书名：耶鲁极简科学史

    作者：【英】威廉·拜纳姆

    出版社：中信出版集团

    出版时间：2019年1月

    ISBN：9787508695730

    本书由中信出版集团授权得到APP电子版制作与发行

    版权所有·侵权必究第1章

    追根溯源

    科学是神奇的。它是人类发现世界、探知万物——包括了解我们自己的最好

    途径。

    几千年来，人们一直对身边的世界刨根问底，问题的答案一直都在变化。科

    学也同样日新月异。生机勃勃的科学建立在世代积累的发现和理论的基础上，也

    不断取得崭新的突破和巨变。唯一不变的是人类对科学的好奇、向往和钻研。3 0

    00多年前的人类也和我们一样在面对世界时冥思苦想，他们充满智慧，但不像现

    代人这样见多识广。

    提起科学，大多数人想到的就是实验室里的显微镜和试管，然而这本书可不

    是简单地用这些东西说事。长久以来，人类一直试图利用科学结合魔法、宗教和

    技术去解释和控制世界。科学可以像观察清晨的日出一样简单，也可以像鉴定新

    的化学元素一样复杂。魔法可能是通过遥望星空预知未来，也可能是我们说的迷

    信，比如如果遇到黑猫挡路，你应该敬而远之。宗教可能引导你为诸神祭祀献牲

    ，或者祈祷世界和平。技术则是生火或组装电脑的本事。

    定居在印度、中国和中东河谷的先民组成了最早应用科学、魔法、宗教和技术的人类社会。那些富饶的土地年年五谷丰登，人丁兴旺。这些社会里的人有充

    裕的时间执着于梦想，实践想法，最终成为某个方面的行家里手。由此一来，祭

    司可能就是最早的“科学家”(当然，那时并没有这个头衔)。

    追根溯源，技术(实际就是“动手能力”)比科学(实际就是“知识”)更有意

    义。在有粮能食、有衣能穿、有饭能烹之前，你必须知道干什么、怎么干，却不

    必了解为什么有些浆果带毒，而有些植物可吃；不用知道如何选择取舍；你也没

    有必要为太阳晨升夕落这种司空见惯的现象做出解释。幸亏人类不仅认知了世界

    ，还对世界充满了好奇，而这正是科学的核心。

    相较其他的古代居民，我们更熟悉古巴比伦人(他们生活在现在的伊拉克地

    区)，很简单的一个原因就是他们留下了泥板文书。数以万计有着6 000多年历史

    的泥板，给我们描绘了古巴比伦人的世界观。这些存活的历史条理清晰地记录了

    他们的收获、库存和财政。古代祭司倾注了大量时间记录事实和数据，他们同时

    身兼“科学家”的重任，负责测绘土地、丈量距离、观测天象、完善计数技能。古

    代祭司的很多发现沿用至今。他们和我们一样使用计数符号：前4个数都用垂直

    的直线表示，每到第5个数，就用一条划过对角的斜线把前4个串起来。你可能在

    动画片里看见过，囚犯会在监狱里用这种方式计算他们被关押了多少年。更具深

    远意义的是，古巴比伦人规定60秒为1分钟，60分钟为1小时，360度为一个圆周

    ，7天算作一周。为什么60秒算作1分钟，7天算作一周？这实在没什么好解释的

    ，选择其他数字也一样，只是后来人选择了古巴比伦人的体系，使它一直留存了

    下来。

    古巴比伦人精通天文学，善于研究天体。他们历经数年，逐步辨认出了夜空

    中星星所在位置的规律。他们确信，地球居于万物中心，有一股强大的神秘力量

    将人类和星座联系在一起。人类在坚信地球是宇宙中心的时候，并没有把地球当

    作一颗行星。他们把星空分成12份，并且分别给固定的星群(或者我们也可以称

    之为“星座”)命名。古巴比伦人通过一种连线的天文游戏，在很多星座里看到了

    物体或动物的图像，比如一架天平和一只蝎子。这就是最早的黄道十二宫图，它

    是专门研究星象对人类的影响的占星术的起源。在古巴比伦，占星术和天文学如影随形了几百年。现在有很多人知道自己的星座(比如我就是金牛座)，还阅读

    报纸或杂志上的星座专栏指导自己的生活。不过，占星术不属于现代科学。

    古代中东地区有很多兴盛的人类社会，古巴比伦只是其一。我们最为熟知的

    是公元前3500年定居在尼罗河河畔的古埃及。他们依赖单一的自然特征创造出的

    文明可谓空前绝后。古埃及人的生活与尼罗河息息相关。每年汛期，肥沃的淤泥

    滋养着他们的土地，孕育来年的丰收。埃及炎热干燥，大批珍贵的遗物流传百世

    ，那些丰富的图片和图画文字——象形文字，让今人唏嘘赞叹，获益匪浅。在埃

    及先后被希腊和罗马所征服后，象形文字的读写能力就此失传，绝迹了大约2 000

    年。1799年，埃及北部靠近罗塞塔(Rosetta)的一个小镇里，一名法国士兵在一

    堆瓦砾里发现了一块圆形石碑。碑文内容分别以象形文字、希腊文和世俗体草书

    3种文字刻就。这块石碑被称为罗塞塔石碑，后来被运到伦敦，今天人们可以在

    大英博物馆一睹其风采。学者们通过已知的希腊文译出了象形文字，由此揭开了

    古埃及文字之谜。由此，我们终于迈出了破解古埃及人信仰和实践的第一步。这

    是多么伟大的飞跃啊!

    古埃及的天文学和古巴比伦的类似，但是古埃及人对死后世界的关注使他们

    更侧重于观察天象。历法是不可或缺的，它承载着提示人们最佳耕种时间、尼罗

    河的泛滥时间，以及宗教庆典的功能。古埃及的一个“自然年”有360天，每周10天

    ，一个月3周，一年12个月，每年最后再加5天以保证季节的更替。古埃及人认为

    宇宙是一个长方形的盒子，他们处于盒子的底部，尼罗河恰好穿过世界的中心。

    每年尼罗河涨水的时候就是他们一年的开始，他们也自然而然地把尼罗河和夜空

    中最亮的星星联系在一起，那是我们现在称之为“天狼星”(Sirius)的星星。

    与古巴比伦一样，古埃及的统治者法老也极其看重祭司的作用。法老被敬为

    神，即使死后也有权享受人生。这也是他们建造金字塔——无与伦比的巨型坟墓

    的原因之一。法老在另一个世界等待新生，他们的亲属及其他重要人物、仆人、猫狗、家具乃至食物等被一应俱全地安置在“自己”左右。古埃及人为了保存重要

    人物的身体，不让他们在重生时身体腐烂，研究出了尸体防腐的方法。首先取出

    死者所有的内脏(他们会使用长钩将人脑掏出)并存放在特制的罐子里，然后利用化学方法把尸体的其他部分保存起来，最后裹上麻布，放入坟墓。

    尸体防腐师一定对心肝肺肾了如指掌。但是很遗憾，他们没有对那些摘除的

    器官做出详细的描述，因而我们无法了解他们对器官的认知程度。不过，多亏幸

    存的医学文献记载了古埃及的医学和外科手术。当时，古埃及人普遍认为神力、魔法和自然都是导致疾病的原因。虽然，治疗师在给病人治疗方案的同时也会施

    用一些魔法或巫术，但是，古埃及人发明的很多治疗手段还是基于认真的医学观

    察的。在受伤或手术后，古埃及人用来敷伤口的药的确很好地起到了预防感染和

    促进伤口愈合的作用。这可比我们认识细菌早了几千年。

    在这段历史时期，计数、天文和医学是最活跃的三个“科学”领域。首先是计

    数，比如你在种粮食和与别人交换之前，必须知道“要多少”，或者你要清楚手边

    是不是有足够的士兵和修建金字塔的工人。接着是天文，太阳、月亮和星星与四

    季交替密切相关，准确记录它们的位置是制定历法的前提。最后是医学，人在生

    病或受伤的时候必然要寻求帮助。但是，古代中东地区的文明把巫术、宗教、技

    术和科学混为一谈，而且我们很大程度上只能推测他们行为的理由，以及普通人

    究竟过着怎样的生活。我们很难获得关于普通人日常生活的历史资料，毕竟只有

    能读会写、有权有势的人才会被载入史料。同样的道理也体现在另外两个同期的

    古文明身上，它们分别是亚洲的中国和印度。第2章

    指南针和数字

    从古巴比伦或古埃及继续东行，面向喜马拉雅山脉，无论你选择哪一边，都

    将踏上古代文明曾经辉煌灿烂的沃土——印度或者中国。大约5 000年前，印度河

    流域和黄河流域遍布着人口密集的村庄和城镇。那时的印度和中国比现在更加幅

    员辽阔。它们跨国越海地连接着世界贸易网络，开辟香料之路，并推动着书写和

    科学迈上了新的高度。科学促进贸易，财富助长科研，两者相得益彰。事实上，直到公元1500年左右，印度和中国的科学水平一直领先于欧洲，或者至少与欧洲

    齐头并进。古印度留给我们的是数字和对数学的热忱，而中国则贡献了纸张、火

    药以及航海必备的小装置——罗盘。

    今天，中国是推动世界发展的生力军。中国制造的衣服、玩具和电子产品遍

    布全球，看看你旅游鞋上的标签就知道了。几个世纪以来，西方人对这个强大的

    国家充满了好奇和怀疑。中国人有自己的做事方式，他们的国度看似神秘莫测，实际上却循规蹈矩。

    如今我们知道，中国一直是一个活力四射的国家，中国的科学也一直在突飞

    猛进。唯独在中国有一件事几百年来从未改变，那就是书写。汉字是象形文字，像一幅画，对于使用字母的西方人来说，它的感觉很奇怪。但是，如果你知道怎

    么破译这些图画，那么你就可以像读现代书籍一样，轻松地理解悠久的中国文献。我们必须感谢中国发明了纸张，为书写提供了便捷条件。人类所知最古老的纸

    张，大概可以追溯到公元150年。

    治理中国从来就不是一件容易的事，其中科学功不可没。中国自公元前5世

    纪东周时期开始建造的长城或许可以称作“历史上最伟大的工程”。长城虽是汉族

    为阻挡北方游牧民族袭击而修，但同时也困住了自己。历经多个世纪的扩建、翻

    修，长城现在绵延8 850千米。(很多年来，人们一直认为可以从太空中看见长城

    ，然而事与愿违：中国自己的宇航员都没能发现。)另外一个举世瞩目的工程是

    公元7世纪隋朝兴修的大运河。当时北部的涿郡(今北京)是一个辽阔的内陆城

    市，南部的余杭(今杭州)是通向世界的口岸，中国人利用自然的水路资源，在

    两地间挖通了一条千里运河。这些里程碑般的工程是中国能工巧匠的才智和技能

    的卓越见证，也是大量劳工艰辛工作的结晶。尽管那时的中国人已经发明了独轮

    手推车，但工人们也少不了挖掘、推车和搭建的辛苦。

    中国人把宇宙看成生命体，一个依靠各种内部“动力”连接的整体。他们把原

    始的动力或者说是能量称作“气”。另外两种基础动力分别是“阴”和“阳”——“阴”

    属于雌性，代表昏暗、阴沉和潮湿；“阳”，属于雄性，象征着明媚、光热和温暖。没有任何一种东西是纯阴或纯阳的，这两种能量总是如影相随，此起彼伏。依

    据中国的哲学，每个人都兼有阴阳，不同的搭配比例注定了每个人的特征和行为。

    中国人相信宇宙由5种元素组成：金、木、水、火和土。请不要把这些元素

    简单地理解成我们身边普通的水或者火，应当把它们看作组成世界和太空的基本

    物质。它们个性突出却环环相扣，就像变形玩具一样。比如，木克土(木铲可以

    挖土)、金克木、火克金、水克火、土克水。(再想想石头剪刀布的游戏，也是

    中国人的发明。)这些元素结合阴阳生发出昼夜更替、四季变化、生死轮回、斗

    转星移的自然现象。

    正是因为中国人认为世间万物都由这些元素和能量构成，彼此相通，生生不息，所以他们没有提出“原子”是物质的基本单元这一概念；而且在中国，自然哲

    学家也不会认为只有使用数字表达才符合“科学”的标准。不过，他们用到算术的

    地方很多：做买卖、记账或者称重等。16世纪后期的史料记载，中国人把小珠子

    穿在特制的框架中做成了算盘，不过发明算盘的时间也许更早一些。你或许也学

    过打算盘吧，它大大提高了加减乘除的运算速度。

    中国人用数字计算时间。早在公元前1400年，他们就知道一年有365.25天，和早期的大多数文明一样，他们以月亮为依据划分月份。古人把太阳转一圈回到

    起点的时间算作一年，中国人也不例外。木星一类的行星和其他恒星的运动周期

    都吻合他们信奉的万物周而复始的理论。他们利用“太极上元”，经过繁复的推算

    得出一次完整的宇宙大循环所用的时间是23 639 040年。这说明宇宙太高寿了(

    当然，现在我们知道它比这个还要老)。同样地，中国人也思考了宇宙的结构。

    有些早期的中国星图证明中国人懂得如何在平面图上表现弯曲的空间。东汉时期

    的天文学家认为，太阳、月亮和星星受风力的作用悬浮于空旷的太空，这和古希

    腊认为天体固定在固体天球上的观点背道而驰，却很接近现代人们对天体的认识。中国的古代天文学家详细记录了特殊的天象，由于可以追溯到很早期的天象记

    录的存在，现代天文学者受益良多。

    中国人相信地球是古老的，所以自然而然地认为化石是动植物死后硬化的部

    分。他们按照硬度和颜色分类石头。玉石尤其珍贵，雕刻师把一块一块的玉细琢

    成器。地震在中国时有发生，但是在公元2世纪的时候，没有人知道地震发生的

    原因。博学的张衡利用“悬锤摆”的原理发明了地动仪，地震时悬锤摆会发生晃动

    从而记录下地球的震颤。这是今天我们称之为地震仪的雏形，这种仪器通常绘制

    出一条直线，当它偏移时，便是地震了。

    中国人懂得磁性的实用价值。他们知道通过高温加热和低温冷却可以使一块

    磁铁指向南、北的方向。中国人使用罗盘很久之后，西方才获知此物。罗盘既是

    航海工具又可以用来算命、堪舆。其实它就是一根漂在水碗里的磁针，所以通常

    都是“湿乎乎的”。

    西方人习惯说罗盘的指针指向北，但中国人却认为罗盘的指针指向南。(当然了，指北针也指向南边，不过就是针的另一头。只要大家意见统一，选择哪一

    头都无所谓。)

    中国人是高超的药剂师。很多顶级的药剂师都是追随老子的道士，老子生活

    在公元前6—前4世纪的某个时期。另外一些人则信奉孔子或佛陀。这些领袖用他

    们的哲学思想带动了信徒们对宇宙的研究。

    在那个时代，中国人对化学的应用可谓高明。比如，他们能够蒸馏酒精和其

    他物质，能够炼铜。他们混合木炭、硫黄和硝酸钾制成火药，实现了化学史上的

    第一次爆炸，推动了烟火和武器的研制。火药可以说是化学界阴阳结合的典范：

    它可以是宫廷里美丽绽放的烟花，也可以是10世纪东方战场上的枪炮齐鸣。虽然

    欧洲人在1380年左右便对火药进行了描述，但并没有完全掌握其配方。火药的出

    现逐渐点燃了各地的战火，使战争变得更加残酷。

    中国也有炼金术士，他们追求可以延长生命甚至永生的东西，渴望“长生不老”，但以失败告终。(我将在第9章详谈这个问题。)事实上，如果那些服用丹药

    的皇帝没有企图“以毒攻毒”，也许他们可以活得更久些。不过，在寻找仙药的过

    程中，中国人的确发现了很多治疗普通疾病的药物。和欧洲的医生一样，中国的

    医生也用植物提取物治病，同时也会用硫黄、汞等物质配药。中国人常用蒿类作

    为退烧药，他们还把提炼过的植物点燃，熏在皮肤的特定位置上，促进“生命养料”流动。这个处方和疗法写在一本1 800多年前的医书里，最近才被发现。现代实

    验证明它可以有效治疗疟疾——一种以高烧为特征的、死亡率极高的热带疾病。

    早在公元前2世纪，中国人就开始撰写医书。如今，历久弥新的中国医学遍布世

    界。针灸疗法——把很多根针分别刺进皮肤的某些位置——普遍适用于辅助康复

    、对抗压力和减轻疼痛的治疗。它的理论依据是：身体里有很多条“气”流通的经

    络，利用针刺达到刺激或者疏通这些经络的目的。有时候，为了镇痛，也会把针

    扎进患者的身体里。就在当代中国的医生向西方同行看齐的时候，在世界各地，仍然有很多人在学习和发扬中国的传统医学。

    古老的印度医学阿育吠陀[1]

    有异曲同工之妙。我们在公元前200年至公元600年的梵文古籍中发现了这个名字。阿育吠陀认为人体内有3种被称为“能量”(dosh

    as)的体液：“Vata”——干、冷、轻；“Pitta”——热、酸、刺激；“Kapha”——冷

    、重、甜。[2]

    这些能量是人体正常运转的保证，它们过多或过少、比例失调或站

    错位置都可能导致疾病。观察病人的皮肤和号脉是印度医生诊断病情的重要依据

    ，然后再通过药物、按摩和特殊的饮食恢复体内的平衡。印度医生用罂粟汁制出

    麻醉剂来缓解病痛、安抚患者。

    另外一本古印度外科医学著作是《妙文集》(Susruta)，里面详尽地描述了

    早期的手术。例如，外科医生会小心地用针拨开白内障患者(眼睛晶状体模糊，导致视线不清)眼球上的阴影，还会移植病人本人的皮肤去修补受损的鼻子，这

    或许就是最早的整形手术吧。

    印度古代医学和印度教的信仰有关。约1590年，在印度落脚的一些医生以对

    古希腊医学的理解为基础，建立了自己的医药理论——“Yunani”(“希腊”的意思)，和印度医学并驾齐驱。现在，这两种医学和我们熟悉的西医一起在印度治病

    救人。

    印度有自己的科学传统。印度天文学家通过希腊同行托勒密(Ptolemy)的绘

    图和佛教僧侣从中国带回去的科学文献了解日月星空。在乌贾因有一个观测台，我们知道的最早的印度科学家之一伐罗诃密希罗(Varahamihira，生于505年)曾

    在那里工作，他整理了旧的天文资料并补充了自己的观测结果。过了很久，直到

    16世纪，德里和斋浦尔两地才建造了天文台。印度人的历法非常精准，和中国人

    一样，他们相信地球是古老的，并且曾经提出天体运动的周期，其中一个是4 320

    000年。印度人也曾经千辛万苦地寻找可令人长生不老的灵丹妙药，并查找炼金

    术的秘方。然而，印度科学对世界最大的贡献在数学领域。

    我们所说的“阿拉伯”数字——最熟悉的1、2、3等，正是从印度起源，经过中

    东传到欧洲。关于“0”的概念也来自印度。除了我们一直沿用的数字以外，印度数

    学家还提出了“占位”的理论。让我们用“170”说明一下吧。“1”就是100，它在百位

    数的位置上；“7”就是70，是十位数；“0”则表示个位。对于现代人来说，这些已经习以为常，从来也不用分析，但如果没有占位的理论，要想写个大数就麻烦了。最著名的印度数学家是7世纪的婆罗摩笈多(Brahmagupta)，他推算出测量棱

    柱和其他图形体积的公式；他也是把“0”当作数字的第一人，并且证明任何数乘以

    “0”都得“0”。又过了大约500年，另一名印度数学家婆什迦罗(Bhaskara，生于11

    14年)指出，任何数除以“0”都是无穷大。如果没有这些理论基础，现代数学对世

    界的解释就无从谈起。

    在中国和印度，传统医学和西医一直分庭抗礼，然而在科学领域，却是另一

    番景象。印度医学家和中国医学家都在以同样的理念、手段和宗旨工作，与他们

    在西方世界的同行没什么两样。现在无论在亚洲还是其他地方，发源自西方的科

    学已成为普世的科学。

    请一定记住数字来自印度，纸张源自中国。当你写下“九九乘法表”时，你就

    在享受着古老的东方送给人类的宝贵礼物。

    [1] 阿育吠陀(Ayurveda)一词意为生命的科学。阿育吠陀医学不仅是一门医

    学体系，而且代表着一种健康的生活方式。——编者注

    [2] 梵文中，Vata意指风为主；Pitta以火为主；Kapha以水和土为主。——译

    者注第3章

    原子和虚空

    大约在公元前454年，希腊历史学家希罗多德(Herodotus，约公元前484—前

    425)游历到埃及。在尼罗河畔的底比斯，他和我们一样被金字塔和巨大的雕塑

    所震撼——这些雕塑足有18米高。希罗多德实在不敢相信它们居然有如此悠久的

    历史，因为很久以前波斯的入侵结束了埃及的辉煌。希罗多德的祖国希腊比埃及

    年轻且充满活力，正是这个蒸蒸日上的国家，100年后在亚历山大大帝(Alexande

    r the Great，公元前356—前323)的带领下征服了埃及。

    在希罗多德时代，地中海东部地区的思想和作品主要受希腊的影响。希腊有

    盲诗人荷马(Homer)的著作，讲述希腊人藏身在木马里打败特洛伊人的故事；

    描写了希腊将领奥德修斯成功地策划了特洛伊战争之后惊险的返乡之旅。希腊人

    是了不起的造船师、商人和思想家。

    第一批思想家中有一个人叫泰勒斯(Thales，约公元前625—前547或前546)

    ，他是商人、天文学家和数学家，出生于土耳其海岸城市米利都。我们没有他的

    手迹，只能通过后人引用的奇闻趣事对他进行想象。有一个传说是这样的：他只

    顾仰头观测星空，完全没有留意脚下，竟然掉进井里。还有一个故事是这样的：泰勒斯聪明绝顶，总能胜人一筹。他预料到橄榄即将丰收，于是早早地预订了所

    有闲置的橄榄压榨工具，并在收获的季节以高价转租。泰勒斯并不是最心不在焉

    的专家，也不是唯一一个靠知识挣钱的人——稍后，我们还会见识更多这样的人。

    据说，泰勒斯游历埃及后给希腊带回了埃及人的数学。有关泰勒斯的传说很

    多，比如，有一个故事说他曾经准确地预报了日全食。(实际上，他的天文知识

    并没有达到可以预知日全食的程度。)不过，泰勒斯的确尽心尽力地解释了很多

    自然现象，比如尼罗河的洪水肥沃了土壤，地壳内部水温过高导致地震。在泰勒

    斯看来，水是最重要的元素，他把地球画成一个漂浮在茫茫海洋上的圆盘。我们

    对此会觉得很好笑，但这恰恰说明泰勒斯在努力地用理性解释世界，而不是用神

    学——埃及人认为尼罗河泛滥是神的旨意。

    阿那克西曼德(Anaximander，约公元前610—前546)同样来自米利都，但和

    泰勒斯不同，他坚信宇宙中最重要的元素是火。出生在西西里的恩培多克勒(Em

    pedocles，约公元前490—前430)则认为宇宙应该存在四源：气、土、火、水。

    西方人更熟悉这种说法，因为一直到中世纪末期，差不多2 000年的时间里，思想

    家们都把它当作一个不争的事实。

    不争并不代表所有人都接受“四元素”说。在希腊，后来在罗马，有一群被称

    作原子论者的哲学家，他们认为世界其实是由微小的原子组成的。其中最著名的

    是生活在公元前420年左右的德谟克利特[1]。我们从其他作者的引述中零星拼凑

    出他的理论：宇宙中有无数多的原子，并且自古有之。原子不能被分解，也不会

    被破坏。虽然它们小得不能被看见，但德谟克利特确信它们形状各异，大小不一

    ，这就是为什么万物皆由原子构成却有不同的味道、结构和颜色的原因。不过，只有经过人类的品尝、感觉和关注，这些稍大一点儿的东西才算得上存在。事实

    上，德谟克利特主张一切都是“原子和虚空”，我们现在则称之为物质和空间。

    并不是所有的原子论都这么通俗易懂。德谟克利特和他的支持者们通过反复

    实验，观察到了生物的“进化”。这种理论有一个滑稽的版本：以前，动植物的不同部位可以天马行空地自由组合——象鼻子贴在鱼的身上；玫瑰花瓣长在土豆上

    等——最终搭配成我们今天所见的样子。也可以这样解释这个理论：曾经有一条

    狗腿偶然长在了猫的身上，于是产生了一种新动物，但是它不能活下来，所以就

    没有出现长着狗腿的猫。过了一段时间，所有的狗腿都长在了狗的身上。谢天谢

    地——所有的人腿也都长在了人的身上。(古希腊另一个有关进化的说法似乎靠

    谱儿些，不过稍微有点儿恶心：一切生物都是由非常古老的黏液逐渐进化而成的。)

    原子论只说芸芸众生天作而成，既没有明确宇宙的最终意义，也没有任何伟

    大的设想，所以多数人并不看好它。希腊的哲学主流是追求“意义”“真理”和“完美”，在这种情况下，原子论的确前景暗淡。和德谟克利特等原子论者同时代的希腊

    人一定完整地听到了他们的争论，我们却只能从后来的哲学家的引述和讨论中获

    知一二。还有一位原子论者生活在罗马时期，他就是卢克莱修(Lucretius，约公

    元前99—前55)，优美的哲学长诗《物性论》(De rerum natura)的作者。在诗

    里，卢克莱修用原子理论阐述了宇宙、地球和世间万物，包括人类社会的进化。

    我们知道一长串古希腊科学家和数学家的名字及成就，他们足足跨过了1 000

    年。在最伟大的一群人里，有一个人的名字叫亚里士多德(Aristotle)。他的自

    然论在他死后依然长期占据主导地位。(我们将在第5章对他进行详细介绍。)

    亚里士多德之后，古希腊的“三圣人”为推动科学的发展做出了巨大贡献。

    欧几里得(Euclid，约公元前330—前260)是“三圣人”之一。他不是几何学

    (巴比伦人对此颇为擅长)的创始人，但是他把公设、公理和求证收集成册，编

    撰出了一本几何学的教科书。几何是解决空间问题的实用数学，包括点、线、面

    和体积。欧几里得提到了平行线永不相交、三角形内角和是180度等概念。他的

    著作《几何原本》(Elements of Geometry)风靡整个欧洲。说不定哪天你也会学

    习到他的“平面几何”，我希望到那时，你也能被它的清晰简洁之美所折服。

    第二位“三圣人”是埃拉托色尼(Eratosthenes，约公元前276—前195)。他用

    简单而有效的几何方法计算了地球的周长，他知道夏至那天太阳正好位于西恩纳(Syene)的天顶。那一天，埃拉托色尼到距离西恩纳以北5 000个赛跑场[2]

    远的

    亚历山大城测量了太阳的角度，他曾经在亚历山大图书馆任馆长一职。得出数据

    之后，他利用几何学计算出地球大概是250 000个赛跑场那么大的一个圈。就此结

    束了吗？他的预测和我们现在知道的准确数字24 901.55英里(赤道周长)相差无

    几。请注意，埃拉托色尼相信地球是圆的。人们并没有一直认为地球是扁平的，航海员可能会从其边缘掉下去。这个认识比克里斯托弗·哥伦布(Christopher Colu

    mbus)的美洲之旅要早得多(免费书享分更多搜索@雅书.)。

    “三圣人”中的最后一位是克劳迪亚斯·托勒密(Claudius Ptolemy，约100—178)。他也在埃及北部亚历山大大帝建造的亚历山大城工作过。他像很多古代科学

    家一样兴趣广泛。他的文章涉及音乐、地理、自然和光等主题，不过使他名垂青

    史的作品却是以阿拉伯语命名的《天文学大成》(Almagest)。在此书中，托勒

    密不但归纳了诸多希腊天文学家的研究，而且补充了自己的观察，包括星图、日

    月星辰的运动和宇宙结构。和其他同时代的人一样，他推测地球是宇宙的中心，日、月、恒星和行星都围绕地球转动。托勒密也是数学高手，经过几次小小的修

    正之后，他已经可以计算曾经备受关注的行星运动。

    太阳围绕地球转动的理论很难自圆其说，事实也并非如此。但是，托勒密的

    著作是中世纪欧洲和阿拉伯天文学家的必读之书，也是第一批被翻译成阿拉伯语

    的作品，随后还被译成拉丁语，备受追捧。托勒密和希波克拉底、亚里士多德、盖伦享有同样高的声誉。我们在后面章节将分别介绍另外三位。

    [1] 德谟克利特(Democritus，约公元前460—前370或前356)，古希腊伟大

    的唯物主义哲学家，原子唯物论学说的创始人之一。——编者注

    [2] “赛跑场”(stade)是希腊的长度单位，10个跑马场相当于1英里。1英里约

    合1.6千米。——编者注第4章

    医学之父：希波克拉底

    如果你去看病，别忘记问医生在毕业典礼上有没有宣读过希波克拉底誓言。

    这个誓词有2 000多年的历史了，很多医学院延续着让学生背诵它的传统，有些医

    学院则放弃了这一传统。但是，希波克拉底誓言仍然值得我们研究。很快，你就

    会明白它的意义所在了。

    虽然，这个誓言是以希波克拉底[1]

    命名的，但并非完全出自他之手。事实上

    ，他署名的论文(专题分册)只有60篇左右。我们对希波克拉底所知甚少。约公

    元前460年，希波克拉底出生在科斯岛，离现在的土耳其不远。为了谋生，他行

    医授课。他的两个儿子和女婿可能也是医生。古往今来，某个家族代代行医的例

    子层出不穷，涌现出了不少医学世家。

    《希波克拉底文集》收录了250多年间众多的个人作品。书中论文各抒己见

    ，触点丰富——包括诊治疾病、治疗断骨和脱臼、应对时疫、医疗保健、合理膳

    食，以及环境对健康的影响等。这些文章不但有助于行医治病，而且有助于协调

    医生与病患以及同行之间的关系。简而言之，它在当时是包罗万象的医学百科。

    这些文集题材广博、引人注目，它的写作年代更是令人感叹。要知道，希波克拉底是苏格拉底、柏拉图、亚里士多德的前辈，生活在偏僻的科斯岛上。那时

    候没有印刷术，所有的文字都是一笔一笔写在羊皮纸、兽皮、黏土等材料上面，然后再传承下去。但是，岁月使墨迹褪色，加上战争和气候的破坏，还有昆虫侵

    蚀，我们现在只能读到由后代的爱好者抄写的版本。这些抄本越多，得以幸存于

    世的文章就越多。

    《希波克拉底文集》奠定了西方医学的基础，希波克拉底本人也是独树一帜

    的人物。几百年来，医者一直遵循着三条基本原则。第一条是现代医学的根基：

    坚信病因是“自然”因素，必须做出理性的解释。在希波克拉底之前，希腊人和附

    近的岛民都认为疾病是超自然的原因所致。如果人们冒犯了神灵，或者是有魔法

    的人念了咒语都会招来疾病。如果不幸患上由巫师、魔法和圣灵带来的疾病，那

    么你最好求助于牧师或仙术来找到病因和最佳治疗方案。即使是今天，依然有不

    少人相信神学疗法，信仰治疗仍有一席之地。

    希波克拉底的追随者可不是信仰治疗师，他们是真正的医生，相信疾病的普

    遍性和自然属性。这个观点在《神圣的疾病》(On the Sacred Disease)中表述得

    一清二楚。这篇短文论述的是癫痫，现在很常见的一种失常表现——众所周知，亚历山大大帝和恺撒大帝都患有这种病。癫痫患者会突然发作，失去意识、肌肉

    抽搐、身体扭曲，有时可能失禁。慢慢地，发作结束，他们恢复意识，得以重新

    控制自己的身体。现在，人们把癫痫发作看作平常事，甚至只当作一个插曲。但

    是，眼睁睁看着病人发作还是太触目惊心，所以古希腊人认为是神灵制造了这种

    疯狂的无厘头的发作，并称之为“神圣的疾病”。

    《神圣的疾病》的作者对古希腊人的这种说法并不认同，文中著名的开头开

    宗明义地表明了作者的态度：“我不相信‘神圣的疾病’比其他的疾病更神圣、更有

    神意。相反，我相信它有明显的症状和明确的病因。但是，因为它和其他病症完

    全不同，便一直被那些大惊小怪又愚昧无知的人当作神仙附体。”作者认为癫痫是

    大脑淤堵的结果，像医学和科学界的多数理论一样，它也在发展中被更准确的结

    论所取代。但是，不容置疑的是——不能因为某种疾病的独特性、神秘性，或者

    仅仅因为其难以解释，就断言它是超自然的杰作——这是科学与时俱进的指导原则。我们现在可能不理解，但通过耐心艰苦的工作，我们迟早会明白的。希波克

    拉底为我们留下了许多永无休止的争论，这不过是其中之一。

    希波克拉底的第二个理论是健康和疾病都与“体液”有关。(曾经有一种解释

    认为携带好体液的人是健康的，携带坏体液的人则是不健康的。)希波克拉底的

    女婿写的《人的本质》(On the Nature of Man)一文入木三分地表达了这个观点。希波克拉底的其他文章也提到过两种体液——黏液和黄胆汁——是病因。《人

    的本质》补充了另外两种体液：血液和黑胆汁。作者认为，这四种体液对人类的

    健康起到了关键作用，如果体液失调(某一种或几种过多或过少的状态)则必然

    招致疾病。你生病的时候一定见过自己的体液：发烧的时候你会出汗；感冒或呼

    吸道感染的时候，你会流鼻涕生痰；胃不舒服的时候，你会反胃呕吐；向下走的

    腹泻；还有擦伤和割伤引起的出血。曾经在古希腊流行的黄疸病就是由包括疟疾

    在内的多种疾病侵犯多个产生体液的器官造成的，症状表现为皮肤变黄，不过这

    种病现在已经不常见了。

    希波克拉底把器官和体液进行了一一对应：血液对应心脏，黄胆汁对应肝脏

    ，黑胆汁对应脾脏，黏液对应大脑。《神圣的疾病》的作者认为，癫痫是脑部的

    黏液堵塞的反应。若是患上类似于感冒或者腹泻一类的疾病，体液的变化显而易

    见。每一种体液都有自己的属性：血液湿热、黏液湿冷、黄胆汁干热、黑胆汁干

    冷。这些特征在我们生病的时候暴露无遗：伤口流血红肿的时候是热的；但是当

    我们感冒的时候就会感觉冷，甚至打寒战。(盖伦在600多年后发展了希波克拉

    底的理论，同样以冷、热、干、湿四种元素对我们的饮食和药物做出分类。)

    对所有病人最好的疗法就是恢复体液的平衡。说易行难，希波克拉底重建病

    人“自然”状态的实践过程远比循规蹈矩地治病复杂得多。不同的病人有不同的体

    液平衡点，所以医生只有全面了解病人，包括病人的居住环境、饮食结构、谋生

    手段，才能判断病情，开出处方。我们在生病时最想知道的便是病情的发展趋势

    和治疗方法，而希波克拉底的追随者们对此谙熟于心，这使得他们声名远扬，求

    医者络绎不绝。

    希波克拉底学派将他们的观察结果和临床经验传授给门生(大部分是他的儿子和女婿)。学生又把这些经历以格言的形式言简意赅地记录下来编成《箴言》

    (Aphorisms)，它成为后世医生最为熟知的希波克拉底著作之一。

    希波克拉底有关健康和疾病的第三个重要理论被总结为拉丁文“vis medicatrix

    naturae”，意思是“自然治愈的能力”。希波克拉底及其追随者认为，生病时体液的

    运动是身体努力自愈的过程。所以，出汗、咳痰、呕吐和流脓都被看作身体的抗

    争，或者叫作体液的“料理”(他们使用了多处与厨艺有关的借喻)。身体以这些

    方式清除、协调、净化那些引起疾病的多余体液。当然医生的任务就是为这个自

    然的过程助一臂之力。当然，医生并非自然的奴仆，相反，他们在对病情发展细

    致入微地观察后，成为疾病的控制者。很多年以后，有位医生创造了“自限性疾病”一词对此进行描述。现在我们都知道，很多疾病是可以自行痊愈的。医生有时自

    嘲道，如果他们参与，病可能一周会好，而如果没有他们，病人过7天也能康复。希波克拉底对这个说法一定投赞同票。

    希波克拉底留给我们的除了有关医药、外科、保健和流行病学的著作以外，还有激励了世代医者的希波克拉底誓言。它其中有一部分是关于年轻学生和导师

    之间的关系，还有医生间的相处之道，大部分则是医生行医时的行为规范，比如

    医生永远不能凌驾于患者之上、不可以泄露病人隐私、不能毒害病患。所有这些

    至今仍然是行医的准则。不过，流传千古最著名的那条准则是：我愿尽余之能力

    及判断力所及；我将检点吾身，不做各种害人及恶劣行为。“不伤害患者”应该是

    每一位医生的信条。

    [1] 希波克拉底(Hippocrates，公元前460—前370)：古希腊医生，被西方尊

    为“医学之父”，西方医学奠基人。提出“体液学说”，他的医学观点对以后西方医

    学的发展有巨大影响。——编者注第5章

    无所不知的亚里士多德

    亚里士多德[1]

    说：“求知是人类的本性。”你可能遇到过对知识如饥似渴的人

    ，也可能碰到过自以为什么都了解的“百事通”，对什么都了无兴趣，而亚里士多

    德格外珍视好奇心。他期盼人人渴求知识、了解自己和世界。但是很不幸，我们

    知道事实总是不尽如人意。

    亚里士多德一生孜孜以学、谆谆育人。公元前384年，他出生在色雷斯的斯

    塔吉拉(今希腊哈尔基季基)。亚里士多德的父亲是一位医生，在他10岁左右的

    时候，普罗克森努斯(Proxenus)成为他的监护人和老师。大约17岁时，亚里士

    多德前往雅典著名的柏拉图学园求学，并在那里度过了20年。虽然他了解自然的

    方式与柏拉图完全不同，但他对老师尊敬有加，公元前347年柏拉图去世以后，亚里士多德才着手写作自己的书籍。柏拉图提出了很多让现代哲学家也百思不得

    其解的问题，比如，什么是美的本质？什么是真理，什么是知识？如何做一个好

    人？社会的最佳结构是什么？谁在制定我们的生活法则？经验告诉我们的是世界

    的“本来面目”吗？所以有人说，西方哲学史不过是柏拉图思想的脚注而已。

    亚里士多德也痴迷于这些哲学问题，不过他尝试解答的方式被我们称为“科学”。和柏拉图一样，亚里士多德也是哲学家，但他是理性的哲学家，我们称他为“

    科学家”。他最感兴趣的哲学分支是逻辑学——怎样条理清晰地思考。世间万物令

    亚里士多德目不暇接，兴致盎然，他关注大地星空，也钻研自然的更替。

    现存于世的亚里士多德著作所剩无几，好在我们幸运地发现了一些他的演讲

    笔记。柏拉图死后，雅典的外乡人亚里士多德出于安全考虑离开雅典前往阿索斯

    (今土耳其)。他在那里生活了几年，建立了一所学校，并娶了地方官员的女儿。妻子去世后，亚里士多德和一个女奴共同生活并且有了儿子尼克马可。亚里士

    多德在阿索斯开始研究生物学，后来搬到莱斯沃斯岛继续钻研。公元前343年，他得到了一份重要的工作：到马其顿王国(现在是希腊北面的独立国家)担任亚

    历山大的老师。亚里士多德原本希望促使这个学生转变成一个理性果敢的统治者

    ，但是他没有成功。不过，亚历山大逐步统治了大部分他所知道的国家，包括雅

    典，亚里士多德得以平安重返雅典。他没有再回柏拉图学园，而是在雅典城外创

    建了一所新学校。那里有一个开放的走廊(希腊语的意思是“踱步”或者“不停地走

    来走去”)，所以他的追随者也被称为“逍遥派学者”。“不停地走来走去”恰好描述

    了亚里士多德频繁地从一个地方到另一个地方的状态，这一说法非常形象。亚历

    山大死后，失去了依靠的亚里士多德只好搬到希腊的卡尔基斯，这是他最后一次

    搬家，不久后他逝于该地。

    作为科学家，亚里士多德一直饱受争议。他是一名字面意义上的哲学家，一

    个追求智慧的人[2]；然而他穷其一生探知世界，所行之道正是我们公认的科学之

    路。他对地球、天体和生物的研究成功影响了人类1 500多年的认知。他和盖伦一

    起超越了所有的古代思想家。他不是不切实际的思想家，事实上，他是以历史为

    基础、真正在物质世界里通过实践寻找答案的人。

    我们可以把亚里士多德研究的科学分成三部分：活着的世界(动植物，包括

    人类)；变化或运动的本质，大部分内容见于他的著作《物理学》(Physics)里；天体结构，地球、太阳、月亮、星星和其他天体之间的关系。

    亚里士多德花了大量精力研究动植物相互依赖、相互影响的关系。他想知道它们在出生前、孵化前或是萌芽前是如何变化生长的。虽然他没有显微镜，但他

    拥有敏锐的观察力。他活灵活现地描述了小鸡破壳前的发育过程。亚里士多德准

    备了一批新下的鸡蛋，每天敲碎一个进行观察。他看到的第一个生命体征是一个

    不起眼的小血点在小鸡心脏的位置跳动。由此，亚里士多德相信心脏是动物的重

    要器官，是情感的中心，也就是我们说的精神世界。柏拉图(还有希波克拉底)

    把这个功能归于大脑，而他们才是对的。但是，当我们害怕、紧张或者恋爱的时

    候，我们的心跳都会加快，所以亚里士多德的理论也不是无稽之谈。他把类似于

    人类的高级动物的功能归于“灵魂”的运作，“灵魂”有不同的特征和职能。人类的

    灵魂有六大主职：滋养与繁殖、知觉、欲望、运动、想象、理智。

    所有的生物或多或少具备这些能力。比如，植物可以生长繁衍；昆虫，例如

    蚂蚁，既能活动又能感知。其他大一点儿的、智能高一些的动物有更复杂的功能。但是，亚里士多德认为只有人拥有理智——能够思考、分析和做出决断。亚里

    士多德设计了一架能安置所有生物的天梯——自然链(亦可称为“自然的尺度”或“

    存在巨链”)，其最底层是简单的植物，逐层升级，人类不容置疑地位居顶端。漫

    长的岁月中一直有研究自然，尤其是研究植物和动物的自然学家专注于这个理论。你要是想知道究竟，就到后面的章节去寻找答案吧。

    亚里士多德找到了一个解释植物不同部分的作用和动物不同部位的功能的好

    办法。例如，根据树叶、翅膀、胃或者肾脏，他推测生物每部分的结构都带有预

    设的特殊功能。比如，为了飞翔而生出翅膀；为了消化长出胃；为排尿生出肾。

    这种推理被称作“目的论”(teleological)：“目的”就是最终的意思，关注点在于“

    什么样”或者“干什么”。比如一个杯子或一双鞋，它们有各自的形状，那是因为制

    作者有明确的目的：盛放液体以便饮用，或者保护双脚便于行走。后面的章节还

    会提到“目的论”，它不仅用于解释动植物各部分分工不同的原因，还将带你走进

    更广阔的物质世界。

    植物发芽、动物出生，它们成长、死亡；四季轮回；掉的东西总会落到地上

    ，这都是亚里士多德试图解释的现象。有两个理论对他而言意义深远，一个是“潜

    在性”，另一个是“现实性”。老师和家长可能要求你激发潜能——通常是让你在考试时发挥出最好水平，或者竞赛时跑出最快的速度。这只是亚里士多德理论的一

    部分，他看到了事物中各式各样的潜在性。从他的视角看，一堆砖有成为房子的

    潜力，而石头有变成雕像的潜力。建筑和雕刻把这些死气沉沉的物体的潜能转换

    为成品，或者说是“现实性”。“现实性”是潜在性的终极目标，也是有潜在性的物

    体找到了所谓的“自然状态”。比如，亚里士多德认为东西像苹果落地一样掉下来

    ，就是要到地面上寻找它们的“自然状态”。苹果不可能长出翅膀飞行，因为它和

    其他万物一样都在寻找大地，况且会飞的苹果太不符合自然规律了。落地的苹果

    继续变化——如果没人把它捡起来吃掉，它就会腐烂，这也是一个苹果生死的必

    然环节。但是，苹果通过落地成功地获得了某种“现实性”。即便是冲上云霄的小

    鸟，也会重返大地。

    如果一切的“自然”归宿都在坚实的大地上，那么日月星辰又该如何解释呢？

    难道它们就像苹果挂在树上或者巨石躺在山崖上一样高高地待在上面了？可是，它们从来没有砸向地球啊，真是太幸运了。亚里士多德给出的答案很简单。月亮

    之下，变化无常。世界是由4种元素组成的：火、气、土和水。(它们的特征分

    别是：干热的火，湿热的气，干冷的土和湿冷的水。)天体永不停歇地做着完美

    的圆周运动。亚里士多德的宇宙观有固定的空间，但是没有固定的时间。太阳、月亮和群星永远围绕漂浮在中心位置的地球转动。地球是中心，也是整个宇宙中

    唯一一个有新旧更替的地方。可惜这是一个美丽的错误。

    围绕地球运动的起因在哪里？亚里士多德非常注重“原因”。他创建了一套完

    整的分析体系，他把原因分为4类：“质料因”“形式因”“动力因”和“目的因”。他认

    为人类的活动，甚至整个世界都可以通过这种方式解释。我们再回过头去看看做

    成雕塑的那块石头吧：石头本身是“质料因”，塑像由它而生；工匠按照某种“形式

    因”给它塑造出形状，而雕塑这一动作则是“动力因”；工匠脑子里的设想——比如

    说形状，是雕一只狗好，还是刻一匹马好？这就是“目的因”，也是实施所有行为

    的计划。

    科学就是找出原因。科学家想知道发生了什么和发生的原因。是什么导致细

    胞无休止地分裂，让人类患上癌症？是什么使得夏天绿油油的树叶在秋天变棕、变黄、变红？为什么酵母能让面包膨松？很多类似的问题都可以通过不同的“原因”解释。谜底有时候很简单，有时候又相当复杂。多数情况下，科学家利用亚里士

    多德的“动力因”来解释，当然“质料因”和“形式因”也很重要。“目的因”则引出了

    新的分支。在现代科学实验中，科学家关注的是对进程的解释，不再寻找和宗教

    或哲学更为密切的宽泛解释或“目的因”。

    回到公元前4世纪，亚里士多德相信“目的因”是不可或缺的。他提出把宇宙当

    作一个整体来看，其中必定有一个“目的因”激发了所有的运动，他对此命名为“不

    动的推动者”，这是亚里士多德一直被尊为伟大的思想家的原因之一。后来很多宗

    教(例如基督教、犹太教和伊斯兰教)把这股力量归功于他们的神。亚里士多德

    创立的世界观主宰科学界长达2 000多年。

    [1] 亚里士多德(Aristotle，公元前384—前322)，世界古代史上伟大的哲学

    家、科学家和教育家之一，堪称古希腊哲学的集大成者。他是柏拉图的学生，亚

    历山大的老师。——编者注

    [2] 哲学在希腊文中的字面含义是“爱智慧”。——编者注第6章

    御医盖伦

    盖伦[1]

    聪明绝顶且自命不凡。他笔耕不辍，作品里全是自己的观点和科研成

    果。他的诸多言论千载流传，其他任何古代作者都无法企及，这也反映了世人对

    盖伦价值的高度认可。他有厚厚的20册专著流传至今，而这只是他的作品的冰山

    一角。所以，我们对他的了解比对其他的古代思想家更充分些。盖伦也会写一些

    文章自夸，然而这本身无伤大雅。

    盖伦出生于现在土耳其的帕加马，那里曾经是罗马帝国的边境。他的父亲是

    一名成功的建筑师，小盖伦天资卓越并且接受了系统的教育，包括在希腊学习哲

    学和数学。谁知道是怎样的一个神梦启示盖伦的父亲，梦中预言盖伦将成为一名

    医生，总之，盖伦转行学医了。他继承了父亲丰厚的家产，游学多年，整日泡在

    埃及亚历山大城著名的图书馆和博物馆里。

    回到帕加马以后，盖伦成了一名医生，负责救治“角斗士”——竞技场里为了

    娱乐富人阶层互相打斗，或者是和狮子等其他野兽厮杀的人。照顾他们是一项艰

    巨的工作，在赛事期间，盖伦必须处理好伤者，以让这些“角斗士”能够继续战斗。我们从盖伦的描述中得知他对自己非常满意。盖伦在创伤外科方面积累了不同寻常的经验，在富人圈里声名远扬。大概在160年，盖伦来到罗马帝国的首都罗

    马，在那里开始撰写解剖学(有关人类和动物身体结构的研究)和生理学(有关

    结构功能的学科)方面的文章。他曾经陪同皇帝马可·奥勒留(Marcus Aurelius)

    出征，这位皇帝正是流芳百世的《沉思录》(Meditations)的作者。他们在漫长

    的行军途中共同探讨哲学问题，盖伦赢得了马可·奥勒留的器重和鼎力相助。达官

    显贵纷纷登门求诊，按照盖伦的说法，来看病的人该好的全好了。

    盖伦的医学偶像是希波克拉底，尽管后者已经逝去500多年。盖伦赋予自己

    的使命是延续和发展大师的遗志，他也的确说到做到了。盖伦评注了多本希波克

    拉底著作，并且坦言自己的很多观点都受到了希波克拉底的启发。盖伦是一个语

    言高手，精通词义变化，所以他对希波克拉底学派的著作的评注一直备受青睐。

    更值得一提的是，他把希波克拉底的体液学说完善成体系，该体系被应用了1 000

    多年，影响力可想而知。

    盖伦行医的核心依据是体液的平衡和失调。他和希波克拉底一样认同四体液

    学说——血液、黄胆汁、黑胆汁和黏液——各具冷、热、干、湿的特点，而要治

    疗疾病，必须选择“相反”的疗法，施以同样的力度。比如，治疗三度湿热病，应

    该用三度干冷处方。再比如，患者流鼻涕、发冷，应该服用干热的药物和食品。

    通过调剂体液，人可以重返健康的“均衡”状态。这说起来是一件规则明确、简单

    易行的事，但现实总是变幻莫测。医生需要先了解病人的大量信息，再慎重地对

    症下药。而盖伦总能及时纠正其他医生的错误(它们时有发生)，所以大家都相

    信他的诊断和疗法胜人一筹。作为一个精明的医生，盖伦既关注健康和疾病的生

    理层面又注重精神层面，口碑颇佳。曾经有一个农村少女，每次看见英俊的男舞

    蹈演员演出就心跳加速、双腿发软，盖伦对她的诊断是“相思病”。

    盖伦还总结了号脉这项经久不衰的医术。他写过有关脉搏的论文——快或慢

    ，强或弱，规律或凌乱——这对诊断疾病很有帮助，不过那时的盖伦还不知道血

    液循环的理论。

    盖伦对解剖学比希波克拉底学派更感兴趣。在古代，解剖人体为社会所不容

    ，虽然允许屈指可数的几个医生检查罪犯的身体，但那也是在罪犯活着的时候。盖伦当然也不能解剖人体，所以他不放过任何可以解剖动物尸体或检验人体骨骼

    的机会。盖伦通过解剖猪、猴等动物，领悟人体解剖结构，有时机缘巧合能碰上

    一具腐烂的尸体或病人因重伤中暴露出的皮肤、肌肉和骨骼结构。如今，现代科

    学仍用动物进行研究，科学家们必须详细地标明实验数据的来源，可是盖伦总是

    忘记标明来源，这实在让研究者头疼。

    在盖伦看来，解剖学不但自身意义重大，而且对于理解器官功能的作用也不

    容小觑。他最具影响力的论文之一《论人体各部分的功能》(On the Uses of the P

    arts)就透视了各“部分”即器官的结构，以及它们在整个人体机能中所起的作用。

    盖伦做出了一个推断：各器官都肩负使命，否则它就不会出现。你也是这么想的

    吧？(我怀疑盖伦没见过阑尾。那个消化器官里的小不点儿，很久以前帮助人类

    消化植物，但是现在一点儿用处都没有了。)

    身体机能的核心是一种古希腊人称作“pneuma”的物质，我们很难找到一个合

    适的词汇对应，我们暂且用“灵气”(spirit)代替，请记住这里还有“气”(air)的

    含义。即便现在，有一些医学名词也以它为基础，比如“肺炎”(pneumonia)。盖

    伦认为人体内有三种“灵气”，了解了它们各自的功能，就掌握了人体功能的主线。其中最基础的“灵气”与肝脏相连，主导营养。盖伦认为肝脏可以把经胃消化的

    食物运送进血液，然后补充进“自然的”灵气，这些血液再从肝脏经过静脉分布全

    身，为肌肉和其他器官输送营养。

    盖伦还认为，有些血液流经肝脏通过一根粗血管——腔静脉到达心脏，进一

    步接受另一种“灵气”——“生命灵气”的净化。在这一过程中，心脏与肝脏合作，一部分血液自右心室给肺送去给养，并和我们呼吸进去的空气融合；与此同时，一部分血液通过心脏中间的隔膜从右流到左，因为注入了生命“灵气”而变得鲜红。盖伦注意到，动脉血的颜色有别于静脉血。心脏左边的血液则顺着主动脉——

    运送血液离开左心室的大血管(或者叫作大动脉)流出，温暖人体。盖伦肯定了

    血液对于个体生命的重要性，但是他对血液循环还一无所知，这让威廉·哈维(W

    illiam Harvey，1578—1657)在差不多1 500年后抢了头功。

    在盖伦的理论里，还有一部分血液从心脏奔向了大脑，在那里和最精明的第三种灵气——“动物灵气”相遇后通过神经系统分散，它赐予大脑特殊的功能，它

    让肌肉动起来，令人可以运动；它让感官灵敏起来，令人得以感知外部的世界(

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    盖伦结合一些重要的器官(肝脏、心脏和大脑)建立了三种“灵气”的体系，1

    000多年来无人质疑。我们应该记住的是，盖伦利用该理论首次解释了人健康时

    身体的运转方式。盖伦在诊治病人的时候，仍然信赖希波克拉底的体液理论。

    盖伦也写到了其他一些医学领域的内容，比如他论述了药物和药性、特殊的

    器官疾病(如肺病)以及卫生学、保健、精神和身体的关系等。事实上，盖伦的

    观点非常具有前瞻性，他坚持医生应该是哲学家和侦探的结合体：既是思考者，又是实践者。他强调医学首先是一门理性的科学，所以他锐意进取，博采众长。

    后来那些自认为已经成为科学的饱学之士的医生依然欣赏盖伦宽广的思路和颇具

    可行性的建议(它们建立在他丰富的经验之上)。纵观西方医学史，没有哪个医

    生的影响力能像盖伦这样久远。

    盖伦对后世之所以影响深远有多方面的原因。首先，他高度认可亚里士多德

    ，后世人们经常将他们俩放在一起讨论。他们都是深邃的思想家和精力充沛的研

    究者，都相信世界是精心设计的杰作，也都赞美设计者。盖伦不是基督徒，但是

    他相信一神论，这使他轻而易举地获得了早期基督教的包容。其次，盖伦的自信

    让他看起来无所不知。像多数长期著书立说的人一样，他有时也前后矛盾，但他

    总是对自己的观点言之凿凿。因此，后人给了他一个可以引以为豪的头衔——“神

    医盖伦”。

    [1] 克劳迪亚斯·盖伦(Claudius Galenus，129—约210)，古罗马时期最著名

    、最有影响的医学大师，他被认为是仅次于希波克拉底的第二位医学权威。盖伦

    不仅是一名医生，也是一位动物解剖学家和哲学家。——编者注第7章

    伊斯兰与科学

    盖伦没有亲眼见证罗马帝国的衰退。公元306年，新的罗马皇帝君士坦丁一

    世(Constantine，272—337)继位，后移都东罗马——君士坦丁堡，即现在土耳

    其的伊斯坦布尔。在那里，君主更靠近帝国东部的疆土，即我们现在称为中东的

    地方。饱含学识和智慧的希腊语和拉丁文的手稿与大批研习它们的学者就此东迁。

    遵循伟大先知穆罕默德(570—632)教义的伊斯兰教在中东应运而生。伊斯

    兰教主导了几乎全部中东地区和北非地区，甚至远及西班牙和东亚地区，但在穆

    罕默德死后的两个世纪中，这个新兴的宗教被局限在巴格达和其他几个地区。所

    有的伊斯兰学者都研读过伊斯兰教的基本教义《古兰经》，他们中有很多人对45

    5年随罗马被攻陷而传入的手稿感兴趣，并在巴格达建立了“智慧宫”，鼓励有志向

    的年轻人加入研究和翻译原稿的行列。

    很多古老的手稿仍然是原始的希腊文或拉丁文，还有一些已经被译成中东地

    区的各种文字。亚里士多德、欧几里得、盖伦以及古希腊其他思想家的作品也在

    翻译之列——这是一项功德无量的伟业。因为有很多原本已经无处可寻，如果没有伊斯兰学者，我们对科学前辈的了解可能还没有现在一半多。更重要的是，正

    是他们翻译的这些作品奠定了1 100年后欧洲科学和哲学的基石。

    伊斯兰国家的科学和它的领土一样横跨东西。伊斯兰国家像欧洲一样推崇亚

    里士多德和盖伦——亚里士多德走进了伊斯兰哲学的殿堂；盖伦成为医学理论和

    实践的大师。与此同时，印度和中国的一些观点传入西方。中国的纸简化了文稿

    的书写，不过还是要靠手抄，错误在所难免。印度数学家发明了1 ~ 9的数字，0

    的概念和占位的理论也接踵而至。欧洲人用罗马数字计算，比如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，虽

    然他们习以为常，但用起来还是很麻烦。写出4×12比写Ⅳ×Ⅻ更简单，不是吗？

    当欧洲人把伊斯兰作品翻译成拉丁文的时候，他们把这些数字称作“阿拉伯数字”

    ——严格地讲，应该是“印度-阿拉伯数字”，不过，这也未免太拗口了!“代数”一

    词真正的起源是“al-jabr”，它是一本被译成多种文字的19世纪阿拉伯数学家著作

    的书名。我们把代数留在第14章详谈。

    伊斯兰学者通过敏锐的观察得到很多伟大的发现。如果你曾经登上山顶或者

    去过一个高海拔的国家游览，你一定知道空气稀薄会导致呼吸困难。但是，这个

    高度的极限是多少呢？换句话说，就是可供呼吸的空气带延续到大气层的哪个高

    度？11世纪的伊本·穆阿(Ibn Mu’adh)找到了一条获得答案的捷径。他的推断来

    自黄昏：太阳落山的时候，天空还是亮的，这是因为高空中的水蒸气反射了太阳

    的余晖。(很多学者痴迷于光的变幻莫测。)他观察太阳从夜空中消失的速度，计算出日落时太阳在地平面以下19度的位置。基于这个数字，他推算出大气层的

    高度是52英里——这一数值十分接近我们公认的正确值62英里。伊本·穆阿的推算

    方法简单却行之有效，令人佩服。

    另外一些伊斯兰学者研究了镜子里的反光和光线进入水中的神奇变化。(找

    一个装了半杯水的玻璃杯，放一支铅笔进去，看上去你会觉得笔弯了，是不是？)多数希腊哲学家曾经推测，人能看见物体是因为眼睛射出的光打在了物体上，然后又被物体反射回来。伊斯兰科学家的观点更进步，他们认为是眼睛接收了看

    到的物体发出的光，然后再由大脑进行破译。但是他们同时提出了疑问，那些在

    黑暗里我们看不见的东西是什么样的呢？在中东，很多人拥有在黑暗中依然敏锐的双眼——他们是观测星星的天文学

    家。伊斯兰天文学家绘制的夜空图比西方的略胜一筹。他们仍然认为地球是宇宙

    的中心，波斯的纳西尔·艾德丁·图西(Nasir al-Din al-Tusi)和叙利亚的伊本·沙提

    尔(Ibn al-Shatir)制作的图表和统计出的数据使300年后的波兰天文学家尼古拉·

    哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473—1543)受益匪浅。伊斯兰世界的科学冲击了

    欧洲人的思想，医学更是首当其冲。人们乐此不疲地翻译、批注希波克拉底学派

    、盖伦和其他古希腊医生著作的时候，有几位伊斯兰医生脱颖而出。比如波斯的

    拉齐(Rhazes，约854—约925)，现在他的名字在西方也是如雷贯耳。当年，拉

    齐写了包括医学在内的很多专题著作；他详尽地描述了令人恐慌的、即便病人死

    里逃生也会疤痕累累的天花病毒。天花和麻疹的共性是出疹子和发烧，二者经常

    被混为一谈，但是拉齐对它们进行了区分。麻疹通常侵袭儿童和某些成人，而天

    花在今日已经灭绝，这要归功于世界卫生组织(WHO)在全世界普及的疫苗。最

    后一个天花病例发生在1977年，拉齐可以含笑九泉了。

    再比如，最具影响力的穆斯林医生阿维森纳(Avicenna，980—1037)。他和

    其他杰出的伊斯兰学者一样博学广闻，既是医生又是哲学家、数学家和物理学家。作为科学家，他发展了亚里士多德的光学理论，并纠正了盖伦的若干个错误。

    他的《医学集成》(The Canon of Medicine)是第一批被翻译成拉丁文的阿拉伯语

    书籍，而且在长达400多年的时间里一直被奉为欧洲医学院的教科书。时过境迁

    ，它如今早已过时，不过在某些伊斯兰国家仍被沿用。

    伊斯兰国家的科学和哲学领先于世界300多年。欧洲在沉睡的时候，中东(

    以及西班牙的安达卢西亚)在忙碌。科学发展最活跃的城市是巴格达、大马士革

    、开罗和西班牙的科尔多瓦。这些城市有一个共同点：开明的统治者注重研究并

    且资助科研，接纳不同信仰的学者。因此，无论是基督教、犹太教，还是伊斯兰

    教，其学者都卓有建树。科学永远是文化中吐故纳新最强大的力量，发现新事物

    本身就是在制造惊喜。第8章

    走出“黑暗时代”

    我们希望科学家源源不断地发现新事物，期盼着科学总能标新立异。但是，如果我们认为已经看透世界、通晓一切了，么科学又会是什么样子呢？那时，顶

    级的科学家可能只要看看其他人的发现就够了。

    476年西罗马帝国灭亡以后，欧洲开始盛行这种退步的观念。那时，基督教

    已经成为罗马帝国的官方宗教(君士坦丁大帝是第一位改信基督教的皇帝)，《

    圣经》成为唯一一本真正重要的书。早期基督教最具影响力的思想家圣·奥古斯丁

    (St Augustine，354—430)曾经说过：“真理在上帝的启示里，而不在探索者的

    猜想里。”因而从500年到1000年的5个世纪里，那些“探索”知识的科学家根本没有

    立足之地，人们认为科学和医学所有该探索的事情已经尽显无遗。而且，在宗教

    的氛围下，集中精力逃离地狱、进入天堂才是头等大事。作为一名“科学家”可能

    只需要学习一下亚里士多德和盖伦，而这也成了奢望，因为希腊文和拉丁文的古

    文献几乎无处可见。能读懂的人当然更是寥寥无几。

    455年，日耳曼军队入侵罗马，也令罗马改变了模样。比如，罗马男人用裤

    子换下了宽松的长袍(妇女们还要等很长时间)；种植大麦和黑麦等新的农作物；用食用黄油代替橄榄油。在那段“黑暗”的500年间，同样涌动着技术革新：出现

    了播种和犁地的新方法；教堂的兴建鼓励了工匠和雕刻师们对风格的创新和对石

    材、木材承重设计的改革，更雄伟壮观的教堂诞生了，矗立至今的早期建筑让人

    叹为观止。这一切告诉我们，即使在被称为“黑暗时代”的岁月里，也不时有光亮

    闪烁。

    随着基督纪元的第二个千年到来，人们重新走上探索之路。托马斯·阿奎那[1

    ]

    是中世纪最伟大的神学家。他对亚里士多德崇拜至极，所以把基督教的思想同

    亚里士多德的科学和哲学结合起来。亚里士多德、盖伦、托勒密和欧几里得主导

    了中世纪的思想潮流，他们的著作需要译文、编辑和批注。起初，这些工作都是

    在修道院里完成的，后来逐渐转到了当时新兴的大学里。

    古希腊有过学校：亚里士多德在他的老师柏拉图的学园里学习，随后建立了

    自己的学校。巴格达的“智慧宫”也是人们聚集研习之地。欧洲兴起的大学却是另

    一番景象，而且绝大多数幸存至今。很多大学是教会修建的，也有一些社会名流

    和富人资助城镇建造自己的大学。罗马教皇下令在意大利南部设立了几所大学。

    博洛尼亚大学(约建于1088年)打开了对外开放的第一扇门。从此之后，差不多

    在100年的时间里，大学在帕多瓦、蒙彼利埃、巴黎、科隆、牛津和剑桥遍地开

    花。“大学”的名字来自拉丁文，是“全部”的意思，所以这些机构试图开设覆盖全

    人类知识的所有学科，通常设置4个学院或“系”：必不可少的是神学(阿奎那称神

    学是“知识界的女王”)、法律、医学和艺术。最初，医学系几乎完全信奉盖伦和

    阿维森纳的理论。因为那时普遍流行星象影响人生的说法，所以无论如何，医学

    系的学生都要学习占星术。我们认为最正宗的科学——数学和天文通常由艺术系

    教授。亚里士多德的鸿篇巨制是所有系学生的必修课。

    中世纪的“科学家”大多不是医生就是牧师，他们中的大多数在大学里占有一

    席之地。医学系授予毕业生学位——医学博士(MD)或医学学士(MB)，慢慢

    地把内科医生和外科医生、药剂师以及其他医药行业的人区分开来。医学系的大

    学教育并不注重培养医生的创造力(他们心甘情愿地遵从盖伦、阿维森纳和希波克拉底)。大约从1300年开始，解剖课的教师开始解剖尸体，让学生们观察内脏

    器官。验尸在得到特殊许可或者死亡原因存在疑点的时候，也是合法的。但是，这些都没有从本质上增强医生对抗疾病，尤其是那些席卷一切的瘟疫的能力。

    我们现在称作“黑死病”的疾病是一种瘟疫，14世纪40年代，这种疾病第一次

    在欧洲爆发。它可能从亚洲沿着贸易通道而来，每3年一个周期，害死了近13的

    欧洲人。它似乎肆虐成性，10年后又回来了，而且在随后的400年里可怖地不断

    侵袭人类。很多社区建立了收治瘟疫病人的特殊医院(医院和大学同样都是中世

    纪的杰作)，有些地方成立了卫生局。瘟疫期间，为了避免潜在的传染性，“隔离

    期”应运而生。“隔离期”一词来源于数字40，是病人或处于观察期的人被隔离的天

    数。如果在40天内患者康复了，或者被隔离的人没有出现病症，他们就可以被释

    放。剧作家威廉·莎士比亚正是在瘟疫流行的1564年出生于英国艾冯河畔的斯特拉

    福德。莎士比亚在世时，瘟疫曾数次让剧院关门歇业，他的事业频频受阻。莎士

    比亚所著的《罗密欧与朱丽叶》里，茂丘西奥说：“诅咒你们两家都感染瘟疫!”

    他以此谴责交战的双方。莎士比亚的观众一定对此感同身受。大多数医生认为黑

    死病是一种新的疾病，至少盖伦没有提到过，所以他们没有什么可借鉴的经验，只能轮番使用当时流行的治病手段：放血、药物引吐、排汗等。原来，盖伦并不

    是全知全能的啊。

    亚里士多德当然也不是大百科全书。他关于为什么有东西可以在空气中运动

    的“动力问题”被牛津大学的罗杰·培根(Roger Bacon，约1214—1294)及巴黎大

    学的让·布里丹(Jean Buridan，约1295—1358)等人热烈讨论，大家期待着一个

    统一的答案。让我们以弓和箭为例说明一下：我们把弓弦向后拉直，然后迅速释

    放，箭被射向空中。我们施加了外力，给它提供了动量(将在后文中详细介绍)

    ，培根和布里丹称之为“动力”。他们还意识到，亚里士多德没有正确解释弓弦复

    位以后箭还在继续前进的现象。亚里士多德说过，苹果落地是回到了其“自然的”

    栖息之地。他认为箭能飞是因为它的后面有力，但最终箭也会落在地上。那么，促使箭离开弦的那股力为什么会消耗完呢？

    类似问题使一些人意识到亚里士多德并非完美无缺。牧师尼古拉·奥里斯姆(Nicolas Oresme，约1320—1382)在巴黎、鲁昂和法国的其他地方工作过。他再一

    次提出了对白天和黑夜的质疑。他推测，太阳并没有忙忙碌碌地每24小时围绕地

    球跑一圈，而是地球每天绕着自己的轴转一圈。虽然奥里斯姆没有挑战亚里士多

    德的地心说，但他认为太阳和其他天体绕地球一圈的速度非常缓慢(也许太阳要

    转上一年)，同时，地球像个陀螺一样在宇宙的中间旋转。

    这些观点是崭新的，可惜700年前，人们并不习惯于支持新观点。相反，他

    们喜欢那些一目了然的完整体系。这就是为什么那么多学者写了“百科全书”——

    收集、综合亚里士多德等古代智者著作的大部头。“万物各就其位”是那时的至理

    名言。然而在对号入座的过程中，有些人发现了需要破解的谜团。

    [1] 托马斯·阿奎那(Thomas Aquinas，约1225—1274)，中世纪经院哲学的

    哲学家和神学家，自然神学最早的提倡者之一，也是托马斯哲学学派的创立者。

    他的学说是天主教长期以来研究哲学的重要根据。他所撰写的最知名著作是《神

    学大全》(Summa Theologiae)。——编者注第9章

    寻找魔法石

    假设你有本事把可乐的铝罐变成黄金，你会这么干吗？你可能会试试；但是

    ，如果人人都有这种能力，你也许就不会欣喜若狂了，因为这时的黄金也成了寻

    常之物，不值钱了。有一个古希腊神话，讲的是古希腊国王迈达斯实现了点石成

    金的愿望。不过，这位国王实在不够聪明，因为他的手指把面包也变成了金子，于是他连早饭都没有了。

    迈达斯国王可不是唯一一个知道黄金与众不同的人。黄金一直被视为珍宝，因为它有诱人的手感和颜色，而且它十分稀有，只有国王和富人才能拥有。如果

    你发现了日常物品变成黄金的方法——比如，原料是铁或者铅，是白银也行——

    你就真的声名远扬了。

    有一门早期的科学叫作“炼金术”(alchemy)，目的之一就是以这种方式制造

    黄金。“炼金术”的英语单词中包含了一个来自“化学”(chemistry)的词根，这就

    表明了二者之间的联系。因为炼金术与魔法、宗教渊源深厚，如今我们不再把它

    归入科学的范畴。但是，在过去，它完全是一个受人景仰的行业。艾萨克·牛顿(

    Isaac Newton，1642—1727，请详见第16章)闲暇之中也研究过炼金术，他买了许多天平、奇形怪状的玻璃容器和一些设备。换句话说，他建起了一间化学实验

    室。

    你应该进过实验室，至少在图片和电影里见过。“实验室”字面的意思就是“劳

    动”或工作的地方。[1]

    很久以前，炼金术士就在实验室里工作。炼金术历史悠久

    ，可以追溯到古代埃及、古代中国和波斯。炼金术士的目标并非简单地把不值钱

    (“基础”)的金属炼成黄金，而是要通过这种能力改变自然、控制自然。他们通

    常运用魔法——念咒语，或者确保严格按照正确的顺序操作行事。术士们用各种

    物质做实验，他们把两种物质混合或加热，观察变化。他们喜欢和反应强烈的物

    质打交道，比如磷、汞。尽管这样做危机四伏，但是一想到如果真的可以机缘巧

    合地找到“魔法石”的配方，他们便义无反顾。这块“石头”(准确地说，应该是某

    种特殊化学产品)能变铅、银成金，也能让你长生不老，就像“哈利·波特”系列里

    写的一样。

    哈利·波特生动有趣的冒险发生在虚拟世界里，而在现实生活中，魔法师和炼

    金术士们梦想的魔力并不存在。尽管很多术士装神弄鬼，假装完成了不可实现的

    任务，其实他们的生命里也没有魔法。生活在不可预知的现实世界里，那些诚实

    的炼金人倒是在研究的过程中发现了很多化学反应。例如，他们掌握了蒸馏法，加热混合物以后在不同的时间段收集蒸馏产物，通过这种方法制作出高酒精含量

    的白兰地和杜松子酒，我们称它们为“烈酒”(spirits)。这个词来源于拉丁文“spir

    itus”，本意是“气息”和“精灵”，我们也用它形容“神灵”和人类生机勃勃的“精气神”。这也算炼金术的部分贡献吧。

    在过去，大多数人相信魔法(现在仍然有人相信)。很多知名学者也曾经运

    用他们对自然奥妙的学识去寻找魔法的力量。有一位名人自认为具备了改变整个

    科学和医学实践领域的能力。他的全名特别拗口：Theophrastus Philippus Aureolus

    Bombastus von Hohenheim。你先试着快一点儿念出他的名字，然后你就会理解他

    为什么把名字简化成了我们现在所知道的巴拉赛尔苏斯(Paracelsus，约1493—15

    41)。巴拉赛尔苏斯出生在瑞士群山之中的小镇爱因西德伦。他的父亲是一名医生

    ，教给了他有关采矿、矿物、植物和医学的自然知识。他虽然出身于罗马天主教

    家庭，但马丁·路德的宗教改革伴随着他的成长，所以他除了天主教的朋友之外，还有许多朋友是改革的参与者和支持者。同时巴拉赛尔苏斯也树敌无数。他有虔

    诚的信仰，曾经跟随好几个知名的牧师学习。有关他的一切，包括他毕生的信念

    ，都毫无例外地与化学有关。

    巴拉赛尔苏斯在意大利学医，居无定所，不停地从一个地方搬到另一个地方。后来他游历了整个欧洲和北非，也许还去过英国。他既是普通医生又是外科医

    生，救治了很多达官显贵，也算是功成名就。但他总是一副衣衫褴褛、一贫如洗

    的邋遢样。他不与社会名流为伴，却喜欢和普通人在酒馆里喝酒。敌视他的人说

    他嗜酒成性。

    巴拉赛尔苏斯唯一的正式工作来自他祖国瑞士的巴塞尔大学。那里所有的教

    授都用拉丁语授课，他却坚持讲德语。巴拉赛尔苏斯做了很多首开先河的事，其

    中一件就是在市场上焚烧盖伦的书籍。他根本不需要盖伦、希波克拉底还有亚里

    士多德。他只想一切从头开始，并且坚信自己的宇宙观才是史无前例的正确观点。

    焚烧盖伦的书籍之后，巴拉赛尔苏斯不得不背井离乡，这里流浪几个月，那

    里住上一两年，随遇而安。他随身带着手稿、化学设备和其他几件零零碎碎的东

    西。他步行或骑马，有时也搭货车，沿着泥泞的小路缓慢行进，颠沛流离。面对

    命运的坎坷，巴拉赛尔苏斯却奇迹般地让自己事事有成。在给人看病的同时，巴

    拉赛尔苏斯又写了很多本书；他关注着周围的世界，而且始终没有放弃化学实验。

    化学点燃了巴拉赛尔苏斯的激情。他说过，自己不需要先人遗作的引导，后

    来果然言而有信。他对气、土、火、水四大基本物质不理不睬，取而代之地提出

    三个基本“要素”——盐、硫黄和汞，认为它们是所有东西被分解后的终极产物。

    在他看来，盐赋予物体形状或者说是稳定性，硫黄是物体燃烧的根源，汞令固体

    冒烟或呈现液体状态。巴拉赛尔苏斯用这三个要素诠释他的实验。他热衷于酸的分解和酒精的凝固；他一丝不苟地检查燃烧后的残渣；他想收集蒸馏产物，可惜

    它们都随风而逝了。简而言之，巴拉赛尔苏斯在实验室里花费了大量的时间试图

    掌控自然。

    巴拉赛尔苏斯执着地认为，他可以通过自己的化学实验了解世界的运转，而自己的化学制剂将是对抗疾病的新手段。在他之前，几乎全部医学用药都来

    自植物，尽管巴拉赛尔苏斯也采用草药治病，但他更倾向于给患者使用自己在

    实验室里研制出的新药。他尤其偏爱有剧毒的汞。他相信这是治疗欧洲的某种

    流行性皮肤病最有效的药膏。这种病就是梅毒，通常经由性接触传播，患者皮

    肤上遍布可怕的疹子，鼻子破损，九死一生。15世纪90年代，差不多在巴拉赛

    尔苏斯刚出生的时候，梅毒席卷意大利，夺走了无数人的生命。到他成为医生

    的时候，梅毒盛行，几乎所有的医生都收治过梅毒病人(不少医生自己也深受

    其害)。巴拉赛尔苏斯撰文描述了这种新型疾病的诸多症状，并且建议使用汞

    疗法。汞会导致病人掉牙、口臭，但因为去疹效果明显，所以多年以来一直为

    医生所沿用，用于治疗梅毒和其他出疹子的病症。

    巴拉赛尔苏斯还记录了很多其他疾病。比如，他介绍了矿井工人的一些伤病

    ，尤其是长期在恶劣条件下工作引发的肺病。他对底层矿工的关注佐证了他和普

    通人朝夕相处的生活。

    在希波克拉底、盖伦，以及其他早于巴拉赛尔苏斯的医生看来，疾病是体内

    失调的结果。但对巴拉赛尔苏斯而言，疾病是身体之外的力所为。这个“力”(他

    称作ens，为拉丁文，意思是“东西”或“物质”)袭击了我们身体，导致我们生病，它富于变化，医生利用这些特征作为识别疾病的线索。“力”可能是丘疹、脓包，也可能是肾里的一块石头。巴拉赛尔苏斯的重大突破在于把疾病和患者分开。直

    到很久之后人们发现细菌，他的这种思维方式才成为一个独立的体系。

    巴拉赛尔苏斯希望以他提供的基础理论开启科学和医学的新篇章。他一再重

    申人不仅需要读书，还需要亲自验证。当然了，他鼓励人们读他的书，他的原话

    是“别费力读盖伦了，看看巴拉赛尔苏斯吧”，不过他没来得及活着见证自己每一本书的出版。巴拉赛尔苏斯的世界充满了魔力，他自信地认为在自己的科学和医

    学领域里能够了解它们、利用它们。他的炼金梦不仅仅是找到使金属变成黄金的

    方法，更是寻找一切主宰自然的神秘之力。

    巴拉赛尔苏斯的崇拜者多数出现在他死后，他们自称是“巴拉赛尔苏斯迷”，而且力图效仿巴拉赛尔苏斯，改变医学和科学的发展方向，努力运用自然的魔力

    控制自然的力量。崇拜者们遵循巴拉赛尔苏斯的倡导，在实验室里做实验，在治

    疗中使用化学疗法。

    巴拉赛尔苏斯的追随者们一直是非主流群体。大多数医生和科学家不愿意彻

    底摒弃古代圣贤留下的体系。尽管如此，巴拉赛尔苏斯的观点还是迅速地产生了

    反响，人们开始自己独立观察世界。他去世后两年，也就是1543年，巴拉赛尔苏

    斯挑战古人权威的、有关解剖学和天文学的两本书出版了。人们开始重新认识宇

    宙。

    [1] “实验室”(laboratory)英文单词中包含“劳动”(labor)。——编者注第10章

    人体揭秘

    如果你想从里到外地了解一样东西的构造，有一个屡试不爽的好方法，那就

    是拆，拆成一块一块的。分解对于了解很多事物大有益处，比如钟表和汽车，当

    然你还要知道怎么把它们组装回去。如果你想了解人类或动物的身体，也是用同

    样的方法，但必须要等他们成为尸体才行。

    我们知道盖伦解剖过(或者说分解了)很多动物，因为他无权解剖人体。他

    推测解剖猪、猴子和解剖人是异曲同工的。从某种意义上来讲，他是正确的，但

    是这之间还是有诸多不同。1300年左右，医学院初设解剖课，偶尔进行人体解剖。最开始，他们注意到亲眼所见和盖伦所说不同的时候，以为是人类身体发生了

    变化，绝对不会是盖伦的错!但是随着观察的深入，解剖学家发现真实情况与盖

    伦的说法间的细微差别越来越多。显而易见，人体还有更多秘密等待揭晓。

    这个揭秘的人就是安德雷亚斯·维萨里(Andreas Vesalius，1514—1564，他的

    全名是Andreas Wytinck van Wesel)。他出生在现在的比利时首都布鲁塞尔，父

    亲是德意志皇帝查理五世的医师，他是家喻户晓的解剖专家和外科医生。维萨里

    天赋异禀，被送进鲁汶大学(University of Louvain)学习艺术，但是自己改修了医学。维萨里带着明确的志向前往名师汇聚的巴黎学习了三年，那里所有的人都

    尊盖伦为师。求学期间，维萨里展示了他的希腊语和拉丁语功底以及对解剖的痴

    迷，给人留下了深刻印象。1537年，法国和神圣罗马帝国之间的紧张关系令维萨

    里不得不离开巴黎重返鲁汶大学，并备考意大利帕多瓦大学(University of Padua)，这是当时世界上最棒的医学院。在离开鲁汶大学之前，他为医学系重新引入

    了人体解剖课。维萨里刷新了帕多瓦大学入学考试的最高分，第二天就被任命为

    外科解剖学的讲师。这是一个明智之举：维萨里亲自示范并教授解剖学，深受学

    生喜爱。第二年，他出版了一系列精彩的人体结构图。全欧洲的医生如获至宝，纷纷复制维萨里的作品据为己用。这种剽窃行为令维萨里气愤不已。

    尸体解剖可不是什么赏心悦目的事。尸体腐烂得很快，变得臭气熏天，要知

    道在维萨里的时代还没有防腐技术，所以解剖工作必须争分夺秒，在被熏晕之前

    的两三天内按顺序操作。首先是腹部，因为肠子是最先腐烂的；然后是头部、大

    脑、心、肺和胸腔；最后是最易保存的四肢。因此解剖课通常在冬天进行，寒冷

    的天气便于尸体存放，可以留给医生相对充裕的时间。

    发明于18世纪的尸体防腐法延长了解剖时间，方便对尸体进行整体观察。我

    在医学院学习的时候，曾经花了8个月的时间解剖一具尸体。那些日子，我的衣

    服和手指甲缝里飘出来的不是尸体腐烂的味道，而是化学防腐剂的气味。我的解

    剖对象是一位老人，经过几个月的解剖，我对他了如指掌。我们解剖的顺序和维

    萨里时代相差无几，只不过我们把收官之作留给了大脑，因为它实在太复杂了，我们要竭尽所能地谨慎。那位为医学捐躯的老人使我受益匪浅。

    尽管要忍受刺鼻的味道火速完工，解剖仍然是维萨里一生的挚爱。他到底细

    致入微地解剖了多少尸体，我们不得而知，但肯定非常多，因为在当时，他对人

    体的了解程度无人可比。维萨里在帕多瓦任教5年半，1543年是他成绩斐然的一

    年，就在那一年，他的著作问世了。那真是一部巨著——40厘米厚，差不多有2

    公斤重，谁也别想信手插进口袋里随身阅读。它就是《人体构造》(De Humani

    Coposis Fabrica，也被译成De Fabrica)。维萨里特意前往瑞士的巴塞尔，用精美

    复杂的配图和印刷技术打造出了一本惊艳的科学著作。现在，我们生活在铺天盖地的图片里。我们可以通过数码相机轻松地给朋友

    传送照片，报纸杂志里的图片也是满目皆是。然而，维萨里的年代和我们相比可

    是天壤之别。那时，印刷术刚刚起步不足百年，画面都是靠临摹手图一笔一画地

    刻在木板上，类似一块橡胶印章，然后再蘸上墨印在纸上。

    维萨里书中的图令人们眼界大开，之前从没有这么精确的人体呈现。只看看

    封面就知道有些奇妙的事情要上演了：成百上千的人蜂拥在一个被解剖的女人周

    围。维萨里挨着女尸站在中间，他是唯一一个注视着读者的人。观众或在全神贯

    注于解剖，或在交头接耳。图的左边是一只猴子，右边有一只狗，寓意着盖伦的

    解剖研究只能局限在动物身上。在书中，维萨里结合人体和自己的解剖经验探讨

    了人体解剖学。对于一个不满30岁的年轻人来说，这是惊天动地的伟业。

    维萨里胸有成竹。他知道自己比任何人都更深入地了解了人体的内部构造。

    书中精美绝伦的图片中穿插着人体肌肉的展示：从前到后，从表层到底层，一览

    无遗。这些“肌肉男”在田野、建筑物、森林、岩石、群山等各种地方摆出姿势。

    维萨里使用的尸体通常来自罪犯。曾经有一个被吊死的犯人，身体已经被鸟啄空

    了，维萨里就把他的骨头一块块地运回家里独自研究。

    维萨里与一位技艺高超的艺术家合作，遗憾的是我们不知道这位艺术家的名

    字。在我们称为“文艺复兴”的那段时期，科学和艺术密不可分。很多文艺复兴时

    的艺术家——列奥纳多·达·芬奇[1]

    、米开朗琪罗[2]

    等——都为了提高绘画技能而

    解剖过尸体。医生不是唯一想了解人体结构的人。

    维萨里对人体结构(解剖学)如醉如痴，但是尸体不能反映出身体的功能(

    生理机能)，如呼吸、消化和运动。维萨里的著作中有很长的篇幅都是新旧两种

    观点的混合体。他频繁地纠正盖伦对器官和肌肉的错误描述。例如，盖伦提到肝

    有5个不同的“叶”，或者叫作“部分”，但他并没有明确表达自己说的是猪的肝脏，而人的肝叶应该是4片。再比如，人的手和脚上的肌肉数量就和我们的近亲猴子

    、猩猩的不一样。盖伦认为血液从心脏的右边流向左边；在心脏的两个大腔(心

    室)中间有若干小洞，血液源源不断地从中渗透过去，而维萨里解剖了很多人的心脏却找不到那些小洞。维萨里的记述对于几十年后，潜心研究心脏和血液功能

    的威廉·哈维来说非常重要。维萨里沿用了盖伦很多关于活体机能的理论，也许这

    就是为什么他的插图比文字更有价值的原因。这些图片在整个欧洲迅速传播，维

    萨里也开始声名远播(即便如此，他也没挣到什么钱)。

    这是维萨里事业的巅峰时刻。《人体构造》首版发行以后，他成为御医，专

    心照顾权贵。在随后的20年里，他只对第一版做了一些修订和再版。或许，他觉

    得自己已经知无不言，无须多说了。

    维萨里的研究与著作足以让他千古留名。《人体构造》永远是一本不朽的经

    典：它是艺术、解剖和印刷的完美结合，令现代人赞叹不已。维萨里在书中留给

    我们两份永恒的礼物。第一份礼物是他对人体结构细致入微的描述，他鼓励其他

    医生效仿。后来的解剖学家由此发现了维萨里的疏漏之处，并且修正了他的错误。维萨里用艺术的手法呈现了微妙的解剖学，开创了人体绘图本的先河。他的书

    是第一本图比文更重要的书，但绝不是最后一本。医生必须学会看懂眼前之物，图片正好助他们一臂之力。

    第二份礼物，则是维萨里对盖伦的挑战。他没有像巴拉赛尔苏斯那样咄咄逼

    人，而是心平气和地证明盖伦是可以被超越的，知识总是被后人不断修正和完善

    的。他提出了一个简单的问题，激起了世纪之争：我们能比先贤知道得更多吗？

    在维萨里之前的千年历史里，答案一直是“不能”。维萨里之后，答案在慢慢地变

    化。人们开始思考：“如果一切应该知道的都已经被发现，那么还有什么可困惑的

    呢？但是，如果我们身体力行地找一找，也许就能看见别人看不到的东西。”维萨

    里点醒了医生和科学家，他们学会开始质疑。

    [1] 列奥纳多·达·芬奇(Leonardo Da Vinci，1452—1519)，欧洲文艺复兴时

    期的天才科学家、发明家、画家。现代学者称他为“文艺复兴时期最完美的代表”。作品有《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》等。——编者注

    [2] 米开朗琪罗(Michelangelo，1475—1564)，意大利文艺复兴时期伟大的

    绘画家、雕塑家、建筑师和诗人，文艺复兴时期雕塑艺术最高峰的代表。与拉斐尔和达·芬奇并称为文艺复兴后三杰。——编者注第11章

    宇宙的中心在哪里？

    太阳东升西落，晨起暮降。我们看见它在空中一点点儿地移动，我们的影子

    也随着它忽长忽短，一会儿在前，一会儿在后。请在正午的时候做个实验，看看

    你的影子是不是缩进脚下了？就算你错过了今天，明天也可以再试，反正天天如

    此，没有什么现象比这个更显而易见了。

    太阳当然不是每天绕着地球转。但你能想象说服人们相信这一点有多难吗？

    这么说吧：因为我们在地球上仰望日月星辰，所以地球是我们的宇宙中心。但它

    只是“我们”的中心，而不是“宇宙”的中心。

    古代的天文学家们毫无例外地把地球放在正中。你还记得亚里士多德吗？他

    之后最有影响力的古希腊天文学者托勒密详细标记了群星的位置，将它们日复一

    日、年复一年地记录下来。在晴朗的夜晚仰望星空是一件奇妙的事，区分不同的

    星群——“星座”亦是乐趣无穷。在万里无云的夜空中，很容易认出北斗七星和“猎

    户的腰带”。顺着北斗七星，你会找到在夜里为海员引航的北极星。

    若是以地球位于宇宙中心为前提，天体围绕地球做圆周运动的模式便引发了

    诸多疑惑。以恒星为例，它们随着黑夜缓慢地移动。太阳正好在赤道上空，日夜平分的日子是春分，它出现在每年的3月20日或21日，现在法定21日为春天的起

    始。包括天文学家在内的所有人都一直很看重这一天。那么问题来了——在每年

    春天的第一天，恒星的位置都稍有不同。如果它们规规矩矩地绕着地球转圈，便

    不应该出现这样的偏移。天文学家把这种现象叫作“岁差”，必须经过复杂的运算

    才能解释其中的原因。

    行星的运动也让人百思不得其解。用肉眼看夜空，行星看起来就像一颗颗明

    亮的星星。古代天文学家认为有七大行星：水星、金星、火星、木星、土星，加

    上太阳和月亮(它们那时也被称为行星)。这七大行星明显比银河更靠近地球，而那时银河被称作“固定的星群”。观测行星牵扯出比恒星更多的问题，因为它们

    的样子不像在围着地球转。至少，它们看起来不是在持续运动，有时似乎还在倒

    退。为了解释这个问题，天文学家提出，行星在不停地绕地球旋转，但旋转所围

    绕的点并不在地球上。他们把这个点叫作“偏心匀速点”。天文学家借助这个观点

    和其他一些推算，在没有完全摒弃原有模式的前提下解释了他们的夜空所见。也

    就是说，他们仍然秉持地心说。

    如果把放在中心的地球换成太阳，假设行星(现在也包括地球在内)都绕着

    太阳转，又会怎样呢？这是开天辟地的一问。由于我们对日心说习以为常，所以

    很难意识到它划时代的意义。日心说是对我们日常所见的挑战，是对亚里士多德

    学说的挑战，更重要的是对教会的挑战，因为《圣经》里说，耶和华要求上帝命

    令乱动的太阳老实地站好。一位波兰教士哥白尼勇敢地提出，太阳才是宇宙的中

    心。

    尼古拉·哥白尼生于波兰，死于波兰，但在意大利学习了法律和医学。哥白尼

    10岁时便失去父亲，是舅舅把这个聪明的小男孩儿送进了波兰的克拉科夫大学。

    后来，哥白尼的舅舅成为波兰弗劳恩堡的主教，又为他提供了一份在教堂的工作

    ，哥白尼由此获得了稳定的收入，得以重返意大利求学，延续自己的梦想：研究

    天体。他搭建了一座露天的塔，在那里放置自己的天文设备，当时还没有望远镜

    ，所以哥白尼只能利用简单的仪器测量不同的天体与地平线的夹角以及观察月相。日食和月食也是哥白尼的兴趣所在。发生日食或月食的时候，我们只能看到太阳或月亮的一部分，或者完全看不到它们。

    我们不知道哥白尼到底从什么时候开始认定自己提出的天体和太阳系模型(

    就和我们现在的说法一样)比几千年来盛行的理论更有说服力。不过，他曾在15

    14年写了一篇相关的短文，并悄悄地发给了几个密友。当时哥白尼还不敢声张。

    他在文中清清楚楚地写道：“地球的中心并不是宇宙的中心……我们和其他行星一

    样围绕太阳转动。”哥白尼明确地表述了这些论点，在随后的30多年继续潜心研究

    宇宙中心是太阳而不是地球的理论。他一边花费大量时间持之以恒地自己观察，一边殚精竭虑地琢磨其他天文学家的发现，思考着如何利用日心说和行星绕太阳

    运转的理论来解决他们的难题。事实上，很多困惑面对日心说迎刃而解：比如日

    食和月食，比如行星奇怪的前进和后退。太阳给了我们温暖和光明，在人类生活

    中无可替代，把它放在中心的位置，正好提醒我们：没有它就没有地球上的一切。

    哥白尼学说产生的另一个显著影响是：恒星离地球的距离比亚里士多德等早

    期哲人的推断要远很多。亚里士多德认为时间是无限的，空间是固定的。教会则

    宣扬时间是固定的(时间凝固于几千年前上帝造物之时)，空间也是固定的，也

    许上帝是唯一的例外。哥白尼接受教会关于时间和创世的说法，但是观测结果却

    告诉他，地球比其他行星更靠近太阳。他计算出了太阳和行星，以及月亮和地球

    间的大概距离。无垠的宇宙大大超乎人们的预想。

    哥白尼知道自己的研究将震惊世人，也明白岁月不饶人，终于下定决心公开

    自己的理论。1542年，哥白尼完成大作《天体运行论》(De Revolutionibus Orbiu

    m Coelestium)。但是，那时他已经年迈多病，只好委托知己——教士雷蒂库斯

    (Rheticus)代为出版。雷蒂库斯在着手准备时被调任至德国的一所大学，不得

    已又转手给另一个教士——安德烈亚斯·奥西安德(Andreas Osiander)。奥西安

    德认为哥白尼的理论过于危险，于是他在1543年出版前给这本著作加了前言。他

    写道，哥白尼的学说虽不可信，但不妨作为一种解决地心说无法自圆其说的补救

    方法。奥西安德发表自己的言论无可厚非，但是他做了一件龌龊的事：他把前言

    伪造成了哥白尼的自序。因为没有署名，读者便猜测这就是哥白尼想要表达的观点。而那时的哥白尼已经病入膏肓，无暇纠正这些误导了。结果在100多年中，这本书的读者都以为哥白尼在变着花样地解释每天夜空上演的那一幕，而不是在

    讲地球围绕太阳转动。

    很多人读了哥白尼的书，但是前言不费吹灰之力地让读者忽视了书中石破天

    惊的信息。尽管如此，书中的见解和计算在哥白尼死后数十年还在影响着天文界。其中有两位天文学家尤为突出，他们沉浸在这本书中难以自拔。一个是第谷·布

    拉赫(Tycho Brahe，1546—1601)，他受到哥白尼的启发，坚信宇宙宽广浩瀚，群星遥不可及。他在1560年观测到一次日食，这点燃了他的激情。第谷生于丹麦

    贵族家庭，他的家族希望他学习法律，但他唯一的兴趣是研究天文学。1572年，第谷在夜空中观测到一颗耀眼的新星。从这颗新星入手，他撰文表达了天体不是

    如人所愿一成不变的观点。他在丹麦的小岛上精心地建立了一个观测站，配备了

    最先进的设备。(可惜当时望远镜还没有问世。)1577年，第谷追寻到了彗星的

    轨迹。那时，彗星被视为不祥的征兆，但第谷通过彗星的运行轨迹，证明了天体

    并非在各自的空间里静止不动。

    第谷也发现了很多重要的天体运动和天体位置。出于某些原因，他被迫关闭

    了自己的观测站前往布拉格，并于1597年在那里建立了新的天文台。3年后，他

    挑选了约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler，1571—1630)作为助手。尽管第谷自

    始至终没有接受哥白尼的日心说，有着不同于开普勒的宇宙观，第谷还是在1601

    年去世时把自己的全部笔记和手稿留给了开普勒。开普勒不负嘱托，整理并编辑

    出版了第谷的部分作品，同时也开辟了天文学的新思路。

    开普勒一生多灾多难。他妻丧女亡，母亲因为巫师罪入狱，自己在宗教改革

    运动前期是激进的新教徒，在天主教主导的政治舞台上如履薄冰。虽然开普勒认

    为有序的天体印证了自己赞赏的“上帝造物”的神秘理论，但是他对天文学的永久

    贡献却是客观精准的。尽管他的文字总是晦涩难懂，但“开普勒三大定律”广为人

    知，并且意义深远。

    开普勒“三大定律”中的前两条密切相关，它们的发现得益于第谷留下的有关

    火星运动的翔实记录。开普勒经过长时间的研究，意识到行星不是匀速运动的。当它们靠近太阳时速度快，远离太阳时则速度慢。他发现太阳(当时所认为的宇

    宙中心)和行星运动的连线在单位时间内扫过的面积是一个不变的常数，但是行

    星的运动速度在变。这就是第二定律，第一定律是第二定律的结果：行星的运动

    轨道不是标准的正圆形，而是较扁的椭圆形。开普勒虽然不知道引力，但他知道

    有一种力影响着行星的运动。而且他意识到，当行星围绕太阳转动时，位于中心

    位置的某种物质决定了椭圆形的运行轨道。这两个理论打破了天体沿正圆形轨道

    移动的古代学说。

    开普勒的第三个定律更有实践意义：行星绕太阳一周的时间与到太阳的平均

    距离有关。这样天文学家就可以计算出行星和太阳的距离——体会一下我们眼里

    浩瀚无边的太阳系比起无垠的恒星是多么微不足道吧。可喜可贺的是，几乎在同

    一时间，一件帮助我们瞭望天穹的科学仪器——望远镜诞生了。那个让望远镜发

    挥无限能量的人就是那位最为声名远扬的天文学家：伽利略·伽利雷(Galileo Gali

    lei，1564—1642)。第12章

    斜塔和望远镜：伽利略

    意大利比萨有一座约850年历史的教堂钟楼，它当之无愧是全世界最奇特的

    建筑之一。你大概也猜到了，它就是比萨斜塔。你可以站在塔前，拍一些假装托

    住塔身防止它倒地的照片发给朋友，挺有意思的。你可能还知道很多关于伽利略

    在这个塔上做实验的传说——从塔顶扔下两个不同重量的球，看哪一个先落地。

    事实上，伽利略选择的实验地点不在这里，而是通过其他实验得出了结论：10磅

    重的球和1磅重的球同时落地。这个实验和太阳不绕地球转动有异曲同工之妙，它们颠覆了我们的日常感受。毕竟，羽毛和球不会以同样的速度从塔上掉落。可

    为什么不同重量的球却会一起落地呢？

    伽利略·伽利雷(伽利雷是他的姓，我们对这个大英雄一直是久仰其“名”)出

    生在比萨，父亲是一位音乐家。他的少年时代在佛罗伦萨周边度过，成年后进入

    比萨大学学医。由于对数学的痴迷，伽利略放弃了学业，但人人都说他智慧超人

    、才思敏捷。1592年，伽利略前往帕多瓦大学任教，教授当时叫作数学、现在被

    称为物理的学科。那个时候，威廉·哈维是该校的学生，我们很快就将与他相识，但他们两位从未谋面，这是历史的遗憾。伽利略的一生是与世俗对抗的一生。他的理论总是挑战约定俗成的观点，尤

    其针对亚里士多德等古代圣贤关于物理和天文的说法。伽利略是虔诚的天主教徒

    ，但是他深信宗教统治精神和信仰，科学掌管可见的物质世界。正如他所说，《

    圣经》告诉我们如何抵达天堂，但没有告诉我们天体如何运行。天主教会不遗余

    力地打击一切质疑其教义和权威的人，于是伽利略开始了与天主教的斗争。教会

    禁止出版需求日增的书籍，开出了他们所谓的“禁书单”。伽利略虽然获得了很多

    位高权重的朋友(包括贵族、主教、枢机主教，甚至教皇)的支持，但是仍有许

    多人冥顽不化，禁止他否定有几百年根基的旧学说。

    伽利略早期曾研究动力学。一开始，他只是出于个人爱好进行观察和测量，稍后开始尝试以数学的方式表述自己的结论。他最著名的实验之一是：在斜坡上

    放一个球让它滚下来，统计球到达不同点所用的时间。可想而知，球下坡的滚动

    速度越来越快(我们称之为加速运动)。伽利略洞悉了球速和时间的固定关系，以及球滚动的距离和时间的平方有关。他发现，经过2秒钟的时间，球速变为原

    来的4倍。(时间的平方在后来的科研中也会用到。提醒你一定要留意，自然界

    似乎总是喜欢“平方”后的事物。)

    伽利略意识到所有这些和其他不胜枚举的实验中，实际测量数据一变再变的

    事实，展现出一名现代科学家的素养。影响结果的诸多因素包括：在错误的时间

    眨了一下眼，转身做记录耽误了时间，或者是设备不够精准。然而，对于真实世

    界，我们只能做出这类观察。伽利略最大的兴趣在可知的世界，而不是那个万物

    完美、精确的抽象世界。

    伽利略早期对运动物体的研究呈现了一个和亚里士多德等成百上千位哲学家

    迥然不同的世界。尽管大学受神权统治，但亚里士多德的地位牢不可破。1609年

    ，伽利略得知有一种新设备可以更有说服力地扭转古老的思维方式。很快，它被

    命名为“望远镜”，意思是“看见远处”，就像“电话”代表“在远处讲”，“显微镜”代表

    “看见微小的东西”。[1]

    无论是望远镜还是显微镜，它们都在科学史上举足轻重。

    伽利略制造的第一架望远镜的放大效果并不明显，但他还是惊喜万分。不久，他把两个镜头连起来改进后，它变得和我们现在的普通双目望远镜一样，放大

    倍数差不多是15倍。这听起来微不足道，却引领了新的趋势。有了它，你可以比

    肉眼更早地捕获到归航的船只。更重要的是，伽利略把他的望远镜对准了天空，在那里，他有了惊人的发现。

    他瞄准了月亮，发现它并不像人们想象的那样圆润光滑。上面有凸起的群山

    和凹陷的沟壑；他对准了行星，更近距离地观察它们的运动，找到了木星的“卫星”，就像地球有自己的卫星一样；他看到土星有两个和卫星不一样的大光晕，我们

    现在称之为“光环”；他用望远镜拉近了水星和金星，证明它们有规律可循地改变

    着运动方向和速度；他宣称太阳上有暗区或者黑点，它们每天整齐地移动少许距

    离。(伽利略知道为了保护眼睛不能直视太阳，这点你也务必牢记。)伽利略的

    望远镜揭开了银河的面纱，人们以肉眼在耀眼的夜空中看到的朦胧闪烁的壮观景

    象，实际上是由千千万万颗离地球非常遥远的恒星组成的。

    伽利略用望远镜进行了很多有意义的观察。他把这些写进了《星际使者》(

    Starry Messenger，1610)这本书中。一石激起千层浪。伽利略揭示的每一个发现

    都在质疑人们对天体的看法。有人觉得伽利略的理论就是他玩“管子”——当时望

    远镜的名字——的小把戏，因为肉眼看不到的东西也许根本不存在。因此，伽利

    略必须想方设法地让人们相信他用望远镜看到的就是事实。

    伽利略的观测结果恰好为哥白尼提出的月亮围绕地球转，以及地球、月球和

    其他行星都围绕太阳转提供了证据，这更让世人不知所措，也令伽利略本人陷入

    险境。当时，哥白尼的书已经出版了快70年，不论是新教徒还是天主教徒，其中

    都有很多哥白尼的追随者。天主教会明确指出哥白尼学说有助于研究天体运动，但并不是真理。如果哥白尼是正确的，那么《圣经》的内容就有麻烦了，此事必

    须三思而后行。

    但是，伽利略执意将自己的天文发现公之于众。1615年伽利略到罗马申请教

    会的许可令，希望能够传播自己的研究成果。尽管他赢得了包括教皇在内的很多

    人的同情，但最终还是被剥夺了言论自由以及教授哥白尼宇宙体系的权利。然而

    ，伽利略并没有彻底放弃，在1624年和1630年，年老体弱的伽利略重返罗马试水。日久天长，他逐渐醒悟到，只有保全自己，才能有机会使哥白尼的学说得见天

    日。他以三人对话的形式写了一本天文书籍《关于两种世界体系的对话》(Dialo

    gue on the Two Chief World Systems)：其中一人代表亚里士多德，另一人代表哥

    白尼，还有一个主持人。伽利略以这种方式来对新旧宇宙观进行辩论，用中立的

    态度回避了对错的选择。

    这是一本妙趣横生的书，秉承了伽利略一贯的文风。他使用了自己的母语—

    —意大利文。(当时全欧洲的学者仍在沿用拉丁文。)伽利略在开篇就表明了自

    己的立场。他给亚里士多德的替身命名为“辛普利邱”(Simplicio)，这是一个评

    论过亚里士多德的古人的英文名，而且那个人不是很聪明。书中的哥白尼(叫作“

    萨尔维阿蒂”，暗喻智慧和安全)浓墨重笔，能言善辩。

    伽利略费尽周折地为此书争取教会的官方认可。罗马管理出版的官员虽然体

    谅伽利略，但是出于各种考虑没有立即回复。于是，伽利略锲而不舍地转战佛罗

    伦萨印书。罗马教会高层拿到书后大为不满，传讯这位古稀老人到罗马受审。更

    有人翻出了早期阻止他教授哥白尼体系的禁令。1633年，持续了3个月的“审讯”之

    后，伽利略被迫承认他的书是虚荣的错误产物。他在忏悔书中写道，地球是静止

    的，是宇宙的中心。有一个传言说在伽利略被宣判之后，他喃喃低语：“但它(指

    地球)还是在运动啊。”无论伽利略是否大声说出了这句话，他一定是坚信这一点

    的，神权永远不可能改变他对世界真相的信仰。

    教会运用权力把伽利略关进监狱，甚至施加酷刑，但是陪审团意识到伽利

    略是一位了不起的人，所以判处他软禁，免了他的牢狱之苦。第一次伽利略被

    并不严格地“软禁”在锡耶纳，自由自在地出席各种活动，结果教会强硬地把他

    赶出佛罗伦萨，遣返回乡，同时密切监视他的访客。没过多久，伽利略的一个

    当修女的女儿去世了，从此他变得孤苦伶仃，与科研为伴。他重新将注意力转

    到了落体运动和动力这类日常生活中常见的问题上。他出版于1638年的著作《

    关于两门新科学的对话》(Two New Sciences)是现代物理学的基础之一。伽利

    略在书中回顾了自由落体的加速运动，预见了后来经艾萨克·牛顿证实的重力，并用数学方式表明加速度是可以测量的。他开辟了分析空中物体飞行路径的新

    思路，比如预测炮弹的弹着点。这些有关“力”的概念——影响物体按照某种特

    定方式运动的规律——都属于物理学的研究范畴。

    如果你曾听过“没有原因的反抗”，那伽利略的反抗可以说是事出有因。他为

    运用知识科学地解释世界而战。随着科学的发展，他的一些错误或片面的创新理

    论逐步被摒弃。但科学就是这样的，没有哪个领域可以让人一书在手就通晓全部。伽利略和现代的科学家一样，都深知这一点。

    [1] 这三个词在英文中都有相应的词根，可以“望文生义”。——编者注第13章

    循环、循环：哈维

    “周期”和“循环”都来源于拉丁文“圆”。“绕圈”或者“循环”指无意识地回到起点

    的持续运动。自然界里没有那么多完美的圆圈，却有各种各样的循环。地球围绕

    太阳转；水通过蒸发和降雨实现循环；成群的鸟类经过长距离的迁徙再回到同一

    个地区产卵，年复一年，周而复始。事实上，整个生育、成长、死亡的自然进程

    ，代代相传和重复就是一种循环。

    我们的身体里也有很多循环或者说是周期，心脏和血液参与了最重要的循环

    之一。我们身体里的每一滴血每个小时在体内大约转50圈。在这句话中，只能用“

    大约”这个表述，因为这取决于我们在干什么。比如，奔跑时心跳加快，循环时间

    就缩短了；睡眠时心跳减慢，血液流回心脏的时间会延长。我们现在可以在学校

    里学到这些知识，但在以前可没有这么简单。发现血液循环的人是英国医生威廉·

    哈维。

    哈维的父亲出身于农民家庭，后来由经商而家境殷实。他的6个兄弟中有5个

    子承父业，但哈维选择从医。1600年，他从剑桥大学医学系毕业后前往帕多瓦大

    学。几年前，维萨里曾在那里工作，当时伽利略也在那里研究天文学和物理学。法布里修斯(Fabricius，1537—1619)是哈维在帕多瓦大学的医学导师之一。他一贯秉持亚里士多德的研究传统，这深深地影响了哈维。师生两人从亚里士

    多德身上吸取了两条宝贵的经验。第一，包括人类在内的生命体，内部器官的形

    态结构都是由它们的功能决定的。例如，我们能跑，能够拿起东西，是因为骨肉

    相连。除非是什么地方出了毛病，否则我们永远意识不到它似乎只为这个作用而

    生。亚里士多德认为，动植物体内的每一件东西都有特殊的意义，创世者不会随

    心所欲地放些没用的东西在里面。眼睛的结构使我们能看见，身体的其他部位：

    胃、肝、肺和心脏都是一样的道理。各个器官使命不同，所以结构各异。这种分

    析人体机能的手段被称为“活体解剖”(living anatomy)，它对找出人体运行的“逻

    辑”关系非常重要。医生们清楚，骨骼坚硬难摧，是为了在我们行走或跑动的时候

    支撑身体；肌肉柔软有弹性，因为它要通过收缩来帮助我们运动。不过，用同样

    的逻辑解释心脏、心脏和血液，以及心脏和血管的关系就不是那么轻而易举了。

    或者我们可以这样说，心脏符合我们设想的身体机能，那是因为哈维就是这样教

    导我们的。

    第二，亚里士多德敲碎蛋壳看到的第一个生命体征是微弱的心跳，所以他坚

    信心脏和血液是我们生命的核心力量。哈维对这一观点深信不疑，所以心脏和血

    液循环成为他的医学事业的重点。

    哈维的导师法布里修斯发现，很多较大的静脉里有瓣膜。这些固定的瓣膜保

    证血流只能朝心脏单向运动。他认为这样可以防止下肢缺血，预防血液从大脑奔

    涌直下。哈维从中大受启发，他完成帕多瓦的学业重返英国之后，淋漓尽致地实

    践了这些理论。

    哈维的事业风生水起。他到伦敦实习，在圣巴托罗缪医院获得一份工作，很

    快便应邀给外科医生就解剖和生理学做了演讲。他是国王詹姆士一世及其子查理

    一世两代人的御医。不过，和查理一世的接触并没有对哈维的事业起到多少推动

    作用，相反，当一群被称作“清教徒”的人将皇帝赶下台之后，哈维的住所遭到袭

    击、被人放火，很多待出版的手稿被毁。这是科学界的巨大损失。哈维长期的研

    究所涉内容庞杂，包括呼吸、肌肉，动物的受精卵如何发育等。查理一世甚至恩准他用皇家宠物进行实验。

    哈维对血液一往情深，因为他认为是血液主宰着生命。他曾敲开一枚枚的蛋

    壳，一次次看到标志着生命的第一团血有节奏地脉动。他也用其他动物的胚胎(

    在卵或母亲的子宫中发育的阶段)进行了实验，所见相同。哈维对与血液长期为

    伴的心脏也爱不释手。众所周知，无论是人还是动物，心脏不跳动就意味着死亡。所以，血液是生命的起始，心跳终止是生命的结束。

    多数情况下，心跳是一种不假思索的行为，不过偶尔你能真切地感知到自己

    的心跳。比如，当你紧张或惊慌的时候、兴奋难抑的时候，你能感觉到心脏一下

    下撞向胸口：砰——咚，砰——咚，砰——咚。哈维想要破解心脏的“动语”，即

    每次心跳的时候到底发生了什么。每一次心跳，心脏便会收缩和舒张一次。为了

    观察心脏的跳动，他解剖了很多活体动物，尤其是蛇一类的冷血动物(不能保持

    体温恒定的动物)。它们的心跳比我们慢很多，更便于观察。哈维看见心脏瓣膜

    伴随每次心跳有规律地开启闭合。心脏收缩的时候，心室间的瓣膜关闭，心脏和

    血管的通道开放；反之，心脏舒张的时候，心室间连通，心脏和血管(肺动脉和

    主动脉)的贯通被拦截。这些瓣膜的作用和法布里修斯的发现如出一辙，看上去

    都是为了保持血流方向。

    哈维向别人演示了几次实验以证明自己的想法。其中一个非常简单：他在一

    只胳膊上绑上绑带(止血带)，勒紧，完全切断手臂的血流，结果同侧的手变得

    惨白；然后，他将绑带松开一点儿，让血液可以流动但还是不能返回心脏，手的

    颜色逐渐变成深红色。这说明血液流过手臂需要一定的压力，但绑带彻底阻断了

    它。放松绑带可以让血液进入动脉，但是不能让其通过血管回流。

    在无数次的认真观察和深入思考以后，哈维的认知终于取得质的飞跃。他统

    计出短时间内涌入心脏的血流量超出身体内全部血液的总和，所以一次心跳不可

    能制造足够的血液输出，更不用说供应给全身了。因此血液必须随每一次心跳流

    出心脏、流过动脉、经过血管再回到心脏，开始下一次新的“血液循环”。

    1628年，哈维在短篇论著《心血运动论》(De Motu Cordis)里用拉丁文写

    道：“我个人认为血液一直在做循环运动。”他以描写心脏的收缩和舒张开篇，以它们的功能意义结尾。哈维总结道，血液被右心室压入肺部，从左心室流入最大

    的动脉——主动脉，然后分流到稍小的动脉，最后转入血管。那里的瓣膜确保血

    液沿正确的方向流淌，并且途径最大的血管——下腔静脉返回心脏的右心室。

    哈维和维萨里一样，他们都相信实践出真知，希望通过亲自调研了解人体的

    结构和功能，而非简单地查阅资料。然而，他们的研究对象又是不同的：维萨里

    的对象是尸体，哈维的对象是活体。哈维知道自己的发现推翻了盖伦的心血管论

    ，颠覆了2 000年来的医学教义，但他无心一争高下。一些盖伦的支持者认为哈维

    的学说太极端，双方有过一番唇枪舌剑。不过，哈维的理论有一个明显的缺陷：

    血液是如何从最小的动脉进入最小的血管开始返回心脏的，这个关键问题他没有

    回答。

    哈维带着这个困惑离开人世。他的追随者意大利人马尔切洛·马尔比基(Marc

    ello Malpighi，1628—1694)是一位显微镜专家。这种新设备出现在16世纪后期，在马尔比基的时代得到进一步改良。因此，他比前人更透彻地看清了肺、肾等器

    官结构的细微之处，发现了最小的动脉和血管间不易为人察觉的通道——毛细血

    管，证实了哈维的血液循环学说。

    哈维开创性的工作证明细致的实验可以拨云见日，越来越多的人接受他的观

    点，并且视其为生物和医学实验法的奠基人。哈维的方法鼓励了动手实践，更多

    人开始钻研其他的身体机能，比如呼吸时肺的变化及消化时胃的工作。哈维像维

    萨里和伽利略一样帮助人们意识到，科学知识要与时俱进，我们能够比1 000年(

    甚至是50年)前的智者们对自然了解得更多。第14章

    知识就是力量：培根和笛卡儿

    在哥白尼和伽利略的时代，科学令世界发生了翻天覆地的变化。地球不再是

    宇宙的中心，解剖学、生理学、化学和物理学的新成果提醒人们，前辈根本没有

    通晓一切，还有大片的空白等待填补。

    人们开始思考科学自身的意义。最好的科学方法是什么？怎么确定新发现的

    可信度？如何善用科学舒适、健康、幸福地生活？有两个人对科学进行了尤为深

    入的剖析：一个是英国的律师兼政客，另一位是法国哲学家。

    那个英国人叫弗朗西斯·培根[1]。他的父亲尼古拉·培根从一介草民平步青云

    ，逐步成为伊丽莎白女王的重臣。他深知教育的重要性，所以送培根进入剑桥大

    学学习。弗朗西斯先后服侍了伊丽莎白女王和她的继任者国王詹姆士一世。他熟

    知英国法律，参与了几起重要审判之后成为大法官，是当时最重要的法律官员之

    一。他也曾当选国会议员。

    培根醉心于科学。他投入大量时间做化学实验，观察自然界里各种稀奇古怪

    的现象，如动物、植物、气候、磁场，包罗万象。他分析了科学的重要性和科学

    的方法，他那些精辟、令人折服的论点比他的发现更有意义。培根告诫人们要看重科学。“知识就是力量”是他的至理名言，科学是获得知识的最好途径。为此，他劝说伊丽莎白女王和詹姆士一世出资建立实验室，为科学家创造工作环境。培

    根认为科学家应该组建社团或学术组织，交流彼此的思想和研究。他说，科学赋

    予人类了解自然的方法，只有了解它，才能控制它。

    培根明确指出了科学发展的最佳途径。科学家的措辞必须严谨易懂；调查实

    践必须广开言论，不能自以为是地证明自己，最重要的是反复实验和观察，确保

    结论准确，这就是“归纳法”。比如，通过一次次的计算、称重或者化合物的混搭

    ，化学家才能掌控进程。科学家收集的观察报告越多，归纳得越详细，他们的预

    见能力就越强。他们可以把这些归纳推而广之概括出自然运转的法则。培根的思

    想激励了一代又一代科学家，时至今日依然如此。

    法国的勒内·笛卡儿[2]

    以不同的方式阐释了科学。他对哈维和伽利略的作品

    爱不释手、反复研读。笛卡儿和伽利略一样是天主教徒，也执着地认为宗教和对

    自然界的研究不可混为一谈。他和哈维一样研究人体和动物，解释那些盖伦从来

    没教过的身体机能。事实上，笛卡儿还在崭新的基础上搭建了科学和哲学的大厦

    ，在这一方面，他比哈维和伽利略走得更远。虽说笛卡儿是今日家喻户晓的哲学

    家，但其实他更是一位比培根更注重实践的科学家。

    笛卡儿出生在法国都兰图赖讷拉海。他天资聪慧，在卢瓦尔河区拉夫雷士的

    名校就读，那里如今是法国最好的葡萄酒产地。在拉夫雷士学校，笛卡儿接触到

    伽利略透过望远镜的发现、哥白尼的日心说和最新的数学成果。从普瓦捷大学法

    学系毕业以后，笛卡儿做出了一个惊人的决定：投笔从戎，参加了新教的部队。

    笛卡儿在这场席卷欧洲的战争(三十年战争)中度过了自己的青春。他的军旅生

    涯大概持续了9年，他没有上过战场，尽管他的数学知识原本可以帮助士兵计算

    炮弹的弹着点。他同时与新教和天主教的部队保持联系，而且似乎哪里有重大的

    政治或军事事件，哪里就有他的身影。我们不知道笛卡儿做了什么，也不知道他

    马不停蹄的旅行的经费从哪里来。没准儿他是一个间谍——如果真是这样的话，他应该服务于他一直信奉的天主教。在他早年游历期间，也就是1619年11月10日那天，笛卡儿正坐在生着炉火的

    屋子里，懒洋洋地打着盹儿，忽然冒出了两个想法。第一，如果想要最大限度地

    接近真理，那么就不能止步于亚里士多德等权威的圣言，只能依靠自己，一切从

    头开始。第二，唯有怀疑一切才可以从头来过。当晚，笛卡儿又做了三个梦。笛

    卡儿觉得这是在暗示他付诸行动。他没来得及留下只言片语，就踏上了战争的冒

    险之旅。在这个顿悟的一日一夜里，笛卡儿迈上了自己独辟蹊径解释宇宙万物之

    路，同时为他人树立了检验科学真理的标尺。

    “怀疑一切”意味着首先永远不可以想当然，然后再跟随你确信无疑的东西步

    步深入。什么是确信无疑的东西呢？答案只有一个：正在规划这个科学和哲学问

    题的那个“他”。他在寻找触摸真相的方法。更简单地说，就是他在“思考”。笛卡

    儿用拉丁文写道：“我思故我在。”我存在是因为我在思考。

    这句简单的表述是笛卡儿思想的出发点。听起来确实不错，但是我们不禁要

    问，“然后呢？”对于笛卡儿来说，它将直达遥远的终点：因为思考所以我存在，但是我可以想象即使没有肉体也能够思考。然而，如果肉体存在我却不思考，那

    么我就不可能知道肉体的存在。所以，我的身体和用来思考的部分(我的思想或

    者心灵)一定是彼此独立、迥然不同的。这就是二元论的基础：宇宙由两种截然

    不同的东西组成——物质(如人体、椅子、石头、行星、猫、狗)和意识(人类

    的心灵或者思想)。笛卡儿坚信，我们的思想——通过它我们知道自己的存在—

    —在宇宙中占有特殊的地位。

    人类是特殊的动物这一认识由来已久。我们具备其他动物没有的能力：能读

    能写、了解世界的复杂性、生产喷气式飞机、制造原子弹。人类的特殊性并不是

    笛卡儿思想和身体两分论的独到之处，他的点睛之笔在于世界的另一部分——物

    质世界。他说，思想和物质构成了世界，物质是科学的主题。这意味着仅从物理

    层面就可以理解物质并非意识，我们身体的功能部分也属于物质；同时也表示所

    有的植物和除我们以外的动物都没有心灵，完全可以被分解成各具功能的物质。

    花草树木、游鱼和大象顶多算是一些复杂的机器。笛卡儿认为，它们都是可以被

    研究透彻的东西。笛卡儿知道“自动机器”可以运动及完成特定的工作，我们称这种活生生的人

    形设备为“机器人”。17世纪，很多小镇的大钟上装有这种小机器人，它们通常是

    以一个男人的外形出现，在整点的时候出来敲钟报时。这种“机器人”在笛卡儿时

    代风靡一时(有些甚至保留至今)。人们一直在想——人类既然可以制造出如此

    精致的人物，既能动又能模仿人和动物——那么好一点儿的技工也许可以造出一

    只能吃会叫、可以走动的狗。笛卡儿对这些玩意并不感兴趣。在他眼里，植物和

    动物都是繁复缜密的机器人，无知地回应着周围的世界。它们都是物质，科学家

    可以借助机械原理和化学理论对其进行解释。笛卡儿读过威廉·哈维关于心脏的“

    机械”运动和血液循环的文章以后，认定这是对自己体系的有力证明。(他本人对

    血液进入心脏时引起的变化和血液循环理由的解释已经被忘得一干二净。)笛卡

    儿满心期待这个理论可以更好地解释健康和疾病的关系，最终为人类提供生活常

    识，即使不能使人永生，至少可以使人延年益寿。

    笛卡儿如愿证明宇宙由精神和物质组成后，转而思考人的思想与身体的结合

    方式。他质问自己：物质有实体且占据空间，而精神恰好相反，没有物质基础、虚无缥缈，它们怎么可能结合呢？从希波克拉底时代开始，人们一直认为大脑负

    责思考。一个人的头上挨了一拳后可能会晕倒，很多医生目睹了大脑受伤或脑部

    病变引发的心理功能变化。笛卡儿一度认为，人类的思想固定在大脑中间的一个

    腺体上，不过他也意识到，按照他创建的逻辑，物质和精神永远不可能有身体上

    的依存关系。后来，人们称这种模式为“机器里出鬼”，意思是人类像机器一样的

    身体被像鬼一样的思想和心灵所控制。如此一来就引发了一个问题：到底有多少

    狗、黑猩猩、马和其他没有“鬼”的动物分享了我们那么多的精神情感呢？应该如

    何解释，猫和狗会表现出恐惧和愤怒——至少狗是会向主人表达爱意的呢？(而

    猫总是自命清高。)

    笛卡儿总是好奇地对很多事情一问到底，所以他写了一本书，简单地将其命

    名为《世界》(The World)。笛卡儿认同哥白尼关于地球和太阳的关系的学说，但是为了不冒犯教会，他在表述观点的时候比伽利略更加谨慎。他论述过自由落

    体运动和其他吸引伽利略的问题。不幸的是，虽然笛卡儿在当时有些追随者，但是他的宇宙运转理论还是不能和伽利略、艾萨克·牛顿这样的巨人的理论相提并论

    ，所以现在很少有人记住作为物理学家的笛卡儿。

    尽管笛卡儿并非物理界的精英，也不管你是否听说过，反正你只有跟随他的

    脚印才能用代数和几何解题。在代数中，笛卡儿睿智地用a、b、c代替已知量，x

    、y、z代替未知量。每当你计算x = a + b2这类方程式的时候，就是在做笛卡儿开

    创的练习和运算。当你在有横轴和纵轴的图表上标记的时候，也是在应用他的发

    明。笛卡儿亲自解决了各式各样的代数和几何问题，并把它们汇总在一本书中出

    版。

    笛卡儿通过对身体和意识的突出区别、物质世界和精神世界的显著差异的论

    述强调了物质世界对科学的重要性。天文学、物理学和化学解决物质问题。生物

    学也一样，就算他的“动物-机器论”似乎有点儿不着边际，生物学家和医生仍然在

    煞费苦心地研究动植物的生理机能。笛卡儿认为，不久之后就可以证明药物能够

    延长人的生命，可惜他没能赶上。笛卡儿在应邀前往瑞典给女王讲解他的哲学观

    和世界观之前，一直相当健康。他很怕冷，但是习惯早起的女王要求每天清晨开

    始授课。笛卡儿没有挨过在瑞典的第一个冬天，不幸生病。1650年2月，笛卡儿

    在距离自己的54岁生日还有7周的时候与世长辞。有些人认为他至少应该活到100

    岁，在这个岁数去世实在令人惋惜。

    培根和笛卡儿都对科学怀有雄心壮志。尽管他们对科学有不同的期望，但他

    们对科学的前景同样乐观。培根是科学的铺路石，笛卡儿是科学的实践者。他们

    希望自己的观点能够后继有人，并且日益完善；他们坚信科学是超越平凡生活的

    特殊力量。科学值得付出，因为科学充实了人类的知识库，增强了我们把握自然

    的能力。从这个角度理解科学，将提升我们的生活质量、扩大公众利益。

    [1] 弗朗西斯·培根(Francis Bacon，1561—1626)，英国文艺复兴时期最重

    要的散文家、哲学家。他不但在文学、哲学方面多有建树，在自然科学领域也取

    得了重大成就。——编者注

    [2] 勒内·笛卡儿(René Descartes，1596—1650)，法国数学家、科学家和哲学家，西方现代哲学思想的奠基人，近代唯物论的开拓者。他提出了“普遍怀疑”

    的主张，其哲学思想深深影响了之后的几代欧洲人。——编者注第15章

    化学的新时代

    如果你有一套化学实验用具，那么你应该知道石蕊试纸，这种小纸条可以测

    定溶液的酸碱性。如果你倒些醋在水里(令它变酸)，然后拿这张蓝色的纸蘸一

    下，它就变红了。如果你改用漂白剂(它是碱性的)，红色的纸则会变蓝。你再

    用石蕊试纸的时候，一定要想想罗伯特·玻意耳(Robert Boyle，1627—1691)，是他在300多年前设计了这个实验。

    玻意耳的家族在爱尔兰声势显赫，他是家里最小的儿子，衣食无忧。和很多

    富人不一样，玻意耳乐善好施，慷慨捐赠。他曾出资请人把《圣经》翻译成印第

    安语。宗教和科学在他的一生中如影随形，平分秋色。

    玻意耳在英国贵族学校伊顿公学学习了几年就开始周游欧洲，在欧洲他有一

    长队的私人教师。在内战硝烟四起的时候，玻意耳回到英国，他的家人有支持国

    王查理一世的，也有支持议会推翻国王建立共和的。玻意耳的姐姐说服他加入了

    议会党，并介绍他结识塞缪尔·哈特利布(Samuel Hartlib)，一个不知疲倦的社会

    、政治和科学的改良者。哈特利布和弗朗西斯·培根一样相信科学是改善人类生活

    的动力，他劝说玻意耳学习农业和医学以实现这个目标。玻意耳最初选择了医学，却又在翻阅各种疾病疗法的过程中走上了化学之路，从此一生痴迷化学。

    有些宗教人士自己对新思想敬而远之，也不希望自己的孩子与之接触，担心

    新思想会毁掉他们的信仰。罗伯特·玻意耳的宗教信仰根深蒂固，但正因如此他才

    能毫无顾忌地博览群书，以满足自己无边的科学兴趣。玻意耳年轻的时候正是笛

    卡儿和伽利略饱受争议的时代，但他仍然捧卷详读两人的作品，并在自己的工作

    中借鉴他们的远见。1642年，伽利略在佛罗伦萨去世。就在那一年，就在佛罗伦

    萨，玻意耳读到了伽利略的《星际使者》。玻意耳对古代原子学说充满兴趣(参

    阅第3章)，但是他并不完全接受宇宙是“原子与虚空”的说法。玻意耳知道宇宙间

    有一些基本物质，并称它们为“微粒”，但他没有受到古代希腊原子论是不信神(

    无神论)的影响而顺着这个思路进行研究。

    玻意耳通过实验否定了亚里士多德的四元素学说——气、土、火和水。他点

    燃了一根潮湿的木棍，证明冒出的烟不是空气；燃尽的木棍渗出的液体也不是普

    通的水；火焰因燃烧物的不同而变化，表明这也不是真正的火；剩下的灰烬更不

    是土。玻意耳不厌其烦地分析这个简单的实验，证明像木头这样普普通通的东西

    不是由气、土、火或水组成的。他还列举了其他材料，比如黄金不能再被分解。

    黄金受热会熔化、流动，但是它不会像烧过的木头那样面目全非，冷却后它还会

    恢复本来面目。玻意耳认识到我们的日常用品，比如木头桌椅、羊毛衣帽是复杂

    的混合物，但它们既不能被分化成古希腊的四大元素，也不能被还原成巴拉赛尔

    苏斯的三元素。他对元素的定义——“不能用任何东西制造，也不能相互制造”，已接近现在的定义，所以有些人认为玻意耳已经发展出了化学元素的现代定义。

    可惜他没有继续深入，也没有在自己的化学实验中实践之。

    不过，玻意耳的实验如愿以偿地验证了他把“微粒”作为物质单位的设想。他

    是一个不知疲倦的实验者，在私人实验室里分秒必争地研究，不是和朋友一起就

    是独自一人。他还留下了非常详尽的实验记录。玻意耳在科学史上之所以占据特

    殊地位，部分原因就在于他对细节的这种关注。他和他的朋友希望科学是公开的

    、无私的，他们愿意与人分享成果。没过多久，他们就效仿巴拉赛尔苏斯，宣布

    发现了更大的自然秘密。身为一名科学家，你必须有能力向别人证明深奥的秘密，要么身体力行，要么诉诸笔墨。

    玻意耳活动的科学圈子一直秉持这种开放的原则。17世纪50年代，他住在牛

    津，在那里创立了第一个以开放为理念的非正式社团；后来，大部分人迁往伦敦

    合并发展，在1662年成立了如今顶级科学社团之一的英国皇家学会的前身。他们

    知道自己做的正是弗朗西斯·培根500多年前所倡导的。玻意耳是俱乐部里提升众

    人才智的统帅。从一开始，“研究员”——皇家学会会员的称谓——就力求将新知

    识和讨论议题结合起来，并学以致用。

    罗伯特·胡克(Robert Hooke，1635—1702)是玻意耳欣赏的合作者之一。他

    比玻意耳年轻几岁，聪明几分，来自与玻意耳家天差地别的穷困家庭，必须靠智

    慧养家糊口。胡克受雇于英国皇家学会，负责每场会议上的实验演示，逐渐成为

    使用和研制各种科学设备的行家。胡克设计了很多仪器，有测量声速的，也有观

    测狗和狗之间输血反应的。有些实验用狗在输入新血后看起来更加活泼好动，这

    激发了研究员对人体实验的热情。于是，他们尝试给人体输入羊血，但没有成功。在巴黎，一名受血者的死亡令他们放弃了这项实验。胡克在皇家学会每周例会

    上的任务就是准备两三个稳妥的实验，以调动研究员的兴趣，激发他们的灵感。

    胡克属于最早一批把显微镜的作用发挥得出神入化的“饱学之士”(字面意义

    为“博学的人”，即我们现在说的科学家)。他用显微镜描绘了一个肉眼看不到的

    崭新世界，揭示了植物、动物和其他一些事物不为人知的结构。例会上，研究员

    们聚精会神地透过显微镜观察。除了胡克的示范，他们还从另一位著名的显微镜

    学家那里获益匪浅，他就是荷兰人安东尼·范·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek

    ，1632—1723)。他是服装贸易商，在闲暇时间打磨出了一种非常小的、能把物

    体放大200多倍的镜片。每次实验他都需要在金属架里安装不同的镜片，然后把

    要研究的小物体放在镜下观察。列文虎克的寿命很长，他毕生制作了大概几百块

    镜片。他在池水里发现了微生物，在牙垢中发现了细菌，他的显微镜下奇妙的东

    西不胜枚举。胡克也认为他的显微镜可以令每一位使用者接近自然，于是在1665

    年(伦敦瘟疫年)出版了《显微图谱》(Micrographia)，引起了轰动。书中的

    很多插图令人目瞪口呆：他把苍蝇和虱子一类的昆虫放大到夸张的程度，这些图片很快风靡一时。书中记录了胡克利用显微镜对物体结构及功能的观察和推测。

    文中插入了一张可以做红酒瓶塞的橡树木屑图，胡克称这个小东西的结构为“细胞”。但这并不是我们今天所说的细胞，他只是使用了这个词而已。

    无论是玻意耳还是胡克，他们都热衷于一种机械：气泵。他们的气泵和我们

    给自行车或者足球打气的原理一样。气泵有一个巨大的中空区，顶部有一个关上

    后严丝合缝的活动塞，底部有另外一个开口，气体在贯通的管子里流通。看起来

    没什么新鲜的，但它解决了当时的一大科学难题：创造真空，即一个没有空气、完全空荡的空间是否可行。笛卡儿曾经断言这根本不可能。(“自然界厌恶真空”

    是对这种观点最直白的表述。)但是，正如玻意耳的质疑所言，如果物质终归是

    由彼此独立的微粒组成，各具形态，那微粒间一定有空隙。他说，水受热蒸发变

    成气体，依旧是原来的微粒，但是气体比液体占据了更大的空间。经过无数次把

    液体加热转化成气体的实验后，他确信所有气体进入气泵后的表现一模一样。玻

    意耳和胡克得出一个结论，它就是我们所知的“玻意耳定律”：恒温条件下，气体

    体积与所受压力有特定的数学关系。气体周围的压力直接影响它的体积，所以若

    加大压力，气体被挤在有限的空间里将缩小其所占空间。(如果提高温度，气体

    膨胀，形成一股新的压力，仍会遵循同样的基本原理。)不久后，玻意耳定律促

    成了蒸汽机的发展。请你记住他的名字，后面我们会讲到蒸汽机。

    玻意耳和胡克利用他们的气泵确定了很多气体的特性，包括我们呼吸的“空气”。还记得吗，“气”是一种古老的元素，但是直到17世纪，很多人才真正明白包围

    着我们、养育着我们的空气非同小可。众所周知，这事关呼吸，每吸一口气，就

    有空气进入我们的肺。但除此之外空气还能做什么呢？玻意耳和胡克对木头和煤

    在燃烧时的变化都充满好奇。他们也想知道为什么血在流进肺之前是深红色，流

    出之后却变成鲜红色。胡克把这两个问题合二为一，他推测肺就像一个特殊的燃

    烧炉，呼吸、燃烧都与空气有关。胡克抛砖引玉，没有就此再研究下去。科学家

    们在胡克和玻意耳之后的一个多世纪里，就空气的构成和本质以及呼吸和燃烧的

    问题乐此不疲地重复和改进着他们的实验。

    胡克几乎涉猎了所有的科学领域。他发明了一种由一套弹簧驱动的钟表(它极大地提高了计时的准确性)，他琢磨化石形成的原因，同时也钻研光学。即使

    是关于我们前面曾经提到过的问题，他也有可圈可点的光辉业绩。欲知详情，请

    你转到下一章，看看运动和力学。胡克和艾萨克·牛顿在同一时间研究着同样的主

    题。你很快就会明白为什么大家对牛顿耳熟能详，对胡克先生却知之甚少了。牛

    顿自己便是原因之一。第16章

    这是怎么了：牛顿

    我想知道你是不是见过和艾萨克·牛顿一样聪明绝顶的人，反正我是没见过。

    不过，你倒有可能见过和他一样令人不快的人。他脾气暴躁，几乎对所有的人嗤

    之以鼻，而且觉得所有的人都和他过不去。他神秘、自负，甚至会忘记吃饭。他

    的劣性不胜枚举，但是，他智慧过人、无人能及，即便他的思想和文集让人琢磨

    不透，他的才智依旧永载史册。

    无论怎么评价，艾萨克·牛顿都不是一个招人喜欢的人。牛顿的童年相当悲惨。他出生前失去了父亲，出生后遭母亲遗弃。母亲一改嫁就把他扔在了姥姥家。

    他恨继父、烦祖父、不待见母亲和祖母。事实上，牛顿从小就不喜欢和人交往。

    他喜欢独处，是一个少年老成的孩子。那时，牛顿住在林肯郡，天资聪颖，所以

    被送到了离家不远的格兰瑟姆中学学习。在学校，他认真学习拉丁文(他用拉丁

    文写作和英文写作一样得心应手)，但投入时间最多的活动则是制作钟表模型、机械零件和日晷。

    1661年，牛顿进入剑桥大学圣三一学院，照样我行我素。他本应该认真学习

    亚里士多德和柏拉图等先贤的著作，但他只是敷衍了事(牛顿习惯一丝不苟地记笔记，所以我们通过笔记便知道他读过什么)。牛顿真正的兴趣在近代，是笛卡

    儿、玻意耳和其他新科学的代表人物。博览群书固然不错，但牛顿还要靠自己。

    牛顿设计了很多新的实验，而他最大的智慧体现在数学和利用数学解析深层宇宙

    的奥秘之上。

    牛顿在短短几年里不可思议地创造出了多条理论。这么高的效率，除了阿尔

    伯特·爱因斯坦(Albert Einstein，1879—1955，详见第32章)之外再无人能及。牛

    顿创造奇迹的时间集中在1665年和1666年，这也是瘟疫盛行的年代。当时剑桥大

    学的学生停课放假，牛顿回到母亲在林肯郡伍尔索普的家中。就是在那段时间，他看到母亲的花园里成熟的苹果纷纷落地。事情或许没有传说那般具有戏剧性，不过确实让牛顿联想到一个悬而未决的问题：为什么所有东西都会落到地上呢？

    休假期间，牛顿忙于各种科学研究。以数学为例，伽利略、笛卡儿和很多自

    然哲学家(也就是科学家)一直在努力让数学成为一门独立的学科，尤其希望它

    可以作为检验观察和实验结果的手段。牛顿尤其擅长运用数学进行科研活动，是

    一位实至名归的数学大家。在描述物体运动和重力的时候，仅仅使用代数和几何

    是不够的。你必须要考虑到非常短的时间和运动单位——事实上，就是无穷小。

    在观察出膛的子弹、落地的苹果和围绕太阳运动的行星时，必须要代入最短有效

    时间内它们所经过的距离。很多之前的自然哲学家早就意识到了这个问题，并且

    给出了不同的解决方法。20多岁的牛顿用自己的数学方法独辟蹊径，并将其命名

    为“流数”(fluxion)，取事物不停地运动之意，这就是我们现在所说的数学分支

    ——微积分。1666年10月，在洋洋洒洒地完成了一篇论文后，只有牛顿知道他已

    身居欧洲数学之巅。不过牛顿并没有立刻将自己的研究公之于众，仅仅和几个熟

    人分享了他的方法和结论。

    除了数学，牛顿还研究起了光学。从远古时代开始，人们一直认为阳光是白

    色、纯净和同质的(由同一种物质组成)，有时它之所以看上去五颜六色，是因

    为这种本质单一的光线被放大了。牛顿拜读了笛卡儿关于光线的作品，重复了他

    的一些实验。其中广为人知的一个实验是，牛顿准备了多组镜片和一个能折射光

    的玻璃棱镜，让一束光射进漆黑的房间，透过棱镜打在22英尺(约7米)外的墙上。如果光如笛卡儿等人所想是同质的，那么墙上的投影应该是一个白色的圆圈

    ，和透光孔的形状一样。结果出人意料，出现在牛顿眼前的竟是一条色彩斑斓的

    宽带。牛顿并没有真的造出一条彩虹，不过，他已经踏上了揭秘彩虹的道路。

    在瘟疫肆虐的那些年，牛顿从事的研究还推动了力学的发展：运动定律诞生

    了。我们知道伽利略、开普勒、笛卡儿等人对炮弹发射和地球围绕太阳转动的运

    动已经形成了一套理论(也给出了数学公式)。罗伯特·胡克同样对此十分感兴趣。牛顿研读了他们的文章之后阔步前行。他写信给胡克道：“如果我取得了什么进

    步，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”你还记得父母把你扛在肩头的感觉吗？你

    突然长高了两三倍，眼前尽是自己本来看不见的各类景色。牛顿就是从这里起步

    ，他的比喻形象地说明，每一个研究者、每一代科学家都在前人的研究中受益。

    这是科学的本质。

    牛顿本身就是一位巨人，当然他自己也知道。所以，当他感觉到被忽视的时

    候，麻烦来了。牛顿把最初的光学论文寄给皇家学会，而皇家学会把论文转交给

    做过相同研究的胡克进行评审。这就是我们称为“同行评议”的惯例，如今很多优

    秀的科学期刊还在沿用此法，科学家们也对这种公开的氛围大为赞赏。可是，牛

    顿一点儿也不喜欢胡克的评论，他甚至通过递交辞呈放弃皇家学会研究员的身份

    以示抗议。皇家学会不动声色地驳回了他的辞呈，而牛顿和胡克就此结下了梁子。

    在17世纪60年代牛顿爆发出惊人的创造力之后，他把注意力转向炼金术和神

    学等其他事物。牛顿一如既往地认真做读书笔记和实验记录，为想要了解他思路

    的后人留下了文字档案。那时，他的这些想法和实践都是相当隐秘的，尤其是他

    的宗教观点更与英国国教会的教义背道而驰。剑桥大学要求学生遵从教会的旨意。牛顿在大学里有强有力的后台支持，所以没有经过宣誓就被圣三一学院接纳并

    授予卢卡斯数学教授席位，他顶着这个头衔度过了20多年。这是牛顿之幸，更是

    科学之幸。不幸的是他的学生，他们听不懂牛顿在讲什么。有时候，牛顿的课堂

    空无一人。他侃侃而谈那些高深莫测的话题，比如光学和运动，却从来不提他私

    下钻研的炼金术和神学——也许这些更能激发起学生的兴趣。直到17世纪80年代中期，牛顿在数学、物理和天文方面的研究才逐渐为世人

    所知。他笔耕不辍，但出版成书的作品却寥寥无几，因为他总是说他的科学作品

    是写给自己独享的，或者作为遗产留给后人。1684年，天文学家埃德蒙·哈雷(Ed

    mund Halley)到剑桥拜访了牛顿。(哈雷彗星就是以哈雷的名字命名的。据推算

    ，2061年它将再一次光顾地球。)哈雷和胡克一起讨论过一个物体绕另一个物体

    运动时的轨迹图形(例如，地球围绕太阳转，以及月亮围绕地球转的轨道)。他

    们研究引力是否影响物体的轨迹，我们现在称之为“平方反比定律”。引力只是这

    项定律中诸多因素之一，它表示引力随两物体间距平方值的加大而变弱；反之，当间距变小时，引力同比例增大。这种作用力是相互的，两个物体的大小也是决

    定因素之一。比如，一个物体是地球——巨大的地球，另一个是苹果——微不足

    道的小苹果，那么几乎全部的引力都来自地球。第12章中曾讲到伽利略利用“平方”解释过自由落体，后面我们还会陆续看到它的应用，自然界似乎很喜欢用“平方”

    把事物连接起来，无论是时间、加速度还是引力。所以，当你用到平方的时候(

    写成3×3＝9，或者32)，想象一下“自然”会心的微笑吧。

    哈雷的到访中断了牛顿对神学和炼金术的迷恋。牛顿转入正轨，并且开始撰

    写他最辉煌的、科学史上最伟大的书籍之一：《自然哲学的数学原理》(Philoso

    phi? Naturalis Principia Mathematica，为牛顿用拉丁语所撰写)，现在我们简称

    其为《原理》。(还记得吗，“自然哲学”是“科学”的旧称。)在书中，牛顿详细

    讲解了他对新数学的应用，还用数字代替文字解释了诸多物理原理。但是此书晦

    涩难懂，在牛顿的有生之年，只有为数不多的几个人能轻松读懂。不过书中传递

    的信息广受赞许，它为观察和描述世界铺设了一条全新之路。

    牛顿把他那著名的运动三大定律写进了《原理》。他对世界和天体的大部分

    观点都蕴含在这三条定律中。牛顿的第一条定律表明任何物体在不受任何外力时

    总保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力作用迫使它改变这种状态为止。例

    如，如果没有风、雨或人等运动的外因，山边的岩石将永远一动不动；如果它被

    推动了，那么在没有干扰力(摩擦力)的情况下，它也将一直沿直线滚动下去。

    牛顿第二定律阐述了外力可以改变运动物体的速度和方向。改变的力度取决于外力的大小，改变的方向沿作用力方向进行直线运动。假设空中飘着一个气球

    ，你推一下它，它会移向另一边；你从上往下压它，它会快速地下落。

    第三条定律总结出任何力都有一个相等的反作用力，即两个物体间的力相互

    作用，大小相等，但方向相反。你可以再拿气球试试，你拍它一下，它便会离开

    你的手，同时也在你的手上留下一个力(你能感觉到的)。如果你猛击一块巨石

    ，石头不会动，可是你的手会被弹回来，而且很疼。这是因为轻的物体很难克服

    反作用力而去影响重的物体。(这和引力是同一个道理。)

    这三条定律综合解决了早期自然哲学家困惑的问题。借牛顿之功，从行星运

    动到弓箭离弦，很多现象都有了解释。根据运动定律，我们可以把整个宇宙看作

    一台巨大的、有规律的机器，就像一块能计时的表一样，它有自己的弹簧、杠杆

    和运动。《原理》被奉为蕴含无限能量的天才之作，它把一个离群索居、惹是生

    非的人变成了名人。牛顿被任命为政府铸币厂的厂长，统筹城市经济，而且月薪

    不菲。他忘我地投入到新工作中，带着极大的热情追究伪造货币者，监督国家的

    货币供应。为此，牛顿不得不放弃剑桥的一切搬到伦敦。身为皇家学会的会长，牛顿在伦敦度过了生命的最后30年。

    在伦敦的那些年里，牛顿对《原理》做了精心的修订，不但补充了一些后期

    的作品，而且回应了各种质疑。科学家一贯如此。罗伯特·胡克去世不久，牛顿出

    版了第二本光学著作《光学》(Opticks，1704)。牛顿和胡克就谁率先在他们共

    同的实验中得出结论，确定了光的性质和运动规律而争论了很久。牛顿差不多在

    40年前就为这本书做了大量的准备工作，但是胡克在世的时候，他却迟迟没有将

    其出版。《光学》和《原理》一样无可替代。我们在后面的章节还会介绍书中的

    某些论点，那将是其他科学家站在牛顿肩上之时。

    牛顿是第一个获得爵士头衔的科学家。作为艾萨克爵士，他享有权力，却并

    没有体会到快乐。他不能算是一个可爱的人，但他是一个伟大的人。纵观历史，他是最勇于创新的科学家之一。我们应当永远铭记他对人类了解宇宙所做出的杰

    出贡献。牛顿的《原理》是开普勒、伽利略、笛卡儿等很多人曾经勇敢追逐过的

    天文学和物理学的巅峰之作。他在书中把天体和地球归纳在一个系统中，总结出放诸四海而皆准的定律。牛顿用数学和物理的方法解释了行星的运动和物体落地

    的运动。他奠定的物理基础被科学界一直沿用到20世纪，终于，爱因斯坦等人证

    明，原来宇宙间还有更多艾萨克爵士没有考虑到的事情。第17章

    耀眼的电火花

    你有没有好奇过稍纵即逝的闪电到底是什么，为什么还有隆隆的雷声尾随其

    后？电闪雷鸣在高空狂野地上演，即使你知道它们的成因，照样会觉得它太不可

    思议。闪电经常会击中地面，所以18世纪早期就有科学家对落在家门口的闪电穷

    追不舍(免费书享分更多搜索@雅书.)。

    科学家同时也在苦苦思索磁力问题。古希腊人知道，使劲儿摩擦琥珀可以把

    附近的小东西吸过来。这股力量的来源在那时是一个深奥的问题。它似乎和另一

    种石头——天然磁石——能持续吸引含金属物体的力不是一回事。就像北极星可

    以指示方向一样，天然磁石可以引导旅行者；它是一块特殊的石头，悬浮的时候

    会随意摆动，但总是指向磁极。英国医生威廉·吉尔伯特(William Gilbert)于160

    0年在文章中提到“磁力”一词。人们习惯用这种矿石把针磁化，在16世纪中叶的哥

    白尼时代，海员已经使用原始的罗盘识别方向，依据就是罗盘转动时指针总有一

    头指向北方。电流和磁场引发的有趣效果是学术界津津乐道的主题，也是普通人

    茶余饭后的游戏。

    不久，人们发现如果让一个玻璃罩绕着一个点旋转并且摩擦它，可以获得更大的能量。当火花被聚集到玻璃上的时候，你不但能感觉到，而且能听到声音。

    这个设备就是莱顿瓶的雏形。以诞生地命名的莱顿瓶是一名大学教授于1745年在

    荷兰莱顿发明的。这个仪器是这样的：用一条金属丝把一个装有半瓶水的瓶子和

    发电机连接起来。这根连线叫作“导体”，它可以把神秘的能量“引”入有水的瓶子

    ，然后将其储存在里面。实验助理在实验过程中碰到了瓶壁和金属丝，突如其来

    的电击让他以为自己必死无疑。实验报告出来后引发轰动，莱顿瓶供不应求。曾

    经有10个僧侣手拉手地尝试：第一个人触摸莱顿瓶和导体的时候，所有人都同时

    受到一震。电击似乎可以从一个人传到另一个人。

    这到底是什么？除了用来娱乐之外，这是一系列亟待解释的严肃的科学问题。就在五花八门的说法满天飞的时候，有一个人捋清了头绪。他就是本杰明·富兰

    克林(Benjamin Franklin，1706—1790)。你应该知道他是美国的开国功臣，在

    美国成功地摆脱英帝国统治获得独立的时候，他参与起草了1776年的《独立宣言

    》。他机智诙谐，受人欢迎，而且具有一种亲民的智慧。比如，他说过“时间就是

    金钱”和“在这个世界上，除了死亡和税收，再没什么是可以确定无疑的了”。当你

    坐在摇椅上，或看见有人戴着双焦镜的时候，不要忘了这些都是富兰克林的发明。

    富兰克林通过勤奋地自学获得了渊博的知识，包括科学。无论是在法国、英

    国还是美国，他都如鱼得水。他那个著名的风筝实验就是在法国完成的。18世纪

    四五十年代，很多人痴迷于莱顿瓶，富兰克林也不例外。人们借他之手眼界大开。首先，富兰克林发现了正极和负极，就是你在电池两头看到的“+”和“-”号。他

    说，在莱顿瓶里，金属导线和水是电流的正极，即“+”，瓶子外面是负极，即“-”。正极和负极带有同等电量，互相抵消。富兰克林通过进一步实验证实，真正的

    电能储存在玻璃里。于是，富兰克林在两片铅之间加进一块玻璃做成了一种“电池”(英文中“电池”一词是他创造的)，把它和电源连接便可以开始充电。遗憾的是

    ，他没有继续深入地研究下去。

    富兰克林并不是第一个对地上的人造电火花与天上闪电之间的关系冥思苦想

    的人，但他是第一个用莱顿瓶探寻个中原因的人。富兰克林设计了一个巧妙而危险的实验。他推断大气中的电聚集在云的边缘，就像莱顿瓶那样。空中雷声轰鸣

    ，层云翻滚，当两片云碰撞的时候，就会有电释放出来——一道闪电划过。富兰

    克林在一场暴雨里放飞了一只风筝以验证自己的推测。放风筝的人必须做好绝缘

    保护(在风筝轴的把手上涂蜡)和“接地”(他把电线的一头绕在身上，另一头拖

    在地上)。如果没有这些防护措施，他可能遭到雷击而丧命。的确有一个倒霉的

    实验者因为没有遵守富兰克林的步骤而命丧黄泉。风筝实验证明，闪电的电和莱

    顿瓶里的电一模一样。

    一开始是引力，现在是电学，天空中和大地上的事物之间的联系变得越来越

    紧密。

    富兰克林对电的研究迅速得到实际应用。他发现一根带有尖头的金属杆可以

    把电引向地面，那么在建筑物的房顶上安装这样一根杆子，再用一个绝缘体一直

    连到地面，就算被闪电击中也不会着火了。那时的建筑几乎都是木屋，偶尔还有

    茅草搭的顶棚，防火是头等大事。因此避雷针应运而生，它的名字自始至终没有

    变过，即使到了现在，我们也会在诸如洗衣机、冰箱一类的电器插头里加入一根

    绝缘线分导多余的电荷，这就是地线。富兰克林给自己的房子装了一根避雷针，消息不胫而走，于是避雷针变得随处可见。人类对电的了解带来了深远的影响。

    电学是18世纪最让人兴奋的科学领域，层出不穷的“电学专家”对现代电学的

    贡献劳苦功高。其中有三位远近驰名的杰出人物。第一位是喜欢琢磨电子设备和

    动物的路易吉·加尔瓦尼(Luigi Galvani，1737—1798)。他是医生也是老师，在

    博洛尼亚大学教授解剖学和产科学(有关分娩的医学)。不过，他对物理学的兴

    趣更浓厚一些。在研究肌肉和神经的关系时，加尔瓦尼发现当用电刺激青蛙的神

    经时，青蛙的肌肉就会收缩。深入观察后，他把肌肉比喻成可以生成和释放电流

    的莱顿瓶。加尔瓦尼说，电流是动物重要的组成部分，他称之为“动物电”，并且

    认为这是动物身体机能的基本要素。事实证明他是正确的。

    物体释放表面电流的时候会制造静电电击，也称作“流电刺激”。科学家和电

    学家利用电流表测算电流。但是，加尔瓦尼的“动物电”学说却成了众矢之的。反

    应最强烈的是来自意大利北部科莫的科学家亚历山德罗·伏打(Alessandro Volta，1745—1827)。他很看不起那些涉足物理界的医生，所以他准备出手推翻动物电

    学说。伏打和加尔瓦尼就后者的实验公开辩论。伏打做了充分的准备，要使加尔

    瓦尼一败涂地。首先，他在电鳗身上进行实验，发现确实有电流产生。但他相信

    尽管如此也不能增强加尔瓦尼动物电学说的说服力。更重要的是，后来伏打发现

    把锌和银一层层地堆起来，中间用湿板隔离之后，也可以产生上下贯通的电流。

    他把这个成果命名为“电堆”，并报告给了伦敦皇家学会。就像莱顿瓶一样，电堆

    在英国和法国引起了轰动。

    那时，法国正急于征服北意大利，法国皇帝拿破仑·波拿巴听说此事后授予这

    名意大利物理学家一枚勋章。19世纪初期，伏打电堆无可替代地成为实验室研究

    的稳定电源。它提高了富兰克林电池的实用性，从此电池成为我们生活中必不可

    少的物品。我们通过电能的计量单位“伏特”永远记住了伏打本人——下次你换电

    池的时候可以看看包装上有没有这个词。

    第三位伟大的电学家(也是令人钦佩的数学家)叫作安德烈-玛丽·安培(And

    ré-Marie Ampère，1775—1836)，我们用他的名字“安培”命名了另一个电的计量

    单位——电流。安培的父亲在法国大革命期间被送上断头台，大革命留下的伤痛

    伴随了他的一生。他的个人经历十分悲惨。他深爱的结发妻子在生第三个孩子时

    离世，第二任妻子整天闷闷不乐，最终与他离婚。安培的一生总是在为钱发愁，子女们处境凄苦。虽然安培的生活一团糟，但是他总结出了一些数学和化学的基

    础知识，尤其重要的是创立了他自称为“电动力学”的学科的基本原理。这是一门

    把电与磁连在一起的复杂学科。删繁就简，安培用一目了然的实验证明，磁性就

    是运动中的电。迈克尔·法拉第(Michael Faraday，1791—1867)和詹姆斯·克拉克

    ·麦克斯韦(James Clerk Maxwell，1831—1879)的工作巩固了他的学说。(我们

    很快就会详细地了解这两位后来的电磁学巨星。)虽然后来的科学家证明安培理

    论的很多细节并不适用，但是他开启了电磁学研究的先河。请务必记住，有时出

    错也是科学的一部分。

    安培去世的时候，人们在研究电力的科学之路上已经走了很久，差不多可以

    把它掌握于股掌之间了。富兰克林的工作也日趋平常， ......