第一章　科學(xué)的脈絡(luò)

科學(xué)一詞在英語(yǔ)里稱(chēng)為“science”，本來(lái)的意義是指整個(gè)知識(shí)系統(tǒng)，包括人們對(duì)于世界的一切認(rèn)知，不但包括有關(guān)自然萬(wàn)物的知識(shí)，也包括有關(guān)人類(lèi)與社會(huì)的知識(shí)；不但包括物理化學(xué)，而且包括哲學(xué)文學(xué)，這些都可以謂之為科學(xué)。前者就是自然科學(xué)，后者就是人文與社會(huì)科學(xué)。這樣才是對(duì)科學(xué)的完整理解。不過(guò)，因?yàn)槟撤N原因，很可能只是習(xí)慣的原因，現(xiàn)在人們一般只將知識(shí)的某一部分，即有關(guān)自然事物的自然科學(xué)，謂之為科學(xué)，而將人文與社會(huì)科學(xué)從科學(xué)中劃了出去，不再稱(chēng)其為科學(xué)。

—科學(xué)的興起—

想精確地了解科學(xué)起源于何時(shí)是徒勞的，可以說(shuō)比之想知道藝術(shù)的起源更難，因?yàn)樗囆g(shù)會(huì)使古人們?cè)趲r壁上留下萬(wàn)年之后也能識(shí)別的圖畫(huà)，而科學(xué)卻不如此，它不會(huì)給我們留下這樣的證據(jù)。不過(guò)我們還是可以從“想當(dāng)然”的角度去理解一下科學(xué)的起源。例如很早以前，古人們就在觀察天上的星星、太陽(yáng)、月亮了，對(duì)于它們究竟是什么樣的、有什么運(yùn)行規(guī)律也作過(guò)一些臆測(cè)，這些觀察與臆測(cè)也許就是天文學(xué)的起源了。還有，為了打獵時(shí)計(jì)算獵物，遠(yuǎn)在文明誕生之前的古人想必也會(huì)找一些方式來(lái)進(jìn)行這種計(jì)算，例如數(shù)手指頭或者在繩子上打個(gè)結(jié)，這些就是最早的數(shù)學(xué)了。

當(dāng)人類(lèi)進(jìn)入文明社會(huì)之后，科學(xué)自然也開(kāi)始進(jìn)入它的“文明”了，即以文字來(lái)記錄那些早已有之的簡(jiǎn)陋的科學(xué)知識(shí)了。這些東西，我們從最古老的文字里就可以略知一二。例如從古埃及的紙草書(shū)里，我們知道了那時(shí)有一個(gè)聰明的貴族，他為法老設(shè)計(jì)了一座獨(dú)特的計(jì)時(shí)裝置。他先做了一個(gè)漏斗，下面的孔開(kāi)得很小，然后在里面裝上水，讓水慢慢地從小孔里漏下來(lái)，甚至還在漏斗上標(biāo)記了刻度，這樣，在一定的刻度之間漏水所花的時(shí)間就是一致的，類(lèi)似于我們現(xiàn)在的一分鐘或者一小時(shí)。這個(gè)計(jì)時(shí)器也可以說(shuō)就是一種物理儀器。在與古埃及文明同樣古老的美索不達(dá)米亞，那里的古人們觀察了天象，并且把天上星星的位置作了一番記錄，制成一種星表。那一帶的蘇美爾人更發(fā)明了楔形文字，在這種文字里有許多表示種類(lèi)與屬性的詞匯，例如表示顏色的黑、白，表示種類(lèi)的木、石，表示硬度的軟、硬等，還用這些詞匯來(lái)表示各種礦物。使幾千年之后人們?nèi)匀荒軌騾^(qū)分出蘇美爾人所描述的是何種礦物。這種命名法與現(xiàn)在我們?cè)谏飳W(xué)或者地質(zhì)學(xué)上所運(yùn)用的命名法是相似的。

如此等等，這些知識(shí)就是人類(lèi)最早的科學(xué)知識(shí)，也是以后更為復(fù)雜的科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)。

古代埃及人、蘇美爾人等的科學(xué)知識(shí)通過(guò)一系列復(fù)雜的過(guò)程傳給了古代希臘人。

關(guān)于古希臘人，我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)說(shuō)得夠多了，他們?cè)谖膶W(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)等方面的成就直到今天依然為后人所景仰。與之相類(lèi)，古希臘人在科學(xué)方面亦成就非凡。

在古希臘人的科學(xué)成就中我們最為熟悉的也許是德謨克利特的原子說(shuō)了，他以為世間萬(wàn)物均由原子組成，千載之后，他的學(xué)說(shuō)竟得到了相當(dāng)?shù)恼J(rèn)可，被證明有著驚人的準(zhǔn)確度。

除德謨克利特外，古希臘還有許多偉大的科學(xué)家，例如數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯，他對(duì)數(shù)字有一種近乎崇拜的喜愛(ài)。例如他認(rèn)為只有數(shù)才是和諧的、美好的。他找了各種各樣的數(shù)，如長(zhǎng)方形的數(shù)、三角形的數(shù)、金字塔形的數(shù)等，它們都由一些數(shù)目小塊構(gòu)成，具有美的形狀。他還認(rèn)為十是最完美的數(shù)，因此天體的數(shù)目也應(yīng)當(dāng)是十。并且硬是臆造了所謂第十個(gè)天體“對(duì)地”。畢達(dá)哥拉斯最偉大的成就是發(fā)現(xiàn)了勾股定理。

古希臘著名的科學(xué)家還有天文學(xué)家菲勞洛斯、醫(yī)學(xué)家希波克拉底——他被尊為西方的“醫(yī)學(xué)之父”，等等。

這些偉人之后，古希臘出現(xiàn)了另外三個(gè)更偉大的人物，就是我們熟悉的蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德了，特別是后兩者，除了是偉大的哲學(xué)家外，同樣是偉大的科學(xué)家。例如柏拉圖，在他的“阿卡得米”里大教數(shù)學(xué)，包括算術(shù)、平面幾何、立體幾何等，另外還有天文學(xué)和聲學(xué)等課程。在阿卡得米的大門(mén)口刻著這樣的話：

不懂幾何學(xué)者不得入內(nèi)。

亞里士多德則是比乃師柏拉圖更偉大的科學(xué)家，甚至可以說(shuō)他主要是一個(gè)科學(xué)家，其次才是哲學(xué)家。因此，在亞里士多德的思想中，內(nèi)容最豐富的不是形而上學(xué)的玄思，而是富于科學(xué)精神的觀察與研究。亞里士多德將他的目光投向了整個(gè)自然界，把自然界的萬(wàn)千個(gè)體當(dāng)作自己的研究對(duì)象，試圖從中尋求知識(shí)與真理。在他的學(xué)園呂克昂，教學(xué)的主要內(nèi)容不是阿卡得米的數(shù)學(xué)與政治，而是傾向于生物學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)等自然科學(xué)。

據(jù)杰出的羅馬博物學(xué)家、《自然史》作者普林尼記載，亞里士多德手下有大批研究助手，包括為他抓各種動(dòng)物的獵人、栽培植物的園藝工人、從海里捕撈各種海生動(dòng)物的漁夫，加上其他輔助人員，達(dá)上千之眾。他們不單在呂克昂里為他服務(wù)，而且遍布從希臘、小亞細(xì)亞直到埃及的廣大地區(qū)。我們不難設(shè)想這些人可以為亞里士多德找到多少花鳥(niǎo)蟲(chóng)魚(yú)、飛禽走獸，亞里士多德憑這些東西建立起了古代世界第一座大動(dòng)物園和植物園，他的許多偉大發(fā)現(xiàn)也是從這些動(dòng)植物身上得來(lái)的。

在亞里士多德的諸多著作中，有相當(dāng)一部分是有關(guān)于科學(xué)的，如《物理學(xué)》、《論天》、《論生成和消滅》、《論宇宙》、《天象學(xué)》、《論感覺(jué)及其對(duì)象》、《論記憶》、《論睡眠》、《論夢(mèng)》、《論呼吸》、《論顏色》、《動(dòng)物志》、《動(dòng)物的進(jìn)展》、《論植物》、《論聲音的奇異》、《機(jī)械學(xué)》、《論不可分割的線》等。從它們的名字我們就可以看出其研究領(lǐng)域包括天文學(xué)、氣象學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、生物學(xué)、生理學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等。這些學(xué)科中的大部分實(shí)際上就是由亞里士多德本人創(chuàng)立的，如動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、物理學(xué)、生理學(xué)等。

亞里士多德之后，古希臘文學(xué)、藝術(shù)與哲學(xué)就趨向衰落了，科學(xué)卻不盡然，仍得到了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。只是這個(gè)時(shí)期的中心不再是雅典，而是埃及的亞歷山大港。

亞歷山大是位于埃及北部、瀕臨地中海的一個(gè)港口，一度是古代西方最富庶文明的地方。在這里活躍著許多偉大的科學(xué)家，像物理學(xué)家阿基米德、數(shù)學(xué)家歐幾里得、解剖學(xué)家希羅菲盧斯等，他們使古希臘的科學(xué)進(jìn)入了另一個(gè)高峰期，這個(gè)時(shí)期大致是從公元前3世紀(jì)到公元前2世紀(jì)左右。

這個(gè)時(shí)期之后，西方的歷史進(jìn)入了另一個(gè)時(shí)期，即古羅馬時(shí)期。古羅馬的科學(xué)同它的文學(xué)與藝術(shù)一樣，大體是希臘人的翻版，而且遠(yuǎn)沒(méi)有希臘人來(lái)得偉大。古羅馬的科學(xué)著作是用拉丁語(yǔ)寫(xiě)成的，這個(gè)時(shí)期著名的科學(xué)家有盧克萊修，他的《物性論》既是偉大的哲學(xué)著作，也是偉大的科學(xué)著作。還有普林尼，他的《自然史》（也譯作《博物志》）是古羅馬最偉大的科學(xué)著作，其中天文、地理、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等無(wú)所不包，最豐富的是生物學(xué)知識(shí)，整個(gè)第七卷到第十九卷都是介紹各種動(dòng)植物的。動(dòng)物中有各種哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、水生動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)等，當(dāng)然也包括咱們?nèi)诉@種高級(jí)動(dòng)物。植物的內(nèi)容也同樣廣泛，甚至還談到了各種礦物。一句話，凡我們這本書(shū)里所要論及的六大基礎(chǔ)學(xué)科，它幾乎無(wú)所不包。

普林尼生活在公元1世紀(jì)。他之后，到了公元2世紀(jì)，出現(xiàn)了兩個(gè)偉大的科學(xué)家，一個(gè)是天文學(xué)家托勒密，另一個(gè)是醫(yī)學(xué)家加倫。前一個(gè)人我們?cè)诤竺嬷v天文學(xué)時(shí)馬上就要講，加倫這個(gè)人有點(diǎn)陌生。您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)人的四種氣質(zhì)，即膽汁質(zhì)、黏液質(zhì)、多血質(zhì)和抑郁質(zhì)，這說(shuō)法最初就是加倫提出來(lái)的。他認(rèn)為人的身心特征有賴(lài)于4種體液之間的平衡，即黑膽汁、黃膽汁、黏液和血液。他甚至還進(jìn)行過(guò)動(dòng)物的活體解剖，對(duì)人體生理結(jié)構(gòu)亦有相當(dāng)了解。

公元2世紀(jì)是羅馬帝國(guó)的黃金時(shí)代。此后帝國(guó)境內(nèi)也誕生了不少杰出的科學(xué)家，如3世紀(jì)的迪奧凡圖斯、4世紀(jì)的泰昂、5世紀(jì)的海帕西婭、6世紀(jì)的辛普利西烏斯等，這些人對(duì)于我們都是陌生的，我們只說(shuō)一下海帕西婭。

海帕西婭被稱(chēng)為西方歷史上最偉大的女哲學(xué)家，也是了不起的數(shù)學(xué)家，是亞歷山大城里新柏拉圖學(xué)派的領(lǐng)袖。

羅馬帝國(guó)崩潰以后，西方歷史進(jìn)入了中世紀(jì)，這時(shí)候阿拉伯人占領(lǐng)了原來(lái)屬于羅馬帝國(guó)的許多地區(qū)，包括亞洲的所有地區(qū)和北非，甚至歐洲的西班牙。他們成了科學(xué)的主角，這時(shí)候最偉大的科學(xué)家是穆斯林伊本·西拿，西方人稱(chēng)阿維森那。他是一個(gè)偉大的生理學(xué)家與醫(yī)學(xué)家，被西方人尊稱(chēng)為“最偉大的醫(yī)生”。

這時(shí)，古希臘與古羅馬的許多典籍都被譯成了阿拉伯文，在阿拉伯世界傳播開(kāi)來(lái)，而它們?cè)瓉?lái)的希臘文本與拉丁文本卻消失在基督教的汪洋大海里，西方人的科學(xué)也就像其哲學(xué)與文學(xué)一樣進(jìn)入了黑暗時(shí)期。

中世紀(jì)對(duì)科學(xué)最大的貢獻(xiàn)也許是誕生了大學(xué)。

我們知道，大學(xué)是科學(xué)研究的主要基地，正如它是培養(yǎng)科學(xué)人才的主要基地一樣。西方第一所真正的大學(xué)是成立于11世紀(jì)的意大利的博洛尼亞大學(xué)。后來(lái)法國(guó)的巴黎大學(xué)、英國(guó)的牛津大學(xué)與劍橋大學(xué)等相繼建立，大學(xué)的建立為以后的科學(xué)研究奠定了最主要的基礎(chǔ)。

—走向經(jīng)典—

中世紀(jì)之后是文藝復(fù)興。對(duì)于西方，這既是一個(gè)古希臘與羅馬文明的復(fù)興時(shí)代，也是一個(gè)創(chuàng)新的時(shí)代。

文藝復(fù)興時(shí)有一件對(duì)科學(xué)的發(fā)展與傳播產(chǎn)生重大影響的事件，那就是印刷術(shù)的傳播。

印刷術(shù)是中國(guó)的四大發(fā)明之一，畢昇是活字印刷術(shù)的發(fā)明者，這是確定無(wú)疑的。這個(gè)事實(shí)沈括在《夢(mèng)溪筆談》里有詳細(xì)的記載。不過(guò)，對(duì)于西方人卻不是這樣。他們倒不否認(rèn)中國(guó)是印刷術(shù)的發(fā)明者，甚至不否認(rèn)畢昇是活字印刷術(shù)的發(fā)明者。但他們認(rèn)為真正印刷術(shù)的發(fā)明者是活躍于15世紀(jì)的谷騰堡。他們這樣說(shuō)的理由有三個(gè)：一是畢昇的發(fā)明并沒(méi)有在歐洲傳播；二是谷騰堡所發(fā)明的用鉛來(lái)鑄活字的技術(shù)較之畢昇的泥活字要好得多；三是谷騰堡所發(fā)明的不僅有鉛活字，而且有連同印刷機(jī)等在內(nèi)的整個(gè)印刷系統(tǒng)，它能夠大規(guī)模地印刷出精美的作品，使得知識(shí)在西方的流傳大大加快，產(chǎn)生了巨大影響。

文藝復(fù)興晚期或文藝復(fù)興之后不久，出現(xiàn)了與印刷術(shù)的發(fā)明一樣對(duì)西方科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的新事物——科學(xué)院。

現(xiàn)在世界各國(guó)都有專(zhuān)業(yè)的科學(xué)研究院，像中國(guó)科學(xué)院，是中國(guó)科學(xué)研究的最權(quán)威機(jī)構(gòu)。這樣的機(jī)構(gòu)最初于17世紀(jì)左右興起于羅馬，最早有羅馬的林賽科學(xué)院、佛羅倫薩的奇門(mén)托研究院、英國(guó)的皇家學(xué)會(huì)、法國(guó)的巴黎科學(xué)院等?？茖W(xué)院是專(zhuān)門(mén)的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，不但進(jìn)行科學(xué)研究，還辦了各種科學(xué)雜志和出版社以發(fā)表科研成果、出版科學(xué)書(shū)籍。當(dāng)時(shí)幾乎每一個(gè)有影響的科學(xué)家都是這個(gè)或那個(gè)科學(xué)院的成員。

大致在同一時(shí)期，與科學(xué)院的興起一樣，歐洲出現(xiàn)了一大批杰出的科學(xué)家，將科學(xué)帶入了又一個(gè)黃金時(shí)代，真正建立了現(xiàn)代意義上的科學(xué)。

關(guān)于這些偉大的科學(xué)家及其科學(xué)思想在這里一一列舉很難，他們?nèi)藬?shù)太多，我這里只舉一個(gè)名字——牛頓。

如果整個(gè)人類(lèi)歷史上有一個(gè)可以稱(chēng)為最偉大的科學(xué)家的話，那就是他。他幾乎獨(dú)立地將科學(xué)帶入了一個(gè)全新的境界，開(kāi)辟了一片嶄新的天地。在這里，無(wú)數(shù)其他科學(xué)家得以站在他的肩膀上，創(chuàng)造了一個(gè)我們現(xiàn)在所看到的由科學(xué)引領(lǐng)的世界。

牛頓之后，出現(xiàn)了眾多的科學(xué)家，他們成果卓著，也同樣偉大，像惠更斯有關(guān)光學(xué)的理論、笛卡爾的解析幾何、萊布尼茨的微積分、歐拉那些奇跡般眾多的數(shù)學(xué)成果等，有若夏夜繁星。

另外值得一提的是，這時(shí)候的科學(xué)研究不再是意大利、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等少數(shù)幾個(gè)大國(guó)的事情了，而是推廣到了整個(gè)歐洲，幾乎每一個(gè)歐洲國(guó)家都有人在搞科學(xué)研究，都誕生了出色的科學(xué)家，例如像瑞士這樣的小國(guó)就出現(xiàn)了伯努利家族、大數(shù)學(xué)家歐拉、大生物學(xué)家哈勒等。

科學(xué)家最新出現(xiàn)的地方當(dāng)然是新生的美國(guó)了。像美國(guó)這樣新生的國(guó)家，甚至在獨(dú)立之前就出現(xiàn)了科學(xué)研究的熱潮，出現(xiàn)了富蘭克林、湯普森這樣杰出的科學(xué)家。這些現(xiàn)象仿佛要注定，有朝一日它將成為科學(xué)研究最重要的基地，涌現(xiàn)眾多卓越的科學(xué)人才。

—走向現(xiàn)代—

17世紀(jì)后，科學(xué)就這樣迅猛地發(fā)展著，直到19世紀(jì)。

這時(shí)候，科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)到了如此的程度，使相當(dāng)一部分的人們，包括一些杰出的科學(xué)家，宣稱(chēng)科學(xué)發(fā)展到這個(gè)階段已經(jīng)完美無(wú)缺了，到達(dá)頂點(diǎn)了，以后科學(xué)研究的工作將只是完善已有的理論，或者對(duì)某些小漏洞作些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作而已，其洋洋得意之態(tài)溢于言表。

然而，到了19世紀(jì)末，出現(xiàn)了一系列新生事物，這些新生事物對(duì)舊的科學(xué)秩序進(jìn)行了幾乎是致命的打擊，產(chǎn)生了一系列新成果，這些成果與過(guò)去所有的科學(xué)成果比起來(lái)，簡(jiǎn)直是另一個(gè)世界的東西呢！

第一項(xiàng)當(dāng)推倫琴X射線的發(fā)現(xiàn)，他之所以名之為“X”，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)這種射線的各種性質(zhì)幾乎都一無(wú)所知，顯得極為神秘。倫琴也因此獲得1901年第一屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這標(biāo)示著物理學(xué)一個(gè)新紀(jì)元的到來(lái)。大約同時(shí)，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的放射性。什么是放射性呢？簡(jiǎn)而言之就是物質(zhì)能夠自發(fā)地發(fā)射能量和亞原子粒子的屬性。所謂亞原子粒子就是比原子還要小的粒子。放射性表示原子并不是組成物質(zhì)最微小的粒子，而且物質(zhì)也不是一成不變的，而是可變的。此外，再加上否定了以太存在的邁克爾遜莫雷試驗(yàn)等，它們像烏云一樣籠罩在科學(xué)家們的頭頂，有如懸在傳統(tǒng)物理學(xué)上的一柄達(dá)摩克利斯之劍，隨時(shí)可能掉下來(lái)，將傳統(tǒng)科學(xué)砸得粉身碎骨。就像著名物理學(xué)家、量子理論的創(chuàng)立者普朗克所說(shuō)的一句話：

很久以前，在宗教和藝術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)在則在科學(xué)園地內(nèi)再難以找到一個(gè)不會(huì)被人懷疑的基本原理，同時(shí)也難以找到一種無(wú)稽之談是無(wú)人相信的。

到了20世紀(jì)初，不但原來(lái)的老問(wèn)題沒(méi)有解決，而且新問(wèn)題接踵而來(lái)，新理論不斷誕生，例如對(duì)孟德?tīng)栠z傳學(xué)說(shuō)的重新發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí)像達(dá)爾文的進(jìn)化論一樣再一次改變了人們對(duì)于生物進(jìn)化的觀念。弗洛伊德的精神分析學(xué)說(shuō)則極大地改變了人類(lèi)對(duì)自身的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到了人類(lèi)在理性之下非理性的本質(zhì)。

終于，1905年，愛(ài)因斯坦提出了相對(duì)論，它告訴人們，無(wú)論時(shí)間，還是空間，都不是絕對(duì)的，不變的，而是相對(duì)的，可變的，甚至在物質(zhì)與能量之間也不是有絕對(duì)區(qū)別的，而是可以相互轉(zhuǎn)換的——它的直接結(jié)果就是原子彈等，終于將本來(lái)已經(jīng)搖搖欲墜的經(jīng)典物理學(xué)大廈一舉推倒——整個(gè)的傳統(tǒng)科學(xué)大廈也是如此。

至此，科學(xué)超越了傳統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域，到達(dá)了全新的現(xiàn)代科學(xué)之境。