當(dāng)繪畫展現(xiàn)科學(xué)革命

劉夕慶

當(dāng)人類步入21世紀(jì)的時(shí)候，特別是科學(xué)家們確認(rèn)宇宙間存在暗物質(zhì)和暗能量之后，以往人們所認(rèn)識(shí)的、可以被探測(cè)到并符合標(biāo)準(zhǔn)粒子模型的普通物質(zhì)現(xiàn)在被認(rèn)為僅占宇宙的5%左右，由此，人們期待會(huì)有一次新的科學(xué)革命爆發(fā)來統(tǒng)一對(duì)“新宇宙”的認(rèn)識(shí)……此時(shí)此刻，從那一幅幅刻畫生動(dòng)的畫作中，人們可以盡情領(lǐng)略科學(xué)革命領(lǐng)軍人物們的風(fēng)采和那激動(dòng)人心的劃時(shí)代的科學(xué)思想。

“日心說”與《人體構(gòu)造》

第一次科學(xué)革命發(fā)生于16—17世紀(jì)，以哥白尼的“日心說”為代表，初步形成了與中世紀(jì)神學(xué)與經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)完全不同的新興科學(xué)體系，而這標(biāo)志著近代科學(xué)的誕生。后經(jīng)伽利略、開普勒等，特別是牛頓為代表的一大批科學(xué)家的推動(dòng)，建立了近代自然科學(xué)體系（參看題圖作品）。

在此之前，大約有1000多年的歷史，人類（特別是西方社會(huì)）在天文學(xué)方面被亞里士多德、托勒密等人的“地心說”所統(tǒng)治。人們以為看起來“無比巨大”的地球是宇宙的中心，殊不知“統(tǒng)治”地上萬物的力量也“統(tǒng)治”著天上的日月星辰，地球只不過是圍繞太陽運(yùn)行的一顆普通行星。

哥白尼的名著《天體運(yùn)行論》出版的同一年，比利時(shí)醫(yī)生和解剖學(xué)家維薩留斯也出版了他的七卷名著《人體結(jié)構(gòu)》。前者代表了對(duì)天體結(jié)構(gòu)的革命性新見解，后者則是從羅馬帝國(guó)時(shí)代以來對(duì)人體解剖學(xué)的首次突破—這兩本著作使1543年成了科學(xué)革命的分水嶺。在《天體運(yùn)行論》中，哥白尼對(duì)1000多年來受到尊崇的地心說和托勒密理論發(fā)起了挑戰(zhàn)；同時(shí)，維薩留斯在《人體結(jié)構(gòu)》中，向古人強(qiáng)加于16世紀(jì)醫(yī)學(xué)的思想枷鎖發(fā)起了猛攻。

在16世紀(jì)前，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域就像天文學(xué)一樣，被個(gè)別人—蓋倫（一位大約公元130年出生于小亞細(xì)亞的希臘醫(yī)生）所主宰，他的話，成為許多世紀(jì)以來無可爭(zhēng)議、不容爭(zhēng)辯的“定律”。而維薩留斯《人體構(gòu)造》的革命性在于：他在書中指出了蓋倫解剖學(xué)中的錯(cuò)誤，完善了對(duì)骨骼、肌健、神經(jīng)等系統(tǒng)的描述，并為后來發(fā)現(xiàn)整體性血液循環(huán)奠定了基礎(chǔ)。

自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)

第二次科學(xué)革命發(fā)生于19世紀(jì)，以化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)的重大理論突破為內(nèi)容。其中，細(xì)胞學(xué)說、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律和進(jìn)化論被稱為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)，形成了整個(gè)物理學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)等實(shí)驗(yàn)科學(xué)體系。

1787年，法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫等人制定了一套全新的化學(xué)命名法：每種物質(zhì)均有自己的固定名稱，單質(zhì)的名稱反映其化學(xué)特征，化合物則由組成它的元素來標(biāo)定。這個(gè)體系條理清晰、邏輯性強(qiáng)，使近代化學(xué)第一次有了嚴(yán)格、統(tǒng)一、科學(xué)的物質(zhì)命名方法。

在新理論得到越來越多人擁護(hù)的基礎(chǔ)上，拉瓦錫于1789年完成了以《化學(xué)綱要》為題的著名化學(xué)專著，系統(tǒng)地闡述了他的化學(xué)理論新體系。書中詳盡地論述了推翻“燃素說”的各種實(shí)驗(yàn)證據(jù)，系統(tǒng)展開了以氧化理論為核心的新燃燒學(xué)說。他提出化學(xué)的任務(wù)是將自然界的物質(zhì)分解成基本的元素，并對(duì)元素的性質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。按照物質(zhì)守恒原理，他還將化學(xué)反應(yīng)過程寫成了一個(gè)代數(shù)式—這就是我們現(xiàn)在耳熟能詳?shù)幕瘜W(xué)方程式。

《化學(xué)綱要》一書的出版是化學(xué)史上劃時(shí)代的事件，開創(chuàng)了近代化學(xué)的新紀(jì)元。它對(duì)化學(xué)的貢獻(xiàn)相當(dāng)于牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》對(duì)于物理學(xué)的貢獻(xiàn)。

第二次科學(xué)革命中，生物進(jìn)化論的誕生具有深刻的革命意義。1831年，22歲的達(dá)爾文隨“比格爾”號(hào)啟程開始了環(huán)球航行。事實(shí)證明，這次旅行是西方科學(xué)史上最有價(jià)值的一次旅行。“比格爾”號(hào)先到南美海岸，繼而駛向加拉帕戈斯群島，繞過太平洋諸島，抵達(dá)印度洋及南太平洋。5年的漫長(zhǎng)旅途中，達(dá)爾文目睹了許多美麗的自然景觀，訪問了若干原始部落，發(fā)現(xiàn)了大量動(dòng)植物化石，考察了種類繁多的動(dòng)植物生長(zhǎng)及生活情況。更為重要的是，他對(duì)所觀察到的事物都作了詳細(xì)的記錄，并由此意識(shí)到自然界生物的許多內(nèi)在關(guān)聯(lián)—這為他后來革命性觀念的提出奠定了基礎(chǔ)。

相對(duì)論、量子力學(xué)和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)

第三次科學(xué)革命發(fā)生于19世紀(jì)末到20世紀(jì)上半葉，隨著相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，以及X射線、電子、天然放射性、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等的發(fā)現(xiàn)，使人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)由宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域。有機(jī)化學(xué)、分子生物學(xué)與基因工程、生物技術(shù)、微電子與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，標(biāo)志著科學(xué)發(fā)展進(jìn)入了現(xiàn)代時(shí)期。

談到第三次科學(xué)革命，就不得不提到其領(lǐng)軍人物愛因斯坦，他不但創(chuàng)建了狹義、廣義相對(duì)論和整體性宇宙論，而且以光量子學(xué)說對(duì)量子論的建立做出了貢獻(xiàn)。相對(duì)論和量子力學(xué)的建立使物理學(xué)理論和整個(gè)自然科學(xué)體系以及自然觀、世界觀都發(fā)生了重大變革。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，愛因斯坦對(duì)科學(xué)的獨(dú)到理解以及他藝術(shù)性的研究方法，是導(dǎo)致其革命性科學(xué)成果產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

第三次科學(xué)革命中分子生物學(xué)的建立與基因工程的拓展，尤其是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是一件戲劇性和故事性很強(qiáng)的變革事件。

1951—1953年，美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克在英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室相互認(rèn)識(shí)并進(jìn)行了通力合作，他們發(fā)現(xiàn)并提出了DNA雙螺旋及其包容堿基配對(duì)的結(jié)構(gòu)。這個(gè)模型不但闡明了DNA的基本構(gòu)架，還為一個(gè)DNA分子如何復(fù)制成兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同DNA分子以及DNA怎樣傳遞生物體的遺傳信息提供了合理的說明。它被認(rèn)為是分子生物科學(xué)中具有革命性的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)最重要的科學(xué)成就之一。

沃森和克里克兩個(gè)人在DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)上缺一不可，一個(gè)找到了堿基配對(duì)的法則，視野廣闊地“拼”出了想要得到的配對(duì)草圖，而另一個(gè)則看出了隱藏其中的“雙螺旋”構(gòu)架，最終它們合而為一，成功塑造了脫氧核糖核酸的科學(xué)結(jié)構(gòu)，并證明了地球生命只不過是更為基礎(chǔ)的物理、化學(xué)復(fù)雜而有序的有機(jī)組合而已。

系統(tǒng)生物科學(xué)等的誕生

依據(jù)有關(guān)觀點(diǎn)，第四次科學(xué)革命是新老三論（老三論—控制論、信息論、系統(tǒng)論；新三論—耗散結(jié)構(gòu)論、突變論、協(xié)同論）與計(jì)算機(jī)、人工智能、納米化學(xué)、生物醫(yī)藥等科學(xué)的技術(shù)集成與方法整合。系統(tǒng)生物科學(xué)的誕生開啟了第四次科學(xué)與技術(shù)革命，包括系統(tǒng)生物學(xué)與系統(tǒng)醫(yī)學(xué)、系統(tǒng)遺傳學(xué)與系統(tǒng)生物技術(shù)、合成生物學(xué)與系統(tǒng)生物工程等，這導(dǎo)致了21世紀(jì)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)與生物工業(yè)革命，從而形成了完整的實(shí)驗(yàn)與系統(tǒng)二維度的科學(xué)體系。

科學(xué)革命的意義在于它能夠改變?nèi)藗兊目茖W(xué)觀，每一次科學(xué)觀的轉(zhuǎn)變都會(huì)給世界帶來陳舊科學(xué)觀條件下不可能取得的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展。希望在不久的將來，人類第五次科學(xué)革命的圖景也能更好地通過繪畫展現(xiàn)出來。endprint