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啟發的力量
科學的道路充滿著重重險阻,時常會出現山窮水盡疑無路的絕境,如果善於尋找和捕捉「啟發」,並且樂於接受別人或別的學科的「啟發」,往往就能絕處逢生,迎來柳暗花明又一村的美景。
 
 
 
翻開自然科學史冊,可以看到歷史上重大的科學發現都有「啟發」的一份功勞。科學的道路充滿著重重險阻,時常會出現山窮水盡疑無路的絕境,如果善於尋找和捕捉「啟發」,並且樂於接受別人或別的學科的「啟發」,往往就能絕處逢生,迎來柳暗花明又一村的美景。追溯一下科學史上互相「啟發」的故事,對於我們的科學研究工作必然有所幫助。

天上的太陽和地下的地震

天文學負責研究「天上」,而地震發生在「地下」,卻萬萬沒想到二者之間有著密不可分的關係。因此,天文學、物理學、地質學、生物學、數學、化學等結下了不解之緣。

研究太陽黑子的活動本來是天文學家的範疇,但是太陽黑子的研究成果卻給地震學、氣象學帶來了很大的啟發,尤其是為地震預報開闢了一條新的途徑。中國早在西漢時期就有了關於太陽黑子的記載,而西方的伽利略(Galileo Galilei, 1564 -1642)在1610年用他的望遠鏡首度觀察到太陽黑子的現象。1843年的施瓦布(Samuel Heinrich Schwabe, 1789 -1875)首先發現太陽黑子數有周期性的變化,周期約為10年。後來,1852年沃爾夫(Johann Rudolf Wolf, 1816 -1893)根據大量觀測資料,得出平均周期是11.1年。

太陽上的黑子活動給地球帶來很大的影響。太陽黑子爆發時,強烈的粒子流撞擊在地球的電離層上,把大氣高層壓低了一些。如此一來,地球就像「在做自旋旋轉的舞者把手靠近自己身體」一樣,這樣的地球獲得了附加的加速度,造成地球自轉速度的不均勻。

這一事實的發現大大啟發了地質學家,使他們從原本埋頭注目「地下」,開始抬頭凝視「天上」的動態。地球自轉速度的不均勻引起地球內部應力變化和地球板塊斷裂的復活,太陽黑子活動對地震的觸發作用逐步被人們所重視。特別是在1960年時發生的智利大地震,正由於當時「太陽黑子」的觀測研究工作而引發了很大的推動作用。

在20世紀的50年代,一些主張太陽黑子活動導致地震發生的科學家曾預言:在1950年代末和1960年代初,地球上將發生特大號的地震。理由是這一期間正好是太陽黑子的11年周期,也是百年周期和數百年周期重疊的時期。果然,事實證明了他們的預言:1960年5月22日在智利發生了迄今最大規模的8.9級大地震。

自此以後,世界上的地質學家都著重研究地震和太陽黑子活動的關係。比如說:中國的地質學家統計了1955~1977年之間,中國破壞性地震和太陽黑子活動的關係,也發現互相有正比關係。太陽黑子的研究大大啟發和幫助人們了解地震的真面目,也為地震預報提供了極其有用的線索。

演化論和地質學

達爾文(Charles Robert Darwin, 1809 -1882)和賴爾(Sir Charles Lyell, 1797-1875)在科學研究中相互啟發的佳話很值得一提。

「生物演化論」的創立者達爾文當初並不是個演化論者,他在英國劍橋大學讀書時,對於神創論、物種不變論是深信不疑的。於1831年12月17日,達爾文手裡拿著聖經,腦袋裡裝著物種不變論,踏上了去世界各地考察的貝格爾號軍艦(The Voyage of the Beagle)。

歷時5年的環球旅行,千辛萬苦的大自然界考察使達爾文轉變,物種變異的大量事實教育了他,開始向演化論邁進。在達爾文演化論思想的發展過程中,地質學家賴爾曾給達爾文非常深刻的啟發,推動和加速了達爾文的演化論背後基礎的建立。

達爾文在搭貝格爾號軍艦的航行期間,經常閱讀賴爾的名著《地質學原理》。在這本著作中,賴爾論證了地層變化與古生物化石之間的密切關係:地層年代越老,生物類型與現存的物種差別越大,地層的變化反映了生物的進化歷史。賴爾的這種「漸變論」思想恰好和達爾文所見到的情況十分符合,因此達爾文一直把《地質學原理》帶在身邊,做為他進行生物考察的指南。達爾文後來深有感觸地說:「看了這本書一定會得到益處,反對常識的異教徒必須投降。」

在這部著作的啟發下,達爾文不僅掌握了地層和古生物化石的關係,更重要的是孕育了他的演化論思想。為了感謝賴爾的啟發之恩,達爾文後來把他的《考察日記》第二版獻給了賴爾,首頁上的獻詞是這樣寫的:「謹以感謝和愉快的心情把本書的第二版獻給皇家學會會員查理士‧賴爾先生。這本日記以及作者的其他著述,如有任何科學價值,主要是由於讀了那本著名的,可欽佩的《地質學原理》得來的,特此致謝。」

啟發是相互的。賴爾雖然在地質學領域中主張「漸變論」,可是在生物學領域中,特別是在人類的起源和發展的問題上,卻堅持「物種不變」的錯誤觀點。達爾文曾和賴爾多次交談,廣泛地交換意見。賴爾在「生物演化」的大量事實面前,終於接受了「生物演化」的理論。於是,他在《地質學原理》第十次修改時,重新改寫有關物種方面的章節,拋棄物種不變論,引用了生物演化的觀點,用生物學的演化論進一步證實地質漸變論,使他的地質學研究更上一層樓。

外科手術和微生物學

李斯特(Joseph Lister, 1827-1912)受益於巴斯德(Louis Pasteur, 1822 -1895),也是「啟發」作用的表現之一。

19世紀的歐洲,醫學還很落後,尤其是外科手術。當病人進行外科手術後,恢復健康的人數很少,大多死於傷口感染。英國外科醫生李斯特曾做過一個統計,他的病人有45% 死於手術後,其他的外科醫生則在每5個病例中,只有1個成功的紀錄。傷口感染導致的原因究竟在哪裡呢?李斯特長期思考、摸索著,但是並沒有找到答案。此時,法國微生物學家巴斯德發表了關於有機液體腐敗和發酵的研究成果,證明有機液體的腐敗和發酵是由微生物引起的。巴斯德的研究成果給予李斯特很大的啟發。

李斯特如獲至寶地閱讀了巴斯德的著作,使他聯想到病人傷口化膿也許就是因為微生物引起的一種腐敗現象。於是他開始尋找殺死微生物的化學方法,經過多次試驗,終於在1865年發現從煤焦油中提煉出的一種名叫「酚」的物質能起良好的防腐作用。他用酚水溶液噴灑他的手術室和病人的傷口,使手術後的化膿現象大為減少,死亡率從原來的45% 下降到15%。

為了感謝巴斯德對他的啟發,1874年時,李斯特寫信給巴斯德,說道:「請你允許我趁這機會恭恭敬敬地向你致謝,感謝你指出微生物的存在是傷口腐敗的真正成因,就因為根據這唯一可靠的原理,才使我找出了避免傷口感染的方法。」正因為如此,1892年當巴斯德70歲生日時,李斯特特地趕到巴黎慶賀,以表達他對巴斯德的謝意與敬意。

燃素論和氧氣

18世紀的化學界,完全籠罩在「燃素說」的濃霧之中。法國化學家拉瓦錫(Antoine Lavoisier, 1743 -1794)獨樹一格,決心擺脫燃素說的束縛,尋求燃燒的本質。

現在我們都知道:「燃燒」就是物質和空氣中的氧氣發生激烈化學作用,而放出光和熱的過程。但是,當時的拉瓦錫並不知道空氣中有氧氣,他的研究工作遇到很大的困難。正值此際,英國化學家普利斯特列(Joseph Priestley, 1733 -1804)的實驗給他帶來了非常大的啟發。

英國化學家普利斯特列在1744年做了一個重要的實驗,他在加熱氧化汞的過程中發現了一種氣體,它能促使物體燃燒,這種氣體就是氧氣。但是,普利斯特列是個燃素論者,氧氣來到他的鼻尖之下卻白白地溜了過去,他從燃素論的觀點出發,把這種氣體稱為「失去燃素的空氣」。兩個月後,普利斯特列來到了法國巴黎,他應邀拜訪了好客的拉瓦錫,他們在吃飯時,普利斯特列談起自己兩個月前的新發現。飯後,他在拉瓦錫的邀請下,把自己的實驗表演了一遍,拉瓦錫看後深受啟發。

當送走普利斯特列之後,拉瓦錫立刻回到自己的實驗室,馬上動手做氧化汞的分解實驗。經過反覆實驗,終於使拉瓦錫得出了這樣的結論:空氣是由能夠助燃的「氧氣」和不能助燃的「窒息」氣體 ─ 即「氮氣」─ 所組成,從此揭開燃燒之謎,推翻「燃素論」,使人類對「燃燒」現象的認識大大地推進了一步。

電生磁 磁生電

發現「電磁感應」的英國科學家法拉第(Michael Faraday, 1791-1867),在他早期科學活動中,主要是協助化學家戴維(Humphry Davy, 1778 -1829)進行化學研究。他後來之所以能夠進行更多的物理學研究並做出重大貢獻,和丹麥科學家奧斯特(Hans Ørsted, 1777-1851)的啟發是密不可分的。

1820年奧斯特發現了一個有趣現象:一根通過電流的鐵絲能夠吸引附近的鐵針,使鐵針轉動。這現象說明:電流能引起磁力。

奧斯特的發現在法拉第的腦海中頓時激起陣陣漣漪,他想:既然電流能引起磁力的現象,反過來說,磁石能不能引起電流的產生呢?於是法拉第開始研究「磁轉為電」,經過10年的努力,1831年法拉第終於發現了電磁感應現象。飲水思源,法拉第的發現可歸功於奧斯特的啟發。

輻射線的好與壞

「啟發」的力量往往還會引發一系列的「連鎖反應」。

1895年法國科學家倫琴(Wilhelm Conrad Röntgen, 1845 -1923)發現了倫琴射線,也就是現在所謂的X射線。這件事啟發了法國科學家貝克勒爾(Antoine Henri Becquerel, 1852 -1908),促使他發現了「輻射線」。

居里夫人(Marie Sktodowska-Curie, 1867-1934)也受到了輻射線的啟發,發現了釷、鐳等放射性元素。並且在鐳的研究中,皮埃爾‧居里(Pierre Curie, 1859-1906)戲劇性地被放射性元素 ─ 鐳 ─ 所「燙傷」,引起了戴洛醫生的注意,啟發他有系統地研究鐳的射線對動物的影響,開創了用放射性元素的輻射線治療疾病的道路。

今天的自然科學有如一個百花爭豔的大花園,光彩奪目,趣味盎然,不但一門門新學科破土而生,就是那些古老的學科,也幾經「推陳出新」開出了朵朵新蕾。在今天的眾多門學科中,每一門學科都有一定的深度與難度,需要人們用畢生精力研究。在這種情況下,更需要注意「啟發」的作用。

但願這篇文章能幫助各位,在共同努力、互相借鏡、互相「啟發」之下,迎接科學園地的美好未來。
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