方舟子的Blog

    近年来国内有不少人倡导把中国传统文化中的某些内容（例如卜卦、风水、中医）树立为“东方科学”，以与被称为“西方科学”的现代科学相对抗。“东方科学”的主要特色，就是建立在阴阳五行的基础上的。“东方科学”在国际上没能获得承认的原因，据说是由于西方人理解不了阴阳五行。其实在西方历史上，也曾经流行过类似阴阳五行的学说，统治西方思想界达两千年之久，那就是源自古希腊哲学的四元素学说。这个思想体系非常精致、巧妙而庞杂，其“博大精深”的程度丝毫也不比阴阳五行说逊色。

    这个思想可以一直追溯到西方第一位哲学家泰勒斯（约公元前625-547），他是第一个尝试完全用自然因素解释自然现象的人，并提出了这么一个大问题：物质归根结底是由什么构成的？他猜测宇宙万物都是由同一种基本元素构成的，那就是水。

    其他古希腊哲学家都跟着思考这个问题，但是分别给出自己的答案，连师生都会为此互相吵架，真正是“吾爱吾师，吾更爱真理”。例如泰勒斯的学生阿那克西曼德（约公元前610－546）认为基本元素不可能是水，而是某种不明确的无限物质。阿那克西曼德的学生阿那克西美尼（约公元前585－525）则认为基本元素是气，气稀释成了火，浓缩则成了风，风浓缩成了云，云浓缩成了水，水浓缩成了石头，然后由这一切构成了万物。那位留下了“人不能两次走进同一条河流”这一名言的赫拉克利特（约公元前535－475）认为万物由火而生，所以永远处于变化之中。

    恩培多克勒（约公元前490-430年）对此来个兼容并包，综合了前人的这些看法，再添加“土”，就有了水、气、火、土四元素。特别看重几何学的柏拉图（公元前427－347）把四元素几何化，认为组成它们的原子形状分别是体现其性质的一种正多面体：火原子是最为锐利的正四面体，气原子是几乎让人感觉不到的正八面体，水是像小球一样滑溜的正二十面体，土是能够堆砌起来的立方体。

    正多面体共有5种，还剩下一种正十二面体没有元素可与之对应，柏拉图说它是神用来排列天空的星座的。柏拉图的学生亚里斯多德（公元前384－322）认为组成天体的元素与地球不同，是纯粹的“以太”。多了这一第五元素，各种元素倒是可以和各种正多面体一一对应了。不过亚里斯多德不像他的老师那样痴迷几何学，对这种做法并不感兴趣。

    亚里斯多德把四元素学说发展成了一个能自圆其说的体系，看上去很迷人。例如，这个学说能解释为何宇宙以地球为中心，井然有序：土最重，组成了地球的核心；水较轻，覆盖在地球的表面；气、火更轻，笼罩着地球或向上飘扬；以太最轻，位于天上，绕着地球运行。

    亚里斯多德认为，四种两两互相对立的原始性质才是世界万物的本原：冷－热、干－湿。不同的元素是由这些性质按不同比例组合而成的。火是热加干，气是湿加热，水是冷加湿，土是干加冷。因此元素之间是可以相互转化的。例如，把水加热，水中的冷被热取代，水就变成了气。

    四元素学说渗透进了西方传统学术的各个方面，影响最为深远的，是西方医学之父希波克拉底（约公元前460－370）据此提出的四体液学说。它认为人体有四种体液分别与四种元素相对应：由肝制造的血液（气），肺制造的粘液（水），胆囊制造的黄胆汁（火）和脾制造的黑胆汁（土）。人之所以会生病，是由于四种体液失去了平衡所致，治病就是要让体液恢复平衡，因此衍生出了放血、发汗、催吐、排泄等疗法。西方传统医学用整体的观念看待人体和疾病，主要用草药入药，认为不同的草药有不同的冷－热、干－湿属性，可以借助它们让体液恢复平衡。处方往往同时用很多味草药，讲究不同草药之间的相互搭配。这些观念和做法都与中国传统医学很相似。

    第一个认真地质疑四元素学说的学者是英国化学家波义耳（1627-1691）。他在1661年发表《怀疑派的化学家》，对古代元素学说进行了批判，认为它们都不是真正的元素。他提出，元素应该是指既不能由其他物质生成，也不能相互转换，无法再分解的某种原始、简单的东西。他并提出，元素的种类有很多，什么东西能被算是元素，要用实验来确定。对古代元素学说的否定，可以视为化学创建的一个标志。四体液学说的寿命还要长一些，直到19世纪还有很多医生相信，随着现代医学的兴起才遭到了彻底的否定。现在西方学界实际上已无人还相信四元素学说，但是在民间还有人信奉，例如星相术仍然把它当成理论依据之一。

    四元素说其实并不是很离谱，可以把它看做是四种物质形态的象征：土、水、气、火分别对应着固态、液体、气态、等离子态。但是那毕竟只是古人对世界本源的一个充满臆想的朴素看法，不管其体系是多么的博大精深，在现代科学兴起后，在西方就被无情地抛弃。而更为简陋的阴阳五行说却至今风靡中国学界，甚至被当成了科学，继续用它来指导治病看风水，这倒是很有东方特色的。还有人幻想用“东方科学”来拯救“西方科学”、西方文明，则是对西方思想史的无知。

2009.8.2

（《中国青年报》2009.8.5）

                                 科学家也是人（代序）

    科学史是一部充满争议的历史。一方面，科学问题，特别是重大的科学问题，往往是在激烈的争论中得到解决的。另一方面，科学家的所作所为，有时也会引起争端。

    本书介绍的，就是围绕着科学家的品行的争议。这里面，有的是人人知道、举世敬仰的大科学家：伽利略、牛顿、达尔文、巴斯德、爱因斯坦……，有的科学家你可能从没有听说过，但是他们也曾经有过惊人之举。

    本书介绍的事件，有的是你从小就耳熟能详的：布鲁诺由于信仰日心说被烧死、伽利略在比萨斜塔做落体实验、凯库勒在梦中发现苯环结构、弗莱明偶然发现青霉素……，但是你读到过的，可能只是一个简化的、歪曲的、乃至编造的版本。这里将试图还原事实的真相。还有的事件，你可能闻所未闻，但是一样的扑朔迷离、曲折有趣。

    由于科学力量的伟大，让科学家也跟着沾光，在一般人的心目中科学家有着无比崇高的地位。但是科学家也是人，人性的弱点和光辉他们也都具备。科学家中有卑劣小人，他们浮夸、造假、剽窃、侵吞别人的成果……。科学家中也有高尚的圣人，他们睿智、诚实、勇敢、坚强、谦逊……。

    当然，科学家中更多的是凡人，他们的道德水平并不普遍高于一般人。科学家未必高尚，这并不能成为怀疑、贬低科学的理由。只要科学家在从事科学研究时是诚实的、符合学术规范的，就是个合格的科学家。科学方法之奇妙，就在于它能够超越人性的弱点，通过有着种种人性弱点和主观偏见的研究者，最终得出客观的研究结果。科学家造假即使能够欺骗一时，却不可能长期欺骗下去，最终不可能影响科学结论。但是这绝不意味着我们应该宽容造假，因为它能够妨碍科学的发展。

    “读史使人明智”、“科学使人深刻”（王佐良译培根语），读科学史能使人既明智又深刻。希望你在阅读了本书之后，能对科学研究这个行业有更清醒的认识，对科学方法有更深刻的理解，从而更能感受科学的魅力。

       方舟子     2009年5月30日

推荐

一本饶有趣味，继承《春秋》笔法——“不溢美，不虚饰，不为贤者讳”的好书。

——中国科学院院士、理论物理研究所研究员  何祚庥

很多人对科学家的理解，来源于美化了的故事；有些科学家也编造一些漂亮的故事。这些都导致人们对科学家有不切实际的幻想。本书将一些科学史上的原本故事，讲给大家听，使人们对科学家有更真切的了解。

——北京大学生命科学学院院长  饶  毅

科学家的逸事广为流传，其中也有不少是以讹传讹，甚至是蓄意捏造的。本书的各个公案不仅以翔实的史料还原真相，而且以生动的故事告诉我们：科学家也是人，人性的一切弱点也同样会反映在科学家身上，然而，由于科学体制本身具有完善的纠错机制，科学仍然可以成为最可靠的知识体系。

——清华大学自动化系教授  赵南元

爱因斯坦信上帝吗？——方舟子解读科学史著名谜团

方舟子 著
广西科学技术出版社2009年8月第1版
书号：ISBN 978-7-80763-312-9/N-4
定价：25元
212幅插图
263页

目录：

科学家也爱当赌徒？
被冤枉的数学家
布鲁诺是不是科学烈士？
伽利略有没有做比萨斜塔实验？
牛顿－胡克之争
牛顿－莱布尼茨之争
石头也能说谎
数学天才伽罗华之死
谁是海王星的真正发现者？
达尔文－华莱士之让
达尔文－华莱士之争
达尔文是近亲结婚的受害者吗？
达尔文得了什么病？
达尔文晚年后悔创建进化论了吗？
孟德尔豌豆实验是否有假？
孟德尔的发现为何被忽略？
凯库勒的梦中发现之谜
巴斯德是否骗人？
谁发明了阿司匹林？
神秘的N射线
“六〇六”的真实故事
密立根油滴实验是否有假？
“不死的细胞”疑云
“皮尔当人”骗局
产婆蟾的“黑色指垫”
神秘的有丝分裂射线
青霉素的发现
链霉素的发现
卢姆岛上的“有趣植物”
爱因斯坦信不信上帝？
艾弗里为何没得诺贝尔奖
被当成反科学偶像的科学英雄
神秘的“聚合水”
著名心理学家伯特造假事件
白鼠身上黑
达马迪安为何没得诺贝尔奖？
米德是否受骗？
谁发现了艾滋病毒？
轰动全美国的巴尔的摩事件
冷聚变闹剧
一起离奇的学术破坏案件
编造出来的新元素
古人类化石的“心理年代测定法”
美国枪支管制和学术造假
印度也出大学校长剽窃案
明星科学家舍恩浮沉记
波氏兄弟“假的真文凭”事件
加拿大出了一个学术巨骗
“白蚁吃了我的数据”
“最高科学家”的陨落

    公元前213年春天一个阳光灿烂的日子，罗马执政官马塞卢斯率领一支60艘战船的舰队，攻向西西里岛上的希腊城邦叙拉古。

    此时，迦太基统帅汉尼拔正带着大军在罗马大地上游荡。罗马军团不敢与之正面交锋，试图切断汉尼拔大军的补给线。叙拉古正是从汉尼拔的北非老家到意大利这条补给线上的关键港口。叙拉古原来一直与罗马结盟，在3年前汉尼拔大败罗马军团后，就倒向了迦太基。

    罗马拥有当时最强大的海军，每艘战舰有三层甲板，由150名桨手行驶，载着75名士兵，25名军官和水手。其中有8艘战船经过改造，每两艘连在一起，载着一架威力巨大的攻城机。罗马军队用它来攻城，几乎攻无不克。但是马塞卢斯知道这一次非同寻常，因为叙拉古城里住着古代世界最伟大的数学家和工程师阿基米德。阿基米德靠给政府设计武器获得报酬，因此得以衣食无忧地研究纯学术问题。

    当罗马战船驶近城墙时，它们遇到了阿基米德的第一种武器——巨大的投石机抛出大石头，向甲板、桅杆和水兵砸去。有的战船躲过了被砸沉的命运，驶得更近了，这时阿基米德的第二种武器派上了用场，小型的投石机从墙洞射出石头，虽然石头较小，但是速度更快，更密集，罗马水兵纷纷被击落水。有一些战船还是驶到了墙底下，开始攻城了。这时从墙头伸出一根根又长又粗的木梁，扔下沉重的铅块，把战船和攻城机砸烂。然后，罗马水兵见到了他们从未见过的奇怪武器：一架架起重机从墙后伸出来，晃动铁爪，钩住了船头，把战船垂直地吊起来，一松开铁爪，战船就被翻了个底朝天。马塞卢斯见了此情此景，感叹道：阿基米德在用我们的船从海里舀水。

    最后，神奇的一幕出现了。一群叙拉古士兵出现在墙头，一致地晃动手臂，一道白光射向一艘还在一箭之遥的战船，这艘船就被点燃了。然后又射向第二艘、第三艘……罗马战船一艘艘地烧了起来，马塞卢斯赶快下令撤退。在这场被马塞卢斯称为罗马舰队与阿基米德一个人的战争中，阿基米德取得了胜利。马塞卢斯必须另找攻占叙拉古的办法。

    这一切真的发生过吗？

    我们可以确定发生过这场战斗，而且罗马舰队被击退了。同样可以肯定的是阿基米德设计的武器在击退罗马人的战斗中发挥了关键作用。可靠的记载表明罗马舰队饱受石头、铅块的狂轰乱砸，也遭遇铁爪起重机的重创。但是早期的记载都没有提到阿基米德还用了能点燃战船的秘密武器，甚至根本就没有提到罗马战船起火了。

    到了公元2世纪后期，罗马诗人卢坎才首次说到阿基米德用科学办法把敌人的船只点燃。此时距离这次战斗已过了400年，而且卢坎也没有具体地说阿基米德用的什么办法，可能只是用了更普通一些的点火办法，例如向甲板抛掷装了硫磺、油脂、沥青的火罐。还要再过300年，才有一名希腊数学家首次记载，根据传统说法，阿基米德用镜子点燃了一箭之遥的敌人舰队。

    可见这个传统说法缺乏可靠的史料，很可能只是一个传说。这个传说有没有可能是真的呢？有一点是可以肯定的，阿基米德研究过光学，显然知道用凹面镜能够聚焦阳光。但是当时的技术是制造不出一面足够大的凹面镜的。替代办法是用很多面平面镜排列成一个抛物面，同样能够聚焦阳光。传说阿基米德就是这么设计的，让许多士兵人手一面镜子，排成了一个镜子阵。

    阿基米德掌握了足够的光学知识能设计出这种光学武器。但是这样的武器真的能派上用场吗？轻信的古人从不怀疑，文艺复兴之后就不同了。笛卡儿认为那是虚构的故事，而布封却在1747年用实验证明阿基米德能够办到。布封用168面20×15厘米的镜子聚焦阳光，点燃了大约50米外的木头。1973年，希腊科学家试图重现当时的情景。阿基米德时代古希腊人还不会生产玻璃镜子，只能用的是铜镜或磨光的盾牌。在雅典的一个海军基地，士兵们举起了70面1.5×1米的铜镜，瞄准了50米外的一艘小木船。起初，许多人没法聚焦，经过反复练习后，终于对准了，几秒钟后木船开始冒烟，很快就烧了起来。

    2005年10月，麻省理工学院的学生在校园里做了演示，把127面30×30厘米的镜子对准30米处的木船模型。对准大约10分钟，木头烧了起来，他们让它烧了一分钟再扑灭，在木板上烧出了一个洞。随后他们到旧金山，对停泊在海上的真木船做实验。这回用了300面镜子，让船舷冒烟、烤焦，有一个地方出现小火，持续燃烧了2个小时后只烧出了一个小洞。但是并没能点燃木船。

    这些实验结果不足以令人信服，用到实战上就更成问题了：叙拉古士兵如何知道要准确地把光线对准哪一点？即使目标被一致对准了，罗马战船怎么会保持静止一段时间让他们聚焦？浸泡在海水里的战船是否能像干木头那样被点燃？如果点燃了，火势很小，会不会很快就被船上的士兵扑灭？

    即使这一光学武器在理论上可行，在实战中也不实用，还不如发射火箭或用抛石机发射火团更好用。但是它听上去比火箭、抛石机神奇多了，更适合用来讲故事，传说于是出现。就算明知它不可信，人们还是会津津乐道，让它一直流传下去。

2009.7.27.

（《中国青年报》2009.7.29）

    1995年3月16日，纽约心理医生伊凡·戈德堡在一个心理医生网络贴了篇帖子，声称“网瘾障碍”的患者数量正在急剧增长，宣布为此在网上成立“网瘾支持小组”，并列出了网瘾的诊断标准。“网瘾”一词自此面世。不过那是一篇搞笑的帖子，所谓网瘾的诊断标准是参照赌瘾（病理性赌博）的诊断标准列出来的，在网上成立“网瘾支持小组”就和在赌场成立“赌瘾支持小组”一样好笑。戈德堡本人到现在也不相信有“网瘾障碍”这么一种心理疾病。

    但是戈德堡创造出的这个词语却有出乎意料的生命力。有一些心理医生并不把这当成笑话，还正儿八经治起了网瘾。在戈德堡发明“网瘾”一词的第二年，哈佛医学院助理教授玛丽莎·欧扎克就在她工作的医院开了专治网瘾的门诊。她认为自己就是一个网瘾患者，在发现自己玩电子游戏玩上瘾之后才想到这可能是一种新型的心理疾病。

    美国精神病协会编的《心理障碍诊断和统计手册》以及世界卫生组织编的《疾病和有关健康问题的国际统计分类》精神疾病部分都没有把“网瘾”列进去。不过，这两本权威指南的最新版本出版的时间都比较早：前者在1994年，后者在1992年，都在网瘾问题被提出之前。《心理障碍诊断和统计手册》预计在2012年出版新版本，有的专家提议把网瘾列进去，有的则反对。

    我们耳闻目睹有很多人由于沉迷于上网而严重影响到生活、学习、工作，会直觉地认为这是心理有病，但是为什么有些心理学专家反对把网瘾当成一种心理疾病呢？一个理由是，沉迷于某种活动并不等于就是一种病态行为。比如，有很多人整天坐在电视机前消磨时间，也会因此严重影响到生活、学习、工作，是不是该认为这些人得了“电视瘾”，必须加以治疗呢？

    另一个理由是，有网瘾的人往往有其他心理疾病：青少年沉迷于上网，可能是由于有严重的心理发育问题，例如患有注意力缺乏症（即俗称多动症）或缺乏社会交往能力；忧郁症或焦虑症患者把上网聊天做为一种释放心理紧张的手段；有人上网赌博难以自拔是由于有赌瘾，等等。上网过度是这些疾病的表现，但是本身不是病。对这些患者，应该是针对他们患的心理疾病进行治疗。例如，对沉迷于上网赌博的患者，应该是让他们戒掉赌瘾，而不是试图去戒掉网瘾，否则他们即使不上网，也会在网下继续赌博。

    既然学术界在目前对有没有网瘾这种心理疾病还存在很大的争议，并没有权威的诊断标准，又根据什么判定某人是否患有网瘾需要治疗，如何治疗，治疗的效果又是如何呢？提起网瘾，人们很容易想起“毒瘾”、“酒瘾”、“烟瘾”、“赌瘾”。但是网瘾和它们有着显著的不同。毒品、酒精、香烟和赌博都有害无益，戒除它们的目标是做到彻底告别它们，而不是减少使用。例如酗酒者在戒酒时往往要记录自己已有多少天滴酒不沾，如果某一天又开喝了就前功尽弃，必须从头开始戒。但是互联网是一种非常有用的通讯工具，戒除网瘾的目标显然不是要完全放弃上网，否则反而会对生活、学习、工作造成不便。何况对许多人来说，上网是其谋生手段，整天泡在网上是常态，排斥上网反而不正常。

    有一项研究认为，大部分沉迷于上网的人在一年后都自觉减少了上网时间，表明这是一种可以自我纠正的行为。有些人认为自己上网过度，主动寻求心理治疗，当然也是其权利。但是这样的治疗都带着试验性质，就应该遵循医学临床试验的规范和伦理，对治疗方法的必要性、安全性和可行性做恰当的评估。国外治疗“网瘾”的方法和治疗“酒瘾”类似，比如提供心理辅导和采用认知行为群体疗法。这些疗法至少不会对寻求帮助的人造成伤害，符合“首先要无害”的医学伦理。

    国内一度采用电击疗法治疗青少年网瘾，便违反了医学伦理。电击疗法被用来治疗心理疾病，虽然已有几十年的历史，但是也是最有争议的疗法，并有显著的副作用。目前电击只被用以治疗少数几种严重的心理疾病，主要是用以治疗严重的忧郁症，有临床试验研究认为有一定的效果。通过对脑部施加电击诱发抽搐并改变大脑功能，其机理至今不明，但已知能损害记忆和认知功能。

    自上个世纪50年代以来，国际上已普遍采用先对患者进行麻醉再施加电击的步骤，以减轻电击的痛苦。只有极个别国家还在进行不加麻醉的电击。世界卫生组织呼吁在世界范围内禁止不加麻醉的电击。从国内接受电击治疗的网瘾青少年事后痛苦不堪的描述来看，他们显然没有被麻醉，违反了国际惯例和世界卫生组织的要求。这是把电击疗法当成了惩罚措施，是一种很不人道的虐待青少年的行为，对青少年心理和生理健康的危害，可能比网瘾还要大得多。

    在有关电击治疗网瘾的报道受到社会广泛关注后，卫生部终于发函停止了这种做法。但是对一种违背医学伦理并用以赢利的试验性疗法，不应只限于事后姗姗来迟的叫停，还应该追究医院、医生的责任。

2009.7.20

（《中国青年报》2009.7.22.）

针对“阿波罗登月造假”阴谋论，我写过两篇文章：《“阿波罗登月”是否是骗局》、《再说“阿波罗登月”是否是骗局 》，做过视频访谈《辩论会2—美国登月是骗局？》和电台访谈《方舟子在北京新闻广播谈“阿波罗登月造假” 》。已经说得够清楚的了。现在再补充一点新证据。

美国宇航局在上个月发射月球勘测轨道飞行器，于6月23日进入月球轨道，并在7月11日到15日陆续发回阿波罗11号、14号、15号、16号、17号登月点的图片，预计几周内会发回剩下的阿波罗12号登月点图片。以后该飞行器将进入更低的轨道，有望发回分辨率更高的照片。不过从现在发回的照片已可以看出这五次登月遗留下的登月舱，最清楚的是阿波罗14号登月点，还能看到遗留下的科学仪器和宇航员的足迹。我们不能指望这些新证据能改变阴谋论者的观点。他们的思想已僵化，会再抛出一个阴谋论，认为这些照片是伪造的。

    除了一些狂热的原教旨宗教信徒，今天受过教育的人都知道地球和其他行星在围绕着太阳运行。但是在古代，除了少数的另类，人们都相信所有的天体，包括太阳、月亮、行星和恒星，都在围绕着地球运行，地球是宇宙的中心。正如一个人在婴儿时期会觉得全世界都应该围绕着他转，随着长大才慢慢地学会站在别人的角度设身处地思考，人类在其幼稚时期也不可避免地会以自我为中心。各种宗教也在强化着人类的自恋。如果人类是上帝根据其影像创造出来执行其计划的，那么人类居住的地球就没有理由不会是宇宙的中心。

    这种观念也符合人们的日常观察。我们每天早晨都看到太阳从东方升起，傍晚从西方落下，非常直观地表明太阳在围绕着地球运行。同样，每天晚上也能看到月亮、星星都在天空中做周而复始的运动，也表明它们全都在围绕着地球运行。古巴比伦天文学家通过仔细观察天体的运行，甚至能够通过数学计算预测天体的位置。在此基础上，古希腊哲学家首先提出了天体运行的模型。

    特别喜欢几何学的柏拉图也对天体运动做了一番几何抽象，认为天体都是以固定的速度围绕着地球做完美的圆周运动的，看似杂乱无章的行星运动轨迹，都可以看成是几个圆周运动的组合。他的学生欧多克斯据此在公元前4世纪提出了第一个用来预测天体运行的数学模型。他认为天体都位于某个透明的球形壳层上，由这些水晶球层带着它们围绕地球运行，地球位于球层的中心。为了解释同一个天体的不同周期运动（例如月亮除了每天的运动，还有每月的变化），他认为一个天体有多个球层：太阳和月亮各有3个，五颗已知的行星各有4个，再加上最外面的一个恒星球层，总共有27个球层。柏拉图的另一个学生亚里斯多德基本上采纳了欧多克斯的模型，只是做了一些无关紧要的改动（在各个球层之间加了一些不必要的不动球层）。

    古希腊天文学家注意到，行星的运行显得很古怪。恒星在天球上的位置是固定的，而行星的位置却是变化的，运行速度和方向都在变，例如，它们有时运行速度会慢下来，然后反方向运行一段时间。欧多克斯给每颗行星加了4个球层：一个解释行星每天的运动，一个解释行星在黄道带上的运动，另外两个球层的转动方向相反，用于解释行星的逆行现象。但是这并不能完全解决行星的逆行问题。而且欧多克斯的模型还有个缺陷：因为它们是以地球为球心的同心球，每个行星与地球的距离是固定的，那么从地球上看，它们的亮度应该没有变化，而实际上除了金星的亮度大致不变外，其他行星的亮度是会有变化的，表明它们与地球的距离会改变。

    为了解决行星逆行和亮度变化的问题，阿波罗尼奥斯在公元前3世纪末想到了一个解决办法。在他的模型中，天体还继续在以地球为球心的球层上运行（称为均轮），但是它们一边沿着这个大圆圈向前运行，一边又在绕一个小圆圈（称为本轮），也就是说，天体在本轮上绕行，而本轮又在均轮上绕行，这样从地球上看，天体与地球的距离就有所变化，有时会出现逆行。同时，为了解决行星运行在黄道带上的反常运行，阿波罗尼奥斯又提出均轮不是以地球为中心的，而是以偏离地球的某一点为中心的，它们是偏心圆。阿波罗尼奥斯用“本轮”和“偏心”巧妙地保留了柏拉图天文学的两个根本观念：地球是宇宙的中心，天体运行是完美的圆周运动。

    公元2世纪，托勒密根据阿波罗尼奥斯提出的这些观念，补充了一些新观念（认为行星不是做匀速运动，而是等角速运动），并与实际观测结果结合起来，提出了一个能够相当精确地描述天体运行情况的模型，成了古希腊天文学的集大成者，以至现在我们提起地心说天文学，首先想到的是托勒密。

    在以后的一千多年，虽然托勒密模型在西方世界占了统治地位，但是并没有被天文学家们普遍接受。托勒密模型实际上已不认为天体在做匀速圆周运动，破坏了几何之美，这让一些坚信天体必定在做完美的运动的天文学家很不满。而且托勒密的模型非常复杂、繁琐，为了能让其模型符合观测结果，解释天体运行的种种反常，就必须增加均轮和本轮的数量，到16世纪时，据说要用到80个左右的这些轮才能符合当时的观测结果。

    因此有一些天文学家提出其他模型试图替代他们认为存在缺陷的托勒密模型。这些模型也都是以地球为中心的，直到16世纪才出了一个另类——哥白尼（1473-1543）在1543年提出太阳才是宇宙的中心。其实日心说并不是哥白尼首先提出的，它的出现比托勒密模型还要早。在公元前3世纪，古希腊天文学家阿利斯塔克已提出恒星和太阳静止不动，地球和行星在以太阳为中心的不同圆形轨道上绕太阳运行，地球每天绕轴自转一周。

    托勒密模型很难解释的许多天文现象，日心说能够轻而易举地解释。例如行星的逆行问题，很容易解释成是因为行星环绕太阳运行，从同样在环绕太阳运行的地球上观察时产生的视差。

    日心说的另一个优势是可以确定各个行星轨道的次序。在柏拉图的模型中，各个天体与地球的距离从近到远依次是月亮、太阳、金星、水星、火星、木星、土星和恒星。而在托勒密的模型中，这个顺序则是月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星和恒星。最成问题的是水星和金星，究竟哪一个与地球的距离更近，用地心说难以确定。改用日心说模型，则可以确定是金星更靠近地球。

    在地心说模型中，各种天体不管它们多么不同，与地球的距离有多远，都每隔24小时环绕地球一周。这很难让人理解。但是改用日心说模型，这个现象的原因就简单明了：那是地球自转造成的假象。

    日心说也就是地动说，把天体的东升西沉解释为地球绕自转轴自西向东转动造成的假象。但是这带来了新的问题。地球的自转速度应该非常快（按现在的测量结果，在地球赤道上的自转线速度为465米／秒），那么为什么人们觉察不到地球的运动？就像在快速行驶的车上人们能感觉到迎面吹来的风一样，地球以这么快的速度自西向东转，那么就应该有东风持续在吹，为什么没有？我们从塔上抛下一块石头，在它落地的时候，如果地球在自转，它应该落到了后面，为什么还落在塔底？同理，为什么飞鸟和云彩没有被地球的自转甩到后头？这些日常生活的观察似乎都与地动说相矛盾。

    日心说还存在另一个问题。如果地球在绕着太阳公转，在公转轨道的不同位置上观测恒星，应该看到恒星在天球上的位置发生了变化，也就是出现了视差，星座的形状在一年之中会出现变化。但是肉眼和最初的望远镜都看不到恒星视差，星座的形状保持不变，这似乎意味着地球并没有在围绕着太阳运动。看不到恒星视差的真正原因是由于恒星离地球非常远，它们与地球的相对位置的变化极为细微，但是这意味着宇宙非常浩瀚，超出了古代天文学家的想像，所以他们不考虑这种可能性。没有恒星视差被认为是日心说的一个致命弱点。

    另一个观察也对地心说有利。金星的亮度在一年的大部分时间内都差不多，这似乎表明金星与地球的距离保持不变，符合地心说模型，用日心说则难以解释，按日心说，金星和地球都在围绕太阳运转，它们之间的相对位置会发生变化，金星的亮度也应该发生变化。

    由于这些原因，虽然日心说早就有人提出，但是一直没有受到重视。何况阿利斯塔克提出的只是一个简单的定性模型，并不能用于预测天体运行。哥白尼为日心说创建了第一个数学模型，试图与实际观测结果结合起来，但是其精确程度还不如托勒密模型。这并不奇怪，托勒密模型本来就是根据实际观察结果拼凑起来的。其实，在数学上日心说和地心说模型可以做到等价，达到相同的精确程度。但是哥白尼并不是一个很好的天文观测者，而且他的某些观念比托勒密还落后（例如坚持认为天体只能做匀速正圆运动），虽然为了能符合观测结果，他也保留了托勒密模型中的行星本轮，但是精确度仍然不如托勒密模型。

    在哥白尼提出日心说的几十年间，几乎没有人接受他的观点。除了托勒密模型比它更实用外，还有宗教和哲学的原因导致人们排斥日心说。当时在西方国家占统治地位的天主教会支持地心说，很容易从他们信奉的基督教《圣经》里头找到依据。这本来没有什么奇怪的，因为《圣经》是古人写的，当然会反映出古人的天地观。另一方面，地心说也更符合当时西方学者信奉的亚里斯多德物理学。亚里斯多德物理学认为世界由土、水、气、火四种元素组成，此外还有一种叫以太的元素组成了天体。在这五种元素中，土最重，组成了地球的核心；水较轻，覆盖在地球的表面；气、火更轻，笼罩着地球或向上飘扬；以太最轻，位于天上。那么，由最重的土形成的地球位于宇宙的中心，由最轻的以太形成的天体环绕地球运动，是最自然不过的了。而按照哥白尼的模型，要让最重的地球反过来做运动，最轻的以太反而不动，似乎是很荒谬的。

    不过，日心说模型对行星运动的解释更简单明了，这一优势仍不容忽视。丹麦天文学家第谷（1546－1601）试图把日心说的理论解释优势和地心说的实际观测优势结合起来，提出了一个调和模型。在第谷的模型中，地球仍是宇宙的中心，太阳和月球围绕着地球运动，但是其他的天体则围绕着太阳运动。

    第谷被认为是天文望远镜发明之前最伟大的天文学家，手中掌握着当时最精确的行星观测数据，需要有人加以整理。1600年，德国天文学家开普勒（1571-1630）去第谷的天文台工作。分派到的活儿是根据第谷的数据确定火星的运行轨道。开普勒对自己的数学能力非常自信，跟第谷的弟子隆哥蒙塔努斯（1562-1647）打赌说用8天的时间就可以完工。开普勒远远低估了这项工作的艰巨性，事实上他花了5年的时间才找到了答案。

    开普勒一开始之所以如此自信，是因为他认为已发现了行星运动模型。和第谷不同，他坚信日心说，在1597年出的一本书中提出了一个日心说模型，把各个行星的运行轨道分别用一种正多面体分隔开来。由于正多面体只能有5种（四面体、六面体、八面体、十二面体和二十面体），也就意味着行星最多只能有6颗，刚好是当时已知的行星数目。开普勒认为这正说明了日心说模型是上帝的安排，因为在地心说模型中，月球是第7颗行星，没法放进这个模型中。这个模型看上去非常优美，但是却无法与第谷的观测数据相吻合。开普勒只好放弃这个他自以为是受到上帝的启示发现的模型，另找突破。

    起初，开普勒像哥白尼那样认定行星在做匀速圆周运动，但是采用哥白尼所反对、托勒密使用的偏心圆方法来求解火星轨道模型。在经过大约70次尝试后，终于让火星轨道和观测数据基本吻合。但是这个模型很繁琐，而且结果还有一点误差，在某些地方模型和观测数据有8分（即1.133度）的差距。对此开普勒仍不满意。他开始意识到无法找到一个符合第谷的观测数据的圆形轨道，试着把轨道用卵形来表示。

    如果火星的轨道不是圆形，它与太阳的距离就是变化的。开普勒认为是太阳发出的力在推动着行星运动，它们之间的距离越远，推动力越弱，运动速度就越慢。在远日点速度应该最慢，而在近日点速度应该最快。这样，在开普勒看来，行星就不是在做匀速运动了，不过他仍然想找到某种类似匀速的东西，认为火星在轨道上速度最慢与最快的这两点，与太阳的连线在相等时间内所扫过的面积相等。他进而把这个结论推广到轨道上的所有点，也就是我们今天说的行星运动第二定律（也叫面积定律）。

    接下来开普勒试图据此计算出火星的整个轨道。他是把轨道当成卵形来计算的，在失败了大约40次之后，终于在1605年想到火星轨道应是椭圆，发现椭圆轨道与火星的观测数据都吻合之后，开普勒进而提出，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。这就是我们今天说的行星运动第一定律（也叫轨道定律）。此时第谷已经去世4年了，开普勒对能否使用第谷的数据问题与第谷继承人发生争执，一直到1609年才出版《新天文学》一书和《论火星运动》一文，公布了这两个定律。之后，开普勒在编制星表时，用了9年的时间，发现了行星公转周期和轨道大小之间存在着关系：行星公转周期的平方同行星轨道半长径的立方之比是一个常数。此即行星运动第三定律（也叫周期定律）。

    开普勒的椭圆轨道模型精巧地描述了天文观测的结果，不必用到“本轮”、“偏心圆”这些奇怪的概念。这是非常大胆的创见。开普勒的日心说模型不仅极为简单，只用7个椭圆就取代了几十个圆周，而且非常精确，很容易让做实际观测的天文学家接受。

    开普勒从小因病眼力受损，没法自己做天文观察。日心说的天文观测证据是由伽利略（1564－1642）提供的。伽利略手中多了一样第谷所没有的东西：天文望远镜。1610年1月，伽利略发现有4颗卫星围绕着木星运行。这对托勒密模型是一大打击，因为按照托勒密模型，所有的天体都应该围绕着地球运行。对托勒密模型最致命的打击发生于1610年9月，伽利略发现金星像月球一样会出现周期性的盈亏变化。金星与月球一样本身并不发光，而是反射太阳光。在托勒密模型中，金星在太阳轨道内围绕着地球运转，看上去只能始终像弯弯的新月那样，而不可能出现圆满。但是在日心说模型中，金星和地球都围绕着太阳运转，金星的轨道在地球轨道之内，那么由于金星、地球和太阳的相对位置在不断变化，从地球上看到的金星被太阳照亮的部分也就在不断变化。因此，金星的位相变化正是日心说所预测的，托勒密模型则完全无法解释。在伽利略公布了这一发现后，大部分天文学家就不得不放弃托勒密模型，改用日心说模型或第谷模型。金星的位相变化也解释了为何从地球上看金星的亮度在一年的大部分时间内都差不多：金星接近地球时光盘面积增大导致的亮度增加恰好被位相变化导致的亮度减少抵消了。

    伽利略的其他发现也在颠覆着天文学的传统观念。伽利略发现月球表面起伏不平，布满了坑坑，这与天体都是由完美无缺、永恒不变的物质组成这一传统观念直接冲突，说明天体可能是由和地球一样的物质组成的。伽利略还发现，用望远镜看来，行星都是有确定形状的圆盘，但是恒星却仍然看不清形状，这说明恒星与地球的距离要比行星远得多，宇宙比托勒密模型认为的浩瀚得多。此外，伽利略还发现银河其实是由无数恒星组成的，恒星的数量比以前认为的多得多。

    如果日心说是正确的，那么不仅地心说是错误的，亚里斯多德的物理学也出了问题。亚里斯多德物理学认为，运动或不动是物体的内在属性。地球有不动的属性，所以它必然是宇宙的中心，而天体有运动的属性，所以它们绕着地球运行。但是伽利略指出，运动并非物体的内在属性，而是外在的过程，地球在这方面与天体并无不同。而且，物体一旦运动起来，不靠外力也能持续下去，也就是我们今天说的惯性。惯性概念的提出解释了我们为什么觉察不到地球在自转。例如，从塔上抛下一块石头，为什么落在塔底，而没有因为地球的自转而让它落到了其他地方？这是因为石头抛出时由于惯性也在顺着地球的自转方向运动。

    但是日心说还遗留了一个问题没有解决。如果地球围绕着太阳公转，在公转轨道的不同位置上观测恒星，应该看到恒星在天球上的位置发生了变化，出现了视差。由于恒星的距离极为遥远，不仅肉眼看不到恒星视差，早期的望远镜也看不到。直到1838年，德国天文学家贝塞耳（1784－1846）才用太阳仪首次观测到恒星视差，证明了地球的确在围绕着太阳公转。1851年，法国物理学家傅科（1819－1868）在巴黎先贤祠的大厅做了“傅科摆”实验。大厅的穹顶悬挂着一条67米长的绳索，系着一个重达28千克的摆锤，当摆锤摆动时，摆锤上的指针会在下方的沙盘上面留下轨迹。但是和一般人设想的不同，它在沙盘上留下的不是唯一一条轨迹。由于这样的摆基本不受地球自转影响而自行缓慢地摆动，因此由于地球带着沙盘自转，每个摆动周期留下的轨迹都会有所偏离。这就证明了地球在自转。19世纪的这两个观察为地球的两种运动提供了直接证据，从而最终证明了日心说的正确——当然，这时候科学家已知道太阳只是太阳系的中心，不是宇宙的中心。

    但是在科学界之外，日心说并没有取得完全的胜利。许多人仍然习惯于把地球当成宇宙的中心。2005年的一项调查表明，五分之一的美国人相信地心说。这很大程度上可能是由于无知。也有一些受过良好教育的人由于宗教原因坚持地心说。有一个叫“圣经天文学家联合会”的国际组织，据说在20几个国家都有会员，负责人有天文学博士学位。他们认为地心说才符合基督教《圣经》，把地心说当成了宗教信仰，却要为其找科学依据，出了一本“学术”季刊专门用以论证地心说的正确性，已出了一百多期。

    还有一些信奉文化相对主义的反科学人士认为科学无所谓对错，日心说并不比地心说更正确、更科学。比如国内有人这么说：“究竟是地球绕着太阳转，还是太阳绕着地球转？即使牛顿力学，也只能回答：看你以谁为参照系。如果以地球为参照系，假定地球静止，那就是太阳绕着地球转。运动是相对的，这个问题不存在绝对正确的答案！”国内还有教授给考生出考题：“试论托勒密的天文学说是不是科学？”其答案是托勒密的天文学也是科学。

    用运动的相对性并不能把水搅浑。如果仅仅考虑地球围绕太阳公转的情形，以地球为参照系还是以太阳为参照系固然没有区别，但是如果同时考虑其他行星的情况，以太阳为参照系无疑要更为合理。更重要的是，地心说认为太阳（以及其他行星、恒星）的东升西沉是在围绕着地球旋转，而其实那是地球自转导致的假象，这个错误就不是用日－地运动的相对性能够狡辩的了。托勒密模型虽然也能够比较精确地预测行星的位置，但是进一步的观察已证明托勒密模型最多只是一个数学模型，不能反应行星运动的实际状况，已被更仔细的观察所否定，成了错误的理论，当然不成其为科学。

    在非洲东部的大草原上，生长着许多金合欢树。其中有一种金合欢树除了像其他金合欢树一样长满了锐利的刺，还长着一种特殊的刺，刺的下端膨大，里面是空的，风吹过时，发出像哨子一样的声音，所以它们被叫做哨刺金合欢。

    金合欢之所以遍布锐刺，是为了防止食草动物吃它们。不过这可难不倒长颈鹿等大型食草动物。长颈鹿的舌头能够小心翼翼地躲开刺，去吃金合欢树上的嫩叶。哨刺金合欢还有第二条防线。在哨刺里头，住着一种褐色的小蚂蚁，它们的腹部能往上举，所以叫举腹蚁。长颈鹿吃树叶时扯动了树枝，让举腹蚁觉察到了，它们便蜂拥而去，拼命地叮咬长颈鹿的舌头，迫使长颈鹿离开。

    举腹蚁为什么这么爱护金合欢树呢？因为金合欢是它们的家。那里的土壤在雨季来临时灌满了水，而到了旱季则变得干裂，因此不适合蚂蚁在地下建巢。举腹蚁便把家安在了金合欢树上，住在空心的刺里头。金合欢树为了留住蚂蚁当保护神，还为它们准备了美味食物：在树叶基部有蜜腺分泌蜜汁供举腹蚁享用。

    除了这种褐色举腹蚁，还有两种举腹蚁（一种颜色偏黑，一种黑头红腹）和一种细长蚁也以哨刺金合欢为家。一棵金合欢树上只能生活着一种蚂蚁。如果有两种蚂蚁撞到了一起，它们就会展开你死我活的决斗，直到有一方独霸金合欢树。在战争中，褐色举腹蚁往往占优势，大约50％的哨刺金合欢树都被这种举腹蚁占据。黑头红腹举腹蚁则在战斗中经常落败，它们采取了一种自我保护策略，把金合欢的侧芽咬掉，让金合欢长不出侧枝，不会和旁边的金合欢树碰在一起，也就不会把其他树上的蚂蚁给引过来。细长蚁也经常在战斗中被打败，它们干脆采取焦土政策，把金合欢树上的蜜腺都给破坏掉，让举腹蚁觉得这棵金合欢树没有价值，不来占领。

    1995年，一些美国生物学家在6片金合欢树周围围起带电栅栏，不让长颈鹿等大型食草动物吃它们的叶子。他们以为在人为的保护下，金合欢树会更加茁壮成长。十年后，他们却惊讶地发现这些受保护的金合欢树日渐枯萎、死亡，而没受保护、任由长颈鹿啃吃的金合欢树却依然长势良好。这是怎么回事呢？进一步的研究解开了这个貌似反常的谜团。

    原来，长颈鹿不再来吃金合欢树的叶子之后，金合欢树就“觉得”没有必要讨好蚂蚁，不愿意再浪费能量去制造空心刺和蜜汁，空心刺和蜜汁的量都大为减少。这么一来，褐色举腹蚁反过来觉得金合欢树没有太大的价值，不愿为其着想了。有一种害虫——天牛的幼虫会在金合欢树干上钻孔危害金合欢树，以前褐色举腹蚁会尽力消灭天牛的幼虫，现在则听之任之了。金合欢树分泌的蜜汁少了，褐色举腹蚁就饲养一种能分泌蜜汁的介壳虫解馋。褐色举腹蚁平时也养一些介壳虫，但是量不多，金合欢树不再分泌足够的蜜汁后，褐色举腹蚁才成倍地扩展介壳虫饲养业。这种介壳虫靠吸食金合欢树的汁液为生，本来就对金合欢树的生长不利，而且还传播疾病。

    褐色举腹蚁在空心刺里做巢，在那里养育后代。空心刺数量减少，褐色举腹蚁失去了托儿所，数量减少了近一半，遇到入侵的其他蚂蚁时，一方面兵力少多了，另一方面也没了保卫家园的动力，无心恋战，因此在战争中经常被打败。统计表明，在受保护的金合欢树中，褐色举腹蚁丢掉了大约30％的领土。取而代之的是黑色举腹蚁，领土扩张了2倍。黑色举腹蚁经常到树下捉昆虫吃，蜜汁的减少对它们的生存影响不大。空心刺的减少对它们更毫无影响，因为它们并不住在空心刺中，而是住在天牛幼虫挖的洞中。因此黑色举腹蚁不仅不消灭天牛，还鼓励天牛到金合欢树上产卵。黑色举腹蚁的到来对金合欢树是一场灾难，金合欢树的生长变得缓慢，死亡率要比生活着其他蚂蚁的金合欢树高出一倍。即使金合欢树死了对黑色举腹蚁也没有什么影响，它们在死树上照样能生存。

    因此用电栅栏保护金合欢树的效果适得其反。对哨刺金合欢树来说，被食草动物吃一些叶子，反而是有益健康的好事。能被吃到有时也很重要。电栅栏容易拆掉，保护物种却不那么容易：长颈鹿、大象等大型食草动物的数量正在急剧地减少。即使没有电栅栏，也会有越来越多的哨刺金合欢树不必担心被吃掉叶子。我们可以预测，它们会因此短视地不再犒劳保护它们的举腹蚁，让危害它们的举腹蚁乘虚而入，结果反而让自己陷入绝境。在金合欢树的周围形成了一个复杂的关系网，一环扣一环，一个环节的消失能够导致出乎意料的灾难性后果。不只是金合欢树，每种生物都生活在某个关系网中。

2009.7.12.

（《中国青年报》2009.7.15.）

（方舟子按：《科学史上的著名公案》系列已写完，结集定名为《爱因斯坦信上帝吗？——方舟子解读科学史著名谜团》，将在这个月由广西科技出版社出版。下面开始另一个科学史系列。）

    和人类其他智力活动一样，科学研究充满了争论。涉及的科学问题越是重大，引发的争论往往也越激烈。科学界可能是最好战、最不宽容的一个共同体，一个新的科学观点提出之后，都必须接受挑剔的批评，看看其论证是否严密，证据是否充分。越是新奇的不寻常观点，越需要不寻常的证据，争论也越大。

    和人类其他智力活动不同，多数科学争论或迟或早都能达成共识，有了定论。科学结论的形成既不靠援引经书教义，也不靠权威的拍板，而是由于科学研究有一个解决争论的可靠方法：可重复的、独立的观察或实验。用以支持的观察或实验越多，结论也就越可靠。

    我们今天视为科学常识的许多科学定论，例如“地球围绕着太阳运动”、“物质由原子构成”、“化石是生物体的遗迹”、“光具有波粒二象性”等等，在历史上都曾经有过激烈的争论。但是现在一般的人都只知道了一个结论，并不了解这些争论是如何发生、演变和解决的。有的历史争论虽然经常被提到，却是出于误解。例如“光是波还是粒子”的历史争论经常被错误地用来说明真理并非只有一个。

    还有许多科学争论至今还在进行着，例如“人性是否受基因的影响”、“生命是如何起源的”、“外星文明是否存在”、“宇宙的结局会是怎样”。其中有的已有了主流看法，有的则是见仁见智，还有的则在挑战着人类认识能力的局限，在可预见的未来恐怕难以有结论。

    科学争论有时并非完全局限于科学界内部，还受到政治、文化、宗教等因素的影响。例如虽然科学界早在一百多年前就已结束了有关“生物是否进化而来”的争论而有了共识，但是直到今天，基督教原教旨主义者仍然在学术界之外挑战、否定进化论，并误导了相当多的公众，让他们误以为“生物是进化而来的”说法还不是一个科学定论。

    同样在误导着公众对科学的看法的，还有一批信奉文化相对主义的反科学主义者。他们认为科学知识并非反映客观存在，而只是文化建构，是相当主观的东西。他们甚至声称科学知识并不比迷信等其他人类知识更高明。还在进行着的科学争论固然会被他们用来做为科学研究并不客观的佐证，即使在科学界已无争论的科学定论，在他们看来也不确定，并非就是正确的。例如，他们认为地心说与日心说相比，并非就更不科学、不正确。由此他们得出结论说：科学无所谓是非对错，科学的东西未必正确，正确的东西未必就是科学，相信科学也是一种迷信。

    还有一些人也认为不存在科学定论，但他们的理由与反科学主义者不同，认为科学研究是在不断地证伪、推翻现有科学知识中发展的，过去的科学定论已被推翻，现在的科学定论将来总有一天也会被推翻。持这种观点的人有很多是以当代哥白尼、伽利略自居的伪科学人士，坚信他们做出了推翻科学原理的重大发现，总有一天会在科学界掀起一场天翻地覆的大革命。

    这样的大革命只发生在他们的幻想之中。科学的进步是连贯的进步，是在原有基础上的演化，并不是推翻一切重来的大革命。一个科学观点一旦成为科学定论，就表明它有了非常充足的证据，被推翻的可能性微乎其微。不管科学如何再进步，类似“物质由原子组成”、“生物是进化而来”这样的有无数证据支持的科学定论，都不可能再被推翻。

    当然，今天的主流观点都是由以前的另类观点演变而来的，以后有可能被其他的观点所取代，甚至今天视为科学定论的观点，在以后也有可能被推翻，即使这种可能性非常低。但是无论如何，这些演变都是在科学界内部，由科学家遵循科学方法和学术规范进行的，与反科学主义者的批评和伪科学人士的妄言毫无关系。虽然科学研究是由有着人性弱点的科学家做的，会受到政治、文化、宗教等其他因素的影响（这类影响往往是负面的，起到阻碍作用），但是科学方法却保证了科学具有自我修正的能力，从而能够避免研究者的主观偏见，获得客观的结果，也就有可能让科学问题在争论之后有一个确切的答案。

    在这个系列中，我们将回顾科学史上的一些重大争论，它们已有了定论，但其中的某些细节还值得回味。我们也将介绍和展望目前科学界正在进行的一些令人感兴趣的争论。新的科学问题在不断提出，新的争论在持续进行，不变的是科学方法。

2009.7.1.

（《经济观察报》2009.7.6）

    “石头－剪刀－布”大概算得上最通行的游戏，谁都在小时候玩过。它并非只是一种儿童游戏。在某些重大比赛中，它有时也用来代替抽签或抛硬币来决定开局。2006年，美国联邦法庭还首创用它来解决纠纷，当时双方律师为取证地点争执不休，法官命令他们用“石头－剪刀－布”决定胜负。这当然是认为其胜负是随机的，其实不完全如此。据统计，男人在第一回合较喜欢用代表力量的石头，而剪刀被用得最少（不到30％），可能是由于剪刀的手势相对来说不容易做。玩家可以根据经验和一些技巧增加获胜的机会。

    “石头－剪刀－布”在国外通常叫“石头－剪刀－纸”（我的老家以及台湾也这么叫），有的国家把纸改叫袋子，手势还是一样。还衍生出很多变种，例如“大象－人－蚂蚁”、“人－枪－虎”、“水－火－木”、“神仙－老虎－狗”、“孙悟空－白骨精－唐僧”。有的变种是根据时事创造出来的：清末有“洋人－官－百姓”，文革时期有“主席－恩来－江青”，冷战时期美国有“核武器－脚－蟑螂”（传说蟑螂不怕核辐射）。不管怎么变，原理还是一样，都是三种武器循环相克，没有最大和最小，否则就没法玩了。在美国情景喜剧《塞恩菲尔德》中，米奇出石头碰上克莱默出纸，耍赖说扔石头可以击穿纸，没有什么东西能打败石头。下个回合两人当然就石头出个没完。

    生物在生活中也在玩着生存游戏，在处理一个问题时，通常有两种相对的基本策略供选择，比如选择当鹰派还是当鸽派。不同的策略各有优势，最终，一个群体中选择不同策略的比例会达到稳定（参见《你要当鸽派还是鹰派？》，本版2009年4月29日）。如果一个群体采用三种基本策略呢？不会有哪一种策略能够长久地占优势，而会象“石头－剪刀－布”一样循环往复，不会达到稳定状态。

    生物学家在1968年首次设想这种情形，但认为不太可能实际存在这样的群体。1996年加州大学圣塔克鲁兹大学的研究人员发现，居然还有动物在玩这种“石头－剪刀－布”的游戏。在加州生活着一种蜥蜴——侧斑美洲鬣蜥，其雄性存在三种变异：喉咙分别是橙色、黄色、蓝色的，各采取三种交配策略。橙喉雄蜥蜴最强壮，建立了一大片领土，在那里占有几头雌蜥蜴。黄喉雄蜥蜴最弱小，不保护自己的领土，一旦受侵犯就逃，但是它们会偷偷侵入别的蜥蜴的领土跟雌蜥蜴交配。黄喉雄蜥蜴和雌蜥蜴长得很像，能骗过橙喉雄蜥蜴，橙喉雄蜥蜴无法保护所有的雌蜥蜴。在这种情形下，橙喉雄蜥蜴被黄喉雄蜥蜴打败，黄喉雄蜥蜴的后代会逐渐多起来。但是，蓝喉雄蜥蜴可以侵犯黄喉雄蜥蜴的领土，而且只建立一小块领土，足以保护一条雌蜥蜴不受黄喉雄蜥蜴的侵犯。橙喉雄蜥蜴比蓝喉雄蜥蜴强壮，能打败蓝喉雄蜥蜴，一旦黄喉雄蜥蜴变少了，橙喉雄蜥蜴又能够大肆扩张领土占有多条雌蜥蜴，这样我们又回到了起点，开始新的一轮循环。观察的结果表明，这三种雄蜥蜴的频率，每4～5年循环一次。

    2007年，同一个研究小组在另一种蜥蜴——生活在欧洲的胎生蜥蜴身上也发现了类似的现象，只不过颜色标记不在喉咙，而在腹部，分别是橙腹、白腹、黄腹。蜥蜴能看到紫外线，在它们的眼中，白色和蓝色很相近。这两种蜥蜴有如此相似的行为模式，连颜色的对应也一致，这种现象是分别进化出来的，还是从共同祖先那里继承下来的？它们的共同祖先出现在1亿7500万年前，也许从那个时候开始它们就不间断地在玩着“石头－剪刀－布”的游戏一直玩到现在。

    这个游戏出现的时间也许还要早得多，连大肠杆菌这么简单的生物也能玩。有的大肠杆菌菌株分泌大肠杆菌素，这是一种毒素，能杀死其他大肠杆菌菌株（简称敏感菌）。但是有的大肠杆菌菌株发生了突变，对该毒素有抵抗能力（简称抗药菌）。分泌毒素的菌株（简称毒素菌）本身对毒素有免疫力，但是它们是通过让细胞破裂的方式释放毒素的，要牺牲掉一部分属于自己菌株的细菌，还要耗费能量制造毒素，碰到抗药菌就处于劣势。抗药菌是通过改造一个原先用来吸收营养的受体来获得抗药能力的，影响了营养的吸收，与敏感菌相比又处于劣势。2002年，斯坦福大学的研究人员通过计算机模拟发现，在一定的条件下，这是一种“石头－剪刀－布”的游戏：敏感菌通过最快速的增殖打败抗药菌，抗药菌通过较快速的增殖打败毒素菌，而毒素菌用毒素杀死敏感菌。2004年，耶鲁大学的研究人员用老鼠做实验，在老鼠肠道中分别接种这三种菌株，证实了理论预测。

    既然从大肠杆菌到蜥蜴都在玩“石头－剪刀－布”游戏，它可能是一种普遍现象，可能许多种生物在生活的许多方面都在玩。人类的行为虽然复杂，但往往可以简化成与雄蜥蜴的交配行为类似的三种策略：进攻、防御和偷袭。进攻常常能战胜防御（所以有“进攻是最好的防御”的说法），但是进攻的时候也暴露出了弱点让偷袭者有机可乘，而防御者就不容易让偷袭者得逞，这样就形成了“石头－剪刀－布”的循环。我们人类除了在用手势玩“石头－剪刀－布”游戏，也许在生活中也在不知不觉地进行着类似的博弈。

2009.7.6.

（《中国青年报》2009.7.8.）

问：新车里面能闻到特殊的味道，会有害吗？

答：新车味道是由汽车内的塑料、地毯、胶粘剂等散发出来的挥发性有机化合物（VOC）造成的。有的人喜欢闻新车味道，但是这都是些有毒气体，包括苯、甲醛、丙酮、苯乙烯、甲苯、环己酮等几十种。据澳大利亚国协科学与工业研究组织的研究，新车内VOC的浓度非常高，每立方米空气中VOC含量能高达64毫克。做为对比，刚装修过的大楼内的VOC浓度大约是每立方米20～40毫克，旧大楼里的VOC浓度一般低于每立方米1毫克。当VOC浓度高于每立方米10毫克时，就可能导致头疼、恶心、喉咙疼痛、乏力等中毒症状。长期接触VOC能导致癌症、畸胎、损害肝脏、肾脏和中枢神经等。

随着时间的推移，车内VOC的浓度会逐渐降低。在过了一个月后，车内VOC浓度会降低大约60％。六个月后，车内VOC的浓度降到每立方米1.5毫克。两年后车内VOC的浓度降到每立方米0.4毫克。车外VOC浓度仅为每立方米0.1毫克。车内VOC的浓度也与温度有关，随着气温的升高（例如夏天在烈日下行驶），VOC的浓度也增高。

为了避免VOC的危害，新车买来后，至少在前六个月应该尽量开窗驾驶。解决新车味道的根本办法则在于要求厂家使用更环保的材料。

http://pubs.acs.org/cen/whatstuff/stuff/8020stuff.html

（编写：方舟子）

问：汽车内的装饰材料是不是会造成车内空气污染？

答：即使在新车已使用了相当长时间，“新车味道”已经消失之后，汽车内的装饰材料还会继续释放出有毒物质造成车内空气污染。根据美国密歇根州的“生态学中心”的研究，阳光照射导致的温度升高能使汽车内装饰材料释放出多溴联苯醚（PBDE）和邻苯二甲酸酯。PBDE用做阻燃剂，邻苯二甲酸酯则用于软化塑料，它们是座垫、扶手、地毯和塑料配件的成分。温度越高，它们的释放量越多。在夏天太阳的照射下，车内温度能高达88摄氏度。阳光中的紫外线能促使化学物质的降解，让PBDE变成更危险的物质。这些化学物质能通过灰尘被司机或乘客吸入体内，能导致听力损伤、肝损害、早产、性早熟、婴儿出生缺陷等危害。

开车时摇下窗户增加车内通风、使用遮阳板、把车停在阴凉地方，这些做法可以减少这些化学物质的释放、降解。更根本的，汽车厂家应该淘汰含有这些化学物质的装饰材料，改用更环保材料。

http://www.ecocenter.org/dust/ToxicAtAnySpeed.pdf

（编写：方舟子）

问：使用汽车空调会对环境造成多大的影响？

答：在1994年以前，汽车空调普遍使用氟利昂做制冷剂。由于氟利昂对大气臭氧层的破坏极大，自1994年起，许多国家都已禁止氟利昂的生产，但是在此之前生产的汽车的空调还在继续使用氟利昂，从而将继续对臭氧层造成破坏。

四氟乙烷被用来取代氟利昂做为汽车空调的制冷剂。四氟乙烷虽然对大气臭氧层的破坏不大，但是却是一种较强的温室气体，其导致温室效应的能力是二氧化碳的1300倍。研究表明，在过去的10年内大气层中四氟乙烷的浓度有显著增加，在2001～2004年间翻了一番。为此，欧盟在2006年决定自2011年起禁止在新车空调中使用四氟乙烷，在2017年禁止在所有汽车空调中使用四氟乙烷。但是取代四氟乙烷的汽车空调制冷剂还在试验阶段。

使用汽车空调的另一个负面影响是增加了油耗。如果开车不用空调，每升汽油能够多开大约1公里。当然，取代汽车空调的天然冷却方法是开车时开窗。但是这种做法只适合于低速行驶。在高速行驶时这么做得不偿失，开窗加大了空气阻力，也增加了油耗。

（编写：方舟子）

问：洗车会对环境造成什么影响？

答：专业洗车店通常有循环水处理设备，废水经过滤后排入市政的污水处理系统，对环境的影响相对较小。但很多人喜欢自己洗车，或在没有专业设备的路边小店洗车。这样非常浪费水（特别是用胶皮管淋洗的方式），而且废水大多流进街道上的雨水口，进入雨水系统。城市雨水系统与污水处理系统是不同的，雨水系统收集天降雨水，通过管道送入城市附近的河流和湖泊等，其作用是为街道排涝并向城市水体补水。进入雨水系统的污染物，会直接污染天然水体，是溪流、江河、湖泊和海洋污染的主要来源之一。

自己洗车时，如果附近有雨水、中水等非饮用水可以利用，就不要用自来水；不要用冲洗能力差、用水量大的胶皮管淋洗，结合手工擦洗和高压水枪冲洗可以用更少的水收到更好的清洗效果；选用环保型的清洗产品；尽量将含有清洗剂的废水倒进卫生间的下水系统，如果这样做比较困难，也可以把废水倒在草地、沙地上，让它们渗进泥土，总之不应让废水进入雨水口。当然，有条件的话，最好的选择还是去专业洗车店。

（编写：碧声）

问：有哪些汽车部件应被回收？

答：汽车是一个很复杂的机器，包含有各种大大小小的零部件。有些部件或材料是常用的东西，很容易重复使用。有些则含有对环境有很大破坏作用的危险物品，必须适当的回收。因此，无论是在汽车需要更换部件时，还是车子本身面临报废处理时，都要小心处理各种部件。

汽车经常需要更换引擎和其他部件的润滑油。换下来的废机油包含很多对环境不利的化学物质，它们可以大规模地污染地下和地表水源。因此换油的时候最好是到专业的服务公司去作。如果自己换油的话，要小心把废油收集起来，交给附近的回收部门处理。

车上的蓄电池是另一个很危险的部件。蓄电池里用大量的铅和硫酸，可以使人中毒。更换下来的蓄电池绝对不能当作垃圾抛弃，而应该交给回收部门妥善处理。

汽车轮胎体积很大，所用的橡胶结实耐用，不易分解，也是造成环境污染的一个大因素。但橡胶回收以后，可以破碎而制成跑道、游乐场地面等等建筑材料。因此回收轮胎是很重要的一项环保措施。

除了上述这些需要经常更换的部件以外，汽车其他部件通常只是在报废之时由专业人员回收。他们可以根据车子的状况把还可以用的部件拆卸下来重复使用到其他车辆上面，其后，车体所用的金属、塑料、橡胶和其他材料可以逐一回收，只有实在无法回收的部分才当作垃圾处理。

现代环保工程的一大目标是使汽车能做到百分之百的回收率，也就是说所以的部件都可以回收使用。如果不能回收便应该使用容易被自然生物降解的材料，以保证环境的安全。

（编写：程鹗）

问：为什么废弃汽车轮胎要回收？

答：汽车正在中国日益普及，在给人们日常生活带来许多便利的同时，也带来了一系列的环境和污染问题。在人们比较熟知的汽车废气和噪音污染之外，汽车用过的废旧轮胎也是一个很大的污染源。

汽车轮胎体积很大，其外胎是用结实耐用的橡胶材料制作。然而，轮胎往往是在最外层的纹路被磨损以后就必须报废更换，遗留下相当多的橡胶垃圾。橡胶在自然条件下极难分解，这样的废旧轮胎被遗弃后就可能成为永久的垃圾。如果按照普通垃圾掩埋的话，轮胎不仅会占用巨大的体积，而且埋在地下的橡胶还会将地下的甲烷气体吸取出来送上地面，加剧环境污染和温室效应。轮胎里残存的重金属元素也会逐渐渗透进地下水造成污染。废旧轮胎堆积的地方还极其容易发生火灾。大提交的橡胶着火后非常难以扑灭，有时候甚至能连续烧上几个月不灭。橡胶着火后会产生大量的黑烟，其中包括各种氧化硫、氧化碳和其他的有毒气体，对周围民众造成直接的健康威胁，并对大气造成显著的污染。

幸运的是，废旧汽车论坛也并不是完全没有用处。其橡胶经过破碎处理后，是很好的弹性材料，可以用来制作小孩游乐场的地面、田径运动场的跑道以及其他类似的地面。在一些场合，处理过的废旧轮胎也可以作为建筑材料使用。因此，回收废弃汽车轮胎是一个非常重要的环保措施。

（编写：程鹗）

问：如果你在路上看到一辆排出黑色浓烟的机动车，你认为你该怎么做？顺其自然？还是采取其它行动？

答：我们许多人都有过这种经历：在拥挤不堪的交通中，跟在一辆不停排出蓝或黑色尾气的车后，无处躲藏，无奈而愤怒地吸入那呛人的气体。这些车辆不仅污染环境，伤害公众，一般情况下还是违法行驶，因为那种尾气根本无法通过国家尾气排放标准。

对这些车辆，我们不能顺其自然，而应该记下它们的车号，然后向本地车辆管理部门举报。车辆管理部门一般会对这些违法车辆进行相应的处罚。我们还可以在互联网上曝光它们的牌照号码，对这些车辆的车主造成一种道德压力。类似的作法在世界上许多国家（如澳大利亚和美国）也有。

（编写：太蔟）

问：开车有什么省油方法？

答：减少开车时的油耗不仅能够省下一些油钱，更重要的是能够减少对不可再生能源的浪费，降低污染物和温室气体的排放。一些人人可采用的省油技巧包括：一、养成良好的驾驶习惯，尽量避免急加速、急刹车、超速和突然快速移动这些能增加油耗的不良习惯。二、清除车内和后备箱内不必要的物品，不要把后备箱当储存室。多余的负载意味着更多的油耗。三、避免长时间怠速空转，怠速空转只是在白白耗油。但是另一方方面，关掉、重启发动机也能耗油并增加磨损，所以也不是短时间的怠速空转都要避免。一般来说，如果空转时间超过30秒，可以考虑关掉发动机。四、保持合适的车胎胎压。胎压太低增加油耗、车胎磨损，也不安全。五、发动机失调就应该即时调整。发动机的技术状况良好意味着燃油效率更高。六、定期清洗、更换空气滤芯。空气滤芯过脏造成进气阻力加大，降低了发动机的功率。一个干净的空气滤芯能省油达15％。七、避免过多的短途行驶，注意适当暖车。发动机过冷时会增加油耗，而过多的短途行驶意味着发动机经常处于冷状态。刚启动时不要马上加速，慢行几分钟后等发动机热起来了再加速。八、低速行驶时避免开空调，高速行驶时避免开窗，高速时开窗加大了行驶阻力，汽车需要耗费更多的汽油来保持速度。九、定期更换、使用合适的机油。机油降低了摩擦，从而降低了油耗。十、手动变速车尽量采用高档行车，切忌低挡高速行车。低挡行驶会消耗更多的能量。十一、见到红灯时提前收油，减少踩刹车次数。十二、在高速公路上行驶时使用定速巡航。十三、遇到上坡时，最好在爬坡之前就开始加速。十四、经常洗车，保持车辆清洁并打蜡可以减少空气阻力，从而降低油耗。

（编写：方舟子）

问：为什么开车时应该注意轮胎是不是充好气？

答：汽车在平直的公路上行驶时，受到的阻力主要来自两个方面：空气阻力和车轮与路面之间的滚动摩擦阻力。如果希望在这一行驶过程中节省燃油，就应该尽可能地减小这两个阻力。

空气阻力的大小主要由汽车的速度和形状决定：流线型越好的车受到的空气阻力越小。对于开车的人来说，除了注意不要在车顶上堆放货物破坏车型的流线型设计以外，没有其他什么方式可以有效地减少空气阻力。

滚动摩擦阻力则取决于轮胎与路面接触的面积大小和紧密度，以及路面的平滑程度。一个充满了气的轮胎，在平滑的路面上与路面接触面非常小，而且极富弹性，因此摩擦阻力相对来说非常小。气没打足的轮胎则不一样，轮胎的很大一部分会被压在路面上，造成极大的摩擦阻力。骑自行车的人都懂得这个道理，骑一辆没打足气的车比骑一辆打足了气的车可费劲多了。汽车也是一样，这个费劲的结果就是会多消耗很多汽油，不仅浪费能源而且污染环境。据估计，一辆车轮失去四分之一气体压强的汽车会比一辆打足了气的汽车多损耗百分之三的汽油。

汽车轮胎虽然封闭性能很好，里面的气体也是会逐渐地通过橡胶向外逸出。天长日久，轮胎的气压会逐步降低。因此，应该要经常性的检查轮胎的气压，如果压强不够就立即充气，这样一个很容易做到的事就可以节省很多不必要的能源浪费，减少空气污染。

当然，在炎热的夏天，也应该注意不要把轮胎的气打得太足，以免里面的空气受热膨胀而爆胎。

（编写：程鹗）

问：如何减少开车对环境的危害？

答：一辆车子的运行状态如何往往取决于平时的保养。一辆保养良好的车子不但开起来平滑而舒坦，而且可以减少耗能和对环境的危害。

汽车的引擎和传动系统需要定期的换油和检查过滤器、火花塞等关键性部件。否则发动机会发生燃烧不充分或产生的能量不能有效地使用。这都会造成浪费汽油和污染环境。如果汽车开动时尾气冒黑烟，就一定要检查维修，以免持续性地污染空气。定期检查车轮的气压也非常重要。如果轮子的气压不足，开车阻力会增加很多，带来不必要的能源浪费。

开车的时候尽量保持匀速，避免太多的突然加速或高速行驶也能达到省油的目的。平时还可以多留意一下车子里的东西，不要把不常用的重家伙留在车里载来载去，增加车子的行驶重量。

减少开车对环境的危害的更好的办法是尽量少开车。事先做好计划把各种要办的事集中在一次外出中办完，或者利用公共交通手段满足大部分日常生活需要。

（编写：程鹗）

问：我已有一辆私家车，有没有什么办法能让它变得更环保？

答：汽车是城市的主要污染源之一，它排出的温室气体也对全球变暖有贡献。你可以从下面几个角度去减少已有私家车对环境的污染。首先是尽量减少不必要的驾驶。如果你要去的目的地不远，那么你完全可以选择其他交通方式，例如步行或者骑自行车（这不仅能减少污染，还能锻炼身体）。这样你节省的将不仅仅是燃料开支，而且还减少了汽车排放的温室气体和其他污染物。其次，定期正确地保养汽车。让汽车始终保持良好的性能，这可以减少排放。第三，改进你的驾驶习惯和技巧。养成良好的驾驶习惯也可以减少排放。例如，当你等待时间较长的时候关闭发动机。尽量少使用车内空调，用开窗的方法给车内降温。第四，检查你的汽车的尾气排放是否符合标准，是否适用了尾气净化装置，尽量减少尾气中的氮氧化物和一氧化碳等污染物。

（编写：柯南）

问：怎样选择一辆比较环保的新车？

答：人们买车的时候有很多个人的因素需要考虑，比如品牌、式样、大小、价格等等。但如果在这些之外，还希望能选择到一辆比较环保的车子，则可以从下面几个方面考虑：

空气污染指标：这个指标是通过测量汽车尾气中的成份而得出的一个综合参数。这些尾气成份包括各种含碳的高分子化合物，各种氧化氮，细小颗粒，一氧化碳和甲醛等对空气有显著危害的分子。

燃料效益：也就是单位燃料（汽油或柴油）可以达到的里程数。一般来说，车型越大，这个里程数越差。新型节能车可以成倍地增加里程数，节省燃料。

温室气体指标：和前面的空气污染指标不同，这个指标专门测量汽车尾气中能影响地球气温变暖的气体的含量，主要包括二氧化碳、一氧化二氮和甲烷。

美国环境保护局为这些指标制定了严格的测量方式和标准。国际市场上常见的车型的这些指标可以在很多网站上查到。它们对选择环保的新车是很有价值的参考数据。

（编写：程鹗）

问：什么时候能买到氢燃料的车辆？

答：作为燃料而言，氢是对环境最理想的了。接触过一点化学的人都知道，氢分子和氧分子结合会产生水分子，同时释放能量。也就是说，如果我们点燃氢气，在获取能量的同时，唯一的副产品就是纯水。既没有烟，也没有废气，也就没有任何污染。同时也因为如此，这样的燃烧非常充分，效率接近百分之百。发射卫星和宇宙飞船的火箭用的就是液态氢甚至固体的氢作燃料的。

那么，这么理想的燃料是否能用到日常的汽车里呢？

使用氢燃料也有其困难之处。氢是自然界最轻的元素，氢气的比重极低。在正常情况下，很大的一罐子里其实并没有多少氢气。因此火箭上需要用液态甚至固态的氢，才可能带足了燃料。但液化氢需要极低的温度，在日常生活中是办不到的。汽车上能用的，只能是适当压缩了的氢气。氢气的易燃性也注定了它的危险，如果不留神的话容易引起爆炸或火灾。因此，无论是汽车上的燃料箱和公路边的加气站，都需要满足一定的安全设计要求。

目前正在研发和实验的氢燃料车子有两种类型。一种是直接燃烧氢气作动力。这种内燃车原理上和烧汽油的车子没多大区别。另一种更有效一些，它是让极少量的氢分子和氧分子在特殊的容器内发生化学反应，然后将其释放的能量转化为电能而通过电动机来驾驶车辆。这两种类型的车辆现在都已经有了雏形，并在实用中检验。事实上，氢燃料发动机也可以做得很小，用到摩托车和自行车上。

但是氢燃料的车辆离大众化的推广还有相当的距离。一方面是车子本身的成本太高，一般人负担不起。另一方面是没有像现在满街都是的加油站那样的加氢站，出门后没法加气。在北美和欧洲的一些国家，一种叫做“氢气公路”的计划正在逐步展开。其目标是在一些公路沿途兴建这样的加气站，使得氢燃料的车子有出远门的可能。也许，在未来的十来年内，人们就可以普遍地使用氢燃料的车子了。

（编写：程鹗）