量皇家藏書的條件,認真研究前人留下的寶貴的天文資料和理論見解,並結合 當時生產實踐中一些新的經驗和自己的慎密觀測,提出了不少有價值的觀點,受到 了人們的重視。例如,他正確地闡明了月亮盈虧的道理,論證了日、月的形狀都是 球形;他又詳細探討過日、月食發生的原因,並初步運用了日、月距離黃、白道交 點遠近的觀點來說明食分的大小,這與現代天文學的觀點是完全一致的;他還較準 確地計算出了日、月軌道交點退行的度數,很接近於今天的實測數值。沈括獲得的 這些學術成就,使他很快就聲名大振。1072年,宋神宗決定指派他兼任提舉司天監, 於是他正式做了研究天文的官員。
  司天監的主要任務是觀測天象,推算歷書。但在那時,司天監內儘是一些倚仗 封建官僚權混進來掛名領薪的歷官,對「法象圖器,大都抵漫不知」。因此,自宋 初以來的各次改歷,只能是把各種數據適應性地改動一下,以求暫時相符罷了,很 少有人注意用實測資料作為改歷的依據。這些掛名的歷官不僅自己無能,而且嫉賢 妒才,總是千方百計排擠真正有才學的人。沈括上任以後,決心首先要好好整頓一 下這個充滿官僚習氣的學術機構。他一下就罷免了六個飯桶官員。接著又錄用了一 批人士,並為他們開辦了技術培訓班,培養一段時間後就安排到監內擔任實際工作。 這些改革措施使司天監的氣象為之一新,當然也使沈括與封建保守勢力之間的對立 變得尖銳起來。特別是沈括親自推薦並積極支持的淮南平民衛樸進行改歷工作一事, 這在當時更是一種悖世駭俗的舉動,所以遭到了封建保守勢力更加猛烈的攻擊。
  早在沈括入監前,宋神宗就曾命令歷官修造新歷,但遲遲沒有成功。沈括兼任 提舉司天監後,與衛樸通力合作,終於在1074年修成了新的《奉元歷》。《奉元歷》 確定以365.243585日為一回歸年,雖比現在實測的365.2422日稍大一點,但比以前 所行的宋歷都要準確得多。
  編修《奉元歷》的工作並不是一帆風順的。為了使新歷更精確,衛樸主張必須 從根本上改革從唐代《大衍歷》以來一直沿用的閏朔法。但是這個主張遭到了封建 保守勢力的強烈反對,認為這樣做違反祖宗舊制,是毫無根據的。結果,衛樸的這 個合理主張根本無法貫徹下去。可是,沈括的態度十分堅決,他支持衛樸用日晷進 行了實地測試,證明要將舊朔法提早五十多刻,才與實測數據相符。他們用事實有 力的回擊了保守派的非難,終於把富於革新精神的修歷總方針確定下來了。
  除此之外,在修歷方法上也引起了爭端。沈括和衛樸認為必須改變過去單靠推 算來修歷的方法,而應以實測資料為根據,即從觀測五星的運行情況入手來編修新 歷。這個設想立足於觀測事實,無疑是正確的。如能得以實現,新歷必然會大大超 過以往所行用的各種曆法。但是那批不學無術的歷官是不會容忍這些的,因為新歷 的成功只會更加暴露他們自己的無能,所以他們又串通一氣竭力反對,改革受到百 般阻撓。沈括後來回憶這一事件時說:「衛樸造歷,氣朔已正,但五星未有候簿可 驗。……是時司天歷官,皆承世族,隸名食祿,本無知歷者,惡樸之術過已,群沮 之,屢起大獄。雖終不能搖樸,而候簿至今不成」。當時的形勢十分險惡,封建保 守勢力已經把一場學術爭論引導成為政治鬥爭,企圖使衛樸受審下獄,對其進行政 治迫害。在沈括的保護下,保守派陷害衛樸的陰謀未能得逞。但因衛樸是個盲人, 他雖有驚人的記憶力並能運算如飛,可是要取得觀測數據卻非得依靠別人。保守勢 力的阻撓和破壞,使衛樸始終未能獲得有關五星運行情況的實測資料。這就給新歷 留下了先天不足的病根,大大影響了《奉元歷》的精確度。沈括指出:「樸之歷術, 今古未有」,但由於「群歷人所沮,不能盡其藝」,在「別無天象文籍參證,止據 前後歷書詳酌增損」的條件下,衛樸只能糾正以前歷書中那些明顯的錯誤。據衛樸 自己估計,《奉元歷》的精確度只達到了五六成。結果,在《奉元歷》頒行的第二 年,預報的一次月食就沒有應驗。這時保守勢力又趁機發難,朝廷也向衛樸追究責 任。在這種情況下,沈括再次挺身而出,替衛樸和新歷辯護,並提出了補救措施。 沈括親自組織天文院的學生用渾儀、浮漏、圭表進行測試,每天記錄天象,所得資 料交給衛樸用新歷參較,遇到不完善的地方馬上審行改正。經過一年多的努力,衛 樸重修過的《奉元歷》果然比以前更精確了。連宋神宗也不得不承認:「提舉司天 監近校月食時分, 比《崇天》 、《明天》二法,已見新歷為密」。沈括也認為, 《奉元歷》雖然沒有達到應有的水平,卻仍不失為一部令人比較滿意的好曆法。
  由於編修《奉元歷》的工作從一開始就受到了嚴重的干擾和破壞,沈括和衛樸 的全面改歷計或沒有完全實現。但《奉元歷》畢竟行用了19年之久。可見它的確具 有一定的科學內容。沈括和衛樸都有過人的學識和才能,但是他們生活在腐朽的封 建時代,保守的官僚政治勢力不容許他們真正有所作為,對他們施加了重重壓力, 設置了種種障礙,使《奉元歷》的精度大打折扣,甚至竟沒有讓《奉元歷》留傳下 來,使我們今天無法更具體地瞭解其中所包含的科學內容。另外,沈括在司天監期 間,還對一些老式天文儀器和渾儀、浮漏、景表等進行過精心的改革,取得了很大 成績。 但在沈括離開京城以後, 這些改革過的天文儀器也遭到了排斥,被說成是 「沈括以意增損,器成數年不能定,與浮漏、景表不應」。沈括改制過的新儀器都 被棄置不用,反而重新鑄造了一套老式儀器。再者,經過沈括整頓後的司天監,本 來已經面貌一新,工作有了很大起色。但當沈括一離開這個職位後,封建保守勢力 馬上捲土重來,不久司天監也就「其弊復如故」了。凡此種種,說明那怕是沈括這 樣一位有一定政治地位的大科學家,在封建社會裡也不可能充分發揮共聰明才智。 唐朝的韓愈在《原毀》一文中早已發表過「事修而謗興,德高而毀來」的感慨。這 就難怪中國古代許多重要的科技發現或發明,都沒有能夠傳播開去、流傳下來。拿 沈括來說,他晚年提出的《十二氣歷》,就被淹埋達八百年之久。
  被埋沒八百多年的《十二氣歷》
  自春秋戰國以來,我國就發展了一種「月令」思想,認為只有在某個特定的月 份裡才能進行某種生產、政治或宗教活動,如果違背了這個秩序就會受到老天爺的 懲罰。這種思想反映了農業社會受自然條件支配的實質。西漢以後,月令逐漸定型 下來,受到封建統治者和廣大人民的重視。其實嚴格說來,一定地區農業生產活動 的日期主要應根據氣候變化來進行安排,而氣候變化的基本因素是地球圍繞太陽的 運動,它表現為節氣。中國古代一貫是陰陽曆交用的,因此在曆法上存在一個根本 問題,  就是陰陽曆之間的調合問題。   我們知道,   月亮繞地球的運轉週期為 29.530588天, 地球繞太陽的運轉週期則為365.242216天,這兩個數互除不盡。這 樣,以十二個月來配合二十四節氣的陰陽合歷就始終存在矛盾。雖然我們祖先很早 就採用了閏月的辦法來進行調整,但是歷日與節氣脫節的現象還是時有發生。為了 解決這個問題,沈括經過長期周密細緻的研究,提出了一個徹底改革的方案,這就 是他的《十二氣歷》。
  《十二氣歷》是沈括晚年在《夢溪筆談補筆錄》中提出來的。他首先討論了置 閏法。他說,置閏法是古代遺留下來的,本來不應議論。但是有許多事情古人不可 能預見到,而有待於後世發現。只要所說的是真理,就不應該有什麼古和今的區別。 沈括肯定了事物運動變化具有規律性,反對盲從古人,認為學術思想應該不斷有所 發展,不能老是停留在前人的水平上。這些思想都是難能可貴的。
  他接著討論了曆法中出現的「氣朔相爭」現象。認為產生這種現象的根本原因 在於,一年有十二個月,一月有二十九天,兩者互除不盡。雖有閏月的方法來進行 調節,但「閏生於不得已」,是一種無可奈何的補救方法,不能根本解決問題。他 得出結論說,寒去暑來,萬物生長衷亡的變化,主要是按照二十四節氣進行的,而 月亮的圓缺與一年農事的好環並沒有很大關係。以往的曆法僅僅根據月亮的圓缺來 定月份,節氣反而降到了次要地位,這是不應該的。正是從以上考慮出發,他提出 了經純陽曆取代陰陽合歷的建議,這就是《十二氣歷》。沈括指出,只有純陽曆才 能把節氣固定下來,從而更好地滿足農業生產對曆法的需要。
  《十二氣歷》把一年分為四季,每季分為孟、仲、季三個月,以立春那天為孟 春之月的首日,以下類推,用節氣來定月份。每月有大月小,大月三十一日,小月 三十日,大小相同,把閏月完會去掉。即使有「兩小相並」的情況,也不過一年中 出現一次。有「兩小相並」的年份為365天,沒有的年份為366天。至於月亮的圓缺, 為著某些需要,只在歷書上註明「朔」、「望」,作為一般內容。
  沈括《十二氣歷》的提出,是曆法制度方面一項帶根本性的變革,它既簡便又 科學,既符合天體運行的實際情況,又十分有利於農事安排,從根本上解決了曆法 適應農業生產需要的問題,是中國古代曆法中的一個優秀代表。現在公認,這樣徹 底的一個陽曆,不僅比當時西面通用的「儒略歷」合理得多,而且比現在世界各國 採用的公歷「格列高利歷」(即陽曆)還要合乎理想。「格列高利歷」十二個月的 大盡、小盡安排得還不是合理,節氣還有一天上下的偏差。遠不如沈括的《十二氣 歷》。農民的春耕、夏種、秋收、冬藏都要依照節氣而定,《十二氣歷》特別適合 勞動人民的需要,如果當時能被採用,勢必有利於農業生產的發展。但是,封建統 治階級卻並不關心這一切。在他們看來,陰陽合歷是沿用了千百年的「祖宗舊制」, 沈括要徹底打破它,是絕對不能容許的「判逆」行動。事實上,《十二氣歷》提出 來以後,不僅從來沒有被採用過,而且一直遭到封建保守勢力的惡毒攻擊。直到清 朝年間,著名學者阮元在《疇人傳》一書中還在責罵沈括的《十二氣歷》。阮元認 為,古人留下的舊制是「終古無弊」的,做學問只需「言其所當然,而不復強求其 所以然」。因此毫無必要使學術理論「其法屢變」。據此,阮元指責沈括提出《十 二氣歷》是「徒騁臆知,而不合經義」。
  沈括早已預料到《十二氣歷》會招致非議,他自己會因此受到謾罵攻擊。他說: 「我起先驗證說一天的百刻有長短的差別,人們已經懷疑我的說法。後來我又說十 二個月裡北斗七星斗柄所指的方向會隨著歲差而有所改變,人們就更加驚駭了。現 在這個《十二氣歷》肯定會招致更猛烈的攻擊了。但是我堅信日後一定有採用我這 個主張的那天」。沈括的這些預言今天果真實現了關於夏天和冬天一天的時刻有長 短之別,斗建要隨歲差而遷移,這些早已成為科學的定論。就是《十二氣歷》,在 被埋沒了八百多年以後,也開始重新受到了人們的關注。事實上,清末農民革命政 權——太平天國所頒行的「天歷」,其基本原理就是與《十二氣歷》完全一致的。 本世紀30年代英國氣象局開始頒行的用於農業氣候統計的《耐普爾。肖歷》,也是 節氣位置相對固定的純陽曆,其實質與《十二氣歷》也是一樣的。
  沈括在當時那種惡劣的社會條件下,能夠力排眾議,頂住封建保守勢力施加的 種種壓力,大膽創立新的科學學說,並堅信日後一定會被採用,充分表現了他敢於 衝破舊的習慣勢力的束縛,敢於堅持科學,敢於鬥爭的精神,是永遠值得人們敬仰 的。沈括改革曆法的坎坷經歷,也從一個側面表明,封建制度的種種弊端,使得那 個時代裡正義難以伸張,真理常被埋沒,學者無發表學術見解的自由,著書立說常 常招來橫禍,嚴重影響了科學技術的發展。要想取得科學技術上的領先地位,這是 必須記取的歷史教訓。
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  第二十一章  掙脫神學的桎梏
  ——哥白尼日心說蒙難始末
  尼古拉。哥白尼(N.Copernicus, 1473-1543)是16世紀波蘭偉大的天文學 家,是「日心說」的創立人。他的學說使自然科學從宗教神學的桎梏中解放出來, 開創了天文學的新紀元, 是人類在天體認識史上的一個里程碑。 然而,哥白尼的 「日心說」在當時卻遭到反動教會的殘酷迫害,闡述「日心說」的不朽著作《天體 運行論》,在剛公開出版時就被教皇宣佈為「邪說」,並被列為禁書。繼哥白尼之 後,布魯諾、伽利格等人為了捍衛、宣傳哥白尼「日心說」而壯烈地獻出了自己的 生命,成了科學史上的兩大慘案。經過長期艱難曲折的歷程,「日心說」終於戰勝 了「地心說」,從而使科學大踏步地向前發展。
  (一)
  哥白尼生活的15、16世紀,正是歐洲社會大變革的時代,封建地主階級日趨衰 落,城市資產階級正在蓬勃興起。新興的資產階級,為了爭取政治上的權力和經濟 上的發展,掀起了反封建教會的鬥爭。這場鬥爭,猛烈地衝擊了宗教僧侶的唯心主 義的世界觀和為神學服務的經院哲學,促進了唯物主義的發展。生產和航海事業的 發展,更加日益暴露了天文學中長期居於統治地位的托勒密「地心說」的陳腐和荒 謬。正確地認識太陽系的構造,根據天體的真實運行情況編製新的星表,改造舊的 曆法,已經成為當時迫切需要解決的重大課題。哥白尼對天文學很早就感興趣,又 受資產階級文藝復興的影響, 對「地心說」產生了大膽的懷疑,大約在1507-1515 年間,它提出了「日心說」。並於1530年完成《天體運行論》的手稿。經過艱苦卓 絕的努力,該書終於在1543年正式出版。
  在中世紀的歐洲,教會和神學統治著整個思想文化領域。聖經和教義是絕對不 能動搖的「真理」。正如恩格斯所說:在中世紀「教會教條同時就是政治信條,聖 經詞句在各種法律中都有法律的效力」。誰要是宣傳同聖經相違背甚至稍有不同的 觀點,誰就是宣傳「異端邪說」,就是褻瀆神靈,誰就要受到嚴厲的制裁。哥白尼 「日心說」在產生和發展的過程中,充滿著科學與宗教、唯心論與唯物論、辯證法 與形而上學的激烈鬥爭。許多先進的科學家為了維護哥白尼「日心說」,付出了高 昂的代價,甚至獻出了自己寶貴的生命。
  哥白尼的「日心說」指出:地球不是宇宙的中心,地球和其他行星一樣,都是 圍繞著太陽運動的;而地球本身也在不停地轉動著。顯然,這同「地心說」的宇宙 觀是根本對立的,因此成為教會的大敵。所以,當《天體運行論》還在印刷的過程 中,那些預感到自己末日即將來臨的神學家們就開始對「日心說」進行誣蔑和攻擊。 這是哥白尼早已估計到的。他在序言《致最神聖的教皇保羅三世》中說:「我知道, 某些人聽到我在《天體運行論》一書中提出了地球運動的觀念之後,就會大叫大嚷, 當即把我哄下台來」。同時還強調:並不是「怕自己的學說被人分享,而是擔心費 盡千辛萬苦才獲得的寶貴研究成果會遭到輕蔑。因為有這樣一班庸人,除非是有利 可圖,從不關心任何科學研究;或者雖然被人鼓勵和依照先例而去作哲學的探求, 但智力又很笨拙,就像蜜蜂中的雄蜂一樣,懶惰而又愚蠢。而我的理論又很新奇和 難以理解。於是,擔心遭到輕蔑的思想幾乎使我放棄了自己的打算」。最後,哥白 尼還是以大無畏的革命精神,理直氣壯地宣佈:「對數學一竅不通的無聊的空談家 會摘引聖經的章句加以曲解來對我的著作進行非難和攻擊。對這種意見,我決不予 以理睬,我鄙視他們」。可以想見,這本不僅在自然科學領域而且在人類對宇宙認 識上掀起一場革命的偉大著作的出版,在那個時代是多麼的艱難!
  新教更反動。自認為比舊教更虔信「聖經」的新教首領馬丁。路德在得知哥白 尼學說以後, 對哥白尼膽敢違抗聖經的行為表示公開的反對, 並指責哥白尼說: 「這位新奇的天文學家,企圖證明旋轉著的是地球,而不是天體、太陽和月亮。… …只有傻瓜才想把整個天文學連底都翻過來。聖經上明明寫著,約書亞喝令其停止 不動的是地球而不是太陽」。路德的同夥也幫腔地指責說:「天體在空中二十四小 時旋轉一周,我們的雙眼就是見證。但是某些喜歡獵奇和賣弄聰明的人,卻得出了 地球運動的結論,只有那些缺乏虔誠的人才會公開地說出這種話來。一切有善良意 志的人都應當接受並順從上帝所啟示的真理」。新舊教會的聯合攻擊,使得人們只 敢運用哥白尼學說的數學方法,而不敢公開贊同、宣傳「日心說」的宇宙觀念。然 而,新生事物是壓抑不住的,真理的力量是無窮的。1543年,哥白尼的《天體運行 論》終於正式出版了。
  (二)
  《天體運行論》問世的最初幾十年,羅馬教庭這些高高在上的統治者,還沒有 完全意識到哥白尼學說的深遠意義和巨大影響,因此對哥白尼學說的打擊只限於嘲 弄、誣蔑和攻擊,而沒有採取赤裸的血腥鎮壓。
  後來,擁護哥白尼學說的人越來越多,而且「日心說」本身也有了發展。反動 宗教勢力開始恐懼了,對「日心說」的打擊很快發展成為政治上的迫害與鎮壓。在 羅馬教庭所在地意大利,表現得尤其激烈。傑出的思想家喬丹諾。布魯諾(G.Br- uno,1548-1600)就是維護宣傳哥白尼學說、捍衛科學真理的英勇殉道者。
  布魯諾積極宣傳哥白尼的「日心說」,並且比哥白尼還前進了一大步。他認為 宇宙是無限的;太陽不過是無數恆星之一;宇宙中可以居住的星球也是無限多的。 在他的著作《論無限性。宇宙和諸世界》中,有一首詩集中表明了他的觀點:
  展翅高飛信心滿,晶空對我非遮攔,戳破晶空入無限,穿過一天又一天,以太 萬里真無邊,銀河茫茫遺人間。
  布魯諾由於他的觀點觸犯了《聖經》上的教條,因而被基督教會視為眼中釘、 肉中剌,欲置於死地而後快。他被迫多年流亡在瑞士、法國、英國、德國。他在所 到之處,利用報告、寫文章等形式,宣傳哥白尼的「日心說」宇宙體系,反對陳腐 的托勒玫「地心說」宇宙體系,因此引起羅馬宗教裁判所的恐懼,就用陰謀把他騙 回意大利。1592年,他在威尼斯被捕入獄。宗教裁判所妄圖以酷刑迫使布魯諾放棄 他的觀點, 但是布魯諾寧死不屈,在囚室度過7年之後,反動教會一無所得,便決 定把他處以死刑。 1600年3月17日,教會以極其野蠻的手段,火焚布魯諾於羅馬的 百花廣場,罪名是:他是個「異端分子」,而且是「異端分子的老師」。真是欲加 之罪,何患無辭。在漫長的鑒監獄生活中,布魯諾英勇頑強,毫不妥協,表現了視 死如歸的大無畏精神。他斷然拒絕要放棄自己的觀點就可得到寬大的誘降降勸告, 並且公開揭發了教會的黑暗、卑鄙和無恥。1599年10月21日的檔案記錄中說,布魯 諾宣佈,他不打算招供,他沒有做過任何可以反悔的事情,因之也沒有理由這樣做。
  其後,政治迫害愈來愈殘酷。恩格斯說:「新教徒在迫害自然科學的自由研究 上超過了天主教徒。塞爾維特正要發現血液循環過程的時候,加爾文便燒死了他, 而且還活活地把他烤了兩個鐘頭;而宗教裁判所只是把喬丹諾。布魯諾簡單地燒死 便心滿意足了」。然而,真理是無法抗拒的,科學總是要發展的。不久,意大利物 理學家伽利略(G.Galilei,1564-1642)首次用自製的望遠鏡觀察了天體,宣告 了一個和哥白尼學說完全符合的世界。並把在望遠鏡中看到的壯麗景象到處傳播。 他無視教會的警告,撰寫了《關於托勒玫的哥白尼兩大世界體系的對話》這一巨著。 他根據觀察事實和力學原理對「日心說」作了嚴密的論證,從實踐和理論兩個方面 批駁了「地心說」的荒謬性。這使教會愈加恐慌,他們把《對話》列為禁書。伽利 略被軟禁終身,最後雙目失明,死在獄中。
  (三)
  哥白尼的「日心說」之所以遲遲得不到公認,除了教會的攻擊與迫害之外,錯 誤認識的束縛也是一個重要的原因。人們對地球和其他行星是沿著以太陽為中心的 軌道運動,和太陽等恆星以及行星的週日運動是由於地球自轉的緣故,遲遲不能接 受。就是因為人們憑感覺經驗的錯誤認識,看慣了太陽、星星東昇西落以及垂直上 拋的物體不偏不倚的現象,幾乎都相信地球是不動的。再加教會「地心說」宇宙體 系傳統觀念的蒙蔽,總錯誤地認為哥白尼「日心說」是一種怪論,因而往往報之以 冷嘲熱諷的態度。據記載,在那個年代裡,有一位小鎮上的教員為紀念狂歡節編寫 一個諷刺、「日心說」的劇本,劇中以一個奇形怪狀的教士在仰觀天象的場面來嘲 諷哥白尼。一個法國詩人還寫一篇宇宙長詩,嘲笑哥白尼是要叫行船停止不動,讓 大地向後行走。一些頑固分子竟咒罵哥白尼是、「瘋子」。錯誤的認識、舊的傳統 觀念,足以使哥白尼的學說窒息。事實上,按照哥白尼學說,地球的運動可以通過 恆星的視差反映出來。什麼叫視差呢?假如我們坐在奔馳的列車上,眺望窗外的景 色。就可以看到一種有趣的景象:近處的房屋、樹木等等,在我們眼前飛快地掠過, 向車後疾馳而去;而遠處的群山卻在緩慢地運動,似乎車外的事物都在不斷地改變 著它們的方位。離列車較近的景物方位變化較大,離列車較遠的景物方位變化則較 小,社種因觀察者的運動而引起的外界事物改變方向的現象,就叫視差。通常,離 觀察者近的物體視差大;而遠離觀察者的物體視差則小。那麼,為什麼在哥白尼的 年代,人們在夏天和冬天兩個季節去觀察同一顆恆星時,這顆恆星卻不具有不同的 方位呢?哥白尼認為:這是因為恆星離地球的距離實在太遙遠了,以致與這種距離 比較,即使地球的軌道也是小得微不足道,而視差效應也覺察不到了。望遠鏡發明 以後,觀測天文學取得極大的進展,人們對太陽系的認識也不斷深化,在正確與錯 誤的激烈鬥爭中,哥白尼學說逐步得到科學實踐的證明。17世紀初德國天文學家開 普勒(J.Kepler, 1571-1630)用大量的天文觀測資料證明哥白尼「日心說」是 正確的。他第一個明確指出,行星運行的軌跡是橢圓形的,太陽位於橢圓的一個焦 點上,最後又用數學表達為「行星運動的三大定律」。與此同時,伽利略發現了木 星有四個衛星圍繞著它在不停地轉動,就更有力地否定了地球是宇宙中心的觀念。 到了17世紀下半葉,牛頓在開普勒和伽利略工作的基礎上發現了萬有引力定律,進 一步為哥白尼學說奠定了堅固的科學基礎。1842年至1846年間,英國天文學家亞當 斯和法國天文學家勒維烈又根據萬有引力定律,預言了一顆尚未發現的行星的存在 和位置。 1846年9月23日晚,柏林天文台的加勒就在勒維烈所預告的新行星出現的 位置上,發現了這顆新行星即海王星。到這時,哥白尼「日心說」才最終被證實了。 恩格斯也曾指出:「哥白尼的太陽系學說有三百年之久一直是一種假說,這個假說 儘管有百分之九十九、百分之九十九點九、百分之九十九點九九的可靠性,但畢竟 是一種假說;而當勒維烈從這個太陽系學說所提供的數據,不僅推算出一定還存在 一個尚未知道的行星,而且還推算出這個行星在太空中的位置的時候,當後來加勒 確實發現了這個行星的時候,哥白尼的學說就被證實了」。哥白尼學說衝破重重阻 力,經過科學驗證和實踐的檢驗、終於成為闡明太陽系天體運行規律的科學理論。
  哥白尼學說蒙難始末雄辯地證明:「正確的東西是在同錯誤的東西作鬥爭的過 程中發展起來的」。整個人類認識自然的歷史,就是科學戰勝神學、唯物主義戰勝 唯心主義、辯證法戰勝形而上學的歷史,科學發現中有蒙難,有挫折,有逆流,有 反覆,這都是暫時的。正確反映客觀世界的科學真理必然會取得最終的勝利,這是 馬克思主義哲學所揭示並為歷史所證實的科學規律。
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  第二十二章  謹防「扒手」
  ——英國地質學之父為什麼未獲榮譽
  18世紀中葉以後的英國,隆隆的朵器聲震醒了沉睡的大地,在產業革命這個被 人們稱為「第二次浪潮」的推動下,英國的工業生產正發生著日新月異的變化。蒸 汽機和紡紗機的問世,使生產力成倍成倍地增長,英倫三島到處是煙囪林立,一個 個新興的工業城市拔地而起。為了適應新興工業的崛起,開山、找礦、築路和興修 水利的大軍在漫山遍野擺開了戰場,一向平靜的山村,頓時也沸騰起來了。生產的 發展推動了科學的進步。作為「第二次浪潮」的直接產物,是一大批近代科學的脫 穎而出,而帶有泥土氣息的、與生產密切相關的地質學,也「在骯髒的和灰塵滿地 的採礦業中成長起來」 逐步走上獨立發展的道路。 英國著名地質學家賴爾 (C. Lyell, 1797-1857)曾經指出:從18世紀初開始,地質研究的三個主要部門(礦 物學、地層學、古生物學)的進步,是由歐洲三個國家德國、英國、法國促成 的。關於礦物的研究,無疑是起源於德國,水成學派的首領魏爾納(A.G.Werner, 1749-1817)為此作出了貢獻。而在地層和古生物方面的研究,則主要應歸功於英 國和法國的科學家史密斯(W.Smith, 1769-1839)、居維葉(G.Cuvier,1769 -1832)和布朗雅爾(A.Brongniart,1770-1847)。特別是英國的史密斯(W. Smith, 1769-1839)可以稱得上是當時地質學的一個重要分支……生物地層學的 創始人和先驅。
  史密斯是一位自學成才,砥礪成器的科學家。1769年,他出生在牛津徹其爾的 一個農民家庭,自幼喪父,家境十分貧寒。人窮志不窮。幼年的不幸和家庭的貧困, 不但沒有成為史密斯前進道路上的包袱,反而成了激勵他前進的動力。儘管他少年 時代僅在自己的家鄉受過簡單的初等教育,但是,他堅持自學,酷愛大自然,對記 錄地質歷史的化石有著濃厚的興趣。並且在15歲時就走上了社會,當上了一名土地 測量員的助手——標尺工,從而開始了這位「產業革命取得輝煌成果時期的新型科 學家」的特殊的一生。
  標尺工,這是一個苦差使,不分酷日寒暑終年奔波在山林曠野之間,沐浴在風 雪雨露之中。艱苦的測量生活,不僅沒有使史密斯後退,反而越干越有勁。他以苦 為樂,把大自然看作是不可多得的大課堂,貪婪地汲取著從書本上得不到的知識。 由於史密斯嚴於職守,刻苦學習,勤於思考,善於發現,很快就被提拔為地地測量 員,並直接參加了開鑿運河、修築道路的測量工作。開山、挖河,常常能看到平時 看不到的新鮮剖面。在新開的沉積岩層中,往往能發現各類化石。對於刻苦好學的 史密斯來說,這一層層的沉積岩層宛如是自然之書中的頁頁篇章,而鑲嵌在地層中 的姿態萬千的化石酷似書中散發著油墨清香的文字,強烈地吸引著他。史密斯的業 余時間幾乎全泡在運河或是礦山工地新開挖的岩石剖面上了。他認真地觀察地層的 巖性、結構,仔細測量它的厚度,小心翼翼地採挖、搜集埋藏在地層深處的化石, 並一一地記在本子上,有時甚至到了廢寢忘食,樂而忘歸的程度。到了夜間,史密 斯又孜孜不倦地學習有關著作,帶著白天所看到的現象和發現的問題到科學著作中 導求答案。見多識廣。久而久之,史密斯關於地層和化石方面的知識豐富起來了, 這個標尺工出身的工程師漸漸成了工人心中的「權威」,他們常常圍攏在史密斯的 周圍,問這問那。不少工人在史密斯的熏陶下,也懂得不少有關地層和化石方面的 知識。當他們在開挖地層中碰到什麼新鮮奇物之處,也往往首先告訴史密斯,這樣 就為史密斯能夠觀察到更多更好的地層剖面創造了條件。
  一次,史密斯的測量隊在英國南部某一礦山采煤,在當時地質勘探還處於相當 落後的情況下,對地下煤層分佈的狀況尚缺乏規律性的認識,因此,采煤全憑經驗, 有時還要碰運氣。礦工們很自然地和史密斯談起如何掌握煤層分佈規律的問題。那 知史密斯早已是這個問題的有心人。每當發現新的煤層時,就要進行測量。史密斯 就抓住時機,在測量之後,仔細觀察煤層的圍巖和上下地層的特徵。經過數以百計 的觀測和反覆比較分析,史密斯終於找到了煤層分佈的一些規律。他發現煤層往往 和含有植物化石較多的某些地層有聯繫,因此,可以把含有某些特定植物化石的地 層作為找煤的依據。他把自己的這一認識告訴了礦工,礦工們在采煤實踐中加以應 用,竟然百試百靈。辛勤的勞動開出了豐碩的科學之花。礦工們高興,史密斯則更 高興。這一良好的開端激勵著史密斯在地層和古生物這個必然王國裡繼續深入地探 索著。春華秋實,寒暑更迭。經過12年的野外豐富實踐,史密斯對化石和地層的認 識更加深化了。他總結多年搜集的資料發現:相鄰地層所含有的化石一般都比較近 似;相反,隔開很遠的地層含有的化石就極不相同了。由此得到啟示,他想,是否 可以把含有相同化石的地層看作是同一時期形成的呢?看來這一尚未被當時地質學 界的著名學者、權威知曉的問題,由一個年僅27歲的青年土地測量員發現了,這就 是後來震動英國地質學界的、「化石層序律」的雛型。
  為了順利地進行地層對比, 史密斯又花了整整3年的時間把不同地區、不同時 代的地層中發掘的化石,精心地加以整理,找出不同地層中特有的化石群落,作為 地層對比的標誌。有了這個識別標誌,不管是在高山或是海濱,也不管地層的巖性 有多大的變化,只要它們含有相同的化石群落,就可以斷定他們是同一時代的產物。 1799年,年方三十的史密斯根據他多年積累的資料,編繪了「英國沉積地層表」。 這是世界上第一張最有系統的地層表。有了它,酷似人們掌握了打開地層之謎的金 鑰匙,英倫三島的沉積地層如何分層,相互重疊翻轉褶曲的地層孰後的問題迎刃而 解了;地質師、工人找礦開礦的盲目性減少了,效益大大提高了。然而,儘管這張 珍貴的手抄地層表在實踐中得到廣泛的應用,但是,它並沒有得到應有的重視。這 張至今看來仍有很高科學價值的英國地層表,被禁錮在這個彈丸之地,延誤了20年 才得以正式出版。
  史密斯編繪的「英國地層表」被埋沒20年之久,當然和當時的英國社會有關。 在等級森嚴的資產階級統治下,一個出身卑賤、默默無聞的測量人員的發現在很多 人的心目中是不值一提的。然而,它所以不被重視的另一個直接原因,是這一成果 被一個不學無術的牧師約瑟夫。泰烏謝德竊取了。
  史密斯不僅是一個學術上很有見地的青年,而且在學術問題上也是一個毫無私 心的人。他所知道的,只要有人有所求,他都毫無保留地告訴別人。一天史密斯和 他的朋友在一間咖啡店裡閒聊,無意中談論起地層如何劃分的問題。史密斯就滔滔 不絕地把自己多年觀察的心得和盤托出告訴自己的朋友。真是言者無心,聽者有意。 史密斯的一席長談,被鄰座的牧師約瑟夫。泰烏謝德聽到了。這個沽名釣譽、刁鑽 狡猾的牧師走了過來,笑容可掬地請求史密斯把剛才講的內容重述一遍。史密斯是 個純潔的青年,他哪裡知道面前向他求教的牧師心懷叵測,就一五一十地重敘了一 遍。牧師聽後,滿意地走了。不久,泰烏謝德就以自己的名字把史密斯的發現向英 國地質學界公佈了,結果轟動了學術界,泰烏謝德以欺騙的手段贏得了1807年創立 的英國地質學會名譽會員的桂冠。當時英國地質學界只知道泰烏謝德在地層和化石 的研究方面做出了貢獻,而真正的發明者史密斯卻鮮為為知,被排斥在科學殿堂之 外。英國歷史學家伍德華德在評述這段歷史時深為不平,他說:「遺憾!英國地質 學會的名譽會員中,找不到英國地質之父的史密斯,而名單中卻有牧師約瑟夫。泰 烏謝德」。這不能不說是對歷史的嘲弄。
  然而,史密斯卻視發展地質事業重於個人的榮譽,他仍然以驚人的毅力和堅韌 不拔的精神繼續深入地進行調查,甚至在經濟極度困難的情況下,徒步走南闖北。 1813-1815年,史密斯根據自己多年實地調查積累的資料,完成了英格蘭、威爾士 和一部分蘇格蘭的地質圖,這又是世界上第一幅地質圖。1816年史密斯在李卡遜和 唐斯德(兩人是精通化石和研究自然歷史的學者)的鼓勵和幫助下,寫出了《根據 有機體化石所鑒定的地層)這部唯一專著。這在當時地質學界理論和實踐明顯分家 的情況下,尤其難能可貴。正是在這部著作中,史密斯系統地闡述了自己關於化石 和地層間相互關係的基本觀點。他在這本書的序言中寫道:「有機體化石及其產地, 可以被所有的人,甚至不識字的人,所認識,而這些化石則為認識土壤和土壤以下 的地層從各方面提供了很好的線索」。在這本書中他還寫道:「一切地層都是在海 底沉積的,每一層都含有它形成期間的海生動物遺體。因此,每一地層都含有它特 有的化石,大多數情況下,根據這些化石就能確定不同地點的地層是在同時形成的 問題」。這些簡明扼要的論述奠定了「生物地層學」的基本思想。後來,史密斯的 這些思想傳到了法國,並得到了繼承和發展。法國學者根據對巴黎盆地的調查,進 一步完善了史密斯的思想。生物學家布朗雅爾提出了「標準化石」的概念以代替史 密斯的化石組合,從而簡化了對比地層的方法,古脊推動物學家居維葉「器官相關 定律」的發現,更把化石的研究推進到一個新的水平。人們只要在地層中找到一小 塊化石碎片,就可以根據「器官相關定律」進行復原,確定其為何種種屬,從而為 正確地劃分地層提供了科學根據。由史密斯首創的利用生物化石確定地層層序的方 法,至今仍為廣大地質工作者使用著,它已成為填繪地質圖、找礦和地質勘探的有 力武器,從這裡更可以看出史密斯的偉大貢獻和在科學史上的地位了。
  1819-1824年間,史密斯雖然已經脫離了實際的地質調查工作,但是,他仍潛 心於科學,積極從事地質研究工作,依靠他豐富的實踐經驗和佔有的詳盡資料,又 公佈了6張地質剖面圖和英國21個縣的地質圖。 在這些圖中,不僅記錄了成分不同 的岩石,而且還註明不同年代的各種岩石的分佈狀況,真可以稱得上是第一批具有 很高科學價值的地質圖和地質剖面圖。
  由於史密期孜孜不倦的努力和在地質學、特別是在地層學方面的卓越貢獻,終 於取得了地質學界的承認。 1831年2月11日倫敦地質學會隆重舉行集會,授於史密 斯以沃拉斯頓獎章。 就是在這次授獎儀式上, 倫敦地質學會會長塞治維克(Adam Sedg-wick, 1785-1873)對史密斯的偉大功績倍加讚揚,稱他是「英國地質學之 父」。歷史的裁決終於為史密斯恢復了榮譽,也是對竊取他人成果,騙取英國地質 學會名譽會員桂冠的學術騙子約瑟夫。泰烏謝德的無情鞭笞和辛辣嘲諷。可惜的是, 長期奔波辛勞和極為艱苦的生活,損害了史密斯的健康。1839年,一生獻給地質事 業清貧出身的地質學家史密斯在歐贊浦通死於貧困之中。史密斯離開人世已經一百 多年了,他的光輝業績卻永遠值得人們懷念。他那謙遜好學毫無私心的治學態度和 作風也永遠值得後人學習。就是在那次授獎大會上,他把凝聚著自己多年心血繪製 的地質圖和英國地層表無償地贈給了倫敦地質學會。這些圖表都還被倫敦地質學會 保存著,成為地質學史上的珍貴資料和史密斯豐功偉績的有力見證。但是,歷史的 教訓也永遠值得人們記取:埋沒、甚至壓制小人物的科學成就,貽誤科學的成績, 是眾人所不能容許的罪過;至於把別人的科學成果竊為已有,不勞而獲,更是一種 可恥行為。
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  第二十三章 「地學的哥白尼」
  ——魏格納及其大陸漂移說的沉浮
  1930年10月30日,科學史上的一位巨人德國偉大的天文學家、氣象學家和 地球物理學家魏格納(A.L.Wegener,1880-1930),殉職於冰天雪地的格陵蘭。 從此,他那睿智的頭腦停止了思維,是年50歲。
  像所有卓越的科學家一樣,魏格納以他短促的一生給我們留下很多東西。大陸 漂移假說就是那許多財寶中最偉大的豐碑。不幸的是,這一光輝理論是在他長眼近 半個世紀並幾經磨難後,才得以顯其光華而被肯定。大陸漂移說宛如一首感情多變 的樂章,終於以它激昂的旋律,噴發出鏗鏘的音響。是它,拉開了現代地理革命的 序幕。
  大膽猜測 驚世駭俗
  1903年, 23歲的學者魏格納的頭腦裡開始產生關於大陸漂移的想法。7年後, 他在世界地圖上意外的發現,南大西洋兩岸的海岸線輪廓極其相似。次年,他又在 一本論文集裡讀到關於巴西和非洲間古生物有聯繫的文章。他對比了印度、馬達加 斯加島和非洲的地層構造,也同樣得出某些對應關係。這些「偶然」的問題,像磁 石一樣吸此他那善於深思的頭腦。他憑著對氣象學和天文學研究的經驗,確認在自 然界中,偶然決不會無端產生,正像「簡單」必然源於「複雜」一樣。
  於是,已經是氣象學家的魏格納,決心放棄攻研多年的氣象學,選擇了一個完 全超越自己研究領域的新課題,即揭開大陸生成和地球演化的奧妙。但是,這親一 個既老已新的科學堡壘,對一個青年人來說,絕不是輕而易舉能夠攻克的,而且還 要承擔身敗名裂的風險。說它「老」,是因為早在2000年前就有人提出過類似大陸 漂移的想法,說「大地猶如在海上漂浮的大木筏,但當時還找不出任何證據。自大 西洋被測繪成圖以來,關於其兩岸輪廓的相似性更不斷地啟發人們產生大陸漂移的 想法,然而,都因為論據不足或者懾於傳統的認識觀念而不了了之。說它」新「, 作為氣象學者的魏格納,他需要掌握許多門對他都是生適適疏的學科知識。因此, 要建立大陸漂移假說, 一洗200年來古老的地學理論,除了必要的知識準備外,還 必須有衝破傳統觀念的見識和膽略。
  在這座科學險峰面前,魏格納不愧是位堅毅的登山者。他不顧親朋的勸阻,立 志鑽研,1912年幕春,就發表了第一篇研究論文《大陸的生成》,並在同年先後以 《從地球物理學的基礎上論地殼輪廓(大陸與海洋)的生成》和《大陸的水平移位》 為題,作了兩次關於漂移說的演講。但由於他的大陸漂移模式還很不完善,尤其是 強大的傳統勢力的抵制,使它一開始就受到能否生存下去的考驗。當時對魏格納的 演講,既有火熱的讚許,更有冰冷的嘲諷,它預示著一場漫長的科學大論戰的序幕 已經拉開,魏格納當然是論戰的中心人物。
  1915年,魏格納又以驚世駭俗之舉,將《海陸的起源》(Die Entstehung der Koneinente und Ozeane) 一書公佈於世,這更引起整個地學界的震動。書中系統 地闡述了這樣的觀點:陸地岩石由較輕的、剛性的硅鋁質組成,漂浮在較重的、粘 性的硅鎂質大洋殼之上。 大約3億年關,  全球大陸是一塊連接一起的原始泛大陸 (北部為勞亞古陸,南部為岡瓦綱古陸),後來可能由於潮汐力和地球自轉時的離 心力影響, 到中生代末期(2億年關),大陸出現裂隙並開始在硅鎂層上作向西和 離極漂動美洲西去,大西洋慢慢張開;印度次大陸從南極洲北上與亞洲撞接; 亞洲西漂,在東岸留下了大陸碎片,成為今日的島弧線……一塊完整的聯合古陸, 逐漸形成現有的「七洲西洋」的格局。這就是魏格納從陸地和海洋的整體關係出發, 在躬身考察並綜合了氣象學、地質學、大氣物理學、大地測量學、動物學和植物學 等多學科的研究成果後,提出大陸漂移假說的主要觀點。雖然這個認識模式還很簡 單,對地球的殼層構造概念還顯得模糊,然而,魏格納首次揭開了陸地和洋底的成 因性質,提出地殼除了作垂直運動外,還不停地進行宏大的水平移動的猜想。於是, 一個完整的大陸漂移假說從此誕生了。此時,這位僅僅35歲的天才的氣象學家,又 以地球物理學家的身份開始了對地球科學更加艱難的探索。
  窮源竟委 反遭責難
  《海陸的起源》一書,隨著第一次世界大戰的結束而一度風靡全球。世界不少 人專程到德國拜訪它的作者。對這位敢於越雷池、闖禁區的青年學者深表欽佩。一 時間,魏格納在漢堡附近的簡陋小屋,成為當時「對這個問題感興趣的地球物理學 家、生態學家朝聖的地方」。但是,這也為他帶來巨大的壓力,除了因為假說的論 證還不足以說服反對派而使他陷入苦苦求索外,還因為他那具有革命思想的利劍, 刺痛了地學界的「權威」們。他們堅持說,地殼運動僅僅是垂直升降,海陸的相對 位置在地球歷史中是固定不變的。古生物學家也起來反對,他們用「陸橋」說解釋 大西洋兩岸生物種屬相同的事實。這就是,認為在亞美兩大陸之間,原有許多島嶼, 宛如連接兩大陸的橋樑,使動植物可以從一個大陸越島旅行到另一大陸,企圖以此 說明古生物種類在海洋間的差異和大陸間的相似。魏格納則認為,所以在南半球的 幾塊陸地都發現了早古生代同一種屬的生物化石,是因為這些動植物曾經生活在同 一大陸(岡瓦納古陸)的緣故。魏格納還為此提出質問「難道裸子植物的種子會依 靠風力而遠涉重洋?難道會相信一個」陸橋「就可以進行物種交換?
  對於地質時期地球上各氣候與今日之不同,寒冷氣候的冰川沉積物出現在亞熱 帶地區(如對澳洲、印度、南美和南非冰川遺跡的發現)等問題,他同樣用大陸漂 移說法去闡述,認為是大陸曾經相對於它們現在的地理緯度發生過移動所造成的; 現有的冰川遺跡也不是什麼山嶽冰海上。這種現在看來很反常的現象,氣象學是不 好解釋的,而從大陸漂移的觀點看,則是順理成章的事。這些與固定論的理論直接 悖謬的觀點,更使魏格納受到他的論敵的攻擊。
  為強化自己的觀點,魏格納還試圖用一組說明格陵蘭島與西歐相對位置變化的 大地測量數據,來論證大陸漂移的事實。然而,適得其反,正是這組在當時條件下 難以測得精確的數據,為他招來最多的責難,並使其假說陷於更大的困境。
  應該指出的是,《海陸的起源》雖然一度風靡全球,但有很長一段時間並沒有 使魏格納獲得相應的學術地位。直到1924年,他才接受了鄰國(而不是自己祖國!) 奧地利蓋茨大學授予的氣象學和地球物理學正式教授頭銜(這時,他已44歲)。不 久,一場更大的風波來臨了。
  1926年11月,美國石油地質協會專門討論了魏格納的大陸漂移說。這裡在漂移 學說史上一次調子最低沉的會議。若把大陸漂移說比作一首樂章,那麼這次會議後, 一曲悲涼的詠歎調開始了。會上,在14名權威地質學家中,只有5人支持,7人堅決 反對, 2個保留意見。反對者對假說持貶斥、歪曲的態度,甚至把它譏諷為「積木 遊戲」;對出席會議的魏格納本人進行誹謗和人格上非議。
  此後,大陸漂移說便被認為是魏格納狂想曲,而處於奄奄一息之中。科學的地 球觀徘徊在歷史的十字路口了。
  矢志不渝 挫而不餒
  大陸漂移說得不到學術界的承認,主要有兩方面原因:一方面是因為海陸固定 論的影響由來已久,傳統學派的勢力盤根錯節;另一方面是由假說本身的缺陷或某 些細節證據不足造成的。
  首先,要消除固有的偏見是十分困難的。權威們或者由於魏格納的論證有錯誤, 就全盤否定漂移說;或者拉來其他學科的隻言片語作為否定的根據;有的甚至不為 自己的理由提出任何說明就斷然否定;還有一些淺薄之人竟因魏格納原是氣象學家 和天文學家,就把他提出的大地構造假說,看成外行的「左道旁門」而表示不屑一 顧。
  然而,最使魏格納苦惱的是,大陸漂移說對很多需要說明的問題,還缺乏應有 的證據。例如,他不能對地球的深層地震作出合理解釋:既然硅鎂質構成的洋底是 粘性可塑的,為什麼還有深層斷裂發生?既然大陸是由剛性岩石組成,為什麼在美 洲陸地西漂而與太平洋洋底撞擊時,發生褶皺的是大陸邊緣而不是流體的洋底?… …同時,由於歷史條件的限制,魏格納當時還不可能對大陸漂移的機製作出準確判 斷。在魏格納時代,人類對地球的瞭解還只限於大陸的淺層,對其深部(包括深海 底)基本是一無所知的。因此,儘管他大膽地假設陸塊漂移在流動的層面上,猶如 舟行碧波之中,卻無法證明那股巨大水平力的來龍去脈。他試圖用地球自轉的離心 力和潮汐磨擦力去解釋,但是,偌大的地球,怎能是這兩種微薄之力可以驅動的呢? 後來發現的地球物理學原理,也證明上述兩種力不能可引起大陸漂移。面對這個連 當時的地球物理學都無法解釋的地學現象,魏格納曾不無感慨地喟歎:漂移理論中 的牛頓還沒有出現「。
  今天我們已經認識到,並不是硅鋁層漂浮在硅鎂層之上,而是包括硅鋁層、硅 鎂層和地幔上部在內的整個巖圈(地殼),在位於其下的大地幔軟流圈上運動,才 引起大陸的水平移動。顯然,地球陸塊這種宏偉的漂動的力源,主要不是來自地球 外部,而應該來自地球內部本身。但是,更具有實質性的猜測,至今仍在探索之中。 而當年的魏格納卻為了衝出這阻滯科學前進的峽谷而尋找真理的激流,付出了巨大 的代價。他一面不懈地修改《海陸的起源》一書,並於逝世前一年出版了它的第四 次修訂稿,一面頑強地進行科學考察。
  1930年,為了重複測量格陵蘭的經度,以便進一步論證大陸漂移,魏格納第四 次奔赴人跡罕至的冰原。他把20名隊員分成三組,分別對島的東部、中部和西部進 行考察。兩名探險隊員被留在格陵蘭中部愛斯密特臨時基地作極夜觀測。但是,暴 風雪一再耽擱為他們運送給養的日期。 9月21日,魏格納不顧一切,冒著零下65℃ 的酷寒, 乘雪橇由海岸基地向海拔3000米高的中部進發,艱難跋涉400公里,終於 到達愛斯密特。可是,就在他啟程回返的途中,不幸的事情發生了10月30日, 在與暴風雪頑強鬥爭之後,魏格納心力交竭,壯裂地殉職於極地冰原。時值他50歲 生日的前一天。
  作為追求真理的科學勇士,魏格納一生曾四次去極地探險考察,在他第二次來 到這裡時,就深深領略過格陵蘭的酷寒。挨過長達三個月的黑暗。在這裡,還折斷 過一根肋骨。現在,這位偉大的科學家又殉職於科學考察地。他猶如一片多精的落 葉,即使枯萎了,也不離開肥沃的土地。
  科學是實踐與思考的成果,真理是勤奮苦戰的收穫。魏格納在最後一次探險時, 寫給好友喬治的信中說:「無論發生什麼事,必須首先考慮不要讓事業受到損失。 這是我們神聖的職責。是它把我們結合在一起,在任何情況下都必須繼續下去,哪 怕是要付出最大的犧牲。如果你喜歡,這就是我在探險時的『宗教信仰』」。
  這是多麼崇高的獻身精神,又何等地發人深省、激人奮進啊!
  人生路短 功德常在
  愛因斯坦有句充滿哲理的話,他說,科學的任務就是「折除那些常常阻礙科學 向前發展的矛盾牆」。大陸漂移說的建立,說明魏格納是個優秀的「拆牆工」。他 勇敢地衝擊了傳統學派的營壘,動搖了海陸永恆的自然觀。如果說賴爾「第一次把 理性帶進了地質學」,建立了完整的地質學體系,魏格納創立的大陸漂移說,則是 第二次揭開地學革命的帷幕,標示出地球認識史上的新紀元。
  然而,地球科學的這場革命,是何等地艱難曲折啊!
  魏格納逝世後,漂移說也隨之衰落了。從此沉冤三十餘載無人問津。固定論作 為真理被長期堅持,漂移說卻當成謬誤被拋棄了。
  正當它瀕臨覆亡的絕境時,50年代古地磁學的崛起,使它再度復興。眾多古地 磁資料有力的說明大陸漂移的事實,而且科學家又成功地完成了大西洋兩緣大陸輪 廓的電子計算機拼合,為驗證漂移說提供了形象的證據。「斜陽冉冉春無限」。到 了60年代,隨著海底擴張說的出現,又為大陸漂移的機制,找出了進一步的合乎邏 輯的答案。大陸活動論開始取代固定論。於是,科學的地球觀像一座巍峨的豐碑, 屹立在人類的認識史上。魏格納這位全球構造理論的先軀,也被譽為「地學的哥白 尼」而名垂千古。
  「真正的知識不是出於他人的權威,更不是來源於對老朽教條的盲目崇拜」。 先哲的認識早已變為後人的實踐。魏格納不愧是在強大習俗力量和頑固的傳統觀念 圍剿下,不「以聖人之是非為是非」的典範。他對科學勇於探索並奮身戰鬥,才能 「獨上高樓」,提出系統的大陸漂移理論。他和他的學說雖然長期含冤,但是,科 學是不容歪曲的,科學家的功過也自有歷史來評說。一個捐軀於大地,為生存者醞 釀稻穀香的人,永遠不會從後人的記憶中泯滅。真理,終究是要閃光的。
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  第二十四章  微生物獵人
  ——屢遭挫折的生物學家巴斯德
  路易。巴斯德(L.Pasteur , 1822-1895)是19世紀世界著名的法國科學家。 在五十年左右的科學生涯中,他從化學科學衝向生物科學的一個又一個領域,做出 了許多重大發現和發明。而每一成果的問世,都程度不同的遭到一些人的種種反對。 在不屈不找的鬥爭中,巴斯德將自己的成果付諸於科學中踐,應用於工農業生產和 醫療事業,最終戰勝了反對者。
  同素異構的發現和畢奧的懷疑
  還在大學時代,巴斯德便開始了對化學結晶體形態和結構的研究。酒大循環酸 和異酒石酸兩種晶體看起來完全一樣,但前者有旋光性,後者則無。造成這種差異 的原因何在,化學界長期未能解決。巴斯德憑著一股「牛」勁和出色的實驗才能, 想碰碰這個難題。
  經過一段時間細心的顯微鏡觀察和精心實驗,巴斯德發現異酒石酸原來是兩種 不同酒石酸晶體的混合。一種與普通酒石酸一樣,結晶平面在右側;另一種與之相 反。二者的元素構成和晶體形狀完全相同,但卻像左右手的手套一樣,不能互相重 疊。巴斯德極其耐心地把兩種晶體分開,分別製成溶液,比較其旋光性。結果發現, 一種溶液具有左旋光性,另一種具有右旋光性;若將兩者等量混合,則復原為異酒 石酸,旋光性消失。巴斯德立即領悟到:同一物質可形成互相「對映」的不同晶體, 造成不同的旋光性;而異酒石酸之所以不具有旋光性,是因為它含有旋光性相反的 兩種晶體之故。
  巴斯德做出的這一發現對於認識結晶體特性和物質結構都有重大意義,立即引 起了科學界的注意。包括杜馬在內的許多化學家紛紛表示贊同。但是,74歲的畢奧 教授卻表示懷疑。
  畢奧對石英、樟腦和酒石酸做過數十年研究。他曾經推測,結晶產生旋光性的 原因很可能是分子中原子排列的某種不對稱性造成的。但是,自從他提出這個猜測 之後,幾十年過去了,無論是他自己還是許許多多大大小小的權威,都沒能在實驗 上加以證實。年僅26歲的巴斯德,一個還沒畢業的大學生,居然聲稱在實驗上發現 了晶體的不對稱性,他怎麼能相信呢?
  畢奧的態度使巴斯德有些著急。他立即寫信給從未謀面的畢奧,要求會見。畢 奧同意。一天,在法國研究院,當著畢奧的面,巴斯德重複了自己的實驗,並請畢 奧鑒定。畢奧親自檢驗了晶體的旋光性,結果與巴斯德所說的完全一樣。老教授表 示心服。從此,這位素不交友的老教授,便成了巴斯德的忘年之交和導師。
  發酵本質的發現與李比希、貝爾納等的反對
  這要從巴斯德解決酒的變酸問題說起。
  從19世紀50年代起,法國的釀酒業在世界上就享有很高的聲譽。但是在生產中 存在著一個麻煩問題「陳的葡萄酒容易變酸,不易保存,因而損失了幾百萬法郎。 恰在這時,巴斯德攜眷由斯特拉斯堡大學來到位於葡萄種植中心的裡爾學院任教。 應該城商業委員會和釀造商的要求,對釀酒一無所知的巴斯德便開始了研究釀酒發 酵和變酸問題。
  經過一段的觀察實驗,巴斯德發現:發酵母微生物在無氧條件下作用的結果; 而導致酒變酸的酵素則是另一種桿棒狀的微生物。他忍不住內心的激動,把這一發 現告訴所認識的人。隨後,他又將研究成果寫成論文,在裡爾科學協會宣讀,並寄 給了巴黎國家科學院。
  從裡爾調任到巴黎後,巴斯德繼續進行發酵方面的研究,進一步使他堅信了發 酵的生物學性質。他高興地說:「正是我的顯微鏡明白告訴我,……是酵母把大麥 釀成啤酒,……是酵母把葡萄發酵為酒」。
  但是,世界科學界卻有一些人反對巴斯德的見解。其中最有影響的是德國化家 李比希。他堅持認為,糖轉化為酒精這件事與酵母毫不相干,發酵必須有蛋白。
  面對大人物的反對,堅信自己正確的巴斯德想:「我必須做的是完全沒有蛋白 的湯裡培養酵母。如果在這樣的湯裡酵母會使糖變為酒精……那麼李比希和他的理 論就完蛋了」。經過幾個星期的摸索,他母於找到了一種沒有蛋白的酵母培養液。 他發現將少量的酵母放進由蒸餾水、純糖和酒石酸銨組成的培養液中,經過一夜的 培養,便可以產生出千千萬萬的酵母;這些酵母能將溶液發酵為酒。做出這一發現 時,巴斯德激動得淚水直流,喃喃自語:「李比希錯了——蛋白不是必須的——使 糖發酵的是酵母,是酵母的生長」。此後的一星期,他反覆地做這一實驗,結果完 全相同。他還發現,給這些酵母以足夠的糖,它將連續工作三個月,甚至還要久一 些。
  隨後,巴斯德向科學界通報了這一發現。他的證據使李比希無言以對。他勝利 了。
  但是,圍繞發酵本質的鬥爭並未結束。1878年,在著名生理學家貝爾納逝世後, 法國科學界的一些人又找出他的一篇未完成的著作,反對巴斯德的發酵理論。貝爾 納生前曾高度讚賞巴氏的此項理論,可是在他的遺著中卻提出,是葡萄汁變為酒。 為了回簽亡友的指責,巴斯德又設計了一項精心的實驗,證明了不與酵母接觸的葡 萄汁是不能變成酒的。
  「微生物也母體」理論的提出和自然發生論者的抵制
  千百年來,普遍流行著一種所謂「自然發生說」。該學說認為,不潔的衣物會 自生蚤虱,污穢的死水會自生蚊蚋,骯髒的垃圾會自生蟲蟻,糞便和腐敗的屍體會 自生蠅蛆。總之生物可以從它們存在的物質元素中自然發生,而沒有上代,古希臘 學者亞里斯多德,中世紀神學家阿奎那,甚至連17世紀的大科學家哈維和牛頓,都 相信這種學說。有些過於執著的自生論者,例如17世紀的比利時化學家、醫生范。 赫爾蒙脫,甚至想入非非地提出了「創造大老鼠」的方法。
  意大利醫生雷地於1668年進行的實驗以及其他一些科學家的反覆驗證,曾一度 動搖了人們對自然發生論的信念。可是當後來發現了微生物時,很多科學家又相信 至少像微生物這樣「最小的」生物體總該是自生的。加罩容器中的腐肉不是長滿了 細菌嗎!於是,微生物可能自然發生的信念又盛行起來。
  巴斯德根據自己的研究實踐,不相信微生物可以自然發生,認為微生物肯定必 有母體。他到宣傳這一理論。這下子可激怒了自生論者。他們問巴斯德:「酵母怎 在地球的每一個角落裡,在每一世紀的每一年裡,不知道從什麼地方出現,把葡萄 汁釀成酒?這些從天南地北,處處把每個罐裡的牛奶變酸,每瓶裡的牛油變壞的小 動物,來自什麼地方?」
  為了回答這些挑戰,巴斯德重做了斯帕蘭扎尼的實驗。他在圓瓶裡灌進一些酵 母湯,把瓶頸焊封,煮沸幾分鐘後擱置適當時間。結果表明,瓶裡並沒有微生物生 長。
  這一試驗並不能徹底駁倒自生論者。他們坐在巴斯德的書房裡吵吵鬧鬧:「你 在煮沸酵母湯時,把瓶裡的空氣加熱了。酵母湯產生小動物所需要的是自然的空氣。 你不能把酵母湯和天然的未經加熱的空氣放在一起而不產生酵母、黴菌、桿菌或小 動物!」
  面對對方的指責,巴斯德冥思苦想,決心設計一種只讓天然空氣進入而不許其 中的微生物進入的儀器。在老教授巴拉的指導下,巴斯德終於設計、製作出了符合 這一要求的儀器,即著名的曲頸瓶。實驗取得了完全的成功。他喜不自勝。在一個 有學者、才子、藝術家爭相參加的巴黎盛會上,巴斯德講述了他的曲頸瓶試驗,高 聲宣佈:「自然發生學說,經過這簡單實驗的致命一擊之後,絕不能再爬起來了」。
  接著,巴斯德又創造性地做了一次大規模的、半公開的實驗。他和助手們將煮 過的裝有細菌培養液的燒瓶分放在多塵的市區、巴黎天文台的地窖裡和其他環境中 打開。發現空氣越是不潔,培養液變質就越快、越嚴重。這說明使培養液變質的細 菌不是自生的,而是來自空氣。他推測,海拔越高,空氣一定越潔淨,培養液受細 菌的污染也越輕微。為了驗證這一點,他和助手們又先後登上汝拉山區的浦佩山, 爬上瑞士的勃朗峰,進行實驗。結果,猜想得到了證實。
  巴斯德向科學界報告了自己的實驗結果。許多聽眾無不為他們的冒險獻身所感 動,為他們的證據所折服。可是堅持自然發生說的反對派仍繼續起勁地譴責巴斯德, 稱他是「馬戲團的演員、騙子和小丑」。攻擊得特別凶的是博物學家布歇(Pouch- et,一譯浦捨)等人。他們還採用以巴斯德之矛攻巴斯德之盾的辦法,在一些瓶子 裡灌進乾草浸液而不是酵母湯,並造成真空,趕往比利牛斯山脈的高山瑪拉得塔, 登上了比勃朗峰還要高出幾英尺的山巔,打開瓶口。由於他們採用的是乾草浸液, 加之沒有加熱,結果在瓶中發現了微生物。借此,布歇攻擊巴斯德是「以自己的瓶 子作為對科學的最後通牒而驚世駭人」,要求在科學院作公開試驗,而且說,如果 他們的瓶子有一個打開之後而不立刻生長微生物的話,他們願意承認錯誤。
  公開試驗那天,巴斯德應戰準時在科學院委員會做了試驗。可是布歇等卻嚇得 沒敢到場。於是委員會作出了贊同巴斯德意見的決定。
  細菌致病理論和消毒法的問世與法國醫學界的冷談、攻擊
  巴斯德是一個對人民具有高度責任感的科學家。為挽救法國的釀酒業和養蠶業, 他進行了大量的調查研究。從這些應用研究中,巴斯德發現了一條重大原理:在每 一情況下,病都來自有毒和微生物或細菌。由此,他自然地聯想到微生物和人類疾 病的關係,聯想到法國醫院的現實。
  當時, 在巴黎的產科醫院裡,產婦死於產褥熱者高達1/19;1864年,僅在巴 黎產科醫院就造成300多名產婦的死亡; 產科醫院被稱為犯罪之家。外科手術的死 亡率高達20%-30%,甚至50%-60%。
  面對這樣的狀況,巴斯德感到自己責無旁貸。他決心迅速越過對醫學無知的障 礙,拯救同胞於危難之中,儘管他觀手術而心悸,見屍體而驚怖,睹膿血而噁心, 但仍繼續深入醫院,帶領助手進行試驗研究。結果發現,造成人類疾病的也是微生 物。
  在法國醫學會的一次會議上,巴斯德提出了細菌致病理論。他說:「開刀的傷 口暴露在千百萬細菌的面前。這些細菌存在於空氣中、手術醫生的手上、洗滌傷口 的海綿上、接觸傷口的刀具上以及覆蓋傷口的紗布上」。在科學院的幾次會議上, 巴斯德還建議外科醫生將他們的手術器械在火陷上燒一下再使用。對於這些,法國 醫學會的一些老醫生們總是報以不信任的大笑,連搖頭,然後繼續他們的老一套。
  巴斯德的建議雖遭到了本國醫學界的忽視,但卻引起了英國外科醫生李斯特的 重視。李斯特將巴斯德的細菌致病理論運用於外科臨床,實行石炭酸消毒法,取得 了很大成功。
  儘管如此,法國醫學會的外科專家們仍然不理會李斯特的經驗,照舊反對細菌 致病理論。他們的理由是:「它是一個新的觀念,因此,也就是一個糟糕的觀念」。 法國的產科醫生們仍繼續講他們的錯誤的產褥熱形成理論。
  面對醫學界的頑固反對,巴斯德繼續宣傳細菌致病學說。有一天,在科學院, 一位醫學會會員向同行們用有關產褥熱問題的報告。當報告人一一列舉可能的病因 時,巴斯德從後排站了起來,當即駁斥說:「胡說八道!產褥熱完全不是由你提到 的那些東西引起的,醫生和護士才是應該負責的人。他們把微生物從一個受感染的 病人帶給了另一個未受感染的病人,從而造成了很多母親的死亡」。被激怒的演講 者以攻為守,諷刺地問:「那麼請你講一講,你說的那種微生物又是什麼樣子?」 於是, 巴斯德走上講台, 在黑板上迅速地勾畫出一個念珠狀的圖形,告訴聽眾: 「看,這就產它的樣子」。會場頓時沸騰起來。年老的醫生大罵:「巴斯德是搗亂 分子、客串的外行、對醫學一無所知的門外漢,最好還是搞他的化學藥品和瓶瓶罐 罐去吧」。
  儘管頑固派們繼續反對細菌致病理論和蒸煮加熱消毒法,但年輕的醫生卻逐漸 地接受了巴斯德的一套新觀念,並將其付諸於醫療實踐,醫院不再是殯儀館的前廳 了。
  圍繞免疫學說的鬥爭
  從1878年起,巴斯德和他的助手們又衝向了防治牛羊炭疽病和雞霍亂的新戰場。 經過三年的實驗研究,巴斯德提出了他的弱毒免疫理論,並開始用疫苗防治畜禽疾 病。
  這一理論的提出,又一次觸怒了醫學界和獸醫學界的頑固派。於是又展開了一 場長達六年之久的驚人的激烈鬥爭。
  一天,在醫學會會議上,巴斯德談起了自己關於免疫的發現,好心好意地告訴 醫生們,他證明了詹納在天花上未能做到的一點,就是殺害動物的微生物正是保護 動物不死的微生物。對巴斯德自以為比詹納高明,老派醫生們大為惱怒。八十多歲 的著名外科醫生儒爾士。奎茵(一譯蓋朗)尤其冷嘲熱諷。巴斯德當即反擊,斥責 奎茵的一次得意手術毫無意義。於是,惱羞成怒的奎茵離開座位,對準60歲的巴斯 德一拳打去。在場的其他醫生連忙跑來勸阻,才制止了雙方的拳鬥。第二天,奎茵 又向巴斯德提出決鬥,妄圖以拳打腳踢和頭破血流來解決真理問題。巴斯德退還了 他的挑戰書,告訴來使:「我的職業是醫病,不是殺人」。
  巴斯德的免疫理論和醫療措施也觸怒了獸醫學界。一天,在默倫農學會,著名 獸醫兼獸醫雜誌編輯羅星約爾心懷叵測地要農會會提供經費和牛羊,讓巴斯德作公 天試驗。,妄圖借此使巴斯德身敗名裂。巴斯德毫不疑心,於5月5日至6月2日在默 倫的普伊勒福爾農場,與助手一起進行了公開試驗。6月2日的最後結果是:接種過 的一組牛羊或吃食、或跳躍,情況良好;而沒有接種過的一組牛羊中22頭已經死去, 剩下的2頭顯出炭疽桿菌病特有的症狀。 泰晤士報記者稱:普伊勒福爾實驗是一次 十會十美的空前的成功。反對派被迫認輸。如獸醫比俄,原是一個最尖酸刻薄、主 張引巴斯德上當的人。在最後一隻未經接種的羊快死時,他奔向巴斯德:「巴斯德 先生,用你的菌苗給我接種吧就像你對這些你曾如此神妙地救它們性命的羊一 樣——然後我願讓你注射最毒的毒菌!人人都必須深信這個奇妙的發現呀!」
  經驗與教益
  如上所術,巴斯德一生做出了許多重大發現,一再遭到科學界一些人的懷疑, 抵制和反對。這是為什麼呢?
  首先是由於科學發現本身的革命性和科學界的保守性之間的矛盾造成的。1888 年11月14日在慶祝巴斯德研究所落成大會上,會議秘書曾指出:「巴斯德先生是一 位革新家」。「他對於發酵,對於極細小的微生物,對於傳染病的原因,以及對於 這些疾病的預防接種所做出的發現,對生物化學、獸醫學和醫學來說並非一般性的 進展,而是完全的革命」。面對推翻舊理論的革命性發現,一些長期受舊理論熏染 的科學家,當然不會接受,必然下意識地拿起舊理論向新發現進行抗爭。正因為如 此,其中年齡愈大、受舊理論影響愈深者,對新發現的抵制也就愈烈。例如對細菌 致病理論,老年醫生多半是反對者;而年輕醫生則往往是擁護者,朱伯特、魯和張 伯蘭等,還成了巴斯德的得力助手。當然,在革命性的發現面前,年齡大小並不是 決定科學家態度的唯一因素。一般說來,科學家是尊重實驗事實的。只要一個人的 發現能為許多人,特別是懷疑者本人的實驗所重複,懷疑者就會由懷疑變為相信、 由反對轉為擁護。例如畢奧態度的轉變、李斯特的熱烈擁護等,都是如此;而法國 的博物學家們從來不做什麼實驗,完全以舊理論作為衡量真理和謬誤的標準,因而 很自然地成為新理論的反對者。
  其次巴斯德在生物學方面的發現所以屢遭抵制,還因為職業專門化和科學分工 造成的局限性。巴斯德原是個化學家,對生的學、醫學本來一竅不通。這樣,生物、 醫學界的人們往往把他看成外行,不相信他有解決生物、醫學問題的能力。一般人 也往往這樣看。例如當巴斯德研究蠶病開初進不大時,蠶農們就曾抱怨說,防止蠶 病的事,化學家懂嗎?這是一方面。另一方面,內行們又往往把自己的研究領域看 成是只共他們狩獵的圍場,而將他人的進入看作是一種非法的進犯行為。對進犯者, 他們當然要加以反對;進犯者的獵物當然更得不到公正的評價了。殊不知,在19世 紀像巴斯德這樣的化學家研究生物學問題,正是適應了學科之間相互移植和滲透的 客觀要求。巴斯德的成功本質上是這一客觀趨勢的必然結果。當時的化學已成為一 門實驗科學,而生物學還停留在描述性階段,巴斯德操起化學的實驗方法和工具, 潛心地研究生物學問題,從而揭示出一個又一個從未見過的現象,提了一個又一個 新見解,也就不足為奇了。
  第三,巴斯德遭逢的懷疑和抵制往往達到激化程度,這與他的氣質有很大關係。 貝弗裡奇曾指出:「新發現所引起的紛爭有時因發現者的人品而變本加厲。作出新 發現的人往往不會也不善於處理人與人之間的關係。如果他們略微圓通一些,麻煩 也就少得多」。這點在巴斯德身上表現的特別明顯。巴斯德具有藝術家和詩人的氣 質,喜歡激動。這樣,在遭到他人反對時,就往往不夠冷靜、耐心,說出一些帶有 刺激性的話語。例如由於揭了博物學家不會做實驗的短處,加劇了博物學家對他的 反對;由於他當眾斥責奎茵的外科手術,導致奎茵採取了粗野行動。而對自己,他 又往往不太廉遜,或說自己的發現超過了歷史上某位著名人物,或將幾位德高望重 的科學家對他的讚美之詞引用於演講中,發表於文章內。這也刺激了科學界的反對 派。克魯伊夫曾指出:巴斯德之所以樹敵,部分原因「是由於他的怒氣沖沖、魯莽 從事的挑釁神氣」。
  第四,巴斯德的發現受到抵制也與他的科研方法的特點有關係。巴斯德具有豐 富的創造性想像力。從一個偶然的或有限的事實中,他往往便能悟出事物的真諦, 做出正確的猜想。他說過:「如果有人對我說,在做出這些結論時我超越了事實, 我就回答說:」是的,我確是常常置身於不能嚴格證明的設想之中。但這就是我觀 察事物的方法「『。應當說,巴斯德的這種方法是一種成功的方法。問題在於他憑 著這種方法做出的發現和猜想,在未經嚴格周密的實驗之前,就很快通報給了科學 界。這樣,在證據不足的情況下,就不免引起科學界許多人的懷疑;而當他的猜想 一時不能為實驗所證明或失敗時,倒又給反對派提供了用以攻擊的彈藥。
  圍繞巴斯德的科學發現和發明的鬥爭已經載入史冊。巴斯德不僅為我們留下了 科學遺產,也給我們留下了同反對派作鬥爭的經驗和教訓。我們要學習他的鬥爭精 神。他說過:「一個科學家應該想到的,不是當時人們對他的辱罵和表揚,而是未 來若干世紀中人們將如何講到他」。為發展科學,他無所畏懼地向一個又一個占統 治地位的陳腐觀念衝擊。為宣傳、捍衛真理,他不屈不找地迎戰形形色色的反對派。 我們要學習他讓事實說話的科學態度。在懷疑派、反對派面前,他總是堅持不懈地 進行最巧妙的實驗,並將自己的理論應用於生產實踐,以事實戰勝對方。同時,巴 斯德也給我們留下了值得注意之點。首先,對自己的猜想和發現,應在嚴格驗證、 做到無懈可擊之後再公佈於眾。其次,要善於處理人與人之間的關係,不應感情用 事,對反派的具體實驗證據要加以認真分析。這樣,革命性的發現儘管仍會遭到保 守派的反對和抵制,但其激烈程度可能會小一些,持續時間可能會短一些。
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  第二十五章  此爭綿綿無絕期
  ——人猿同祖論在鬥爭中前進
  人類在追索自身起源的過程中,曾驚訝地發現人與猿之間是何等的相似。經過 長期的科學考察與研究證明,人與猿具有相同的祖先,人猿同祖的理論就由此逐漸 建立起來。
  人猿同祖論揭示:人類與現代類人猿都起源於一二千萬年前(即中新紀)的一 種古猿。由於分枝發展,人類的遠古祖先經歷了漫長的亦猿亦人、亦人亦猿的演化 過程,終於擺脫了一般動物的特徵而變成人。另一分枝發展的結果,則演化成現代 的類人猿。人類是動物界的一定歷史條件下長期發展的必然產物。
  (一)
  在生產力十分低下的古代,人們對於自身起源的奧秘,還得不出正確認識。最 初只是通過簡單的遐想,產生出種種猜測。例如,中國的女媧氏傳土造人的傳說, 古埃及的哈奴姆用黑泥塑人的臆想,古芬蘭的怪島蛋孵化人的故事等等。這是人類 在科學發展水平還十分低下的歷史條件下,探索自身起源的一種樸素認識。隨著歷 史的發展,這種粗糙而又缺乏科學的解釋,已日益不能為人們所滿意。我國古代偉 大的政治家和思想家屈原,在《天問》中就尖銳地提出「女媧有體,孰制匠之?」 「萬民之身女媧所作,女媧之身復誰作邪?」的問題。可是,隨著歷史的發展,剝 削階級為了維護自己的統治,從而達到麻痺愚弄勞動人民的目的,對人類起源的這 種樸素的唯物主義認識加以歪曲,提出「上帝造人說」,並且被宗教神學奉為至高 無尚的信條。
  宗教神學為了從根本上否定人與自然界的必希聯繫,對一切違背「上帝造人」 教義的人,殘酷地進行迫害與打擊。古希臘唯物主義哲學家阿那克薩哥拉(Anaxa- goras, 約公元前500-428年),曾頗有見地地提出人是由動物演變而來的,結果 被雅典法庭判處死刑。年近七十高齡的阿那克薩哥拉,最後雖然免遭一死,但卻被 驅逐出境。17世紀,意大利著名哲學家瓦尼尼(Lucilio V ani-ni,1584-16 19) 僅僅由於闡述了人類也是變化而來的這一樸素的唯物主義觀點,就被宗教裁判所割 去了舌頭,並處以火刑。
  (二)
  然而,科學真理終究是會閃光的,它必將在艱難曲折的鬥爭中形成和發展。瑞 典著名生物分類家林耐(C.V.Linne, 1707-1778),於18世紀上半葉,在對生 物進行分類比較過程中,發現人與猿的基本形戊有著驚人的相似之處。為此他指出: 「再沒有什麼東西有像猿類那樣和人類相類似的了,……人類與其模仿者的猿類之 間幾乎找不出任何自然方面的差別。」「……野獸中醜惡的猿和我們多麼相像啊!」 他在《自然系統》一書第十版中,把人、猿、猴同歸於動物分類學中的靈長類。雖 然林耐的基本思想具有「淺薄的沃爾弗式的目的」論觀點,把人猿形態上的相似, 歸結為上帝有意識的安排(即神造的),但是他在動物分類學上,客觀地反映了人 與猿的條緣關係。因此,他實際上已經不自覺地揭示出了「人猿同類」的思想。
  林耐關於「人猿同類」思想發表後,由於它直接觸犯了宗教教義,因而遭到羅 馬教皇的堅決反對,並把他的《自然系統》一書列為禁書。然而,科學的進步是不 可阻擋的。與林耐同庚的法國博物學家、進化論的先驅者布豐(G.L##u- ffon,1707-1788),通過對化石及其它生物學資料的科學分析,擯棄了林耐的特 創論觀點,進一步提出「人猿同源說」。他指出:「解剖猿體,我們把他的構造跟 人的相比。……這種構造圖案總是一樣的」。由於當時「科學還深深地禁錮在神學 之中」,加上布豐本人思想上的怯懦,最後在唯心主義、宗教神學的壓力下,他被 迫違心地宣稱:「我沒有任何反對《聖經》的企圖,我是堅決地信仰《聖經》上所 說的關於神創世界的時間和事實的……」「人猿同源說」就這樣中途夭折了。
  在宗教神學的壓抑下,「人猿同源」的思想沉寂了半個多世紀。18世紀末、19 世紀初, 法國博物學家拉馬克(J#B.Lamarck,1744-1829),繼承了布豐的進 化觀點,他在1809年發表的名著《動物哲學》中指出:「如果我們不知道人類是由 神創造的,那麼我們也許可以用這一理論來解釋人類是由動物起源的」。這樣拉馬 克又進一步地提出了「由猿變人」的進化論思想。
  在宗教神學及其陳腐自然觀的統治下,拉馬克有進化論思想也同樣遭到了非難。 當時,忙於鞏固專制統治的法國皇帝,曾經憤怒地把拉馬克的書擲於地上。拉馬克 的同事、 法國科學界的「生物學獨裁者」居維葉(G.Cuvier,1769-1832),由 於理論觀點的分歧,也對拉馬克的著作採取了冷漠的態度。在種種壓力下,77歲高 齡的拉馬克下境十分困惑, 以至造成雙目失明。幸獲兩個女兒的幫助,又堅持了8 年的科學研究工作。 當1829年拉馬克離開人世的時候,已經窮困到連5年期很的葬 身之地都買不起。
  拉馬克的「由猿變人」的思想,在湮沒了半個世紀後終於又復興起來。1859年, 達爾文(C.R.DARWIN,1809-1882)的《物種起源》一書發表了。達爾文所確立 的進化論「推翻了那種把動植物種看做彼此毫無聯繫的、偶然的、『神造的』、不 變的東西的觀點,第一次把生物學放在完全科學的基礎上」。在這部偉大著作中, 達爾文明確地預言:「人類的起源和歷史,也將由此得到許多啟示」。
  達爾文學派的「總代表」 、英國博物學家赫胥黎(T.I.Huxley,1825-189 5) ,在傳播進化論的過程中,經過多年的考察實踐,於1863年發表了他的具有歷 史意義的《人類在自然界的位置》這一著作。他通過比較解剖學的研究,進一步明 確地說明了「我們人類的種族是從哪裡來的?」這個長期爭論不休的問題。他指出: 「在我看來,人的構造和其他動物一樣,尤其和猿更接近,是毫無疑問的了」。所 以,人類「是和猿類由同一個祖先分枝而來」。
  堅持進化論思想的赫胥黎,也不能倖免於宗教神學和學術界保守勢力的圍攻。 1860年6月30日, 「英國科學促進協會」在牛津大學召開辯論會。赫胥黎作為達爾 文的代言人,以「準備受火刑」的決心參加了會議。會議一開始,進化論的反對者, 英國著名比較解剖學家歐文,故意挑起爭論。繼而,曾獲牛津大學數學院頭等獎的 主教威爾伯福斯,面對著擠在博物館圖書室裡的近千名聽眾,以極其傲慢的口吻質 問:「我要請問一下坐在我的旁邊的赫胥黎教授,按照你的關於人是從猴子傳下來 的信念,請問:跟猴子發生關係的,是你的祖父這一方,還是你的祖母那一方?」 對於主教的蓄意挑戰,赫胥黎予以了有力地駁斥。他說:「我說,我重複說一遍: 一個人沒有理由因為有猴子做他的祖父而感到羞職。如果有一個祖先在我的回憶中 會叫我感到羞職,那就是這樣的事種人:他不滿足於自己的活動範圍,卻要用盡心 機來過問他自己並不真實瞭解的問題,想要用花言巧語和宗教情緒來把真理掩蔽起 來」。赫胥黎捍衛人猿同祖論的鏗鏘有力的發言,贏得了聽眾的陣陣熱烈掌聲。經 過激烈的爭論,很多青年學生站到了進化論一邊。因此,這場爭論在客觀上促進了 進化論的傳播,使人猿同祖論進一步得到了確立。
  牛津大辯論後,赫胥黎與歐文關於「人猿」的爭論,一直持續到1863年赫胥黎 的《人類在自然界的位置》問世,方以歐文失敗而宣告終止。可是,圍繞建立在進 化論基礎上的人猿同祖論的鬥爭卻仍未平息。當時,反動的宗教勢力,不甘心自己 的失敗, 他們組織信徒出版刊物, 不斷集會大造聲勢,叫囂:「打倒進化論」、 「拯救心靈」、「粉碎達爾文」。非但如此,他們還不准達爾文的《物種起源》放 在三一學院的圖書館內。1864年,竟有30位皇家學會會員與40位醫學博士,聯名發 表宣言反對達爾文。赫胥黎在當時的處境也很艱難,正如他自己所說:「若干年間, 批評指責的北風刮起它最大的曲解和嘲諷的暴風,甚至把我說成是一個邪惡的人」。
  人猿同祖論在我國也同樣遭到了反動宗教勢力的誣蔑和攻擊。19世紀末20世紀 初,由於達爾文進化論及其人猿同祖論在我國廣泛傳播,極大地動搖了宗教神學的 統治,因而立即引起了我國宗教勢力的抵制與反對。耶穌教神父李問漁,1907年, 由教會創辦的福州美華書局,出版了李春生所著《東西哲衡》,更加肆無忌憚地攻 擊人猿同祖論為「讕言囈語,微特無一毫價值,徒令識者笑為喪心病狂」。並且只 能「置其為茶餘酒後之笑柄」。到了本世紀三、四十年代,我國的宗教勢力仍在極 力排斥進化論的觀點。1940年,輔仁大學武兆發教授,就是由於在講台上宣傳了進 化論而被解聘。
  在西方,20世紀以來,抵制進化論,反對人猿同祖論的事件也屢屢發生。1925 年,美國田納西州達頓城一名青年教師,由於在課堂上講解了人類起源於古猿,而 被法庭判處罰款。 就在十幾年關, 美國還組織一個「特創論研究會」,大肆宣傳 《聖經》中的上帝造人的神話。1970年,美國加利福尼亞州教育廳竟公然把特創論 列為中學生物教科書的內容。1977年,英國論敦大學物質科學系主任安德魯斯教授 發表談話說:目前「越來越多的人正在捨棄達爾文的進化論而贊成包括亞當和夏娃 故事的特創論」。
  (三)
  歷史表明,人猿同祖論的產生和發展,經歷了一個漫長而又艱難的歷史過程。 在這個歷史過程中,它不斷地遭到了保守勢力的激烈反對和攻擊。這些反對者有的 來自科學界,有的來自哲學界,還有的來自於宗教界。在人類文明高度發展的今天, 也仍然存在著來自各個方面的反對者。那麼,人們不禁要問:一個自然科學的理論 為什麼竟如此長期地遭到保守勢力的反對呢?這是因為這個問題是一個涉及人類起 源的重大理論問題,而這個問題又是唯物論與唯心論長期爭論不休的一個根本問題。
  唯物主義認為,人類是自然界的產物,是客觀物質世界經過長期演化的必然結 果。唯心主義則認為,人是精神的產物,是由上帝創造出來的。人猿同祖論科學地 論證了人與猿的同祖關係,正確地解釋了人類的起源問題,這就唯物地說明了人與 自然界的關係,因而必然要遭到唯心主義的抵制和反對。
  人猿同祖論長期遭到非難的事實表明:我們要牢固地樹立辯證唯物主義的自然 觀和科學觀,自覺地做一名堅定的辯證唯物主義者。這對於自然科學工作者抵制唯 心主義思想的侵襲,卓有成效地開展科學研究工作,無疑具有著重大意義。正如列 寧所指出的:「任何自然科學,任何唯物主義,如果沒有充分可靠的哲學論據,是 無法對資產階級思想的侵襲和資產階級世界觀的復辟堅持鬥爭的。為了堅持這個斗 爭,為了把它進行到底並取得完全勝利,自然科學家就應該作一個現代的唯物主義 者,作一個以馬克思為代表的唯物主義的自覺擁護者,也就是說應當作一個辯證唯 物主義者」。
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  第二十六章  寂寞開無主,零落碾作塵
  ——孟德爾和他的遺傳理論
  1965年夏天的一個傍晚,在捷克布爾諾的摩拉維亞鎮的一座教堂裡,曾舉行過 一次盛大的紀念會。參加這次紀念會的大部分人並非教徒,而是應捷克科學院邀請 而來的各國遺傳學家。他們懷著崇敬而又惋惜的心情來紀念一位為遺傳學奠定了基 礎, 而其成果又被埋沒35年之久的偉大生物學家。 他就是格裡戈。孟德爾神父。 1965年是他的研究成果發表一百週年。
  孟德爾其人
  孟德爾(G.J.Mendel,1822-1884)出生於奧地利摩亞維亞的海因申多夫村。 現今這個地方是捷克境內的海因西斯村。孟德爾的父親是個農民,素性酷愛養花。 因此,孟德爾自幼養成了養花弄草的興趣。這也許是這位科學家後來在豌豆實驗上 成名的一個最初的契機吧。
  孟德爾的童年不但平常,且有些寒苦。整個小學可以說是在半饑半飽中念完的。 中學畢業後,主要靠妹妹準備作嫁妝的錢,讀了歐繆茲學院的哲學系。大學畢業後, 21歲的孟德爾在老師的建議下,進了設在鄂爾特伯倫的奧古斯丁派的修道院當了一 名修士,取了一個教名叫格裡戈。25年後被選為該修道院院長。
  如果說童年的孟德爾是在貧寒中度過的,那麼青年的孟德爾則飽歷了生活道路 的坎坷。孟德爾不滿意於修道院的單調、古板的修士生活,兼任了布爾諾一所實驗 學校代課教師的職務。他曾兩次申請轉為正式教師,但經考試的均名落孫山。特別 令人氣憤的是,在第二次考試中,主考官竟這樣來評論他的考卷說:「這次的考卷 使我們認為,該生連作為初等學校的老師也不夠格」。在這期間他還到維也納大學 旁聽了植物生理學、數學和物理學等課程。
  好學勤奮和充滿進取的孟德爾,考試落榜後,便在修道院的花園裡從事植物雜 交的研究工作。他的成果只發表了很小一部分。除了死後使他成名的《植物雜交實 驗》(1865)外,還有《人工授粉得到的山柳菊屬的雜種》(1870)和《1870年10 月13日的旋風》(1871)。
  孟德爾的晚年,可說是在愁雲慘霧中度過的。他孑身一個,無妻無子,孤苦令 仃。又因拒絕繳納當局對修道院徵收的一筆稅金,而遭受著與當局僵持之苦。學志 未酬而又憤懣填膺的孟德爾,終於於1884年1月6日因患腎炎不治而與世長辭,享年 只有62歲。當人們弔唁這位少年清貧,中年研究成果遭冷遇,晚年孤獨悲慘的老人 時,誰也未想到他是一位在科學史上留下崢嶸篇章的偉大科學家。
  孟德爾的業績
  孟德爾開始研究植物雜交工作,所用的實驗材料是豌豆。他選用了22個豌豆品 種,按種子的外形是圓的還是皺的,子葉是黃的還是綠的……等特徵。把豌豆分成 了7對相對的性狀。然後,按一對相對性狀和兩對相對性狀,分別進行了雜交實驗, 得到了如下的一些結果。
  一對相對性狀的雜交實驗  孟德爾通過人工授粉使高莖豌豆跟矮莖豌豆互相雜 交。第一代雜種(子1代)全是高莖的。他又通過自花授粉(自交)使子1代雜種產 生後代, 結果子2代的豌豆有3/4是高莖的,1/4是矮莖的,比例為3:1.孟德爾 對所選的其它6對相對性狀,也一一地進行了上述的實驗,結果子2代都得到了性狀 分離3:1的比例。
  兩對相對性狀的雜交實驗 孟德爾又用具有兩對相對性狀的豌豆作了雜交實驗。 結果發現,黃圓種子的豌豆同綠皺種子的豌豆雜交後,子1代都是黃圓種子;子1代 自花授粉所生的子2代, 出現4種類型種子。在556粒種子裡,黃圓、綠圓、黃皺、 綠皺種子之間的比例是9:3:3:1.
  通過上述實驗材料,孟德爾天才地推出了如下的遺傳原理。
  1.分離定律。 孟德爾假定,高莖豌豆的莖所以是高的,是因為受一種高莖的 遺傳因子(DD)來控制。同樣,矮莖豌豆的矮莖受一種矮莖遺傳因子(dd)來控制。 雜交後,子1代的因子是Dd.因為D為為性因子,d為隱性因子,故子1代都表現為高 莖。子1代自交後,雌雄配子的D,d是隨機組合的,因此子1代在理論上應有大體相 同數量的4種結合類型:DD,Dd,dD,dd.由於顯性隱性關係,於是形成了高、矮3: 1的比例。 孟德爾根據這些事實得出結論:不同遺傳因子雖然在細胞裡是互相結合 的,但並不互相摻混,是各自獨立可以互相分離的。後人把這一發現,稱為分離定 律。
  2.自由組合定律。 對於具有兩種相對性狀的豌豆之間的雜交,也可以用上述 原則來解釋。如設黃圓種子的因子為YY和RR,綠皺種子的因子為yy和rr.兩種配子 雜交後,子1代為YyRr,因Y,R為顯性,y,r為隱性,故子1代都表現為黃圓的。自 交後它們的子2代就將有16個個體,9種因子類型。因有顯性、隱性關係,外表上看 有4種類型: 黃圓、綠圓、黃皺、綠皺,其比例為9:3:3;1.根此孟德爾發現, 植物在雜交中不同遺傳因子的組合,遵從排列組合定律,後人把這一規律稱為自由 組合定律。
  孟德爾的發現被埋沒
  孟德爾從1856年開始, 經過8個的專心研究,得出了上述兩上定律並寫成一篇 題為《植物雜交實驗》的論文。在好友耐塞爾(一個氣象學家)的鼓勵的支持下, 他於1865年2月8日和3月8日舉行的布爾諾學會自然科學研究會上,報告了這一論文。 與會者很有興致地聽取了他的報告,但大概並不理解其中的內容。因為既沒有人提 問題,也沒有人進行討論。不過該會還是於1866年在自己的刊物《布爾諾自然科學 研究會會報》上全文發表了這篇論文。
  曾一個時期,人們以為孟德爾的工作被埋沒,是由於當時學術情報囿閉不通, 交流不廣,人們不知道他的工作造成的。後經調查,才知情況並非如此。原來該學 會至少同120個協會或學會研究會有交流資料關係。刊載孟文的雜誌,共寄出115本。 其中,當地有關單位12本,柏林8本,維也納6本,美國4本,英國2本(英國皇家學 會和林耐學會)。孟德爾本人還往外寄送過該論文的抽印本。迄今有據可查的至少 有5個人瞭解他的工作。 第一個是耐格裡。他是19世紀著名的植物學家。他的研究 對解剖學、生理學、分類學和進化論的發展,有一定的推動作用。在植物學方面, 他是心柳菊屬方面的權威。孟德爾不僅把自己的論文寄給了他,且還給他寫過進一 步說明論文的長信。 第二個是A.凱爾納。他曾在因斯布羅克任教授,在維也納植 物園當主任。 第三個是H.霍夫曼,一位植物學教授。第四個是威廉。奧爾勃斯。 福克,他是植物雜交方面的權威。第五個是俄國的施馬爾豪森。但是,刊物也好, 論文也好,都如石沉大海,沒有得到明顯的反響。這樣,孟德爾的為遺傳學奠定了 基礎的、具有劃時代意義的發現,竟被當代人們所忽視和遺忘,被埋沒達35年之久。
  1900年,對孟德爾蓋棺後成名具有重要意義。這一年,有三人幾乎同時重新作 出了孟德爾那樣的發現。 第一個是德弗裡期,他於1900年3月26日發表了同孟德爾 的發現相的的論文; 第二個人是科侖斯,收到他論文的時間是1900年4月24日;第 三個人是丘歇馬克, 收到他論文的時間為1900臚6月20日。也就是在這一年裡,他 們也都發現了孟德爾的論文。這時,他們才清楚,原來自己的工作,早在35年前就 由孟德爾做過了。
  對孟德爾發現被埋沒的原因分析
  有不少生物史學家。對這一問題很感興趣,也曾進行了一些調查。但因事情發 生已年深日久,有確鑿證據的材料所得無幾,尤其關係到人們心理方面的活材料更 難以到手。現據已有材料作如下分析:
  歷史的局限性 1866年孟德爾發表自己的論文時, 正值達爾文的《物種起源》 發表的第七個年頭。這期間各國的生物學家,特別是著名生物學家都把興趣轉到了 生物進化問題上,而物種雜交問題自然就不是人們矚目的中心問題了。「這一事實 也許對孟德爾的工作所遭到的命運,起到了更為決定性的作用」。其次,由於歷史 條件的限制,當時學術資料不能廣泛地交流也是一個原因。如,對雜交問題搜集資 料較多的達爾文,就沒有看到過孟德爾的論文。雖然也有人說,即使達爾文看到了 這一成果,也不一定能充分地認識到它的意義。但,這樣推論是沒有多大根據的。 又如,瞭解孟德爾工作的俄國的施馬爾豪森,他本來在自己學位論文的歷史部分加 了一個附註,正確地評價了孟德爾的工作。但遺憾的是,當1875年《植物區系》雜 志發表他的論文譯本時,刪去了加有評價孟德爾工作的附註。這樣,就又減少了後 人瞭解孟德爾工作的機會。
  懷疑以至完全不相信這是一項新發現 孟德爾發表他的新發現時, 當時只是一 名普普通通的修士。至於他從事植物雜交的研究,只被人們看作「不過是為了消遣, 他的理論不過是一個有魅力的懶漢的嘮叨罷了」。的確,在一個專業學者的眼裡, 他還夠不上一名地道的生物學家。因為他既沒有生物學專業的學歷,也沒有博士、 教授的頭銜。因此,他的具有挑戰性的發現,自然不易被人們所相信。從已知的少 數幾個看過他論文的人的反映和態度看,懷疑以至不相信孟德爾這個小人物能有什 麼新發現,乃是忽視他成果的一個和重要原因。當時瞭解孟德爾最多的是生物學家 耐格裡。孟德爾跟他素來關係甚密,相互交往達七年之久,孟德爾常同他交換種子。 他也是讀過孟文的第一個人。然而,正是由於他不僅沒有正確地認識孟德爾的工作, 而且還提出種種懷疑和責難,從而成為這樁遺憾後世的科學蒙難案的重要原因。現 已查到,他看過孟德爾論文後,於1866年12月31日給孟德爾的覆信。從中可以確鑿 地看到他是怎樣地懷疑、責難以至忽視了孟的工作。他在信中說:「我認為,你用 豌豆屬作的實驗還遠遠沒有完成,其實還只是個開端。……能為最重要的結論提出 無可爭辯的證明的這樣一套試驗,決不是已在著手進行了。……你打算在你的試驗 中包括其他植物,這是很好的,我相信,從其他品種中會得到完全不同的結果(就 遺傳性而言)」。他還懷疑孟德爾得出的3:1的規律。如他說:「你應當把數量的 表現看作僅僅是經驗的理象,因為它們還不能被證明是合理的」。在耐格裡看來, 「只有那些在最模糊的專業領域能夠作出正確判斷的人,才能探究這個問題」。另 一個瞭解孟德爾工作的A.凱爾納, 接到孟德爾寄送的論文後,曾給孟德爾寫過復 信。但據凱爾納的助手說,孟德爾的論文在凱爾納的圖書室中壓根就沒有拆過封。 人們是否可以推論:在凱爾納的眼中,像孟德爾這樣的小人物的文章,簡直是不屑 一顧的。
  不理解其成果的重要意義 孟德爾的發現本身, 在一定程度上超出了當時的流 行觀念。在當時,傳統的遺傳學觀點是融合遺傳理論,而孟德爾的思想則是粒子遺 傳;其次,當時在生物學領域主要的研究方法是定性的觀察和實驗,而孟德爾用的 是定量的數學統計分析。所以,即使是認真地看過他的文章,如果跳不出傳統框框, 也不一定能理解其重要意義。 如H.霍夫曼不僅看過他的文章,而且在自己的著作 中,五處引用了孟德爾的文章,但現在看來,不是沒有引到重要的地方,就是有所 誤解,總之,沒有真正理解孟德爾工作的意義。所以,在霍夫曼的書中完全忽視了 孟德爾的貢獻。福克也曾多次提到孟德爾的成果,但他說:「孟德爾所作的很多次 雜交的結果,十分類似於奈特的結果,但孟德爾自以為發現了各種雜種類型之間穩 定的數量關係」。他所否定的正是孟德爾的成功之處,說明他根本不理解孟德爾發 現的意義。他的提到孟德爾,不過是因為孟德爾培育成了植物雜種,不得不得一下 而已。
  教訓和啟示
  埋沒孟德爾發現一案,已經過去一百多年了。今天,孟德爾在科學史上的地位 及其光輝業績已被充分肯定,以他的成果為基礎的遺傳學也已取得輝煌勝利。然而, 我們不應忘記,忽視孟德爾發現的代價是沉重的,它也許使生物學的發展延緩了幾 十年。難道我們不應從中悟出應有的教訓,找出以古鑒今的富有啟發性的道理,以 便今後不犯或少犯同類錯誤嗎?
  警惕傳統觀念的束縛 有些人認為孟德爾的發現是早產兒, 它超越了時代的認 識水平,因此被埋沒是必然的。然而,我們卻認為,孟德爾的發現不被理解從而導 致被埋沒,主要應歸咎於傳統觀念的束縛。理由是,孟德爾的課題當時已經擺到了 人拉的面前。至少有向個人的工作接近於孟德爾的結論(參閱斯多倍《遺傳學史》, 第126-138頁, 第189頁),其中甚至包括人所共知的達爾文,他關於金魚草的雜 交實驗距離孟德爾的結論只差一小步。這充分說明,孟德爾的發現決非偶然的早產 兒,而是具備成熟的歷史條件的。上述幾個人和看過孟德爾論文的人,之所以沒有 作出孟德爾那樣的結論和沒有認識到其意義,主要因為他們沒有衝破傳統觀念的束 縛和跳出傳統的定性方法的局面。而孟德爾的成功,正由於他的老框框少些,所以 才有可能衝破當時的研究方法和流行的遺傳學觀念,不受干擾地從客觀的實驗事實 中引出應有的結論。
  傳統觀念作為人們認識的一種慣性,對於保持人的認識的連續性和穩定性具有 積極的意義,但對於科學創新來說,卻是一個大敵。歷史上有很多新發現,常常由 於束縛於傳統的舊觀念,碰到鼻子上而被忽視和否定。科學的一大不幸就在於:人 們常以懷疑和抵制新概念、新學說的心理。一種新學說出來,人們常以種種方式來 反駁、嘲笑、吹毛求疵,求全挑剔、不理睬,以至拒之千里之外;相反,則安於原 有的框框、迷戀於流行的觀念。孟德爾事件,不過是又一次證明,抵制新發現、新 學說是人類難克服的「大自然的一項基本法則」。因此,科學工作者要時刻提醒自 己,不要被傳統觀念捆住手腳,要時刻牢記一個平凡的真理:科學的生命在於創新, 科學的勝利在於衝破傳統觀念。
  要擺正小人物和權威的關係 人世間有些事是不太公平的。 本來科學史上的很 多重要發現,是由開始不出名的小人物作出的,權威是由小人物變成的。然而,人 們卻養成了一種迷信權威、漠視小人物的偏見。孟德爾的發現被埋沒的悲劇,也在 於他當時是一個小人物。可以設想,如果他當時是個權威,他的論文就會被多種刊 物爭相登載,他的實驗就會被很多人重複,他的結論就會被許多人研究、討論以至 接受。從科學史方面看,漠視小人物的成果是相當普遍的理象。就是在今天,我們 也常常可以看到,人們容易重視和相信權威的話,包括他們的部分錯話;容易忽視 小人物的成果,甚至是一件了不起的成果。特別是些權威們,他們切身體會到一項 真正的科學發現不是輕而易得的,所以也不輕易相信一項新發現。雖然這裡是有一 定道理,但是也不盡然。在日常生活中,常常也可以看到有那樣一些權威,他們在 談論自己的研究或某項工作時,是那樣津津樂道,而當聽取或閱讀別人的,特別是 初出茅廬的小人物的論文時,則不斷搖頭蹙眉,表現出一種極不耐煩的樣子。總之, 在科學史上,由於權威漠視小人物從而扼殺或埋沒了重要發現的例子是很多的。因 此,在浩瀚的書林文海中,正確地評價和識別一項科學新發現,有時同這一發現本 身同樣重要。所以說,在向科學的進軍中,不僅需要有不拘一格發現人才的伯樂, 同樣,也需要不以資歷取人、不以人廢言、獨具慧眼、能識別科學新發現的伯樂。
  孟德爾蒙難的教訓告誡我們,要時時提醒自己,擺正權威和小人物的關係。歷 史的辯證法證明,蓋世權威難免一失,無名小輩常有所得。因此,正確的態度應該 是:既尊重權威,又不忽視小人物。
  要滿腔熱情地對待科學新發現, 新學說 孟德爾蒙難記和類似的事件說明,一 項科學上的新發現被人們所承認,是一個非常曲折的過程,是一件很不容易的事情。 這不僅是因為需要戰勝傳統觀念的抵抗、需要克服許多世俗偏見,還因為新發現本 □,在開始往往是不完善的。這種不完備性不管在理論上還是在實踐上,都可能成 為反對自己的口實。現在已經知道,孟德爾的遺傳定律也是不完善的,他沒有估計 到性連鎖現象的存在。因此,為了今後不再重演孟德爾式的悲劇,盡理避免在科學 征途上人為地設置障礙,使科學事業得以順利發展,我們應自覺地以滿腔的熱情來 對待科學上的新事物。所謂滿腔熱情,並不是要求對任何一項科學新發現都不加分 析地、簡單地予以承認。因為聲稱新發現的,並不都是正確的和真實的。而是要求: 對與傳統觀念大相逕庭的新發現或新學說,絕不要輕率地、簡單地加以否定,或者 放置一邊不加理睬。只要是言之有理,持之有據的,就應允許公開發表,讓大家來 討論、鑒別。即使經過討論、證明是錯誤的,也會對科學有利,因為它可以避免人 們重蹈覆轍。
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  第二十七章  永遠的遺憾
  ——DNA遺傳本性的發現者為什麼未獲諾貝爾獎
  在現時代, 對於受過遺傳學教育的人來說,脫氧核糖核酸(簡稱為DNA)是生 物遺傳信息的載體,這似乎已是一種常識。然而就在五十多年前,當艾弗裡O.T. Avery, 1877-1955)及其同事於1944年發表這一理論時,卻引起了遺傳學界的極 大驚訝和懷疑。直到50年代中期,這一理論才為遺傳學界普遍接受。這樣,年邁的 艾弗裡也沒能等到這一天便溘然長逝而失去了榮獲諾貝爾獎的機會。這實在是本世 紀科學史上的一大憾事。
  格裡菲斯等人的奠基工作
  發現DNA的遺傳功能, 始於1928年格裡非斯(P.Grif-fith)所做的用肺炎雙 球菌感染小家鼠的實驗。
  肺炎雙球菌基本上可以分為兩個類型或品系。一個是有毒的光滑類型,簡稱為 S型。 一個是無毒的粗糙類型,簡稱為R型。S型的細胞由相當發達的莢膜(或稱為 被囊)包裹著。莢膜由多糖構成,其作用是保護細菌不受被感染的動物的正常抵抗 機制所殺死,從而使人或小家鼠致病(對人,它能導致肺炎;對小家鼠,則導致敗 血症)。但在加熱到致死程度後,該類型的細菌便失去致病能力。由於莢膜多糖的 血清學特性不同、化學結構各異,S型又可分成許多不同的小類型,如SⅠ、SⅡ、S Ⅲ等。 而R型細胞沒有合成莢膜的能力,所以不能使人或小家鼠致病。它不能合成 莢膜的原因在於一個控制UDPG一脫氫□的基因發生了突變,R,S兩型可以相互轉化。
  1928年,格裡菲斯將肺炎球菌SⅡ在特殊條件下進行離體培養,從中分離出R型。 當他把這種R型的少量活細菌和大量已被殺死的SⅢ混合注射到小家鼠體內以後,出 乎意外,小家鼠卻被致死了。剖檢發現,小家鼠的心血中有SⅢ細菌。
  這一實驗結果可以有三種解釋。(1)SⅢ細菌可能並未完全殺死。但這種解釋 不能成立,因為單獨注射經過處理的SⅢ時並不能致死小家鼠。(2)R型已轉變為S 型。這一點也不能成立,因為剖檢發現的是SⅢ不是SⅡ,R型從SⅡ突變而來,理應 轉化為SⅡ。(3)R型從殺死的SⅢ獲得某種物質,導致類型轉化,從而恢復了原先 因基因突變而喪失的合成莢膜的能力。格裡菲斯肯定了這種解釋。這就是最早發現 的轉化現象。
  三年之後,研究者們發現,在有加熱殺死的S型細菌存在的條件下,體外培養R 型的培養物, 也可以產生這種轉化作用。此後不到兩年,又發現S型細菌的無細胞 抽提物加到生長著的R型培養物上,也能產生R向S的轉休(R→S)。
  於是, 研究者們提出,加熱殺死的S型細菌培養物或其無細胞抽提物中,一定 存在著某種導致細菌類型發生轉化的物質。這種物質究竟是什麼,人們尚不知道, 為便於研究,暫時叫做「轉化因子」(transforming principle)。
  艾弗裡等人的突破
  格裡菲斯發現轉化作用, 為爾後認識到DNA是遺傳物質奠定了基礎。艾弗裡和 他的同事麥克勞德(C.M.Mcleod) 和麥卡蒂(M.J.Mccarty)正是在這個基礎 上繼續前進,才獲得了重大的突破。
  1944年,在紐約洛克菲勒研究所,艾弗裡等人為了弄清轉化因子的化學本質, 開始對含有R→S轉化因子的SⅢ型細菌的無細胞抽提物進行分餾、 純化工作。他們 根據染色體物質的絕大部分是蛋白質的事實,曾一度推斷蛋白質很可能是「轉化因 子」。然而,當他們使用一系列的化學法和□催化法,把各種蛋白質、類脂、多糖 和核糖核酸從抽提物中去掉之後,卻發現抽提物的剩餘物質仍然保持把R型轉化為S 型的能力。於是,他們對自己的推斷動搖了。最後,在對抽提物進一步純化之後, 他們發現,只消把取自SⅢ細胞抽提物的純化DNA,以低達六億分之一的劑量加在一 個R型細胞的培養物中, 仍然具有使R→SⅢ的轉化能力。他們還發現,從一個本身 由R型轉化產生的S型細菌的培養物中提取的DNA也能使R→S. 於是,他們得出結論 說,「轉化因子」就是DNA.並在《實驗醫學雜誌》第79卷第137期發表了這一研究 成果。
  艾弗裡等人的試驗和結論是對脫氧核糖核酸認識史上的一次重大突破,徹底改 變了它在生物體內無足輕重的傳統觀念。
  在懷疑聲中探索
  艾弗裡等人在1944年所作的試驗和結論, 不僅沒有使科學界立即接受DNA是遺 傳物質的正確觀念,反而引起了科學界許多人的極大驚訝和懷疑。
  當時主要有兩種代表性的否定意見。 第一種是,即使活性轉化因子就是DNA, 也可能只是通過對莢膜的形成有直接的化學效應而發生的作用,不是由於它是遺傳 信息的載體而起作用的。 第二種否定意見則根本不承認DNA是遺傳物質,認為不論 純化的DNA從數據上看是如何的純淨, 它仍然可能藏留著一絲有沾污性的蛋白質殘 余,說不定這就是有活性的轉化因子。
  科學界的懷疑、否定,不但沒有能動搖艾弗裡等人繼續探索的堅定信心,反而 加強了他們的信念,為進一步明確、探索而奮鬥。
  為了回答第一種懷疑論,泰勒(H.Taylor)和哈赤基斯(R.D.Hotchkiss) 先後做了大量的實驗工作。特別是他們在1949年所進行的實驗,給了懷疑論者以致 命一擊。
  泰勒從粗糙型(即R突變型) 品系中分離出一個新的更加粗糙、更加不規則的 突變型ER, 並且發現從R品系細胞中提取出來的DNA可以完成ER向R的轉化。這樣, 就證明了在以往實驗中作為受體的R品系本身還帶有一種轉化因子。 這種轉化因子 能把R品系仍然還具有的一點點殘餘的合成莢膜的能力轉授給那個莢膜缺陷更甚的 ER品系。 不僅如此, 泰勒還發現,將從S品系(作為給體)提取的NDA加到ER品系 (作為受體)中,也能實現ER向R的轉化。如果把這種第一輪的R轉化物抽取一些加 以培養,然後再加進S給體的DNA,便會出現R向S的轉化。泰勒的這些發現使得那些 曾抱有 「DNA僅僅是在多糖莢膜合成中作為一種外源化學介質進行干擾而導致轉化 作用」這種信念的人們,無言以對,只得認輸。
  在同一年內,哈赤基斯還證實了那些與莢膜形成毫無關係的一些細菌性狀(如 對藥物的敏感性和抗性) 也會發生轉化。他從正常的S型肺炎球菌中分離出了一種 抗青黴素的突變型(記為PenrS),提取出它的DNA,加到一個由對青黴素敏感 的S型中突變產生的R型(記為PenrR)的培養物中。結果發現,某些個Penr—R 受體細菌已被轉化為Penr—S給體型。據此,他得出結論說,肺炎球菌的DNA不但帶 有為莢膜形成所需要的信息,而且還帶有對青黴素產生抗性的細胞結構的形成所需 要的信息。 他還認為,莢膜的形成和對青黴素的抗性似乎是由不同的DNA分子控制 著。此後不久,哈赤基斯又利用從S野生型抗鏈黴素突變型細胞中提取的DNA進行試 驗,也獲得了同上述實驗完全相仿的結果。當哈赤基斯將其實驗結果在美國科學院 院報上發表之後, 一切認為DNA的轉化作用是生理性的而不是遺傳性的各種奇談怪 論便消失無蹤了。
  針對第二種否定意見,艾弗裡和麥卡蒂於1946年用蛋白水解□、核糖核酸□和 NDA□分別處理肺炎球菌的細胞抽提物。 結果表明,前兩種□根本不影響抽提物的 生物學效能,然而只消碰一碰後者,抽提物的轉化活性便立即被完全破壞掉。這一 結果進一步證明了DNA作為遺傳信息載體的功能。 哈赤基斯繼續對轉化因子進行化 學提純。到1949年時,他已經能把附著在活性DNA上的蛋白質含量降低到0.02%。
  儘管如此, 在1949年,這些實驗結果仍然沒能使懷疑論者相信DNA是遺傳變化 的原因所在。甚至到1950年,米爾斯基(A.E.Mirsky)仍對艾弗裡的轉化因子試 驗結論持懷疑態度。 他認為,「很可能就是DNA而不是其它的東西是對轉化活性有 責的, 但還沒有得到證實。在活性因子的純化過程中,越來越多的附著在DNA上的 蛋白質被去掉了,……但很難消除這樣的可能性,即可能還有微量的蛋白質附著在 DNA上,雖然無法通過所採用的各種檢驗法把它們偵察出來,……因此對DNA本身是 否就是轉化介質還存在一些疑問」。
  後來, 隨著對DNA化學本性的足夠瞭解, 特別是1952年赫爾希(A.D.Hers- hey)和蔡斯(M.Chase)證明了噬菌體DNA能攜帶母體病毒的遺傳信息到後代中去 以後, 科學界才終於接受了DNA是遺傳信息載體的理論。美國分子遺傳學家G.S. 斯坦特寫道:「這項理論到1950年後好像突然出現在空中似的,到了1952年已被許 多分子遺傳學家奉為信條」。
  科學界對艾弗裡等人的理論的懷疑,也反映到諾貝爾獎評選委員會中。當艾弗 裡提出他們的理論以後,閘有人提議艾弗裡應獲這種最高獎勵。但鑒於科學界對其 理論還抱有懷疑,諾貝爾獎評選委員會認為推遲發獎更為合適。可是,當對他的成 就的爭議平息、諾貝爾獎評選委員會準備授獎之時,他已經去世了。諾貝爾獎評選 委員會只好惋惜地承認: 「艾弗裡於1944年關於DNA攜帶信息的發現代表了遺傳學 領域中一個最重要的成就,他沒能得到諾貝爾獎金是很遺憾的」。
  啟發與借鑒
  艾弗裡等人的科學發現為什麼遲遲得不到科學界的承認呢?這當然不是由於他 們的不術地位低下所致,因為艾弗裡那時已經是細菌學界的一員老將。不是由於出 版機構的壓抑,因為他拉的文章在《實驗醫學雜誌》上得到了及時發表。也不是由 於他們的研究超越了時代或離開了研究的主流趨勢,因為當時有許多人都在研究格 裡菲斯發現的新現象。馬克思主義認為,艾弗裡的發現的蒙難主要由於認識論方面 的一些原因造成的。具體說來是:
  第一, 傳統觀念的束縛。無庸否認,大家早就懷疑過DNA在遺傳過程中是否有 一定的功能, 特別是自從福爾根(F.Feulgen)於1924年證明了DNA是染色體的一 個主要組分之後。但是,由於科學研究發展的特定歷史進程,人們對蛋白質的研究 羅為充分,對它的重要性和分子結構的認識比較深入;而對DNA的研究就非常不夠, 因而人們也就很難設想DNA能夠作為遺傳信息的載體。在一段相當長的時間仙,DNA 不像蛋白質那樣引人注意。這除了它不像蛋白質(特別是□)那樣到處都是,且到 處都是活躍以外,重要的一點還在於結構上似乎沒有蛋白質那樣變化多端,具有個 性(同一生物體中的異源蛋白質之間,或者不同生物體中的同源蛋白質之間,在結 構的特異性上存在著極大的差異) .直到30年代後期,科學界還普遍堅持萊文(P .A.T.Levine)在20年代提出的「DNA結構的四核甘酸假說」,認為DNA只不過是 一種含有腺甘酸、鳥甘酸、胸腺甘酸和胞甘酸四種殘基各一個的四核甘酸而已。到 了40年代早期, 儘管已經認識到DNA分子量實際上要比四核甘酸理論所要求的大得 多,但是仍然普遍地相信四核甘乃是那較大的DN聚合體的基本重複單元,其中四個 嘌呤和嘧啶鹼基都依次按規定的序列而被重複著。 DNA被看成如同澱粉等聚合物一 樣的一種單調的均勻的大分子。 在這種情況下,對於DNA在各種染色體中的普遍存 在,人們一般都純粹是從生理上和結構上來解釋,而把基因的信息作用往往歸因於 染色體裡的蛋白質。所以,當艾弗裡等人將他們的結論公佈於世時,許多科學家便 不免投之以懷疑的目光。 恰如斯坦特所說:「那時候所流行的對於DNA的分子本性 的觀點使得大家難於相信DNA可能是遺傳信息的一個載體」 .事實上,發現者本身 也沒有完全擺脫傳統觀念的束縛。 在他們的論文中只願意說DNA或許是「轉化因子 的基本單位」。他們不願意將他們的發現推廣為一般結論,並且特別聲明,「當然 可能,被描述物質的生物學話性不是核酸的內在特性,而是由於吸收在核酸中的少 量其他物質,或者是與核酸緊密結合著、以至無法檢測到的物質」。艾弗裡及其合 作者的這種措詞, 被有的科學史家稱為是「幾乎神經過敏地迴避了DNA是基因、基 因只不過是DNA」 這個主張。的確,艾弗裡等人在提出他們的理論時,是極其謹慎 的。他們在論文中說:「如果這項關於轉化因子的本性的研究結果獲得證實的話, 那麼核酸就必然被認為具有生物學的特異性,它們的化學基礎尚有待於確定」。
  第二,錯誤地總結經驗造成的因噎廢食。
  就在艾弗裡等人做出上述結論的20年之間,著名生物學家、1915年諾貝爾化學 獎獲得者威爾斯塔特在實驗中由於採用的□溶液過於稀釋之故,以至用通常的化學 檢驗法顯示不出它的蛋白質含量,但仍存在催化活性,於是便做出了□不是蛋白質 的錯誤結論,宣稱已經製成了不含蛋白質的□的制備物。由於這種結論出自權威之 口,人們信以為真,結果使對□的研究推遲達10年之久。1944年時,科學界對這種 前車之鑒仍記憶猶新。所以,當艾弗裡等人公佈他們的結論後,害怕再受騙的科學 界便不敢再盲然唯這位權威而是從,遲遲不予認可了。播種苦果的是已故權威威爾 斯塔特,而蒙受苦果之害的是在世權威艾弗裡。殊途而同歸。「威爾斯塔特的錯誤 幽靈使基因的研究又拖遲10年之久」。
  艾弗裡等人及其科學發現的不幸遭遇,向我們提出了許多值得深思的問題。首 先,作為一個科學工作者,我們應當努力克服思想上的保守性和片面性,做到不為 流行觀念所束縛,努力去揭示未曾為大多數人所注目的新領域;做到正確總結經驗 教訓,不能因噎廢食。其次,作為一個科研管理工作者,我們不僅應對那些成果在 短期內就得到證實的發現者給予獎勵,而且也應對那些其成果需要很長時間才能得 到證實的卓越發現者(特別是其中的高齡科學家),及時給予認可。試想一下,如 果諾貝爾獎金評選委員會當初不是堅持「最好等到脫氧核糖核酸的轉化機理更多地 為人們所瞭解的時候再說」這種優柔態度,怎麼能會造成那種結局而追悔不及地承 認是「實屬憾事」呢?!
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  第二十八章  藏在深閨無人識
  ——冷落四十年的轉座子理論
  1983年10月9日, 斯德哥爾摩卡洛琳醫學院宣佈:美國遺傳學家巴巴拉。麥克 林托克(B.McClintock, 1902-)由於發現了可移動的遺傳物質,被授予諾貝爾 醫學獎。獎狀說,當麥氏做出這發現時,他的同時代人還未能認識其重要意義。卡 洛琳醫學院把麥氏的成就比之為一百年前另一位偉大的遺傳學家孟德爾的成就。這 是怎麼回事呢?為了弄清這個問題,我們有必要探討麥克林托克的玉米研究。
  轉座因子及其作用的發現
  麥克林托克於1902年6月16日出生於康涅狄格州哈特福德。 她性格沉靜,喜歡 獨自一個做事。於是,在康奈爾大學修完生物學並獲得博士學位後,便來到長島冷 泉港卡內基實驗室,在那個周圍佈滿森林的一座小建築物中工作。
  為了揭開生物遺傳突變的秘密,她開始在小港附近的一塊小試驗田里,別具匠 心地種植玉米。玉米是經典遺傳學研究中採用的一個理想的供試對象。因為它的籽 粒和葉子有顏色變化。這種顏色變化是由遺傳結構的基本改變引起的。但具體機制 人們並不清楚。 那時,人們還不知道DNA是怎樣結合以及如何起作用的。事實上, 當時只有很少幾個研究者相信,的確是分子在各代之間傳遞信息。為了探究遺傳機 構變化的內在機制,麥克林托克年復一年地在田間仔細地觀察玉米籽粒和玉米葉子 的顏色發生的一代又一代的複雜變化;然後,將採下的材料帶回實驗室,觀察玉米 染色體的斷裂和重組況。染色體的斷裂和重組,是麥克林托克藉以從細胞中獲得遺 傳變化信息的唯一象。
  30歲那年,麥克林托克在某些玉米籽粒中發現了玉米色素顯現著一些稀奇古怪 的模式。她觀察到玉米籽粒顏色的遺傳很不穩定,有時籽粒上還出現一些斑斑點點。 1944-1945年冬,她又看到少數玉米株心顏色出現的圖案與自己已觀察到的不同。
  對於缺乏想像力的科學家來說,這些顏色變化可能被當作是隨機發生的自然變 異。但是,麥克林托克沒有這樣看。她通過耐心的記錄和仔細的分析,從自然界的 這種表面上顯得雜亂無章的過程中,發現了一種條理。這就是,使籽粒著色的色素 基因是在某一特定代上「接上」或「拉斷」的。更為重要的是,同一個「接上」或 「拉斷」,經常是在其後的某一代上在同一染色體的各部分、甚至在所有染色體上 突然出現的。麥克林托克把它們叫做「控制因素」(或稱控制因子)。
  通過兩年的摸索,到1947年,麥克林托克終於畫出了某些結構基因(例如產生 色素的基因)的調節和控制系統的輪廓。此後的年月中,她反覆檢驗這些能闡明她 的觀點的複雜實驗,更加堅定了自己的看法。到1949年時,她便開始撰寫文章,總 結自己的實驗結果和發現。後來,在準備付印之前,她又慎重地從長達90頁的初稿 中刪去了所有可能出錯的內容。
  1951年,在冷泉港生物學專題討論會上,麥克林托克遞交了自己的學術論文, 向科學界同行報告了她的新理論。她提出遺傳基因可以轉移,能從染色體的一個位 置跳到另一個位置,甚至從一條染色體跳到另一條染色體上。她把這種能自發轉移 的遺傳基因稱為「轉座因子」(transposition elements)。
  她提出,「轉座因子」除了具有跳動的特性之外,還具有控制其他其因開閉的 作用,因此「轉座因子」又可叫做「控制因子」。控制因子可以插入到玉米染色體 上的顏色基因附近。例如SG是一個產生紫色色素的結構基因,它附近的一個控制因 子DS(稱為離解因子或分化變異因子)以一定的速率關閉SG,使玉米籽粒不能產生 紫色色素,而成為黃色。DS從SG附近跳開,SG所受的控制作用即被解除,玉米籽粒 又變成紫色。而DS跳到遠離AC處,或者AC本身跳開,DS即不受AC的控制,它又可以 發揮對結構基因SG的抑製作用,使玉米籽粒成為黃色。這些控制因子跳動得如此之 快,使得受它們控制的顏色基因時關時開,於是玉米籽粒便出現了斑斑點點。
  她還提出,這種現象在植物發育的早期出現得特別頻繁,這時候,一種類型的 細胞令人不可思議地生成所有不同的細胞,形成整個組織或整個機體。
  四十年的冷落
  麥克林托克在會議上興致勃勃地介紹了自己的發現和理論。轉座因子的發現使 人們對生物的奧秘取得了深入的理解。它不僅解決了整個機體如何從單個細胞發育 起來(即從一個受精卵細胞如何變成形狀、大小和功能完全不同的細胞)的問題, 而且解決了如何產生所有新種的問題,甚至解決了為什麼偶而有些細胞會瘋長的問 題(如人的癌細胞)。既然如此,麥克林托克的報告理應受到科學界的歡迎;但事 實上,聽眾反應卻十分冷淡。甚至有人稱她是「怪人,百分之百的瘋子」。她的論 文被收入冷泉港論文集後,世界科學界也一直加以否定或忽視。麥克林托克開始感 到受人冷落。她懊喪地提到,沒有人能理解她的主張。
  這也難怪。在當時,占統治地位的染色體遺傳學理論認為,生物細胞內的遺傳 物質比較穩定,不太容易發生變化。遺傳基因以一定的順序在染色體上作線性排列, 彼此之間的距離也非常穩定。常規的交換和重組只發生在等位基因之間,並不擾亂 這種距離。除了在顯微鏡下可見的、發生頻率極為稀少的染色體到位和相互易位等 畸變可以改變基因的位置外,人們還從未認識到,也難以設想出基因會從一處跳躍 到另一處。這樣,由於轉座子理論和經典遺傳學的傳統理論如此大相逕庭,當然也 就不能立即被人們認識和接受了。
  十年過後,當法國的分子生物學家F.雅各布和J.莫諾於1961年發現大腸桿菌 中的調節和控制系統並成為科學界的頭條新聞時,麥克林托克再次提出了自己的理 論,結果,又遭到了科學界的冷落。
  儘管如此,麥克林托克仍孜孜不倦地繼續研究。她堅信不移地認為:「倘若你 認為自己邁開的頻伐是正確的,並且已經掌握了專門的知識,那麼,任何人都阻撓 不了你,……不必去理會人們的非難和評頭品足」。
  60年代中期,關於遺傳物質的轉移,人們在細菌中發現了轉化和轉導現象。但 人們仍不願接受麥氏的理論。在布魯海文學術會議上,麥克林托克向聽眾大聲疾呼: 「我們已經接受了轉導作用(transduction)和轉化用用(rtansformation)的概 念,用轉位作用(transposition)有什麼錯?
  客觀存在的自然規律終究要為大多數人所揭示。60年代後期,當人們運用遺傳 工程這種強有力的新工具時,終於在細菌中發現了「轉座子」(rtansposon)(又 譯為易位子, 實際止是DNA的小片斷),從而開始激起人們對麥克林托克研究工作 的興趣。許多研究很快與麥氏的早期研究所提出的相似現象聯繫起來。
  整個70年代,分子遺傳學家找到了愈來愈多的可移動的或可轉移的遺傳因子, 又稱之為「跳躍基因」(jumping gene)。這些因子不僅存在於細菌中,同時也存 在於較高等的動物中。此時,麥氏的理論又得到了進一步的驗證,更加深入人心。
  1980年,冷泉港的生物學家們召開專題討論會,集中討論了可移動的遺傳因子 (movabl genetic elements) 問題。雖然麥克林托克未出席會議,但是整個會議 討論期間,人們紛紛提到她的各字。
  道是無情卻有情。麥克林托克30年代初做出的發現、40年代提出的理論,到60 年代末終於被重新提起,80年代初為科學界普遍接受。她走在時代前面四十年,同 時也為此冷落奮鬥了四十年。
  科學界一旦認識到麥克林托克提出的理論的重大意義,便將追求真理的熱情、 仰慕偉人的崇敬之心,一下子傾注到她的身上。1981年,對於79歲高齡的麥克林托 克來說,是特別熱鬧的一年。到處都在邀請她去演講和座談,等待她的接見,向她 索取玉米種子。科學界高度評價她的科學研究和人格。她的早期同事、玉米遺傳學 家M.盧德斯說: 、我知道許多著名的科學家,但是只有一位,我認為是傑出的科 學家, 無疑是麥克林托克「。哈佛大學的M.梅西爾遜推測說:」歷史將記載她作 為奧妙而且複雜的遺傳理論的先驅「 .諾貝爾獎金獲得者、DNA雙螺旋結構的發現 者之一沃森說:」她是個偉人,她孤軍作戰,標新立異。她的工作是極為重要的「。 我國著名遺傳學家談家楨教授也指出,麥克林托克走在時代前面,她的光輝發現應 獲諾貝爾獎。有好些研究小組爭先恐後地用新的分子生物學技術來支持麥氏的體系, 並試圖闡明流動基因如何工作。各種榮譽也紛至沓來。特別是這年年底,她連獲三 項大獎。這就是:阿普拉斯卡基礎研究獎(這是美國榮譽和聲望最高的醫學獎,通 常是通向諾貝爾獎的台階),麥克阿瑟基金會獎和以色列的沃爾夫基金會獎。
  過慣了冷落寂寞生活的麥克林托克,面對國內外科學界的讚譽和獎勵,又添了 一種新的煩惱。她閘侷促不安地向記者表示,她完全不喜歡宣揚;她所想的只是退 到實驗室裡一處安靜的地方;她不在乎個人財物,也不喜歡積聚個人財物。
  冷落的原因和啟示
  麥克林托克的「轉座子」理論為什麼會被科學界冷落了四十年左右的時間呢? 綜合起來看,不外乎下述幾個方面的原因。
  第一,從轉座子理論和經典遺傳學的關係來看,轉座子理論推翻了經典遺傳學 關於基因是穩定的這一傳統觀念,是一種革命性的理論,因而不能為經典遺傳學家 所接受。
  第二,從轉座子理論和分子遺傳學的關係來看,是由於前者走在了時代前面, 是一種超時代發現。科學界還沒有做好接受它的準備。因而不可避免地遭到分子遺 傳學家的冷落。一般說來,一項科學發現或技術發明,只有當社會以其科學技術發 展的全部進程為領會它們準備的時候,也就是如通常所說的,當這種發現或發明的 思想「已經成為潮流」 的時候, 才能為社會立刻領會,給予正確評價和使用。而 「超進代」的發現和發明,遠遠走在了絕大多數人認識進程的前面,只能為極少數 人所接受,而不能此起同時代大多數的共鳴,往往長期作為「自在之物」存在,受 到人們的冷落。只是隨著科學的發展,當這種發現或發明為某人或許多人所重複的 時候,人們才重新提起它、研究它。轉座子理論正是這樣。對於麥氏來說,在30年 代,它便成了「為我之物」;而對於絕大多數分子遺傳學家來說,只是進入到80年 代時,它才被真正認識到。她的理論在很長一段時間內像愛因斯坦的理論一樣,人 們都很佩服它,但很少有人能說已經弄懂了。「陽春白雪,和者為寡」。人們不懂 它,當然也就談不上接受它了。
  第三,從轉座子理論賴以建立的實驗材料看,是由於它離開了分子生物學的主 流。麥克林托克雖然身在冷泉港生物學實驗室,但她所採用的材料,與該室中極大 多數科學家不同。她沒採用病毒和細菌作材料,研究基因的拼接、剪切和重組,而 是採用玉米這樣的高等植物作為研究對象。據美國《時代》週刊稱,對她這種堅持 用經典遺傳學的技術研究遺傳秘密的做法,她的同事一直是感到「不可思議」的。
  此外,在一定程度上,也和她的孟德爾式的孤軍作戰的方式有關。這種方式對 於她的理論的傳播是非常不利的。據有人對科學上克報阻力過程的專門研究,許多 革命性的發現,只有借助於團結一致的積極分子團體的活動,才能較快地得到科學 界的承認。這點,正是麥氏的工作方式所欠缺的。
  值得慶幸的是,儘管麥克林托克採用了孟德爾式的工作方式,利用了大體相同 的實驗材料(都是高等植物),得出了相同性質的超時代發現,也遭受了大體相同 的命運,但她畢竟在晚年看到了自己理論的勝利,並獲得了科學界的最高獎勵—— 諾貝爾獎。
  麥克林托克奮鬥五十餘年的科學生涯,給人們留下了許多值得學習的地方。我 們要學習她敢於推翻傳統理論觀念的革命精神;學習她獻身科學、不惜犧牲個人利 益的高風亮節;學習她不因冷遇而自棄、不為榮譽所陶醉,始終如一,孜鬃追求真 理的高尚情操;學習她在經典遺傳學和分子遺傳學之間鋪設橋樑、開闢新領域的創 新意識;學習她洞見細微的敏銳觀察力和見微知著的高度想像力;學習她從運動角 度思考問題的辯證方法。麥克林托克的遭遇也給我們提出了許多值得注意的問題。 在對待一種新學說時,我們要努力克服思維的保守性,採取正確的態度給以熱情支 持。在評獎中,我們應努力做到有眼光、有魄力、有遠見,不僅對那些很快就要被 證實的發現應該給予獎勵,而且對那些需要較長時間才能充分證實的超時代發現也 應給予榮譽。人們預計,諾貝爾評獎委員會對麥氏的獎勵,在科學界將受到廣泛的 歡迎。
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  第二十九章  只尊仲景書,卻遺後賢法
  ——吳又可及其《瘟疫論》的遭遇
  中醫對傳染病病因的認識,經歷了漫長的發展道路。到了明代末年著名升學家 吳又可提出了突破性的見解戾氣說。這種學說在細菌學沒有誕生的年代裡,對 指導和治療熱性傳染病的臨床實踐具有重要意義,如果這種學說能夠得到繼續發展, 無疑地會對祖國醫學做出更大的貢獻。但是,由於當時社會、思想、科學技術等水 平的很制,吳又可的卓越見解沒能得到繼續發展,甚至沒有引起當時醫學界應有的 重視,實為中國醫學史上的一件憾事。
  (一)
  明朝中晚期,封建統治階級在政治、經濟、文化思想等方面對人民的統治日益 深重,勞動人民的賦稅徭役不斷增加,農民與地主階級的矛盾尖銳化,各地頻繁爆 發農民起義,反抗統治者的殘酷剝削,明朝統治機構日趨動搖。在這樣的歷史背景 下,百姓不得安寧,生活極度貧困,各地相繼出現疫病。據史書記載,1408-1643 年,共有大規模的疫病流行39地次,是中國歷史上有記載以來疫病最嚴重的時期。 因疫病而死亡的人數十分驚人,1408年,江西、福建兩地死亡七萬餘人;1444年, 紹興等地死亡三萬餘人;1456年,桂林死亡二萬餘人;1643年,京師死亡二十餘萬 人,不論男女老幼,染病即死。
  傳染病的大流行給中醫界提出了迫切需要解決的問題,一方面是從理論上搞清 病因問題,另一方面是在實踐上解決治療問題。早在中醫理論奠基時期,《黃帝內 經》一書對以發熱為主要症狀的熱性病有過這樣的論述:「今夫熱病者,皆傷寒之 類也」,指出熱性病是人體傷於寒而發病。處於樸素經驗階段的早期中醫學,對急 性傳染病與一般傳染病在概念上沒有嚴格的區分,從主要症狀上統稱熱性病,從病 因上稱為傷寒。在此基礎上,東漢醫學家張仲景(名機,約公元150-219年)結合 醫療實踐,在病因上下定義,把這一類病定名為「傷寒」。他在《傷寒雜病論》中 指出:、太陽病,或已發熱,或未發熱,必惡寒。體痛,嘔逆,脈陰陽俱緊者,名 為傷寒「。作為病名,」傷寒「有廣義和狹義之分,廣義是多種外感熱病的總稱; 狹義是外受風寒、感而即發的病變。《傷寒雜病論》一書所論傷寒是廣義的傷寒, 雖然有瘟病的內容,但是,重點論述風寒之邪所引起的一系列病理變化和辨證施治, 對瘟病則沒有系統的論述。這表明中醫關於急性傳染病的認識處於初級階段,對病 因、治療等方面還有待於後人不斷深入探索和發展其理論,逐漸建立中醫傳染病學。
  《傷寒雜病論》以後的千餘年歷史中,中醫在傳染病方面雖然有所發展,但是, 不論在病因方面,還是傳染病特點及治療等方面,都沒有根本性的突破。直到金代 醫家劉完素(約1110年-?)在治療熱性病方面主張用清涼法,後來明初醫家王履 (1332-1391年)明確提出「溫病不得混稱傷寒」的見解,以大多醫家從多方面對 熱性傳染病進行新的探索。在這之前,歷代醫家都把瘟病混同於傷寒,治療了採用 「三日以前汗之,三日後下之」的方法,局限於《傷寒論》的樊籬,不論是南北朝 時期,或是隋唐五代,基本上如此。
  明代的通商和交通較前發達,使傳染病的規模不斷擴大,由於許多醫家仍然沿 用治療傷寒的方法治療傳染病,療效很差,結果「醫者彷徨無措,病者日近危篤, 病癒急藥愈亂」,「不知屠龍之藝雖成,而無所措,未免指鹿為馬矣」。許多染上 溫病的人「不死於病,乃死於醫,乃死於聖經之遺亡也」。要改變這種狀況,唯一 正確的道路就是立足實踐,解放思想,擺脫《傷寒論》的束縛,提高中醫對傳染病 的病因等方面的認識。
  (二)
  明朝末年出現的大規模流行性傳染病,給人們認識它的本質提供了條件。但是, 如果沒有敢於衝破束縛的革新精神,仍然無法提高中醫對傳染病的認識。因此,只 有打破傳統觀念,勇於創新,才能推動中醫學傳染病理論的發展。
  明末醫家吳又可(1592-1672年?)在行醫中深入觀察瘟疫流行的特點,研究 病變的規律,認真總結前人的經驗教訓,善於創造性思維,擺脫中醫學術上的僵化 思想,堅決反對理論脫離實際的風氣,他經過系統地總結,提出了瘟疫病因學上的 新觀點——戾氣說,並著成中國醫學史上關於傳染病理論的專著《瘟疫論》。吳又 可在書中對病因、發病症狀、傳變過程和治療原則及用藥等方面進行了系統的論述, 發展了中醫對流行性急性傳染病的認識,並且把瘟病、瘟疫和傷寒截然分開。
  吳又可之前的歷代醫家,都是從天氣的異常來理解熱性病的病源,而他經過長 期的探索後獨樹己見,在書中寫道:「夫瘟疫之為病,非風、非寒、非濕,乃天地 間別有一種異氣所感」,明確指出:「傷寒與中暑,感天地之常氣,疫者感天地之 癘氣」,「然此氣無象可見,況無聲復無臭」,精闢地概括出來戾氣的特點,即人 的肉眼看不見但存在於自然界的物質。而且指出它有多種類型,「眾人有觸之者, 各隨其氣而為諸病焉」,不同戾氣所引起的瘟疫種類各異,揭示了戾氣具有特異性。 另外,論述了戾氣具有偏中性特點,「牛病而羊不病,雞病而鴨不病,人病而禽獸 不病」,吳又可的這一論述與現代醫學中的「種屬感受性」或者「種屬免疫性」概 念是很接近的。戾氣說把中醫外科的某些疾病,如疔瘡、癰疽、丹毒等的病源歸結 為雜氣。吳又可提出戾氣說的時代,既沒有顯微鏡,也沒有微生物學說,中醫水平 還處於經驗升學階段, 他提出的這一比較科學的設想,比西方醫學家李斯特(L. Lister,1827-1912年)關於外科術後感染是微生物所致的發現,早二百多年。所 以說,吳又可的戾氣說是中醫傳染病學上的卓越貢獻,是中醫學術思想上繼承與突 破相結合的成果。
  吳又可總結出瘟疫流行的主要特點,一是大流行,二是散發性。突破了以前醫 學經典中關於傳染病的論述,對診斷瘟疫及其預防具有重要作用。關於瘟疫的發病 特點,他指出瘟疫既不同於一般外感病的表證,也沒有裡證的表現,而是憎寒壯熱, 脈不浮不沉而數,瘟病初起,侵入膜原。因此,在治療方法上主張急證急攻,逐邪 為首;並且重視攻下,補瀉兼施,他所創用的方劑「達原飲」等具有獨特的療效, 至今對某些急性傳染病均有較好的效果。更可貴的是,吳又可設想如果找到制報戾 氣的特效藥,一種藥治一種病,那樣則不必配製方劑,可以減少許多瑣事,一般的 處方用藥完全可以總廢除。
  由於吳又可對傳染病的病源有了比較科學的認識,因而對發病規律做出了比較 正確的解釋。他在《瘟疫論》中指出傳染途徑有兩個,一是來自自然環境,二是人 與人之間的傳染,侵入人體的途徑則是自口鼻而入;並且認識到人體抵抗力的強弱 與是否發病有關。
  吳又可提出的戾氣說和他的《瘟疫論》,反映出獨到的見解與創新精神。他把 溫病、瘟疫和傷寒明確加以區分,對疾病的傳變上完全擺脫了六經傳變的傳統說法, 認為疫邪從口鼻侵入人體,伏於「募原」,之後以九種不同方式向「表」或「裡」 傳變;並提出治療瘟疫的新設想,揭開了中醫傳染病學史上的新篇章。這在當時的 歷史條件下,是非常可貴的。他的戾氣說出現後,使中醫領域墨守陳規的學術風氣 受到一次猛烈衝擊,引起一些思想保守的醫家極為不滿,把富於創新的成就看成是 離經叛道的行為。比如,清代的醫家陳念祖(1736-1820年)曾指責吳又可的新理論 是「創異說以欺人」,不僅如此,他還對吳又可以前的所有進步的醫家及醫學上的 成就全盤否定。陳念祖在《神農本草經讀》一書中說:「唐宋以後,諸家異說盛行, 全違經訓」 ,極力反對中醫學的革新。這種否定和攻 擊在學術思想上代表了保守 勢力。另外,清代中醫學術界對吳又可的新理論不夠重視,傷寒派一直堅持傷寒包 括溫病(一般熱性傳染病),認為只要學好《傷寒論》的理、法、方、藥,就可以 治療溫病。乾隆年間以後發展起來的溫病派,則認為傷寒與溫病是兩種不同的疾病, 而且古代傷寒多而溫病少,認為傷寒為寒邪所致,溫病則由溫、暑、燥、濕等不同 邪氣所引起,所以,強調傷寒與溫病不同。現在看來,兩個學術派別的爭論不過是 對一般熱性傳染病的認識和理解不同罷了。所謂溫病學說,在對一般熱性傳染病傳 變過程的認識和治療方面,比《傷寒論》前進了一步。但是,戾氣說在中醫傳染病 病因學方面的意義並沒有得到應有的重視,溫病派不敢公開提出的關於治療溫疫的 特效藥設想,也被無聲地埋沒了。如果他對傳染病的一系列比較科學的認識和大膽 設想能夠得到繼續發展,中醫學在傳染病方面完全有可能進行現代科學的發展階段。
  (三)
  明清時代,中國封建社會已處於晚期,社會變革正在孕育之中,中醫有了較大 的進步。吳又可的新成就正是在這樣的社會歷史背景下產生的。而敢於衝破束縛、 大膽創新的精神,是他在中醫傳染病學上取得重在成就的重要原因。今天,我們總 結這一歷史經驗,特別是受蒙難的歷史教訓,確是發人深省的。
  中醫史上,自理論奠基以來,其發展是緩慢的,主要的原因是正統醫學學派學 術思想的僵化和墨守陳規,四部經典成為他們心目中一成不變的教條,「理必《內 經》,法必仲景,藥必《本經》」,把前人的經驗僵化了,因此,關於傳染病的理 論基本停留在《傷寒論》水平;瘟疫與傷寒的概念混同,治療皆用傷寒法。當新發 現的事實與原有理論不符時,學術思想保守的醫家總是牽強附會地進行解釋,結果 既不能發展前人的理論,也不利於指導醫療實踐。吳又可「靜心窮理」,提出新的 學說,卻受到否定和攻擊。傷寒派成為中醫的正統學派,對戾氣說則沒有給予應有 的重視,而熱衷於與溫病派的學術爭論。實際上,兩派的主要觀點是一個問題的不 同側面。這樣,就阻礙了對瘟疫病因的探索以及特效藥物治療的深入研究。
  封建社會的思想意識影響著中醫的學術風氣。統治階級為了束縛人民的思想, 從董仲舒開始,把儒學家說作為社會的正統思想,「天不變,道亦不變」等錯誤觀 念限制著人們的手腳。明清時期,統治階級提倡宋明理學,對中醫學術思想帶來消 極影響。所以,中醫學術上尊古、崇古、好古的保守思想,受儒家的思想影響較深。 這是阻礙中醫發展的原因之一。著名醫家王肯堂批評指出:「知尊仲景書,而遺後 賢續法者,好古之過也」。《傷寒論》成書後幾百年間,中醫對熱性病的探討不受 重視,流傳的也不廣泛,宋代開始注意,但只是偏重註釋、整理和補充《傷寒論》, 在基本理論方面毫無突破。這一時期,「五運六氣」說卻在中醫界佔有相當的地位, 太醫局將它列入考試醫生的科目中。可見,理論脫離實際則是中醫傳染病學發展遲 緩的又一個原因。
  吳又可提出戾氣說正是明末清初,當時,由於統治階級實行閉關自守的政策, 斷絕了中外的文化技術交流,西方出現的新技術、新科學沒有能夠及時引進,使中 國的科學技術從近代起落後於西方,中醫學的發展缺乏科學技術手段。相反,西方 醫學從文藝復興開始,學術思想解放,打破封建意識的束縛,逐漸進入實驗升學階 段,傳染病的研究由於科學技術的不斷發展提供了有利條件,如顯微鏡、化學染色 法等,到19世紀末,建立了現代傳染病學;並且,由於化學等等學科的發展,出現 了特效性藥物,吳又可的設想變成了現實。相比之下,戾氣說在這個時期還停留在 實驗科學的大門之外,科學的設想無法得到驗證和發展,這實在是中國醫學史上的 一件憾事。
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  第三十章  血與火的洗禮
  ——人體解剖學在曲折中誕生
  科學的產生和發展並非一帆風順。在人類的歷史上,很早就有關於人體解剖的 研究,但是,作為一門學科,它的誕生卻經歷了漫長而曲折的道路。回顧這門學科 創立的歷史,可以從中汲取許多啟迪和教益。
  萌芽時期的解剖學長期被埋沒
  解剖學是生物學中最古老的學科之一,也是醫學研究最早的一個領域。早在舊 石器時代,人們已經開始積累解剖學方面的知識了。傳說在公元前2800年以前,埃 及人在製作木乃伊的時候,就對內臟進行瞭解剖處理,雖然沒有留下文獻,但從埃 及的象形文字中可以考據,當時人們已經掌握了一些初步的解剖知識。但那時的解 剖知識只是一些零散的、片斷的經驗知識,它們是在祭祀、打獵、食用獵物等生活 實踐中,或對戰爭中的傷員的偶然觀察中逐漸積累起來的。因此,解剖學在這個時 期尚處在萌芽狀態中。
  古希臘克魯頓城的阿耳克美翁(Alcmaeon, 約公元前500年)是歷史上第一個 解剖學家。阿耳克美翁認為,要想得到解剖學的知識,就必須系統地解剖動物的屍 體,特別是進行動物的活體解剖。據記載,在生物學史上比較早的解剖學方面的專 著,就是阿耳克美翁在解剖了大量動物屍體的基礎上寫成的。
  中國在戰爭時期(公元前4世紀左右) ,就已經出現了記載人體解剖知識和氣 血循環理論的《扁鵲難經》、《內經》等醫書。
  公元前300年左右, 古希臘的希羅費羅(Herophilos,公元前344-前280年) 也做過一些解剖工作,並對解剖技術和用語進行過一些改進。
  公元前250年左右,古希臘的埃拉西斯特拉特(Erasis-tratos,公元前304-?) 曾進行過一些零散的、最早的比較解剖學和病理解剖學方面的研究。
  萌芽雖然出現得較早,但是,解剖學特別是人體解剖學卻由於長期受到傳統觀 念、習慣勢力的阻擾以及宗教勢力的抵制而遲遲建立不起來,被長期埋沒著。當時, 教會不允許用人的屍體做解剖,所以科學的人體解剖學直到15世紀後半葉、「文藝 復興」時代才由維薩裡等人建立起來。
  維薩裡為追求真理遇難身亡
  安德烈。維薩裡(A.Vesalius, 1514-1564)是比利時的醫生、偉大的生物 學家、近代人體解剖學的創始人,1514年12月31日生於布魯塞爾的一個醫學世家。 他的曾祖、祖父、父親都是宮廷御醫,家中收藏了大量有關醫學方面的書籍。維薩 裡幼年時代就喜歡讀這些書,從這些書中他受到許多啟發,並立下了當一個醫生的 志向。
  維薩裡在青年時代曾求學於法國巴黎大學。當時雖然處在歐洲文藝復興的高潮 埋藏,但是巴黎大學的醫學教育還仍然沒有完全擺脫中世紀的精神桎梏。蓋侖的著 作仍被奉為經典。當時在巴黎大學的講堂上,教授們還是因循守舊、津津有味地講 述著蓋侖的「解剖學」教材。教學過程中,雖然也配合一些實驗課,但是實驗課都 是由僱傭的外科手或劊子手擔任的。解剖的材料只是狗或猴子等動物屍體。再加上 教授們的講課與實驗毫無聯繫,又不准學生們親自動手操作,所以講課的實驗嚴重 脫節,而且錯誤百出。在這種情況下,教授們還寧肯信奉蓋侖的錯誤結論,也不願 用實驗事實糾正其錯誤之處。
  年輕的維薩裡面對這種現象極為不滿。由於他勤奮好學,在自學過程中掌握了 一定的解剖學知識,也積累了一些這方面的經驗,所以他曾一針見血地指出蓋侖解 剖學中的錯誤和教學過程中的弊病,並決心改變這種現象,糾正蓋侖解剖學中的錯 誤觀點。於是,他就挺身而出,親自動手做解剖實驗。他的行動,得到了同學們的 讚揚和支持。當時和他一起做實驗的還有他的同學塞爾維特。他們經常用解剖過程 中的事實材料針結蓋侖的某些錯誤觀點展開爭論,並給予糾正。後來維薩裡在他的 《人體機構》一書的序言追憶這段往事的時候曾這樣寫道:「我在這裡並不是無端 挑剔蓋侖的缺點。相反地,我肯定了蓋侖是一位偉大的解剖學家,他解剖過很多動 物。限於條件,就是沒有解剖過人體,以致造成很多錯誤,在一門簡單的解剖學課 程中,我能指出他二百種錯誤。但我還是新生他的」。
  為了揭開人體構造的奧秘,維薩裡常與幾個比較要好的同學在嚴寒的冬夜,悄 悄地溜出校門,來到郊外無主墳地盜取殘骨;或在盛夏的夜晚,偷偷地來到絞刑架 下,盜取罪犯的遺屍。他不顧嚴冬的寒冷、盛夏的炎熱和腐爛的屍體沖天的臭氣, 把被抓、被殺的危險置之度外,只是為了尋求真理而努力工作。專心地挑選其中有 用的材料,對於所得到的每一塊骨頭,都如獲至寶,精心地包好帶回學校。回來後, 又在微弱的燭光下偷偷地徹夜觀察研究,直到弄明白為止。維薩裡就是用這種不怕 困難、不怕犧牲的精神和超人的毅力,長期堅持工作,終於掌握了精湛熟練的解剖 技術和珍貴可靠的第一手材料。
  維薩裡的這種唯物主義的治學方法和解剖學的成就,觸犯了舊的傳統觀念,沖 擊了校方的陳規戒律,引起了守舊派的仇恨和攻擊。學校當局不但不批准他考取學 位,而且還將他開除了學籍。從那時起,維薩裡被迫離開了巴黎。
  後來, 他有機會在威尼斯共和國帕都瓦大學任教,並於1537年12月6日獲得博 士學位。在任教期間,維薩裡繼續利用講課的機會進行屍體解剖,並進行活體解剖 教學,吸引了大批的學生。在那裡,他充分利用學校的有利條件,繼續進行解剖學 研究。
  業餘時間,維薩裡開始寫作計劃已久的一部人體解剖學專著。經過五年的努力, 1543年,年僅28歲的維薩裡終於完成了按骨骼、肌腱、神經等幾大系統描述的巨著 《人體機構》。在這部偉大的著作中,維薩裡衝破了以蓋侖為代表的舊權威們臆測 的解剖學理論,以大量、豐富的解剖實踐資料,對人體的結構進行了精確的描述。 他在書中寫道:解剖學應該研究活的、而不是死的結構。人體的所有器官、骨骼、 肌肉、血管和神經都是密切相互聯繫的,每一部分都是有活力的組織單位。這部著 作的出版,澄清了蓋侖學派主觀臆測的種種錯誤,從而使解剖學步入了正軌。可以 說,《人體機構》一書是科學的解剖學建立的重要標誌。
  維薩裡這種勇於實踐、尋求真理的精神和他這本書的發表引起了當時的解剖學 家和醫生們的震驚。其中,也有一些不懷好意的人極力反對維薩裡的觀點,把人體 與狗的屍體混為一談,造成很大錯誤的蓋侖的後繼者們更是瘋狂地攻擊維薩裡。就 連他以前的老師西耳維也說他是「瘋狂」。宗教的書報檢查機關嚴密地檢查了他的 解剖學著作,竟以荒謬的所謂的「根據」攻擊維薩裡。這「根據」就是:男人身上 的肋骨應該比女人少一根,因為聖經上說,上帝命令亞當抽去一根肋骨變成夏娃。 又胡說什麼:每人身上都有一塊砸不碎的復活骨,復活骨是身體復活的核心。維薩 裡在書中說:人的股骨是直的,而不是像狗的那樣是彎的。他們卻在事實面前硬說 什麼:人體結構自蓋侖時代以來有了變化,人們現在之所以看到人的腿骨是直的而 不是彎的,是由於當代人穿緊腿窄褲把腿骨弄直的。假如不是人為的結果,在自然 狀態下人腿還應該是彎的。這種可笑的辯解竟成為迫害維薩裡的理由。
  在教會的迫害下,維薩裡不得不在《人體結構》一書出版的第二年,也就是在 1544年,憤然離開帕都瓦。
  離開帕都瓦以後,維薩裡來到西班牙,擔任了國王查理第五的御醫,從此中斷 了對解剖學的研究。在西班牙,他度過了比較安寧的二十個年頭。
  儘管如此,教會的魔爪仍不肯放過他。有一次,他為西班牙的一位貴族做驗屍 解剖,當剖開胸膛時,監視官說心臟還在跳動,便以此為借口,誣陷維薩裡用活人 做解剖。宗教裁判所便趁此機會提起公訴,最後判了維薩裡死罪。由於國王菲裡普 出面干預,才免於死罪,改判往耶路撒冷朝聖,了結了此案。但在歸航途中,航船 遇險,年僅50歲的維薩裡不幸身亡。人體解剖學的創始人安德烈。維薩裡就這樣悲 慘地結束了科學家偉大的一生。
  但是,科學決不會因為教會的迫害而停止發展。科學的勇士他也決不會因為種 種蒙難而膽怯後退。他們為了科學,為了真理,前赴後繼,一分鐘也沒有停止過戰 鬥。西班牙的米凱爾。塞爾維特,就是建立科學的解剖學繼維薩裡之後的第二位勇 猛的戰士!
  塞爾維特為捍衛新說被處火刑
  米凱爾。塞爾維特(M.Serveto,1511-1553),1511年出生在西班牙北部那 瓦爾省的都占拉。他比維薩裡小三歲。他生活的時代,正是「西班牙的勢力獨霸歐 洲」,而「西班牙的自由在刀劍的鏗鏘聲中、在黃金的急流中、在宗教裁判所火刑 的凶焰中消失了」的時代。
  塞爾維特在西班牙接受了普通教育之後,便離開祖國,來到他母親的故鄉法蘭 西。他學識淵博,閱歷深廣。他在里昂一家印刷所當過校對,在巴黎講授過占星術。 後來他進了巴黎大學醫學院,並與維薩裡在同一實驗室工作過。他的著作有藥物學 《蜜糖》和《基督教復興》等。
  在《基督教復興》一書中,塞爾維特提出了「靈魂本身就是血液」的看法,否 定了蓋侖的「三靈氣說」 . 蓋侖的所謂「三靈氣說」實際上是一種錯誤的學說。 「三靈氣」即自然靈氣、活力靈氣和動物靈氣。蓋侖用此來錯誤地解釋心血管的基 本生活活動,認為血液不是朝一個方向流動的,而是像希臘的愛琴海海浪一樣,陣 陣往復,方向不定。蓋侖還憑自己的想像錯誤地認為血液是經過心間隔上許多極細 的、肉眼看不見的通道從右心室流向左心室… 。塞爾維特在《基督教復興》一書 中駁斥了這些錯誤的觀點。塞爾維特認為,血液是從右心室先流到肺,再由肺送回 左心房,並強調這種循環是「在肺內完成的」。他還指出,如果有誰把這種情形與 蓋侖所寫的那些作一比較,他就會徹底弄清一個事實,那就是蓋侖所不瞭解的。這 一切的一切,都直接觸犯了那些被宗教神學奉為經典的荒謬的理論。
  塞爾維特在法國時,就把《基督教復興》一書寄給了加爾文教的獨裁者加爾文, 同時寄去一份附錄,列舉了加爾文的種種過失和錯誤,並表示要與他展開爭論。
  塞爾維特的這一行動,像針一樣刺痛了加爾文的心。加爾文大發雷霆,發誓說: 「若是塞爾維特有朝一日來到我城,我一定不讓他活著回去」加爾文就用塞爾維特 寄來的文稿和附錄,作為誣害塞爾維特的證據,向維恩天主教告密:《基督教復興》 一書的作者「米。塞。維」就是塞爾維特的化名。塞爾維特因此而被捕並投入了監 獄。在獄中,塞爾維特還以一個醫生的天職為同獄的難友們治病。在難友們的援助 下,他最後終於逃出了監獄。
  逃出監獄以後,塞爾維特仍然沒有放棄對真理的追求和繼續同宗教進行鬥爭的 信念,在去意大利南部拿破裡的途中,塞爾維特打算到日內瓦聯第一些知識界的人 士,再繼續與加爾文論戰。不幸在日內瓦的一座教堂裡,塞爾維特被加爾文的爪牙 認出, 再一次被捕入獄。 這次加爾文親自審訊,並惡毒地咒罵他,說他的著作是 「異端邪說」,是「有煽動性的書」。塞爾維特當場重申了自己的觀點,對加爾文 的咒罵給予了堅決的回擊!
  塞爾維特的信念和觀點,對新教、天主教都是非正統的「邪說」,所以引起了 伯爾尼、巴塞爾、蘇黎世和沙費豪森四大城市的震驚。宗教法庭不止一次地對他進 行審判。雖然當時也有一些加爾文的反對者企圖營救塞爾維特,但都未成功。終於 被以「傳播危險異教」等罪名,宣判他犯了異教罪,處以火刑。
  1553年10月27日,塞爾維特被活活燒死在日內瓦。恩格斯在論述反動教會對自 然科學家的迫害時曾憤憤地說:「塞爾維特正要發現血液循環過程的時候,加爾文 便燒死了他,而且活活地把他烤了兩個鐘頭… 」
  塞爾維特對血液循環的研究只是剛剛開始,完成肺循環的研究之後,就要著手 體循環的研究了。然而卻遭到了反動教會的殘酷迫害。不但科學家自己獻出了生命, 而且科學也因此蒙難。由於教會的迫害,血液循環的發現至少推遲了75年之久。直 到1628年才由英國的內科醫生威廉。哈維(W.Harvey,1578-1657)基本完成。
  維薩裡、塞爾維特等科學家的遭遇和人體解剖學蒙難的史實告訴我們,科學成 果來之不易,它需要科學家們艱苦的勞動和頑強的鬥爭,甚至拋頭顱、灑熱血。只 有不畏辛勞、不怕犧牲、勇於探索的人,才有希望登上科學的高峰。
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  第三十一章  誰是說謊者
  ——發現吞噬細胞的歡樂與苦悶
  在人類生活的漫長歲月中,七千多種疾病不斷地襲擾著人們。為了保護人類的 身體健康,眾多的醫學家前赴後繼,不屈不撓,同各種疾病進行了艱苦卓絕的鬥爭。
  要戰勝疾病,首先要搞清人體生病的原因。這個問題曾經長期困惑著人們,各 種各樣的猜測在民間流傳。後來,醫學的發展逐漸找到了科學的答案。法國化學家 路易斯。巴斯德(L.Pasteur,1822-1895)從葡萄酒變酸、蠶病、雞霍亂和炭疽 病的研究中發現某些微生物可能是引起傳染病的根源。這個設想後來被德國鄉村醫 生羅伯特。科赫(R.Koch, 1843-1910)所證實。為此,巴斯德、科赫都獲得了 應有的榮譽。
  但是也有些人對微生物的致病作用持懷疑態度。德國74歲高齡的衛生學家培頓 科斐(M.J.Pettenkofer, 1818-1901)為了證明微生物不足以使人致病,用自 己的身體做了一項實驗: 1892年10月7日,培頓科斐當著提心吊膽的學生和證人的 面,將一試管每毫升至少有10億霍亂弧菌的培養液一口吞下,還特意喝了一些鹼性 蘇打水,免得胃酸殺死霍亂弧菌。然後,他大聲喊道:「現在我們來看,我是否染 上霍亂!」說來也怪,這位74歲的老人竟安然無恙。人們驚訝地看到,他除了一點 不治自愈的輕微腹瀉之外,什麼病也沒有。於是,培頓科斐得出結論:「霍亂與細 菌無關!」
  今天看來,雖然培頓科斐的結論的失偏頗,但這個實驗也提出一個令人深思的 問題:為什麼同樣受到致病微生物的侵襲,結果有人生病,甚至死亡,有人卻健康 如常呢?
  這個問題涉及到人體的免疫之謎。為了揭示這個謎底,一位俄國科學家付出了 畢生的精力。他做出開創性的發現之後,在盡情地享受科學探索帶來的無窮樂趣的 同時,也曾遭到世人的冷漠與嘲笑,受到權威的壓抑和非難。這位科學家就俄國人 伊利亞。梅契尼柯夫(。MeeHKOB,1845-1916)。
  梅契尼柯夫誕生在俄國南部一座城市的猶太家庭裡,曾在哈爾科夫大學攻讀生 物學,因學習成績優異,曾獲金質獎章。後來到德國維爾茨堡大學就讀,因他的猶 太民族出身而遭到歧視。梅契尼柯夫對此憤憤不平,憂心如焚,甚至想自殺。但是, 一本剛剛出版的書給了他新的活力, 這本書就是達爾文(C.R.Dar-win,1809- 1882)的《物種起源》。這本書闡述的新穎觀點強烈地吸引了年輕的梅契尼柯夫, 使他對進化論產生了堅定的信仰。從此,梅契尼柯夫斷然擺脫猶太民族出身的精神 包袱,埋頭研究進化論,立志用實驗證明「適者生存」的理論。梅契尼柯夫躊躇滿 志,決心幹一番事業。他說:「我有熱誠有才能,我天資不凡我有雄心壯志, 要做一個出類拔萃的研究家!」
  梅契尼柯夫在留德學成回國後,接受敖德薩大學的聘請,講授進化論。他的講 課以博學著稱,深受師生們尊敬。
  19世紀80年代,巴斯德、科赫關於微生物可以致病的發現,使梅契尼柯夫像著 了魔似的躍躍欲試,但是得不到敖德薩大學的支持。他毅然辭去待遇豐厚的教授職 務,遷居到意大利的西西里島,在面對著風光秀麗的卡拉布裡亞海岸的實驗室裡研 究海星和海綿。
  有一天,梅契尼柯夫在觀察海星消化食物的時候,意外地發現這種動物體內有 一種遊走細胞,就像變形蟲一樣,能夠迅速地游向食物,將食物包裹起來吞下去。 由於海星的幼體像玻璃一樣透明,可以清楚地看見遊走細胞吞下去的物質。
  為了進一步驗證這個現象,梅契尼柯夫在柯夫在海星旁邊放置一點石蕊,海星 的遊走細胞迅速將它包圍起來,吞下去了。並且被吞噬的石蕊在海星體內的酸性環 境裡變成了洋紅色。
  這個發現引起了梅契尼柯夫的奇妙聯想,他從海星遊走細胞吞噬食物的現象連 系到人的疾病,提出一個大膽的設想:「在海星幼體內的這些遊走細胞,這些細胞 吃食物,它們吞下洋紅的細粒但它們也一定吃掉微生物!當然這種遊走細 胞就是保護海星免受微生物侵犯的東西!我們的遊走細胞,我們血液中的白細胞— —保護我們不受病菌侵犯的一定是它們……它們就是對白細胞——保護我們不受病 菌侵犯的一定是它們……它們就是對疾病免疫的原因……使人類不受惡性桿菌戮的 就是它們!」
  從海星吞噬食物而聯想到血液細胞能吞噬微生物,這確實是驚人的富有創造性 的聯想。這是科學家的可貴品質。聯想往往是提出新穎的假說、通向新理論的橋樑。
  牛頓曾經說過: 「沒有大膽的猜想就做不出偉大的發現」 .巴斯德也說過: 「如果有人對我說,在做這些結論時我超越了事實,我就回答說:」是的,我確是 常常置身於不能嚴格證明的設想之中,但這就是我觀察事物的方法『。「的確如此, 一個能夠產生新奇的聯想並加以證明的人,往往比缺乏想像力和好奇心的人更容易 做出新的發現。梅契尼柯夫就是運用聯想的方法提出了一個大膽而奇特的設想,最 先踏上揭示人體免疫之謎的征途。他在日記中寫道:」我突然成為一個病理學家, 因為覺得這個想法有某些非常有意思的地方,我興奮得在房間裡大踏步地走來走去, 甚至到海邊去清醒清醒我的頭腦「。
  頭腦清醒了,思想開始冷靜下來。梅契尼柯夫感到,這個設想還缺乏證據,需 要用實驗來驗證它。他想,如果這個設想是真實的,那麼拿一個細木片刺進海星幼 體內,就應該馬上有遊走細胞來圍住它。於是,梅契尼柯夫從聖誕樹上拔了幾根玫 瑰刺戳進透明的海星體內。第二天清晨,梅契尼柯夫急急忙忙跑進實驗室觀察結果, 果然不出所料,圍繞著玫瑰刺的是一群遊走細胞。他為這些遊走細胞起了一個希臘 名字,意思是吞噬細胞,並立即將這個發現轉告他的維也納的朋友——克勞斯教授。
  回到敖德薩後,梅契尼柯夫向當地的醫生們做了一次生動的講演,題目是「論 生物體的治療力量」,使聽眾大為驚奇。遺憾的是,到此時為止,梅契尼柯夫還沒 有看到一個白細胞吞噬細菌的具體過程。這必須設計新的實驗,找到直接的證據。
  不久,梅契尼柯夫找到一種非常理想的實驗動物,並很快地有了新的發現。他 用透鏡觀察全身透明的水蚤,突然發現一隻水蚤吞下一個酵母菌芽胞。酵母菌尖利 如針的芽胞刺進水蚤的食管,穿破胃壁,滑入體腔內。在透鏡下可以清晰地看到水 蚤的遊走細胞立刻游了過來,將酵母菌芽胞團團圍住,併吞噬、溶解、消化了。這 個發現使梅契尼柯夫大為振奮,他馬上寫出了一篇學術論文。他寫道:「水蚤由於 它的噬細胞而獲得免疫,是自然免疫的一例……因為遊走細胞倘不在酵母芽胞侵入 體內時將其吞下,酵母就會發芽……分泌毒素,這不僅迫使吞噬細胞後退,而且完 全溶解它們,使它們死亡」。
  不過,梅契尼柯夫意識到,這裡還有一個問題擺在面前:能夠用透鏡看到水蚤 噬過程,是否也能在兔子身上存在?人體的吞噬細胞是什麼?它們怎樣吞噬病菌? 為了解決這些問題,梅契尼柯夫便利用兔子、狗子、猴子進行實驗,想弄清他們的 吞噬經胞會不會吞噬導致結核病、回歸熱和丹毒的微生物。
  正當梅契尼柯夫雄心勃勃乘勝追擊的時候,反對派的攻擊和責難劈頭蓋腦地襲 來。
  梅契尼柯夫最先遇到的是德國微生物學權威科赫的冷淡與藐視。梅契尼柯夫在 參加了維也納的一次學術會議之後,歸途中拜訪了科赫,滿懷期望地向他講述自己 的發現,渴望得到支持與鼓勵。可是,這位權威沒等聽完梅契尼柯夫的敘述就皺起 了眉頭,臉上流露出不屑一顧的神情。當時科赫心想,我們德國學者已經發現使人 免疫的是人的血液,這位俄國人僅憑肉眼直觀地看到海星、水蚤的吞噬現象便斷言 人體的吞噬細胞能夠戰勝致病微生物,真是海外奇談!科赫以極其冷淡的態度送走 了梅契尼柯夫之後,便指示他的學生:為了捍衛德國學者發現的「體液免疫」學說, 要對這位俄國佬的「細胞免疫」理論「群起而攻之!」
  在科赫的影響下,德國學者在學術會議和刊物上猛烈反對吞噬理論。例如,老 年博學有包姆加敦每年都要在最著名的學術刊物上指名道姓地攻擊吞噬理論。哈勒 大學教授埃米爾。貝林(Emil Behring, 1854-1917) 在學術會議上大喊大叫: 「我已經證明老鼠血清殺死炭疽桿菌——使動物對微生物免疫的是它們的血,而不 是它們吞噬細胞!」
  梅契尼柯夫的所有論敵幾乎異口同聲地附和貝林,證明血液是免疫基礎的學術 論文像雪片一般飛來,當時有人誇張地說,這些論文多得可以填滿三座大學的圖書 館!
  德國的「反梅」聲浪很快波及到俄國,嫉妒梅契尼柯夫的俄國醫生立即捲入了 這個「大合唱」。敖德薩的醫生還揪住梅契尼柯夫在科研中的「失誤」大做文章。
  事情是這樣的:1886年,為了紀念巴斯德保全了16個俄國狂犬病人的生命,敖 德薩公民集資興建一個實驗研究所,梅契尼柯夫被聘為所長,負責制備征服炭疽病 的疫苗。不過梅契尼柯夫事先聲明,他要埋頭於研究吞噬理論,要訓練專門人員制 造疫苗,做實際工作。可惜負責制備疫苗的人缺乏經驗,所製出的疫苗經接種後, 使數千隻羊死於炭疽病。於是梅契尼柯夫遭到各方面的攻擊,如敖德薩醫生們說: 「這個梅契尼柯夫算老幾——他連醫生執照也沒有呢,他不過是個自然學家,區區 細菌獵人罷了——他怎麼能夠懂得預防疾病呢?」其實,那時的俄國醫生對於炭疽 病的原因和預防方法也是一無所知,可他們自恃有醫生執照便說長道短,更煞有介 事地抓住探索過程中的某些失誤散佈流言,當地的報紙甚至出現了蠱惑人心的謠言, 大叫「梅契尼柯夫在散播死亡!」
  權威們粗暴的指責、學者們狹隘的妒嫉、醫生們輕蔑的嘲諷,這種種偏見匯聚 成一股巨大的浪潮,再加上實驗中的失誤,使年輕的梅契尼柯夫承受了沉重的精神 壓力,飽嘗了被人漠視的苦悶。在這種情況下,梅契尼柯夫一度動搖了,甚至還想 到自殺。
  這時,一位朋友出了一個主意,勸他請長假,獲准後梅契尼柯夫到維也納參加 一次學術會議,繼續宣傳他的吞噬理論。會後,梅契尼柯夫由維也納去巴黎,被介 紹給巴斯德。他向這位微生物老專家暢談了自己發現的吞噬現象,將吞噬細胞與微 生物之間的生死搏鬥,講得活靈活現、有聲有色… 。六十高齡的巴斯德在聽了他 的談話以後,深感興趣,並表示讚許地說:「梅契尼柯夫教授,我與你所見略同。 我曾觀察到的種種微生物間的鬥爭,使我深有所感。我相信你走的是正路」。
  正當梅契尼柯夫苦悶與失望之際,獨具慧眼的巴斯德給予了熱情支持與真城幫 助, 使瀕於絕望的梅契尼柯夫產生了絕路逢生之感。 他鼓足勇氣激動地請求道: 「這裡有沒有給我的位置?我只希望在你的實驗室時工作,當個名譽職工」。儘管 巴斯德所說的微生物之間的鬥爭同吞噬理論毫無共同之處,但這位偉大學者已經預 感到吞噬理論的巨大價值,當即爽快地回答:「你不僅可以到我們的實驗室來工作, 而且你應該有一個自己的實驗室!」
  由於巴斯德和梅契尼柯夫具有相同的思維方法,這使他們經過初步的交流後就 一拍即合。巴斯德在科學研究中具有很強的直覺能力,有時在作出實驗結果之前, 就已經提出了大膽而正確的設想,然後再進行實驗加以證實,並回答批評者。正是 這種可貴的直覺能力,使巴斯德能夠在實驗資料尚不充分的情況下,科學地預測天 吞噬理論的前途和意義,果斷地給予支持,表現出一位導師的不凡氣度。
  在巴斯德熱烈的支持與鼓舞下,梅契尼柯夫一掃絕望與苦悶之情,毅然放棄了 敖德薩研究所的優厚薪金,投身到巴斯德研究所,踏上新的科學征程。
  1891年,在英國化敦將要舉行世界醫師大會,會議的中心議題是辯論微生物和 免疫理論。 為了迎接即將到來的論戰,梅契尼柯夫和實驗室的所有人員9包括他的 妻子奧爾加在內)都在緊張而有秩序地工作著。一隻換獨角犀牛、甲蟲、綠蛙、鱷 魚、鱸魚、鮑魚、美西螈的體內被注了細菌,又被取樣放在顯微鏡下仔細觀察。梅 契尼柯夫完全沉浸在為科學獻身的忙碌之中。
  這時,有一位德國微生物學家發表文章宣稱:梅契尼柯夫的吞噬細胞雖然能夠 吞噬微生物,但它們不是防守者,只是清道夫——它們只能吞吃死的微生物。言下 之意還是吞噬細胞沒有免疫功能。
  反對者的意見雖然有些令人惱火,但也會起到積極作用。一個冷靜的、嚴肅的 科學家應該善於利用論敵的挑剔將自己的理論推向新的高度。
  梅契尼柯夫此時對自己的理論充滿自信,他不久又設計出新的實驗:他將霍亂 弧菌注入豚鼠體內,幾天之後將這些豚鼠殺死並剖開,用一支玻璃吸管吸到含有吞 噬細胞的粘液,放在顯微鏡下觀察。過了一會兒,離體的吞噬細胞死亡了,破裂開 來,被它吞下去的霍亂弧菌飛跑出來。為了證明這些被吞下又飛跑出來的霍亂弧菌 是活的,並能使人致病,梅契尼柯夫將這些霍亂弧菌注射到健康豚鼠體內,不久這 些豚鼠就被霍亂奪去了生命。這個實驗令人信服地證明,吞噬細胞確能吞噬活的微 生物。
  為了揭示人體吞噬細胞的功能,梅契尼柯夫和他領導下的助手們,都不顧犧牲 生命的危險,吞服了霍亂弧菌,而他自己吞下去的比誰都多。他的助手朱彼勒竟因 此死於霍亂。梅契尼柯夫對朱彼勒的犧牲,非常惋惜,他悲痛地說:「朱彼勒死了, 我也決不活下去」他曾幾次自殺,只是由於賢慧的妻子奧爾加日夜提防才得以倖免。
  痛定之後,梅契尼柯夫總結道:「同樣吞服了霍亂弧菌,為什麼會引起極不相 同的結果?這要看各人的吞噬細胞是否起作用」。在當時這是唯一合理的解釋。梅 契尼柯夫用注射器從吞服了霍亂弧菌的健康人體內抽出血液,放在顯微鏡下仔細觀 察,無論如何總是找不到霍亂弧菌(當然這是找不到的)。於是,他得出結論,這 是由於身細力壯者的吞噬細胞吞噬了霍亂弧菌的緣故,吞噬細胞保護著人體不受微 生物侵襲。
  遺憾的是,由於當時科學發展水平的限制,人們無法看到人體內的吞噬細胞吞 噬微生物的具體過程,因為人體內的吞噬過程不像水蚤吞噬酵母菌芽胞那樣直觀可 見。這也可能是德國微生物學家拒不承認吞噬理論的原因之一。在倫敦召開的世界 醫師大會上,雙方論戰的激烈程度達到了頂點,甚至發展到有失尊嚴地互相攻訐。 德國人指責梅契尼柯夫說:「你是說謊者!」梅契尼柯夫寸步不讓地回擊道:「恰 恰相反,說謊的是你們!」
  雙方的論戰前後持續了二十多年。爭論激烈之時,便是矛盾接近解決之日。19 世紀末,鏖戰緩和下來了,論戰雙方的功過是非也慢慢做出了公正的結論,細胞免 疫現象得到更多實驗資料的證實。當我們回顧這場爭論的歷史過程時,可以看出: 有時由於人們認識角度的差異,導致觀點上的片面性,從而使某個即使正確的理論 難以通過。因為在探索真理的征途上,人人都偏愛自己的發現,信賴自己的實驗資 料,由此產生的自信往往使人陷入片面性。某個領域的權威學者由於其成就已經得 到公認而成為該領域的最高仲裁者。他們對某個新發現的排斥態度可以變成一個動 員令,驅使其追隨者向新理論發動一場理論「圍剿」,其攻勢之猛烈有時可能使新 理論的發現者產生動搖,甚至使研究被迫中斷。這對科學發展所帶來的損失往往是 難以估量的。 這就是我們必須經常重溫科學蒙難歷史的理由所在。 恩格斯指出: 「我們還差不多處於人類歷史的開端,而將來會糾正我們的錯誤的後代,大概比我 們有可能經常以極為輕視的態度糾正其認識錯誤的前代要多得多」。「前車覆,後 者誡」,是有助於科學進步的。
  同時,科學家在堅持、捍衛自己的科學發現過程中,應該認真聽取反對意見, 冷靜分析這些反對意見中的合理成分,用來審核自己的觀察、實驗中的紕漏,將反 對意見變成推動自己理論更加完備起來的動力。每個研究人員都應該客觀地對待別 人的新發現,既衷心祝賀新理論的誕生,又耐心地指出其不足之處,就像期望別人 公正地對待自己那樣。這樣一來,就可以使爭論的雙方減少不必要的糾葛與煩惱, 化阻力為動力,推動科學的迅速發展。這些科學發展史中的經驗教訓,如今已經變 成科學研究的道德準則,成為科學工作者的高尚美德了。
  1900年,梅契尼柯夫發表了《二十年來對傳染病的免疫性研究》一文,系統地 論述了人體的白細胞和肝、脾內及細胞吞噬微生物的特性,正式提出最初的噬菌細 胞免疫學說(Phagory-tentheorie),1908年,諾貝爾獎金委員會決定授予梅契尼 柯夫諾貝爾醫學與生理學獎。
  從此以後,梅契尼柯夫的處境大為改變,當他出席某些學術會議走進會場的時 候,受到了人們由衷的景仰和歡呼,連過去一度拚命反對他的德國人也向他熱烈鼓 掌,表示敬意。人們的稱讚和尊敬是對艱辛勞動的最好報償。梅契尼柯夫軟慰地看 到,從此探索微生物致病機理和人體免疫現象已成為一門正式專業,大批年輕有為、 受過專門訓練的醫生參加到這個行列中來。他們毫不懷疑吞噬細胞吞噬病菌的現象, 並且他們不滿足於臆測性質的答案,而是用科學實驗一步一步地揭開了人體免疫之 謎,免疫病理學終於日臻完善,成為人們戰勝傳染病的有力武器。在人們為免疫學 的進步而熱烈歡呼的時候,始終沒有忘懷為這項研究奠定基礎的開拓者——梅契尼 柯夫。
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  第三十二章  無人問津三十年
  ——加羅德和他的遺傳性疾病研究
  在當代,有關遺傳性疾病的研究已形成了生化遺傳學和醫學遺傳學等重要分支 學科。在日常生活中,有關遺傳性疾病的預防和治療,也逐漸成了人們談論的話題。 可是在本世紀初,當加羅德(A.E.Garrod,1858-1936)向科學界報告他的有前 遺傳性疾病的奠基性研究成果之後,並沒有引起什麼反響。人類醫學史上的這一偉 大篇章,就這樣被擱置下來,無人問津達三十年之久。加羅德的發現為什麼會如此 長期蒙難呢?自從30年代以來,這一直是許多遺傳學家和科學史家熱衷研究的課題。
  首次揭示代謝病和基因關係之謎
  加羅德是位英國醫生。在臨床工作中,他先後遇到了與代謝有關的四種疾病: 黑尿症、白化病、胱氨酸尿症和戊糖尿症。為了解釋這類疾病的病因,1902年他提 出了「先天性代謝紊亂」這一概念。他十分敏銳地認為,這類疾病都是由某種□的 缺乏所引起的代謝障礙,因此可統稱之為「代謝病」。
  加羅德著重研究了罕見的黑尿症。他發現,該病的顯著特點之一是患者排出的 尿中含有大量的尿黑酸,尿黑酸日排出量達好幾克。這種物質在正常人的尿中並不 存在。黑尿症患者的尿色存在著明顯的異常,剛排出時尿色正常,放置後迅速轉為 黑色。鑒於這一特點,該病在嬰兒時期就能夠發現,因為在尿布上會留有特殊的顏 色。黑尿症患者一般十分健康,只是在年老時特別容易患一種稱為褐黃病的關節炎。
  通過臨床試驗,加羅德還發現,黑尿症患者排出尿黑酸的量會隨著食用蛋白質 的量的增加而增加。這是由於蛋白質中有苯丙氨酸和酪氨酸存在之故。這兩種氨基 酸在單獨使用時也會增加尿黑酸的排出量。尿黑酸的排泄也會由於攝食苯丙氨酸和 酷氨酸的某些衍生物而增加。這些衍生物似乎可以看作是分解代謝的中間產物。
  根據這些代謝實驗結果,加羅德推斷,尿黑酸雖然從未在組織中檢出過,但它 全身是苯丙氨酸和酪氨酸分解代謝的一種正常的中間產物;黑尿症患者的主要缺陷 是由於缺少一種必需的□(尿黑酸氧化□),從而阻斷了尿黑酸的降解。他還認為, 在正常人中存在的尿黑酸至多也只是微量的,因為實際上它既很快形成也很快降解 之故;而在黑尿症病人中,尿黑酸不能進一步降解,往往在尿黑酸代謝的主要場所 ——肝細胞中積聚起來,並滲入循環系統,然後大量地排入尿中。
  在此基礎上,加羅德又將問題向前推進了一步。他向自己提出了這樣一個基本 的問題:引起這種阻斷髮生的東西是什麼呢?為了找出這一問題的真正答案,他開 始調查黑尿症患者的家族史。結果發現,黑尿症患者的家系分佈也是非常奇特的。 雖然黑尿症極為罕見,但往往可在家系中一個以上的成員中發現。往往二個或幾個 兄弟姐妹同時患病。而他們的雙親和孩子以及其他親屬卻是十分正常的。還有黑尿 症病人的雙親往往是有血緣關係的,常是第一堂或第二堂表兄妹,由於家系如此特 殊,加羅德沒有什麼猶豫,就肯定了這種病症具有一種先天的或遺傳的基礎。他具 體請教了遺傳學家貝特森。貝特森告訴他,這種情況根據當時重新發現的孟德爾定 律,就可以很容易地作出解釋。如果黑尿症是由一個罕見的孟德爾因子(即基因) 所決定,那末,預期這些家系就會出現上述情況。可以假定這些患病個體是這個異 常因子的純合體。於是,加羅德得出結論認為,黑尿症不是由病菌引起的,也不是 因某種一般機能失調偶然造成的,而是由一地存在著雙份異常的孟德爾因子,導致 某一種□先天性缺乏才引起的。孟德爾遺傳因子可能以某種方式影響人體中生化途 徑的特定的化學產物。到這時候為止,基因控制□的關係,基因和某些病症的關係, 便被完整地揭示了出來。
  科學界的反響:無人問津
  1908年,在倫敦皇家學會的主持下,加羅德發表了題為《先天性的代謝差錯》 的演講,向科學界報告了他的研究成果。他提出,黑尿症患者是一種隱性基因的純 合體;這個基因的攜帶者不能進行由某種□催化的代謝反應,該障礙進而引起在正 常情況下理應被這一代謝反應所皮壞的物質的累積和排泄。他使用「先天的代謝缺 陷」、「先天的代謝障礙」、「先天的代謝差錯」等概念,闡明了由基因控制的□ 反應的遺傳性失效。
  同年,加羅德的演講在The Lancet(柳葉刀)雜誌第一卷的1-7頁,73-79頁, 142-148頁,214-220頁上連續發表。次年,加羅德的演講由牛津大學出版社出版 了單行本。
  之後,加羅德仍在繼續從事上述研究。到1914年,加羅德宣佈,他已經從一位 同事的試驗結果中找到了代謝紊亂和基因關係的證據。他這位同事做的測量表明, 在正常的血液中能夠分離出一種具有氧化尿黑酸能力的□,而在病個的血液中沒有 發現這種□。
  加羅德所做的這些研究,儘管在科學史上第一次明確地揭示了某些疾病和基因 之間的關係,開闢了一個新的認識領域,提供了把正常人和遺傳性異常病人的生物 化學加以比較的研究方法,但並沒有引起科學界的重視。加羅德的發現,如同孟德 爾的發現一樣,遭到了科學界的冷落。這樣,「以致直到30年代,重新發現他的學 說為止,它對遺傳學的概念很少有什麼影響」。
  無人問津之因
  加羅德的研究成果為什麼無人問津?自從30年代中期以來,這個問題引起了許 多遺傳學家和科學史家的深思和探索。例如美國科學史家艾倫提出:「為什麼沒有 人撿起加羅德的擔子,這是值得更好地進行研究的一個困難的歷史問題」。
  的確是這樣。加羅德的想法並非牽強到了可以輕易放棄地地步;許多其他研究 者也已經產生了類似的假說;他擁有他所研究的四種代謝疾病的每個證據。既然如 下,那麼加羅德的研究為什麼被冷落了三十多年呢?
  首先是因為人們對治療和預防遺傳性疾病還認識不足,還不需要這方面的知識。
  科學研究對社會實踐有著極為密切的依賴關係。恩格斯指出:「經濟上的需要 曾經是,而且愈來愈是對自然界的認識進展的主要動力」。又說:「社會一旦有技 術上的需要,則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進」。就人類醫療保健 事業的實踐來看,直到本世紀30年代,甚至40年代,對人類健康威脅最大的仍然是 天花、霍亂、肺炎、肺結核、流感等傳染病,以及營養不良、寄生蟲等疾病。醫學 研究的重點是如何預防和有效地治療這些疾病。科學界的注意力也是集中在這些方 面。正因為如此,從1901年到1945年,獲得諾貝爾醫學獎的,都是有關治療傳染病、 營養不良病和寄生蟲病等方面的研究成果。而就加羅德當時所研究的遺傳性疾病而 言,它們給人類造成的威脅,相對說來還不突出。特別是他臨床上發現的四種疾病, 有的一般並不影響人體健康,有的則較少影響人體健康。這樣,從臨床角度看,當 然不會引起更多的醫生去研究這類疾病。
  其次,從人類認識發展的邏輯過程看,是因為加羅德的研究超越了時代,是一 種超時代發現。恰如斯坦特指出的那樣:「加羅德的見解和孟德爾的一樣,似乎遠 遠超出了他們的時代」。
  人類的認識發展,有其內在的、邏輯的歷史進程。就學科的形成和發展來講, 只有當各個獨立學科得到相對的發展之後,才能在兩個學科之間鋪設新的橋樑,從 而在兩個學科的結合部產生出新的學科分支。就加羅德對遺傳性疾病的研究來說, 他是在做著把醫學研究和人類遺傳學的研究結合起來的工作。而當時的遺傳學,作 為一門學科,尚處在形成之中。1900年,孟德爾的經典論文才被重新發現。1902年, 貝特森才把孟德爾開闢的研究領域稱為遺傳學。1904年,薩頓才發現孟德爾因子和 染色體之間的聯繫。1909年,約翰遜才將孟德爾因子稱為基因。在這種情況下,加 羅德就實際上是在把孟德爾定律應用於人類遺傳學和醫學,顯然是走在了時代的前 面。
  當然,就科學界對基因和代謝之間的關係的認識這一點來說,在1909年,並非 只有加羅德一人認識到了。 其他科學家,如O.裡德爾(Oscar Riddle)也曾認識 到這一點。然而作為一種超時代發現,加羅德的研究只能引起少數人的共鳴,在少 數人那裡找到知音。正如A.H.米哈依諾夫等人指出的那樣,「『超進代』的發現 是由個別人完成的,並且是供個別人利用而不是供社會利用的」。因此,儘管加羅 德作過演講,在刊物上發表過文章,甚至出版過單行本,但科學界對於他所提供的 這些科學信息並不能接受,頗有點「泥牛入海無消息」的窘況。通過信道傳遞的每 一信息並非對每個人都有價值;對他們有價值的,只是他們實際上領會了的那一部 分。
  最後,加羅德的研究所以無人問津,也和他使用的研究材料以及當時的實驗水 平有關。
  加羅德是以人作為研究材料的。這樣,就造成了如艾倫所說的那種結果:「或 許正是因為加羅德以人體實驗材料(實驗證據難以得到)研究疾病而降低了他的影 響。看來當時沒有別的合適的有機體能夠有效地用於對代謝的基因障礙進行更廣泛、 更嚴密的研究」。
  再者,由於當時的實驗水平較低,加羅德認為已有實驗證據的結論,別人無法 進行重複。例如上面提到的1914年他說的已經找到的證據,當時就沒能被其他更多 的人證實;只是到了1958年,人們才清楚地測定出,在一個患者體內,至少在肝組 織裡,尿黑酸氧化□是完全缺乏的。
  總之,由於這些社會的、認識論的和科學本身的等諸方面的綜合作用,致使加 羅德的研究成果遭到了三十多年的冷遇。
  然而,只要是真理,遲早總要為大多數人所認識和接受;而真理的發現者,也 總要隨之受到人們的高度評價和尊敬,他們所開闢的新的科學領域,終要吸引更多 的人們去獻身。自從30年代中期重新發現加羅德的論文以來,新發現的遺傳疾病的 種類與日俱增,估計在3000種以上。與此同時,由於傳染病已經基本消滅或受到控 制,以及營養不良或其它環境條件引起的疾病的相對和絕對減少,遺傳性疾病的發 病率和死亡率顯得突出起來。在這種情況下,醫務工作者和生物學工作者對遺傳疾 病問題變得十分關心和重視,研究成果如雨後春筍。加羅德當年開創的研究方法, 已成為後來者的精神武器。加羅德當年開闢的道路,在後來者的努力下,正在被加 寬、被延伸。
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<<科學蒙難集>> 〔完〕

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