简明科学大历史(中)

光 明
今人看不到胡克的相貌，胡克所有画像都被宿敌毁了。这个宿敌来头不小，性格乖张，当上英国皇家学会会长后，打击竞争对手和怨恨对象不惜手段，他还倾注大量心血钻研炼金术、长生术，释经给上帝找位置，然而，人们都称赞他是最伟大的科学家，能够排在第一名。没错，他就是——艾萨克·牛顿（1643-1727）。

在好友哈雷不断催促和协助下，牛顿两年没怎么出门，把在前人的基础上长期研究并已思考好的内容重新整理，终于交付了《自然哲学的数学原理》。这部现代科学的开创性著作1687年推出，立即引起巨大轰动。

牛顿在书中，公布了万有引力定律、三大运动定律和自己的微积分、潮汐理论、流体力学理论等，一举奠定了经典力学基础，精确而简单的公式一直被用来计算力和运动，至今依然普遍使用——尽管有瑕疵，在某些情形需搬出另一位大神爱因斯坦。

万有引力定律解答了月球为什么绕着地球转，树上的苹果为什么往下落。万有引力的大小与两个物体的质量和它们间的距离有关。牛顿运动定律分别是惯性定律，物体的加速度取决于质量大小和作用力，以及作用力与反作用力定律。另外，牛顿是光学先驱，用三棱镜分析日光、制作牛顿色板、发现牛顿环，他的光谱分析开创天体物理学。他发明了反射式望远镜，热学方面也颇有建树。他和莱布尼茨各自独立创建微积分，是第一个封爵的科学家。

“自然和自然法则隐藏在黑暗之中，上帝说‘让牛顿出世吧’，于是一切光明。” 诗人蒲柏写的牛顿墓志铭并不浮夸，也常被引用。耐人寻味的是，自然法则揭示出人格化的上帝是人虚构出来自我慰藉用的。科学越拓展，宗教的空间越受挤压，“上帝”越不好过；已知领域越扩大，用未知来威逼利诱的生意越得退让妥协，牛顿本人的意愿也不能左右。

科学家也是人，不是神仙，得吃喝拉撒，有七情六欲，含缺点缺陷。一些天才往往有常人看来特别古怪偏执的行为。而完善的科学有纠错机制，只用证据说话，修正既往的不完善和错误，吸收可靠的内容，不以个人主观好恶、道德评价而否定成果。今日，学术共同体发挥着重要作用。胡克、莱布尼兹的贡献和地位，最终没有因牛顿的打压而淹没。

生 长
牛顿生活的年代，17—18世纪，宗教依然强盛，却也是呼唤理性的年代。轰轰烈烈的启蒙运动，反专制、反宗教愚昧，提倡普及文化教育，宣扬“天赋人权”，解放了思想。
牛顿去世后的几十年，科学向不同专业方向细分，研究工作更加精准并互相竞争、促进。
牧师黑尔斯发现根压并发明了集气槽。新的实验仪器帮助人们发现二氧化碳，进而对气体全面研究。英国人卡文迪许分离出氢气，称量气袋计算密度，还发现水中氢氧比（2:1）和空气氧氮比（1:4）。法国人安托万·拉瓦锡做实验，确认氧气在燃烧过程中的作用，终于推翻了燃烧靠释放可燃物里含的“燃素”之说，他给“氧气”命名并提出了质量守恒定律。
美国全才富兰克林用实验证明闪电是放电现象的，对墨西哥湾绘制了世界最早的洋流图。地理学家测量高山的万有引力，计算地球密度，完善了地层学。

指出流速和压强呈反比关系的伯努利原理，让人们了解到血压，催生流体动力学。对植物和昆虫观察，激发对生命起源的探究。天文学家观测天王星的不规则轨道，运用牛顿定律正确算出引力牵引源的位置，发现了海王星。

18世纪下半叶，一件不得不提的大事，深刻改写人类历史——第一次科技革命即工业革命在英国发生。尤其是瓦特改良蒸汽机后，手工劳动向动力机器生产转变，机器制造机器，效率大为提升，传统社会的发展上限被突破了，财富可以指数增长。科学参与激发、促进工业化，工业化回馈科学，更多研究资金得以投入，有更精密更耐用更廉价的仪器设备，科学加快了发展。

繁 茂
1833年，科学哲学家休厄尔宣布用新词“科学家”（scientist）称呼致力于科学研究的人。科学家不再是“自然哲学家”，科学著作不必再冠以“自然哲学”之名。作为法拉第的朋友，休厄尔或许感觉到，伟大的电气时代即将来临。19世纪中叶，第二次工业革命即电力技术革命开启，美国、日本等国乘势而上。

追溯到1799年，那年意大利人伏打发明了电堆，随后人们争相模仿制作电池，多国刮起物理探索风潮，其他领域的研究也增加了便利。19世纪20—30年代，英国人迈克尔·法拉第在同行研究基础上，发现了电动机原理并制作了第一台电动机，然后又发现了电磁感应现象，解释了发电原理。1873年，苏格兰人詹姆斯·麦克斯韦提出电磁学定律，复杂的麦克斯韦方程组解释了电磁现象，奠基电动力学、数学物理学等，对电、光、磁的认识和利用具有里程碑意义。爱迪生、特斯拉等发明家（注意，不是科学家）和优秀的工程人员，对电力技术的应用和推广做出卓越贡献。

对于看不见的电磁波，19世纪也有新认识：红外线、紫外线相继发现，重要的多普勒效益在奥地利被提出，法国人博科和同事测量了光速，发明了显示地球自转的博科摆，德国人伦琴在实验室偶然发现了X射线。今天的人听广播、拨打手机、消耗流量下载视频，利用电磁波已经麻木，可就在一百多年前，谁也不知道认识电磁波有什么实用。

另外，英国人焦耳的实验可论证能量守恒定律。法国人巴斯德用对照实验证明，微生物不会凭空“自然发生”，微生物繁殖导致腐败，并发明了巴氏消毒法。

蓬 勃
化学，在19世纪可称 “高光表现”，还料不到一百年后的当下，它将融入其他学科，渐渐“失去自我”。

英国人约翰·道尔顿本来是搞气象的，他研究天气发觉，元素由“基本粒子”原子组成，独特的原子区分元素并决定元素性质。他还想到研究化合物，通过元素质量、原子比例算出已知元素的“原子量”（相对原子质量）。他的原子论为化学奠基，让科学家找对方向。瑞典人贝采里乌斯一口气研究了2000多种化合物的化合比例，发明至今使用的化学命名系统和“有机化学”一词。阿伏伽德罗常数在意大利被提出。这世纪的头十来年，化学真可谓突飞猛进。

碳链、化合价、碳化合物相继被了解后，德国人凯库勒宣称解开了苯的结构之谜——由碳原子组成的环形结构。他梦见蛇咬住尾巴而得到环形灵感的事迹，充满细节，被广为传颂。但后人查明，他看过别人有关苯环的设想，完全无需灵感闪现，做梦之说仅是忽悠——显然，科学家也有讲故事的鬼才。

另一个故事未必更有名，却影响深远。俄国人德米特里·门捷列夫把当时已知56个元素，做成了一套56张的纸牌，准备用在旅行打发时光。出发前，他摆弄纸牌入了迷，车夫来取行李都拒绝了：“我在忙”。他把纸牌排列成了自己满意的模样，第二年即1869年在论文发表这个灵感的成果——门捷列夫周期表。现代元素周期表沿用了该周期表的框架，修正了个别差错。他这份“目录表”对化学和物理意义重大，空缺位置方便科学家寻找元素，还促进摸清原子结构、元素化学性质及其规律。2016年，科学界发布了元素周期表终版，包含118个元素，7个周期填满。

门捷列夫成功预测几个元素原子量和其氧化物组成，这正是科学的一个性质：预测有依据，预言正确不靠运气和“魔法”。
同时期，其他科学家也独立发现元素周期，门捷列夫发表时机占了优势，这种竞争情况是科研的常态——别误会，并没有鼓励读者早点玩纸牌的意思。

震 撼
英国人查尔斯·达尔文（1809-1882）一开始是拒绝出《物种起源》的，其进化论不是不想发布，而是想晚一些发布。1831—1836年，他随乘小猎犬号（音译贝格尔号）军舰环球航海从事生物考察，和船长船员交为朋友，一路上寄回国的化石和描述让他声名鹊起，所见证据使他从极虔诚的教徒转变为无神论者。达尔文很清楚，这本书面世，会被指责亵渎造物主“上帝”、亵渎比万物“高贵”的人类，搞出大新闻，而布鲁诺、伽利略的下场历历在目。受疾病折磨、宅居研究动植物的他，已不适合出面激辩。平平淡淡的生活，被一个来信的年轻人，英国的华莱士打破了。华莱士的推断与他20多年深思熟虑的结论几乎不谋而合。

达尔文受到鼓励，在1859年将《物种起源》出版。这本书作为最杰出的科学著作之一，上市即脱销，社会震撼、争论，主要论点学界很快认可。达尔文和华莱士结交挚友，两人相互礼让、共享成果（其实华莱士的自然选择说肤浅粗糙不少），成就科学史上温馨的佳话。

出版前，博物学已风靡，化石的由来众说纷纭，居维叶发现物种灭绝，拉马克总结出有误的进化论（“用进废退”），马尔萨斯焦虑食物供应赶不上人口增长……

《物种起源》整合了之前说法，以不可辩驳的证据和逻辑，指出“生物是进化的”这一事实（注意，不是观点），并提出自然选择是进化的主要动力，适者生存，优胜劣汰，优良性状的选择将产生新的形态、新的物种。一本书奠定生物科学基础，汇总、推动了古生物学、生物地理学、系统分类学、比较胚胎学、比较解剖学等。

“科学就是整理事实，从中发现规律，做出结论。” 达尔文概括道。

赫胥黎坚定支持达尔文，不畏讥讽，参加公开辩论，人称“达尔文的斗犬”；他推断鸟与恐龙存在进化关系，被现在中国古生物学家发现的化石、琥珀更进一步证明。奥地利人格雷戈尔·孟德尔通过豌豆实验总结遗传定律，在冷遇30多年后重新发现、得到承认，他解开了进化过程一大困惑，奠基现代遗传学。