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導讀
西方科學發(fā)展的脈絡(luò)
“科學”一詞在英語里稱為“science”，其本來的意義乃是整個知識系統(tǒng)，包括人們對于世界的一切認知，不但包括有關(guān)自然萬物的知識，還包括有關(guān)人類與社會的知識，即不但包括自然科學，而且包括人文與社會科學，這才是對科學的完整理解。不過，因為某種原因，很可能只是習慣的原因，現(xiàn)在人們一般情形之下只將有關(guān)自然事物的自然科學稱之為科學，而將人文與社會科學從科學中劃了出去，不再稱其為科學。
在西方的“專業(yè)科學語言”拉丁語中，科學即scientia，它來源于scire，即學或知，其本來意義即學識或者知識，所有的學問與知識都可稱為“scientia”，在德語里它的對應(yīng)詞是“wissenshcaft”，也是同一個意思，在英語里則是“science”，其本來意義也是如此。不過，像在漢語里一樣，日常所稱的“science”專門指有關(guān)自然的知識，即“natural science”，就是自然科學，這也就是我們在這本書里所稱的科學。
第一節(jié)　科學的興起：從古代到中世紀
想精確地了解科學起源于何時是徒勞的，可以說比之想知道藝術(shù)的起源更難，因為藝術(shù)會使古人們在巖壁上留下萬年之后也能識別的圖畫，而科學卻不如此，它不會給我們留下這樣的證據(jù)。不過我們還是可以從“想當然”的角度去理解一下科學的起源。例如很早以前，古人們就在觀察天上的星星、太陽、月亮了，對于它們究竟是什么樣的、有什么運行規(guī)律也做過一些臆測，這些觀察與臆測也許就是天文學的起源了。還有，打獵時需要計算獵物的數(shù)量，遠在文明誕生之前的古人想必也會找一些方式來進行這種計算，例如數(shù)手指頭或者在繩子上打個結(jié)，這些就是最早的數(shù)學了。
當人類進入文明社會之后，科學自然也開始進入它的“文明”了，即以文字來記錄那些早已有之的簡陋的科學知識。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里，我們知道那時有一個聰明的貴族，他為法老設(shè)計了一座獨特的計時裝置。他先做了一個漏斗，下面的孔開得很小，然后在里面裝上水，讓水慢慢地從小孔里漏將下來，甚至還在漏斗上標記了刻度。這樣，在一定的刻度之間，漏水所花的時間就是一樣的，類似于我們現(xiàn)在的一分鐘或者一小時。這個計時器也可以說是一種物理儀器。
在與古埃及文明同樣古老的美索不達米亞，那里的古人們觀察了天象，并且把天上星星的位置做了一番記錄，制成一種星表。那一帶的蘇美爾人發(fā)明了楔形文字，在這種文字里有許多表示種類與屬性的詞匯，例如表示顏色的黑、白，表示種類的木、石，表示硬度的軟、硬等等，還用這些詞匯來表示各種礦物。這樣，就使得幾千年之后的人們?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)在我們在生物學或者地質(zhì)學上所運用的命名法則也是相似的。
如此等等，這些知識就是人類最早的科學知識，也是以后更為復(fù)雜的科學知識的基礎(chǔ)。
古代埃及人、蘇美爾人等的科學知識通過一系列復(fù)雜的過程傳給了古希臘人。古希臘人在文學、哲學、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，古希臘人在科學方面亦成就非凡。
在古希臘人的科學成就中，我們最為熟悉的也許是德謨克利特的原子說了，他以為世間萬物均由原子組成。千載之后，他的學說竟得到了相當?shù)恼J可，被證明有著頗大的準確度。
除德謨克利特外，古希臘還有許多偉大的科學家，例如數(shù)學家畢達哥拉斯，他對數(shù)字有一種近乎崇拜的喜愛。例如他認為只有數(shù)才是和諧的、美好的。他找了各種各樣的數(shù)，如長方形的數(shù)、三角形的數(shù)、金字塔形數(shù)等，它們都由一些數(shù)目小塊構(gòu)成，具有美的形狀。他還認為十是最完美的數(shù)，因此天體的數(shù)目也應(yīng)當是十。并且硬是臆造了所謂第十個天體“對地”。畢達哥拉斯最偉大的成就是發(fā)現(xiàn)了勾股定理。
除了德謨克利特和畢達哥拉斯這兩個我們熟悉的哲學家兼科學家之外，古希臘著名的科學家還有天文學家菲勞洛斯、醫(yī)學家希波克拉底（他被尊為西方的“醫(yī)學之父”）等。
這些偉人之后，古希臘出現(xiàn)了另外三個更偉大的人物，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，除了是偉大的哲學家外，同樣是偉大的科學家。例如柏拉圖，在他的“阿卡德米”里數(shù)學是最主要的學科，包括算術(shù)、平面幾何、立體幾何等，另外還有天文學和聲學等課程。在阿卡德米的大門口刻著這樣的話：“不懂幾何學者不得入內(nèi)�！�
亞里士多德則是比其老師柏拉圖更偉大的科學家，甚至可以說他主要是一個科學家，其次才是哲學家。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的玄思，而是富于科學精神的觀察與研究。亞里士多德將他的目光投向了整個自然界，把自然界的萬千個體當作自己的研究對象，試圖從中尋求知識與真理。在他的學園呂克昂，教學的主要內(nèi)容不是阿卡德米的數(shù)學與政治，而是傾向于生物學、天文學、物理學等自然科學。
在亞里士多德的諸多著作中，有相當一部分是有關(guān)于科學的，如《物理學》《天象學》《論夢》《論呼吸》《論顏色》《動物志》《論植物》《機械學》《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、氣象學、動物學、植物學、生物學、生理學、機械學、數(shù)學、物理學等。這些學科中的一大部分實際上就是由亞里士多德本人創(chuàng)立的，如動物學、植物學、物理學、生理學等。
古希臘之后的古羅馬時期，科學同文學、藝術(shù)一樣，大體是對希臘人的模仿，而且遠沒有希臘人來得偉大。古羅馬的科學著作是用拉丁語寫成的，這個時期著名的科學家有盧克萊修，他的《物性論》既是偉大的哲學著作，也是偉大的科學著作。還有普林尼，他的《自然史》，或者譯作《博物志》，是古羅馬最偉大的科學著作，其中天文、地理、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等無所不包。
普林尼生活在公元1世紀，到了公元2世紀，出現(xiàn)了兩個偉大的科學家，一個是天文學家托勒密，另一個是醫(yī)學家蓋倫。蓋倫對我們來說可能有點陌生，您可能聽說過人的四種氣質(zhì)，即膽汁質(zhì)、黏液汁、多血質(zhì)和抑郁質(zhì)，這說法最初就是由蓋倫提出來的。他認為人的身心特征有賴于四種體液之間的平衡，即黑膽汁、黃膽汁、黏液和血液。他甚至還進行過動物的活體解剖，對人體生理結(jié)構(gòu)亦有相當了解。
公元2世紀是羅馬帝國的黃金時代。此后帝國誕生了不少杰出的科學家，像3世紀的迪奧凡圖斯、公元4世紀的泰昂、公元5世紀時泰昂的女兒海帕西婭，公元6世紀的辛普利西烏斯等。這里，我們只說一下海帕西婭。海帕西婭被稱為西方歷史上最偉大的女哲學家之一，也是第一個女數(shù)學家。她非常美麗且博學多才，是亞歷山大城里新柏拉圖學派的領(lǐng)袖，但她的命運真是慘極了。原來，遠在宗教裁判所正式建立之前，基督教在擁有龐大勢力后，就開始迫害異己了。受害者中之一就是海帕西婭。她在講學回家的路上被幾個基督徒抓進了教堂，他們先把她剝得一絲不掛，然后用鋒利的蚌殼將她全身的肉一片片割下來，再硬生生地扯斷她的四肢，最后，他們把她還在顫抖著的身軀丟進了熊熊烈火。
羅馬帝國崩潰以后，西方歷史進入了中世紀。這時候阿拉伯人占領(lǐng)了原來屬于羅馬帝國的許多地區(qū)，包括亞洲的部分地區(qū)和北非，甚至歐洲的西班牙。阿拉伯人成了科學的主角，這時候最偉大的科學家是穆斯林伊本·西拿，西方人稱他為阿維森那。他是一個偉大的生理學家與醫(yī)學家，被西方人尊為“最偉大的醫(yī)生”。
這時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來，而它們原來的希臘文本與拉丁文本卻消失在基督教的汪洋大海里，西方人的科學也像其哲學與文學一樣進入了黑暗時期。
西方的中世紀對科學最大的貢獻也許是大學的誕生。我們知道，大學是科學研究的主要基地，正如它是培養(yǎng)科學人才的主要基地一樣。西方第一所真正的大學是成立于11世紀的意大利的博洛尼亞大學，后來法國的巴黎大學、英國的牛津大學與劍橋大學等相繼建立，大學的建立為以后的科學研究奠定了最主要的基礎(chǔ)。
第二節(jié)　走向經(jīng)典的科學：以牛頓為標志
中世紀之后是文藝復(fù)興。對于西方，這既是一個古希臘與古羅馬文明的復(fù)興時代，也是一個科學巨人們創(chuàng)新的時代。
文藝復(fù)興時有一樣東西對科學的發(fā)展與傳播產(chǎn)生了重大影響，這就是印刷術(shù)。印刷術(shù)是中國古代的四大發(fā)明之一，畢昇是活字印刷術(shù)的發(fā)明者，這是確定無疑的。這個事實沈括在《夢溪筆談》里有詳細的記載。但對于西方人卻不是如此。他們倒不否認中國是印刷術(shù)的發(fā)明者，甚至不否認畢昇是活字印刷術(shù)的發(fā)明者。但他們認為真正的印刷術(shù)的發(fā)明者是活躍于15世紀的古騰堡。他們這樣說的理由有三個：一是畢昇的發(fā)明并沒有在歐洲傳播；二是古騰堡所發(fā)明的用鉛來鑄活字的技術(shù)較畢昇的泥活字要好得多；三是古騰堡所發(fā)明的不僅有鉛活字，而且有連同印刷機等在內(nèi)的整個印刷系統(tǒng)，它能夠大規(guī)模地印刷出精美的作品，使得知識在西方的流傳大大加快，為知識的傳播產(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)了另一樣對西方科學發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的新事物——科學院�，F(xiàn)在世界各國都有專業(yè)的科學研究院，像中國科學院，是我國科學研究的最權(quán)威機構(gòu)。這樣的機構(gòu)最初于17世紀左右興起于羅馬，最早有羅馬的林且科學院、佛羅倫薩的奇門托研究院、英國的皇家學會、法國的巴黎科學院等�？茖W院是專門的科學研究機構(gòu)，不但進行科學研究，還辦了各種科學雜志和出版社以發(fā)表科研成果、出版科學書籍。當時幾乎每一個有影響的科學家都是這個或那個科學院的成員。大致在同一時期，與科學院的興起一樣，歐洲出現(xiàn)了一大批杰出的科學家，將科學帶入了又一個黃金時代，真正建立了現(xiàn)代意義上的科學。在所有這些偉大的科學家之中，最偉大者乃是牛頓。
牛頓之后，為科學做出杰出貢獻的人就多了，如惠更斯有關(guān)光學的理論、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)學成果等等，有若夏夜繁星。另外值得一提的是，這時候的科學研究不再是意大利、德國、英國、法國等少數(shù)幾個大國的事情了，而是推廣到了整個歐洲，幾乎每一個歐洲國家都有人在搞科學研究，都誕生了優(yōu)秀的科學家，例如像瑞士這樣的小國就出現(xiàn)了伯努利家族、大數(shù)學家歐拉、大生物學家哈勒等。
第三節(jié)　現(xiàn)代科學：以愛因斯坦為標志
17世紀后，科學就這樣迅猛地發(fā)展著，直到19世紀。這時候，科學的發(fā)展已經(jīng)到了一定的程度，使相當一部分人包括許多杰出的科學家宣稱科學發(fā)展到這個程度已經(jīng)完美無缺，到達頂點了，以后科學研究的工作將只是完善已有的理論，或者對某些小漏洞做些修修補補的工作而已，其洋洋得意之態(tài)溢于言表。然而，到了19世紀末，出現(xiàn)了一系列新生事物，這些新生事物對舊的科學秩序產(chǎn)生了幾乎致命的打擊。
這些新東西即工業(yè)革命的技術(shù)成就，如紡織革命中的紡紗機與織布機；動力革命中的蒸汽機與內(nèi)燃機；運輸革命中的火車、輪船、汽車和飛機；通訊革命中的電報與電話等。這些新技術(shù)新產(chǎn)品迅速傳遍整個西方，使西方人的生產(chǎn)方式與生活方式都產(chǎn)生了革命性的轉(zhuǎn)變，使得20世紀的人們比起18或者19世紀來仿佛生活在另一個世界。
與這些技術(shù)性的成就相比，純科學在這時候也出現(xiàn)了許多令科學家們感到驚異的現(xiàn)象。第一項是倫琴X射線的發(fā)現(xiàn)，他之所以將之命名為“X”，是因為當時對這種射線的各種性質(zhì)幾乎一無所知，顯得極為神秘。倫琴也因此獲得1901年第一屆諾貝爾物理學獎，這標志著物理學一個新紀元的到來。
大約同時，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的放射性。什么是放射性呢？簡而言之就是物質(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—莫雷試驗等，它們像烏云一樣籠罩在科學家們的頭頂，有如懸在傳統(tǒng)物理學上的一柄達摩克利斯之劍，隨時可能掉下來，將傳統(tǒng)科學砸得粉身碎骨。就像著名物理學家、量子理論的創(chuàng)立者普朗克所說的一句話：“很久以前，在宗教和藝術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)在則在科學園地內(nèi)，再難以找到一個不會被人懷疑的基本原理，同時也難以找到一種無稽之談是無人相信的�！�
到了20世紀初，不但原來的老問題沒有解決，而且新問題接踵而至，新理論不斷誕生，例如對孟德爾遺傳學說的重新發(fā)現(xiàn)與認識像達爾文的進化論一樣再一次改變了人們對于生物進化的觀念。弗洛伊德的精神分析學說則極大地改變了人類對自身的認識，認識到了人類在理性之下非理性的本質(zhì)。終于，1905年，愛因斯坦提出了相對論，它告訴人們，無論時間還是空間，都不是絕對的、不變的，而是相對的、可變的，甚至在物質(zhì)與能量之間也沒有絕對的區(qū)別，而是可以相互轉(zhuǎn)換的——它的直接結(jié)果就是原子彈的誕生，如此等等，終于將本來已經(jīng)搖搖欲墜的傳統(tǒng)科學大廈一舉推倒。至此，科學超越了傳統(tǒng)科學領(lǐng)域，到達了全新的現(xiàn)代科學之境。
以上就是西方科學發(fā)展大致的脈絡(luò)與路徑了，此后我們關(guān)于西方科學所有的述說都將依據(jù)這條路徑行走。
第一章
天文學
第一節(jié)　什么是天文學
六大基礎(chǔ)學科中，我們將以天文學開始，然后分別是數(shù)學、物理學、化學、地學與生物學。
我們要了解的第一個問題是：什么是天文學？
什么是天文學呢？按《不列顛百科全書》的定義：天文學是研究宇宙內(nèi)所有天體和散布其中的一切物質(zhì)的起源、演化、組成、距離和運動的科學。這個概念是容易理解的，我們就從它來分析什么是天文學吧！從中我們首先可以知道天文學的研究對象有兩個：一是所有天體，二是散布其中的一切物質(zhì)。
什么是天體呢？簡而言之，天體就是宇宙間各種星體的通稱。太陽系中的天體包括太陽、行星、衛(wèi)星、彗星、流星以及行星際微小天體等。銀河系中的天體有恒星、星團、星云以及星際物質(zhì)等，河外星系則是和銀河系同樣龐大甚至更加龐大的星系。
以上這些都屬自然天體。近年來，利用紅外線觀測、射電觀測以及高能探測器等發(fā)現(xiàn)的紅外源、射電源、X射線源和 γ射線源等也是自然天體。但在天空中也運行著人造衛(wèi)星、宇宙火箭、行星際飛船和空間實驗室等，它們就屬于人造天體了。除了這些天體之外，天文學還有第二個研究對象，即“散布其中的一切物質(zhì)”，它們又是什么呢？
我們知道，宇宙中有著許多天體，像恒星、行星、衛(wèi)星、流星，等等。這些天體的共同特點就是它們都有一定的體積，哪怕只是幾塊小石頭而已的流星也是如此，例如一立方米甚至一立方分米。它們都是我們用眼睛看得見、用手摸得著的實實在在的物體。但宇宙中是不是全是這類天體呢？不！除了這些外，宇宙中還有另一類型的天體， 它們是一些比較特別的物質(zhì)，我們的眼睛看不見、手也摸不著。具體而言主要是一些氣體，例如氫，還有很少的鈣、鈉甚至有機分子等，此外還有大量成分多種多樣的微小塵埃。這些小東西充滿看上去一無所有的星球空間。它們被稱為星際塵�；蛘咝请H介質(zhì)。這就是散布天體之中的物質(zhì)了。它們是天文學研究的第二類對象，不過并不是我們在這里要進一步討論的對象。
以上就是天文學所要研究的兩大類對象了。還有另一個問題是：我們要研究這些對象什么樣的性質(zhì)或特征呢？這就好回答了，就是《不列顛百科全書》定義中的后一部分：它們的起源、演化、組成、距離和運動。
我們在這里要講的當然不可能是前面所有的天體，而只是其中的自然天體，并且主要是那些大型的、我們比較熟悉的自然天體，如星系、太陽系、太陽、行星、彗星、衛(wèi)星、流星等。
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