伽利略的晚景极为凄凉,1642年1月8日,他含冤离开了人世。1983年,罗马教会终于为伽利略冤案做了公开平反,肯定他是一位科学巨人。
牛顿发现万有引力定律
伊萨克·牛顿,1642年12月25日诞生于英国林肯郡的伍尔斯托普村。少年时,牛顿喜欢一个人动手制作会活动的玩具,他对机械制作和实验有着浓厚的兴趣,同时也喜欢数学和绘画。
19岁时,牛顿考入英国剑桥大学,从师于巴罗教授。1665年,牛顿毕业,为了继续搞研究,他仍留在大学的研究室工作。可是,就在这年的6月,淋巴腺鼠疫席卷英国,剑桥大学被迫停课。牛顿只好回到伍尔斯托普乡村的老家。在这段时间里,牛顿对自然科学中许多领域的问题,进行了认真的思考。也正是在这段时间,他发现了科学史上最重要的发现。
1666年秋季的一天,牛顿一大早就拿着笔记本到家里后花园散步去了。这几天,地球引力的问题总是困扰着他。他自言自语地说:“为了使地球、火星、金星等围绕太阳运转,太阳必须牵引着这些行星。为了使月球围绕地球运转,同样地球也必须牵引着月球。因此天体之间肯定有引力在起作用。”
38-牛顿
正当坐在苹果树下的牛顿陷入沉思时,忽然有一个苹果从树上落下来,掉到他的头上。他摸了摸被砸痛的头部,心想:“这个苹果为什么会落下来呢?是因为它熟透了吗?可是,它熟透了为什么只往地上落,而不向天上飞呢?对了,苹果落地,那是因为地球在吸引它。地球对苹果的引力,就是在高山上也不会减弱。如此说来,这种地球引力也能够到达月球了”
想到这里,牛顿的眼里闪出了奇异的光芒,他一边想着,一边在笔记本上画了起来,嘴里还说着:“地球是圆的,在地面高处的任何一点,把一块石头轻轻放开,石头就会做自由落体运动,落到这一点的正下方,这是由于地球对石头有一种引力。如果不是将石头轻轻放手,而是向水平方向抛出,石头就会落到离这点较远的地方,其运行轨迹是一条抛物曲线,而且速度越大落地越远,这是因为石头在做水平运动的同时,也受地球引力的作用,所以飞过的路线是曲线。如果抛出的速度特别快的话,它就不落到地面上,而是沿着一定的轨道,围绕着地球转起来。那么,月球之所以能以一定距离围绕地球运动,就是因为月球总是向地球方向下落的缘故。就像苹果落地一样,月球也是向着地球下落的。”他边想,边画,边说,思维一步步被打开,他终于解开了几天来思索的那个问题的谜底。
当天晚上,牛顿计算出了地球引力的减弱是与地球中心到月球的距离的平方成反比的,这就是“平方反比律”。后来他又联想到太阳、行星,也计算出引力同距离的平方成反比。
十多年后,也就是公元1687年,牛顿在证明了万有引力定律后,在《自然哲学的数学原理》一书中发表了自己的万有引力定律和运动三定律。该书中提出大量的新科学知识,使世界面貌发生了永久性的变化。由于发现了万有引力定律,牛顿成为了世界有史以来最伟大、最有影响力的科学家之一。
原子与分子学说的诞生
约翰·道尔顿(John Dalton,1766-1844)英国化学家、物理学家,近代化学之父。
约翰·道尔顿1803年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说,提出原子学说,其要点:
1。化学元素由不可分的微粒—原子构成,它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。
2。同种元素的原子性质和质量都相同,不同元素原子的性质和质量各不相同,原子质量是元素的基本特征之一。
3。不同元素化合时,原子以简单整数比结合。如果一种元素的质量固定时,那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。
1811年意大利科学家阿佛加德罗提出了分子的概念,并阐明了分子与原子概念的区别和联系。至此,物质的分子—原子结构学说确立了,化学才取得了飞速的发展。但阿佛加德罗所提出的分子假说没有引起重视,更没有被承认。由此产生的严重后果,当时绝大多数化学家是没有预见到的。
在1860年以前的近半个世纪里,由于不承认分子是单质或化合物在游离状态下独立存在的最小质点,不承认分子是由原子组成的这一假说,世界各国化学家们对原子和分子的认识就很混乱。当时化学家们所倚重的测定原子量的工作也遇到了麻烦,常被当作测定元素原子量的相对标准的氧或氢,由于不承认它们是双原子分子,那么采用例如蒸汽密度法等物理方法来测定原子量,数值就难免产生成倍的偏差。原子量不能准确地测定,分子组成自然就无法测定了。每个化学家各有各的一套元素符号和化学式的写法,以至于在著名化学家凯库勒编写的教科中,醋酸的化学式竟达19个之多。这种混乱的情况使许多著名的化学家甚至怀疑原子量是否能测定,原子量究竟是否存在。这实际上是对原子论提出怀疑。如此混乱的化学怎么能继续向前发展。
为了结束这一混乱局面,统一大家对元素符号、原子量、化合价、化学式的认识,凯库勒等人发起召开一次国际化学家大会。会议于1860年9月3日至5日在德国的卡尔斯鲁厄举行,主要来自欧洲各国的140名化学家出席了会议。会议经过了激烈的争论,没有取得统一的意见,只好不了了之,但在会议就要结束时,会下散发了一本名叫《化学哲学教程提要》的小册子,就是这本小册子使问题豁然明朗,很快统一了大家混乱不堪的认识。化学家们终于明白承认阿佛加德罗的分子假说是扭转这一混乱局面的唯一钥匙。这本小册子的作者就是意大利化学家康尼查罗。
达尔文开创进化论
进化论的创始人,英国自然博物学家达尔文,1809年出生于英格兰的施鲁斯伯里,他的祖父是著名的医生,父亲也是医生,母亲是当地陶器制造业负有盛名的创办者韦奇伍德之女。达尔文早年曾在爱丁堡学医,后来到剑桥大学学习神学,打算将来当个安立甘教传教士,然而在剑桥大学期间他却对科学和植物学产生了浓厚兴趣。
1831年,达尔文参加了皇家比格尔号(小猎兔狗号)舰队,用5年时间环游地球,研究动物和植物。1839年,达尔文把他的发现以《一个自然学者随比格尔的航行》为题公诸于世。他的进化理论形成于1837年-1839年之间,1859年他把自己的发现凝炼成《物种起源》。这本书与1871年出版的《人的由来及性选择》是达尔文一生影响最大的两部著作,他在写作时采用了大量丰富的野生生物材料。
达尔文与他的表妹爱玛·韦奇伍德结婚。不久,他的健康状况开始恶化,他们迁居到肯特郡当村,达尔文基本上都是在那儿度过了他的余生。晚年的达尔文很少旅行,只是偶尔到伦敦与他的亲戚见面。他有一笔遗产收入,还可以出售他的著作版权。他与当时科学界的领军人物建立了友谊,他的生活可以用谦虚和勤奋工作来概括。1882年达尔文去世,安葬在威斯敏斯特教堂墓地。
进化理论对现代人而言可以说家喻户晓,人人皆知,至少略知皮毛。进化的观念在达尔文之前已经存在了上百年,但从没有这样深入人心。达尔文第一次给出了进化现象的自然的、科学的解说,尽管早些时候,黑格尔的辩证已经用进化的哲学取代了静止的宇宙观,德意志浪漫主义作家已经被变革的概念所吸引。
39-达尔文
19世纪开始的时候,进化的观念进入了科学领域,马上就对《圣经》的诠释和某些人极其深厚的信仰发起挑战。
19世纪初,人们还对《创世纪》里上帝创造世界的记载深信不疑。他们相信上帝在6天时间里创造了世界,并分别地创造了每一种动物、植物;他们接受大主教乌色尔推算的时间纪年,即世界开始于公元前4004年;他们还接受产生于亚里士多德的观念,即“存在的巨大链条”把万事万物安排在宇宙的各个等级上,人类被放在草木禽兽与神之间。根据威廉·佩利的关于最高设计者的说法,世界就像一架钟表,就像一部精心设计的机械,每个部件都让造物主安放妥帖了。
19世纪20年代至40年代,这种对世界的理解完全改变了。
对这种信仰的第一个挑战来自赖尔1797-1875年的地质学著作《地质学原理》,赖尔的著作描述了地球的变动过程并非是一次形成的,完全不是神的创造结果。赖尔表明了地质的过程如隆起、侵蚀和沉积发生在亿万年里,并因此形成了高山和峡谷。赖尔的著作以科学的论证,说服公众相信世界的创造是一个长久的过程,而不是片刻间的奇迹,世界的变化应归因于物理的性质。
那时科学家们开始发掘化石和已经绝灭的物种遗迹,这些绝灭的物种看来没有被世界的“钟表制造者”或“存在的巨大链条”安装在合适的位置。这些化石的历史数以百万年计,而不止有几千年。挖掘出来的骨头化石拼凑成古怪的恐龙,这些噩梦似的创造物的突然出现,带来一个噩梦似的真实:世界远比公元前4004年更为古老;曾经有些动物盛极一时而后又销声匿迹;并没有“存在的巨大链条”。这些情况表明:《圣经》的记载显然不真实。基督教因此受到重创,许多人声称,基督教从此再也没恢复过来。
达尔文随比格尔舰队周游到南美洲的时候,收到了赖尔的《地质学原理》第二卷,这本书给达尔文带来极大的震动:
我总感到我的书有一半出自赖尔的智慧,而且我的知识从没有达到过如此之丰富;因此我总想到,《地质学原理》巨大的功绩是完全转变了我的心灵基调。
当达尔文开始野生生物的研究时,有3种方式可以用来给物种分类,这些分类方式源自亚里士多德:
特殊类型:猫是显然不同于一条狗或者一匹马的猫。
家庭类型:豹子是猫家族的成员。
等级类型:人作为创造物的等级高于阿米巴变形虫。
这种理解使柏拉图主义得到加强,在柏拉图主义看来,世界上所有的猫都分享着“猫性”,因而明显地有别于其他动物。这种分类方式得到创世说的进一步加强,《创世纪》说:“现在,我主上帝造出了地上的所有走兽和天上的所有飞鸟。”换句话说,上帝分别地、自发地创造出每一个创造物。
甚至在达尔文之前,瑞典植物学家林奈在他的《自然系统》1735年出版里,就已经在思考把每一个物种分门别类,但他没能一劳永逸地解决这个问题。
达尔文的理论石破天惊地宣称:“人类和猿猴有共同的祖先,人类是一种动物,与其他动物有类似的进化过程。”相信在一次创造行动里造出人类的、备受崇敬的偶像突然被荡涤,只是因为达尔文的理论考察了物种、适应和进化。
达尔文主张自然选择是进化改变物种的机制。他证明每一代物种中最强健的、最能适应环境的个体会存活下来,并把这些特性传递给下一代,经过一段长久的时期,动物的形态就会累积出可观的改变。动物和植物,这尔文说,靠进化在它们的生存环境里相互竞争,繁衍后代。有的物种,如人类,进化得较快;有的物种进化得慢,如鱼类,相对保持不变。正如斯宾塞铸造的著名格言:“适者生存。”
达尔文的进化理论有几个直接的推论:
物种之间的差别融合。正如19世纪发现并考察的化石记录表明,有的物种差别开始看出融合之处。达尔文把所有的动物生活画成一棵树形谱系图,从图上看,所有的动物都有可能追溯到共同的祖先。他写道,从本质上看,“人与较低等的动物在自然属性上没有不同,尽管在进化程度上差别巨大。然而在进化程度上的差别无论多么巨大,都没有道理将我们人类抬举到与众不同的领域。”换句话说,人类纯粹已经被单纯地看作是一种动物。
进化发生于一个漫长的时期。取代上帝6天创世说,达尔文的进化论迅速地让世人明白,复杂的动物需要几百万年的时间来实现进化,一个世代的时间是不足以进化出一头大象的。因而,《圣经》的记载显然不可当真。
进化论改变了生命的含义。人们曾相信上帝创造人类,上帝给人类安排了目的和计划,可忽然之间,人类变成了盲目的、随机的、自发的、自然过程的结果,这个推论带来人们心理上极其巨大的震撼;取代人类是上帝庇护的孩子的观念,人类忽然发现自己漂泊在一个漫无目的的世界里,这个推论给许多反对进化论的人本能的反感火上浇油。
达尔文没有从他的理论中铸造出任何哲学,尽管他唤醒了那个时代。达尔文也没有把他的理论应用于经济或者工艺。达尔文只是相信,不同的生命群体进化着不同的道德,这使他质疑上帝,质疑上帝惟一的道德权威。
激烈的争论终于爆发了。1860年,一场著名的辩论在萨缪尔·威尔伯福斯、牛津主教与赫胥黎他已经变成达尔文观念的伟大鼓吹者之间展开,当大主教结束发言时,他嘲弄进化论,问赫胥黎究竟是从他的祖父那里还是从祖母那里得到猴子的遗传?一位目击者写道:
这时赫胥黎先生慢慢地不慌不忙地站起来,一个瘦长的高个子带着严峻苍白的面孔,很平静很庄重,他站在我们面前,讲出了那些有分量的话——确切的话记不清了,在场的人都为对话的内容屏住了呼吸,对话的含义我们都确定无疑地明白,他说,他不会因为有一个猴子的祖先而感到羞耻,但却会因为与一个费尽心机来压制真理的人打交道而感到羞耻。他的话人人都听明白了,而且受到极大感染,有一位女士昏倒了,让人扶了出去,我几乎从我的椅子上跳起来。
达尔文的进化论在这天取胜了。赫胥黎的讲演稿《人在自然界中的位置之证明》于1863年发表,最终确定人类与猿猴的关系。同年赖尔的《古代人类》发表,向读者证明人的起源可以追溯到几百万年以前。1871年,达尔文发表了《人类的由来及性选择》,在书中他把那次著名的辩论作了概括,把人类纳入一个进化体系。在科学面前,《圣经》输了,科学因胜利而狂欢,一个相信科学的时代来临了。
诺贝尔制造炸药
1833年10月21日,瑞典的斯德哥尔摩,从一位普通的机械师家里,传来了一阵婴儿的啼哭声,一个婴儿诞生了,他就是后来举世闻名的炸药大王诺贝尔,全名叫做艾弗雷德·伯哈德·诺贝尔。