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第33章 科学进步(公元1488—1909年)(5)

几天后,法拉第写了一封信给戴维,同时寄上他听戴维演讲时的记录。记录经过了认真的整理,戴维收到这本记录集时感到十分惊讶,他发现这本册子里面不仅有他的演讲内容,而且还有很多他没提到的后来补充进去的化学知识,共有380页。戴维怎么也没想到,这本集子竟出自一个印刷工之手。

法拉第几个月后,在戴维的鼎力帮助下,法拉第得到了月薪25先令的皇家学院勤杂工职位。这份工作让法拉第学到了很多知识,他还得到了以仆人身份陪同戴维去欧洲各国进行科学旅行的资格。回国后,法拉第开始了独立的科学研究,很快就当上了皇家学院实验室总监和代理实验室主任。1824年,他当选为皇家学会会员。1829年,戴维去世,38岁的法拉第被聘为教授。法拉第通过自己的努力,终于成为电学方面的科学家。

在法拉第之前,丹麦物理学家奥斯特于1819年发现了电流的磁效应,这是人类第一次发现电动机的原理。随后,法国物理学家安培又发现通上电流的线圈本身也相当于一个磁体。法拉第得到这些消息后,验证了两位科学家的成果。1831年8月,法拉第发现了磁体运动时导线产生感应电流的原理。10月,他在改进的实验装置中成功地得到了感应电流。

法拉第是一个不满足于现状的人,他要向科学的更高峰迈进。有一次,法拉第把许多铁屑撒在磁铁周围,发现铁屑不仅被磁化了,而且在磁铁两极间排成规则的曲线。这个看似极其平常的实验让法拉第意识到:电和磁周围布满了电和磁的“力线”。法拉第的这一观点是对理论电磁学的开拓性贡献,为后来有关场的研究和应用开辟了道路。

法拉第在磁学、光学、电工学等一切与电有关的物理学领域及电化学、电磁与引力的关系等方面均获得了巨大成就。电磁感应现象的发现,使电气时代的到来成为可能,而力线理论的提出也预示着经典电磁学的最终完成。

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的传教士,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(小猎兔犬号)舰队,用五年时间环游地球,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—1839年间,1859年他把自己的发现写进《物种起源》。这本书与1871年出版的《人类的由来及性选择》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,达尔文基本上是在那儿度过余生。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,妇孺皆知——至少也略知皮毛。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,黑格尔的辩证法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吸引。

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。他们相信上帝在六天里创造了世界,并分别创造了每一种动物、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器,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。赖尔指出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,使其相信世界的创造乃是一个长久的过程,而绝非片刻间的奇迹,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,这些噩梦般的创造物的突然出现,带来一个噩梦般的事实: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,证明并没有“存在的巨大链条”。这些情况都表明,《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。”

当达尔文开始着手野生生物的研究时,有三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。

达尔文

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,与其他动物有着类似的进化过程。”在一次创造行动里造出人类的、备受崇敬的偶像突然被推翻,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,达尔文说,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世纪发现并被考察的化石记录表明,有的物种差别开始看出相互融合之处。达尔文把所有的动物画成一个树形谱系图,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,然而无论在进化程度上的差别有多么巨大,都没有道理将我们人类抬举到与众不同的领域”。换句话说,他将人类单纯地看做是一种动物。

进化发生于一个漫长的时期。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,这个推论给人们心理上带来极其巨大的震撼。“人类是上帝庇护的孩子”的观念被推翻,人类忽然发现自己漂泊在一个漫无目的的世界里,对于许多对进化论存在有着本能的反感的人来说,这无异于火上浇油。

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,质疑上帝唯一的道德权威。

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,并受到极大的感染,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一天取胜了。赫胥黎的讲演稿《人在自然界中的位置之证明》于1863年发表,最终确定了人类与猿猴的关系。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》,在书中他对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,一个科学昌明的时代来临了。

诺贝尔制造炸药

1833年10月21日,在瑞典的斯德哥尔摩,一位普通的机械师家里传来了一阵婴儿的啼哭声,这个婴儿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。

瑞典首都斯德哥尔摩依山傍水,美丽如画。在一个较偏僻的里弄中,这个姓诺贝尔的家庭,过着小康而和睦的生活。机械师下班回家,主妇操持家务完毕,孩子们放学之后,屋子里就充满了欢声笑语,老诺贝尔一个接着一个地讲着古今的自然现象和科学发展的故事,小诺贝尔们则睁大眼睛,没完没了地提出各式各样的问题。日复一日,孩子们在这样的环境中受到了良好的家庭教育,夫妇俩看着他们的一群孩子都在健康成长,心中感到无比欣慰。

诺贝尔8岁那年入学,在同年级众多的小学生中,他表现出非凡的接受能力,学习成绩经常名列前茅。

他的父亲伊曼纽尔·诺贝尔没有学过化学专业,但为了工程的需要,只好自己试做炸药。有一次,非常不幸,炸药发生爆炸,引起一场大火,把自家和邻居的房子都烧掉了。顿时倾家荡产而且被街坊四邻所不容,他只好只身去邻国芬兰找事做。不久,他创制了一种水雷,被俄国公使知道了,又受邀去了俄国,安定下来之后,伊曼纽尔·诺贝尔就将全家人接到了自己的身边。

诺贝尔兄弟们不会俄语,于是他们都在家中由一位家庭教师教授功课,其余时间就跟着父亲到工厂里打打零工。诺贝尔从小在父亲身边,耳闻目睹,深受影响,1850年他刚满17岁时便以工程师的名义去美国学习和实习,又到欧美一些国家考察,四年后才重新回到祖国。在这一段时间里,诺贝尔不仅勤奋读书,掌握了多国语言文字,还了解到当时工业发展的实际情况和迫切需要解决的问题,并为自己定下了从事化学研究和改进炸药的理想。

黑火药是中国古代的四大发明之一。中国古代的炼丹家和军火制作人员,在用硝石、硫黄、木炭配制各种用途的炸药时,常有不幸的火灾、爆炸、烧伤、炸死等事故发生,但终于得到了不同的成熟配方和较安全的操作经验。黑火药后来传到欧洲,激起了欧洲人制造爆炸力更猛的炸药的要求,诺贝尔所处的正是人们提出这一要求的时代。当时,已经有很多人在研制烈性新炸药。法国人发明了性能优良的炸药的消息刺激了诺贝尔,促使他竭尽全力地加快研究活动进程,为此,他在一生中,经受了多次生命的考验。

1847年,意大利人苏伯诺制成了一种有强烈爆炸性的东西,它是一种液体,叫做硝酸甘油,但由于硝酸甘油对振动很敏感,制造和运输都很危险。从1862年开始,诺贝尔用了三四年的时间,经过多次反复试验,首先制出了炸药引爆药雷酸汞。在一次接近成功的实验中,突然发生强烈爆炸,室外的人都以为诺贝尔必被炸死无疑,然而等到弥漫的烟尘消散时,满身血迹的诺贝尔竟从破碎的瓦砾堆中奇迹般爬了出来。他伸臂跳跃,狂呼这次实验的成功,全然忘掉了全身的伤痛。现在人们所使用的一切爆炸的引信雷管中,都装有雷酸汞。

诺贝尔在研制硝酸甘油的引爆剂同时,也在研制硝酸甘油的稳定剂。开始他试着将硝酸甘油和黑火药混合,但放置时间稍长就会不爆炸而只燃烧,因此没有使用价值。后来他又用一种醇(甲醇)的液体跟硝酸甘油混合,效果较好。在瑞典国内获得了这一发明的专利之后,诺贝尔父子俩就带着这一成果来到法国。

在法国,他们开始想得到富商的资助开办工厂,但没人愿为这“不可思议”的爆炸物出资。直到一次偶然的机会,他们受到拿破仑三世(路易·波拿巴)的赞许,得到10万法郎的资金,才在法国的海伦坡建造了一座实验所。

不幸再次发生,1867年9月3日,海伦坡实验所发生了意外的大爆炸,正在作实验的诺贝尔的弟弟埃密·诺贝尔当场身亡,许多人遇难,就连诺贝尔的父亲也被炸成半身不遂。这次轰动一时的海伦坡爆炸事件,使诺贝尔不得不又回到瑞典,面对人们的嘲骂声,他反思自己的过去,重新开始实验。

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