太空笔的传奇

25 02 2005年

    有一个流传甚广的故事说:美国科学家们想研制一种在太空失重
情况下使用的太空笔,可是研究了好长时间都没有成功,只好向全国
发出了征集启事,收到了一位小学生寄来的包裹,写着一行字:“能
否试试这个?”打开一看,是一大把铅笔。

    这个故事想告诉人们有时看上去很复杂的问题其实有极其简单的
现成解决办法。这当然是很有教育意义的,可惜它完全是捏造出来的。

    早期的宇航员都使用铅笔,并不是因为接受了小学生的建议,而
是因为钢笔、圆珠笔在失重条件下都无法使用,铅笔是唯一的选择。
但是铅笔笔芯有时候会断,在失重的环境中漂浮,会漂进鼻子、眼睛
中,或漂进电器中引起短路,成了危险品。而且,铅笔的笔芯和木头
在纯氧的环境中会快速燃烧。

    因发明了圆珠笔通用笔芯而发了大财的保罗·费舍尔意识到宇航
员应该使用更安全可靠的书写工具,自掏腰包研制,在花了两年时间
和2百万费用之后,于1965年研制成了能在太空环境下使用的圆珠笔——
太空笔。其原理其实很简单,采用密封式气压笔芯,上部充有氮气,
靠气体压力把油墨推向笔尖。经过严格的测试后,太空笔被美国宇航
局采用。1967年12月,费舍尔以每支2.95美元的价格把400支太空笔卖
给美国宇航局。

    1969年7月20日,太空笔跟随阿姆斯特朗和奥尔德林上了月球,并
救了他们的命。阿姆斯特朗和奥尔德林在完成历史性月球漫步回到登
月舱准备离开时,发现发动机的塑料手动开关被宇航服的背囊碰断了,
无法启动发动机,向地面指挥中心求援。他们需要拨动开关中一个细
小的金属条,但是为了减轻重量,他们已抛弃了所有的工具。地面指
挥中心的一名工程师灵机一动,建议他们用太空笔试试。奥尔德林掏
出太空笔,缩回笔芯,用笔的中空尾端拨动了开关,成功地启动了登
月舱的发动机。

    太空笔是全天候的圆珠笔,除了在太空环境,还可在其他各种极
端恶劣(例如寒冷的高山上、深海底)的条件下,在油污、潮湿、粗
糙、光滑的表面上,用各种角度书写,使用寿命长达几十年,深受登
山运动员、户外活动者、 技工、士兵、警察的欢迎。目前在美国市场
上8美元即可买到一只最简单的费舍尔太空笔。

    奇怪的是,这个富有传奇色彩的太空笔却成了谣言的对象,备受
嘲笑,成了愚蠢的象征。有的说美国人花巨资开发太空笔完全没有必
要,不如像俄国宇航员那样简单地使用铅笔(实际上,俄国宇航员后
来也改用费舍尔太空笔)。还有的干脆说太空笔从来就没有研制出来
过。直到最近,还有人在学术会议上不仅继续传播这个谣言,而且还
添油加醋,将开发费用夸大了5000倍:

    “‘为了研究在太空环境下圆珠笔能出水,竟使科学家花费了100
亿美元,终了却毫无结果。最后得知,铅笔在太空环境下就能写出字。’
11月3日,在中国农业大学召开的‘2004年全国农林研究生教育发展论
坛’上,一位专家将这则黑色幽默娓娓道来,各大学领导和专家对
‘研究要切合实际,尤其是以前沿研究为主的研究生教育更是如此’
的观点表示认同。”(《中国农大研究生教育创新性“学科群落”质高
多产》,《中国教育报》2004年11月7日第1版)

    费舍尔太空笔中国市场上也买得到(叫“飞梭太空笔”),许多
百货大楼、礼品店均有销售,与会专家竟然没有一个人见过、听说过?
“研究要切合实际”,说得一点也不错,首先就要从自己做起。

2005.1.23.

(中国青年报2005.2.23)

(XYS20050225)

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让我们接近星星

18 02 2005年

    仰望晴朗的夜空,星星不过是一个个亮点,是如此的遥远、神秘。
即使在天文望远镜发明之后,人们也无法用它一窥恒星的真面目。这使得
实证主义哲学的创建者、法国哲学家孔德在1835年为了说明人类的认识有
其局限时,举恒星为例,声称人类只能对恒星做一些简单的视觉观察,永
远无法知道恒星的化学组成及其温度。

    在孔德如此自信地下断言时,他并不知道早在20多年前,一个名叫弗
朗荷费(1787-1826)的德国人已经找到了研究星星的一种新方法。弗朗
荷费11岁成为孤儿,没有上过学,靠自学成为光学仪器专家。1812-1814
年间,弗朗荷费在为天文望远镜制造消色差物镜时,需要精确地测定透镜
的折射率。早在1666年,牛顿发现阳光经三棱镜折射后,被分解成了7种
颜色的光,它们似乎形成了一个连续不间断的光谱。1802年,英国化学家
沃拉斯顿注意到光谱并非连续的,其中有7条黑线,他天真地将它们当做
是颜色的自然边界。1814年,弗朗荷费用更精密的方法进行观察,发现太
阳光谱中的黑线多达500多条,他对其中324条的波长进行了测量,并对最
明显的8条用字母标记。

    一种明显的可能性是,这些黑线是棱镜产生的假像。为了否证这一点,
弗朗荷费用260条密集的金属丝制造了第一个衍射光栅,阳光穿过它之后,
也形成了光谱,而且同样出现了那些黑线。接下来,弗朗荷费做了一件从
来没有人想过要做的事:他把望远镜对准某颗恒星,再让星光穿过棱镜,
形成了恒星光谱,上面也有黑线,但是位置与太阳光谱并不完全相同。

    弗朗荷费也注意到,用酒精灯烧食盐,产生的火焰光谱中,有一条黄
色的光带,位置恰好与太阳光谱的D黑线重叠。但是他没有进一步研究这个
问题。1826年,弗朗荷费患肺结核病逝,年仅39岁。他至死都不知道这些
黑线是怎么产生的。1859年,德国物理学家基尔霍夫发现,如果燃烧某种
元素,发出的光经过棱镜后,会形成位置固定的光谱线。例如,燃烧钠,
会出现两条黄色的光谱线,它们的位置恰好与太阳光谱中的两条黑线相同。
为了验证它们的确相同,他让阳光先通过钠蒸汽,再通过棱镜,料想会见
到钠发出的光谱线刚好填补了太阳光谱的两条黑线。没想到,那两条黑线
反而变得更黑、更明显了。

    这是怎么回事呢?基尔霍夫又做了几个实验才找到了答案。一种元素
被加热、发光,我们看到了它的发射光谱。但是在它处于冷却状态时,它
将吸收与它的发射光谱的波长一模一样的光。因此,太阳发出的光穿过比
较冷的钠汽,钠汽就会吸收那些它自己在炽热状态下发射的光线,而形成
黑线。也就是说,太阳光谱中那两条与钠光带相对应的黑线,是钠吸收线,
表明在太阳外大气层中,存在钠元素在吸收太阳内部发出的光。这样,通
过分析太阳光谱和恒星光谱,与化学元素的光谱对比,就可以知道太阳、
恒星上面都有什么化学元素。1868年,通过分析太阳光谱,法国天文学家
詹森发现太阳含有一种未知的元素,被称为“氦”(Helium,意思是“太
阳”),到1895年这种元素才在地球上发现。通过分析光谱,我们还可以
知道恒星的温度、压力、运动速度、旋转速度,甚至它的年龄和距离。星
空不再遥远而神秘。弗朗荷费的墓志铭准确地预见了这个结果:“他接近
了星星。”

    孔德死于1857年。如果他晚死几年,见到星星的奥秘正在被揭开,将
会做何感想呢?哲学家往往是非常自信的“智者”,但是很遗憾,他们对
科学研究所划定的界限,几乎没有不被以后的科学进展证明了是错误的。

2005.1.22.

(中国青年报2005.2.16)

(XYS20050218)

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光的真理

5 02 2005年

    “惠更斯”号探测器在太空飞行了7年多之后,近日成功登陆土星最大
的卫星土卫六,引起全球注目。这颗卫星是荷兰科学家惠更斯于1655年发现
的,所以这个探测器以他的名字命名。惠更斯是科学史上罕见的天才,除了
发现土卫六,还发现土星光环、离心力定理、动量守恒定律,创建了概率论,
发明了摆钟,首次提出其他星系上也有行星和生命,并为此写了一本书!

    惠更斯最著名的科学贡献,是为光的波动学说奠定了理论基础。光是什
么?古希腊自然哲学家就已经在思考这个问题了。最直观的答案是:光是由
极细小的微粒组成的。这可以很容易地解释一些光学现象:光微粒的运动速
度极快,所以光做直线传播;光线反射是由于光微粒碰撞反射面引起的;光
从一种媒介进入另一种媒介(例如从空气进入水)时会发生折射,是因为光
微粒在不同媒介的运动速度不同。与惠更斯同时代的牛顿就是光的微粒学说
的集大成者,认为光微粒遵循他发现的三大运动定律。牛顿发现阳光是
由不同颜色的光混合而成的,他认为不同质量的光微粒产生了不同颜色的光,
这些光微粒混合在一起,就变成了白光。

    但是此前,意大利数学家格里马第已经注意到,让一束光穿过两个小孔,
其投影的边缘出现明暗条纹。他联想到水波的衍射,提出光可能是一种波,
不同颜色的光是由于光波的频率不同引起的。但是怎么用波动来解释光的反
射和折射呢?惠更斯提出了一个后来被称为“惠更斯原理”的学说阐明波面
在媒体中的传播性质,在此基础上用作图法巧妙地解决了这些问题。

    牛顿的死对头胡克也支持波动学说。牛顿刚提出微粒学说时,备受胡克
的讥讽,声称牛顿学说正确的部分是剽窃他的,其他部分则荒诞不经。牛顿
一气之下不再发表光学著作,等到胡克死后,才出版《光学》一书,全面论
述微粒学说,构建了一个相当精致的体系。这时候惠更斯也已经死了,没有
人能和牛顿唱对台戏。由于牛顿的权威,微粒学说被普遍接受,毕竟,这个
巨人在那么多科学问题上都对了,这一个想必也不会错吧?

    牛顿死后70多年,才有人试图复兴惠更斯的波动学说。英国物理学家托
马斯·杨、法国物理学家菲涅耳用干涉实验证明了光是一种波。不过,对牛
顿微粒学说的致命一击发生于1850年。牛顿和惠更斯的学说都能解释光的折
射现象,但是有一个重大差别:牛顿学说认为光从空气进入水发生折射,是
因为光微粒在水中的运动速度比较快;而惠更斯学说恰恰相反,认为是由于
光波在水中传播速度比较慢导致的。当时人们还没有办法精确地测量光速,
不能验证谁对谁错。1850年,条件成熟了。法国物理学家傅科用实验证明了
水让光速变慢,牛顿的学说被推翻了。

    此后,麦克斯韦建立电磁学,认为光就是一定频率范围内的电磁波,赫
兹用实验证实了这个预见。波动学说取得了全面的胜利。但是赫兹同时也证
实了光电效应,即在光的照射下物体会释放出电子,这是波动学说没法解释
的。为了解决这个问题,爱因斯坦提出光的发射和吸收都采取量子的形式,
光波是由光子组成的,光具有波和粒子二重性质。

    这给人的印象似乎牛顿也没有错。经常有人在争论问题时引用这个所谓
“波粒二像性”来说明真理不止一个,大家争来争去可能只是看到了问题的
不同一面,最终会统一起来,证明大家都对。这个观点是错误的。爱因斯坦
的光子和牛顿的微粒除了都是粒子之外,并无任何相同之处。光子不是牛顿
所描绘的那种遵循经典力学运动定律的微粒。牛顿对光的反射、折射、衍射、
颜色等等光学现象的解释都是错误的,波动学说才是正确的。在光的问题上,
真理仍然只有一个。

2005.1.21.

(中国青年报2005.2.2)

(XYS20050205)

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神龟虽寿,犹有竟时

28 01 2005年

    在一些海洋岛屿上,生活着被称为象龟的巨龟,它们的体重能达数百公
斤,活上一百多年。它们的祖先是生活在大陆的体型较小的龟,偶然漂流到
岛屿上,其后代历经几百万年的进化,逐渐进化成了巨龟。体型变大的一个
重要因素是因为它们在岛屿上没有天敌,不用怕目标太大而暴露。但是一旦
人来到这些岛屿,巨龟的厄运就降临了。

    非洲毛里求斯岛原先生活着多种巨龟,在18世纪初,遭到法国殖民
者的捕杀而灭绝了。1769年,法国探险家马利恩从2000公里外的塞舍尔群岛
带了一只象龟到了毛里求斯首都路易港,成为当地法国驻军的吉祥物。1800
年,塞舍尔群岛上的巨龟也因为殖民者的捕食而灭绝了,马利恩龟成了其物
种的最后一员,并在1810年目睹了英国军队占领毛里求斯,也成了英军的吉
祥物。1918年,已在路易港生活了150年的马利恩龟爬到要塞的炮台上,不
幸从炮台上跌落,伤重而死。其尸体被制成标本,保存在英国伦敦自然历史
博物馆。它的寿命超过了150岁,是迄今为止有记载的最为长寿的动物。

    南美洲的戈拉帕格斯群岛上的巨龟更加出名。“戈拉帕格斯”在西班牙
语中的意思就是“龟”。1835年9-10月间,年轻的达尔文乘贝格尔号环球
旅行时,曾在这里观察了5周。他观察到这个群岛的一些小岛都有自己的特
有种,其中最引人注目的是那些巨龟。它们总共有十四个种(或亚种),
岛与岛之间的巨龟的形态差别非常大,以至于岛上的副总督向达尔文吹牛说,
他只要瞄一眼就知道哪只龟是哪个岛上的。这促使达尔文开始思考物种起源
的问题:为什么上帝要在这小小的角落显耀他的创造才能,他真有必要专门
为这里创造出这许许多多独一无二的物种吗?

    在达尔文到来之前,戈拉帕格斯象龟就已遭到了海盗、殖民者、捕鲸者
的屠杀。它们的肉和蛋一直被当成美味,19世纪末到20世纪初,人们又捕杀
巨龟用于提炼“龟油”。殖民者开荒种田和饲养家畜也对巨龟的生存造成了
重大威胁。现在,达尔文所见过的14种戈拉帕格斯象龟已有3种灭绝,剩下
的11种象龟总共只有大约15000只。其中有一种只剩下了1只。这只被称为
“孤独的乔治”的巨龟被养在岛上达尔文研究站中。实际上,有几种象龟是
靠达尔文研究站的孵化、饲养才避免了灭绝的厄运。

    象龟生活在海岛上,属于陆龟。那些生活在海洋中的海龟的命运要好一
些。但是,由于人类的捕食、捕鱼时的误杀、生存环境被破坏等因素,现存
的7种海龟也全部濒临灭绝。在泰国、斯里兰卡、印度尼科巴群岛,有多个
海龟研究站在实施海龟保护计划。这次印度洋海啸摧毁了这些研究站,不仅
导致多名生物学家殉职,并毁灭了正在那里孵化、饲养的龟蛋和海龟。海啸
也对海龟的自然生态环境造成严重破坏。除了人类,海龟是这次天灾的最大
受害者,使它们更接近灭绝。

    大约2亿年前,海龟已在地球上出现。它们凭借坚硬的甲壳,躲过了无数
灾害,见证了恐龙的兴衰和灭绝。它们能否躲过这一劫难,还是个未知数。
如果大自然真有意识的话,那么就像这次大海啸所显示的那样,他对其产物
丝毫没有怜悯之心。物种灭绝本是自然界中司空见惯的事。自地球有生命以
来,99.99%的物种已经灭绝。我们没有理由认为象龟、海龟就能够永世长存。
但是既然人类对它们的濒临灭绝负有责任,那么还是应该竭尽所能让它们的
生命尽量延续,不要让我们的后代子孙只能在影像资料中才能见识到这种美
丽而无害的生物。

2005.1.19.

(中国青年报2005.1.26.)

(XYS20050128)

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古希腊的科学遗产

12 01 2005年

    美国有一位汉学家,对中华文化的痴迷胜过大多数中国人,却不愿
去中国旅游,唯恐中国的现实破坏了他用唐诗宋词营造起来的梦境。这
种心态,大约和我对希腊风景望而却步有些相似。唐宋风流对我来说没
有多大的吸引力,如果时间机器把我送到古代,我最乐意去古希腊当一
名自由人。不是苏格拉底、柏拉图式的哲人,而是德谟克利特、亚里斯
多德、阿基米德式的智者,才是我心目中的圣贤。

    这个古希腊情结,在我还在上小学时从《我们爱科学》上读到古希
腊一位科学家如何巧妙而准确地测定了地球周长起,便已种下了。这位
天才人物是亚历山大图书馆馆长埃拉托色尼。他从书中获悉在埃及南方
的色耶尼城市有一口枯井,每年只在夏至这一天的中午,阳光会直射井
底。但是他知道在同一时间,在他所在的亚历山大城太阳并不直射,而
会立竿见影。他测出了这个影子的角度,再根据两个城市的距离,计算
出的地球周长与今天测定的赤道长度非常接近。这种“视差位移”测量
法,直到现在还在天文学上使用。

    这个故事,要比尽人皆知的阿基米德用浮力法测定金冠的体积,更
令人叹服。阅读古希腊的自然哲学著作,总让人不停地惊叹:“他怎么
会想到这一点?”现代科学各个学科的基本问题,其源头几乎都可以追
溯到古希腊。但是古希腊留给现代科学的遗产,并不只是这些任何一个
其他民族都难以望其项背的科学成就,更重要的是它所创立的科学基本
思想和方法:泰勒斯-阿那克西曼德-阿那克西美尼的自然主义世界观、
毕达哥拉斯的规律观、德谟克利特的还原论、欧多克索斯-阿基米德的
数理方法、欧几里得-亚里斯多德的形式逻辑体系、亚里斯多德的博物
学方法……这个名单可以长长地列下去。

    如果我们把科学精神分为探索、怀疑、理性和实证四个方面的话,
那么古希腊自然哲学家们已把探索、怀疑和理性精神发挥到了极致,创
造了古代文明的奇迹。只是他们在实证方面仍有欠缺而已。所以一旦文
艺复兴时期的巨人们把实验方法注入其中,现代科学便诞生了。当然,
科学的进步离不开对旧知识体系的突破,所以我们今天把哥白尼突破托
勒密天文学、维萨留斯突破盖伦解剖学、伽利略突破亚里斯多德物理学
做为现代科学诞生的标志。人们一般不知道,在哥白尼《天体运行》和
维萨留斯《人体结构》出版的同一年(1543年),阿基米德的著作首次
被译成拉丁文出版,对伽利略等人的研究产生的重大影响。

    这些近代科学的先驱者,正是古希腊圣贤的真正传人。人们在颂扬
这些科学先驱时,往往非常错误地把古希腊圣贤当成僵化的化身、科学
的敌人,忘了真正的罪魁祸首是那些毫无科学精神、墨守成规的宗教势
力,恰恰是他们抛弃了古希腊的精神遗产。让崇尚“吾爱吾师,吾更爱
真理”、绝不盲从的古代智者为后人的盲从承担责任,是非常具有讽刺
意味也非常不幸的。

    最近中国科学院唯一一名研究科学史的院士在反驳杨振宁关于中国
传统文化妨碍近代科学的诞生的说法时,也犯了类似的偷换概念的错误。
他声称近代科学在欧洲兴起与希腊文化无太大关系,主要理由是“近代
自然科学是在不断摆脱古希腊科学的束缚中诞生的”。如果我们用同样
的逻辑,是不是也要否认伽利略、牛顿对当代物理学的影响?当代物理
学不也是在不断摆脱经典力学的束缚中诞生的吗?

    有时候,一名当代院士的逻辑思辨能力,甚至还不如古希腊的一个
自由人,也就无法欣赏古希腊的精神财富。

2005.1.5.

(中国青年报2005.1.12.)

附:
席泽宗院士:近代科学与传统文化无太大关系

http://www.sina.com.cn 2005年01月04日 17:33 新浪科技

  到目前为止,对近代科学为何产生在西方而没有在中国萌芽的问题,学术界
已经有了无数次的讨论与无数场的争辩。本刊与清华大学高等研究中心联合主办
的“中国传统文化对中国科技的影响”论坛,可以看作是这场争论的延伸。回顾
以往对这个问题的研究探讨,你会发现答案中大多是将原因归到文化的层面上,
这些文化原因大体可归结为一句话:西方有灿烂的古希腊文明,而我们没有。而
更深一层挖掘是:中国不仅没有古希腊文明,而且还有阻碍近代科学萌芽的中国
传统文化中的官僚制度,封建压迫,方块字,儒家文化,缺乏逻辑思维,不重视
实验,没有欧几里得的《几何学》,没有《逻辑学》……

  对此,我们采访了本刊编委中国科学院院士、中国科学院自然科学史研究所
前所长席泽宗,在这众多的回答中,席泽宗认为,中国没有产生近代科学的主要
原因应该是社会原因,即当时的社会政治条件。近代科学在欧洲兴起与希腊文化
无太大关系

  《科技中国》:许多人在讨论“李约瑟难题”(近代科学为何诞生在欧洲而
没有产生于中国)时,认为欧洲人继承了古希腊文化,因而产生了近代科学。您
认为是这样的吗?

  席宗泽:欧洲人吸收希腊文化是从12世纪开始的,他首先被经院哲学家们所
接受,以至马丁·路德在进行宗教改革时,也埋怨在教会的学校里不讲《圣经》
而讲亚里斯多德的著作。与此相反,近代自然科学则是在反对古希腊科学的激烈
斗争中诞生的。

  在科学史中,以1543年为近代自然科学的开始。这一年出版了哥白尼的《天
体运行论》和维萨留斯的《人体结构》两部著作。这两部著作的问世标志了以希
腊托勒密和盖伦为代表的古希腊天文学和医学传统受到质疑与抨击。哥白尼的太
阳中心说出现以后,在欧洲受到了很大的阻力,就连马丁·路德也反对。法国思
想家博旦曾经说过:“没有一个具备普通知识(希腊知识)的人或学过一点物理学
(亚里斯多德的物理学)的人,会想象如此笨重庞大的地球竟能以太阳为中心上下
运动。”为了证实和宣传哥白尼学说,为了推翻亚里斯多德的物理学,伽利略写
了两部名著:《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于两门新科学
(力学和弹性学)的对话》。这两本书都是以三个人的对话形式来否定亚里斯多德
的物理学和天文学。由此可见,近代自然科学是在不断摆脱古希腊科学的束缚中
诞生的。

  《几何原本》对近代科学的影响很难评估

  《科技中国》:如果希腊前期的自然科学与近代的观察、实验、推理为基础
的系统科学不属同一范畴,也不可能直接产生近代科学。但是希腊后期却产生了
欧几里得《几何原本》这样逻辑性很强的科学著作,杨振宁先生也认为近代科学
诞生的标志——牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》深受《几何原本》推理方法
的影响。您怎样评价这种说法?

  席泽宗:欧几里得的《几何原本》是什么样子,很难说清楚。现在用的希腊
文本是1808年在梵蒂冈图书馆发现的公元10世纪的一个手抄本,无法肯定它是
1400多年前的原物,人们猜测,这个手抄本就是当时的人为教欧几里得几何而编
的一个手稿。除了这个版本之外,其余阿拉伯文、拉丁文译本都是根据公元4世
纪末赛翁的一个增订本,而这本书是没有图的。一部讲几何学的书没有图,很难
想象是什么样子的。

  其实,作为近代数学标志的微积分,也并不是从欧几里得几何学发展出来的。
牛顿、莱布尼茨和他们的先辈们为了适应当时运动学、弹道学、光学和天文学的
需要,大胆的不顾欧几里得关于严密性的要求,而发明了微积分。在微积分建立
以后,反对微积分者正是那些受到欧几里得几何学束缚的人。关于这一点,在斯
科特的《数学史》中有详细地记载。牛顿的《自然哲学的数学原理》虽然是按
《几何原本》的模式写的,但那只是形式,牛顿自己曾经说过,读了《几何原本》
对他没有多大帮助。

  中国没有产生近代科学与中国传统文化无太大关系

  《科技中国》:逻辑学可以使人们的思维得以系统和精密,并成为近代科学
产生的必要条件。而一般认为,在中国古代没有对于推演法的重要认识,即中国
传统文化里无推演式的思维方法。对此很想听听您对这个问题的看法。

  席泽宗:在杨振宁先生的几次演讲中,杨先生都反复地提到了中国没有产生
近代科学与中国人的传统思维有关。我不是很同意杨先生把原因归结到人们的思
维和知识层面上来。

  逻辑和语法一样,是从人们的思维活动中抽象出来的。正如许多人没有学过
语法也会说话一样,中国古代没有写出逻辑学著作,不等于中国人不会逻辑思维。
再者,逻辑的严密性并不能保证结论的正确性,托马斯·阿奎那运用亚利斯多的
逻辑学,对上帝的存在做出了五大证明,难道上帝真的存在吗?与此相反,作为
近代科学开始的一系列新发现,却不是用逻辑推演出来的。如果说,哥白尼的
《天体运行论》还用了传统的方法,即逻辑的论证,维萨留斯则完全使用观察和
实验的方法,得出和旧观念相反的结果。哈维对血液循环的发现,伽利略对木星
卫星的发现,都与三段论法毫无关系。伽利略认为,在物理学中,基本原理必须
来自观察和实验,逻辑和数学只是实验数据的工具和手段,而不是对先验目标的
追求。这正是近代科学方法的精髓。再看看希腊人是怎么说的?柏拉图在他的
《理想国》第七卷中说:“一个真正的天文学家不必去思考昼夜长短、日月运动
以及其他天体的任何事物。在建立真理时,考虑这样多的事业是愚蠢的。天文学
和几何学一样,如果我们要采取正确的方法研究问题,那就要把星空抛在一边。”
接着,他又引用他的老师苏格拉底的话说:“声学的老师们想比较他们仅仅能听
到的声音的和谐,这种试验也和天文学观测一样,是白费力气的。”

  从这些方面看来,中国没有推演法并不构成中国没有产生近代科学的原因。

  《周易》与孔孟对中国科技的影响是不同的

  《科技中国》:在中国科技发展的过程中,中国的传统文化,如《周易》、
孔孟之道,究竟起到了一个什么样的作用呢?

  席泽宗:李约瑟认为,影响中国古代科学发展的三大哲学思想体系是阴阳理
论、五行理论和《周易》,前两者对科学的发展是有益无害的,而《周易》的那
种精致化了的符号体系几乎从一开始就是一种灾难性的障碍,它诱使那些对自然
界感兴趣的人停留在根本不成其为解释的解释上。没有一种是以任何形式为《周
易》的观点进行辩护的,或是要减轻它对中国科学思维所造成的恶劣影响的。李
约瑟对《周易》的评价我基本是赞同的。从天文学的发展研究来看,《周易》对
中国古代科学是没有任何的促进作用。对那些盲目夸大《周易》作用的观点,如
有些学者把现在发现的遗传密码、量子力学等等都用《周易》来解释,我更是不
能赞同。

  我认为,《周易》的影响没有孔子的思想影响大。《周易》是一本哲学著作,
一般人很难读懂,而孔子的思想是潜移默化地影响到我们社会的方方面面,直到
今天。孔子的思想对中国科技的影响是没有坏处的。以《论语》中的孔子言行为
据,孔子的言行对科学的发展不但无害,而且是有益的,有关这方面的研究成果
已有不少。十三世纪以前,中国科学技术在世界上的领先地位是多种原因造成的,
孔子思想中的这些有益成分也是其中之一。 

  现实的需要和提供的条件是科学发展的主要原因

  《科技中国》:中国没有产生近代科学既然与中国传统文化没有太大的关系,
那又是什么导致了中国最终没有产生近代科学?

  席泽宗:我认为主要是社会原因,即当时的社会政治条件。按照明末发展的
趋势,中国传统科学已经复苏,并有可能转变为近代科学。明末这一时期的科学
相当注重数学化或定量化的描述,而这些又是近代实验科学萌芽的标志。如:李
时珍《本草纲目》、朱载《律学新说》,潘季驯《河防一览》,程大位《算法统
宗》,徐光启《农政全书》,宋应星《天工开物》,徐霞客《徐霞客游记》,吴
有性《瘟疫论》等等都是具有世界水平的著作。在短短的67年中(1578—1644)出
现了这么多的优秀科学专著,其频率之高和学科范围之广,在中国历史上是空前
的。

  但是在这样的条件下,中国和英国走了两条完全不同的道路,1644年是个转
折点。这年,英国打败了封建王朝,为资产阶级革命的胜利奠定了基础,其后虽
有反复,但1688年“光荣革命”成功以后,在君主立宪制度下,英国就在资本主
义道路上前进。而中国由于清军入关,残酷的战争中断了科学发展的进程。落后
的奴隶制游牧民族入关建立了清王朝。到了康熙时期,全国已基本上统一,经济
也得到很大的发展,而且有懂科学的传教士在身旁帮忙,国内、国外的环境都不
错,这时是一个机遇,是中国有可能在科学上于欧洲近似于“同步起跑”的时机。
然而由于康熙一系列错误的科学政策,把我们本可以与欧洲“同步起跑”的机会
失去了。如:康熙在用人上,对汉人采取防范措施,致使一些科学家得不到重用;
在培养人才和集体研究问题上,在有众多传教士的条件下,没有兴办外语学校,
没有组织中国学者翻译外国科技书籍;在制造仪器和观测时,只是把所制成的仪
器视为皇家礼器,只供皇帝本人使用,而没有用来进行观测;对于中国传统科学
的弱点——系统性、理论性不强,康熙未予以重视,他只关心一些普通常识问题,
对从欧洲传进来的一些理论问题,不管是托勒密体系、第谷体系还是哥白尼体系,
都未重视去研究。康熙时期的科学政策是我们同欧洲科技发展拉大差距的起点,
在之后的统治政策中也阻碍了中国科技的发展。如乾隆后的“复古”运动就崇尚
一切都可以从古书中找到原因,包括科技。

  中国科技在新中国成立后的发展也说明了一些问题。在建国初期,由于种种
的社会原因,使我们的科技工作者没有条件全身心地投入到科学研究中。以后的
“文革”时期,更谈不上社会为科技的发展提供了怎样的条件。而当时欧美科技
工作者的研究条件就比国内好得多,在他们研究钻研时不会受到任何外界打扰。
这种社会条件的差异,也是现在在诺贝尔奖获得者中,有中国人,但都是外籍华
人的一个原因。

  从这些看来,我还是偏重把社会原因作为中国没有产生近代科学,以至至今
中国科技仍然落后于欧美的主要原因。

  在采访结束后,席先生一再的对记者强调说:近代科学产生在欧洲并得到迅
速的发展是由当时当地的条件决定的,不必到1400多年以前的希腊去找原因。自
16世纪以来,中国科学开始落后,也要从当时当地去找原因,不必一直追着孔子、
孟子。

(XYS20050112)

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人不是基因的奴隶

30 12 2004年

    许多人在干活时往往一开始磨磨蹭蹭,眼见快到最后一刻了才开始卖
力,比如说,经常到截稿期临近了,才开始动手写专栏文章。猴子也是
如此。美国国家心理健康研究所的研究人员做过这样的实验,训练猴子在
看到计算机屏幕上的红点变成绿色时,松开操纵杆。猴子要成功地操作几
次才能获得奖励(喝一口水),计算机屏幕上有个灰色的横条,越接近奖
励目标就变得越亮,猴子由此可知它离奖励目标还有多远。越接近目标,
猴子操作起来越积极、越认真、越准确。

    研究人员往这些猴子的大脑中注射一小段特别的DNA,它能和脑
细胞中一个关键的基因相结合,暂时关闭这个基因的活动。这个基因生产
一种被叫做D2受体的蛋白质,它与多巴胺结合后,刺激神经细胞发生变
化。没有了这种受体,这些猴子跟换了个“猴”似的,变成了工作狂,不
再注意何时能得到奖励,一开始就积极、认真地工作,不知疲倦地一直那
么干下去。

    人体也存在类似的受体和机制。这项研究的目的是为了帮助人们认
识导致某些心理疾病的生理机制,例如,强迫症和躁郁症患者经常不计报
酬狂热地工作,也许就与D2受体失常有关。

    最近,这项研究成果发表后,有人惊呼人类奴性基因被发现了,担心
如果这种技术被应用在人类身上,人类社会是否会走向奥尔德斯·赫胥黎
小说中的“美丽新世界”?在《美丽新世界》一书中,赫胥黎描绘在未来
世界,有生活在社会最底层的埃普斯隆族,他们的大脑被用药物麻醉,成
为毫无怨言地干繁重工作的奴隶。在赫胥黎之前,也有人设想过类似的情
景。鲁迅在《春末闲谈》中就提到过,有一位神经过敏的俄国艺术家曾经
发愁地对他说:“不知道将来的科学家,是否不至于发明一种奇妙的药品,
将这注射在谁的身上,则这人即甘心永远去做服役和战争的机器了?”

    如果用遗传工程技术一劳永逸地让人变成天生的奴隶,那当然要比使
用药物麻醉省事、可靠得多。不过,D2受体基因并不是什么奴性基因,即
使把它去除,制造出来的大概也只是一些得了强迫症、躁郁症的工作狂,
并非天生的奴隶。工作狂任劳任怨,却未必就奴性十足、甘心永远任人指
使。

    那么我们有没有可能将来某一天在人身上发现奴性基因呢?我觉得这
个希望很渺茫。通过调查、比较自小被分开养大的同卵孪生子的性格,我
们知道人的性格的形成受到基因的影响,遗传因素和环境因素大约各占一
半。但是目前还没有证据表明人的思想也与基因有关。奴性是一种思想,
而思想只能是在后天形成的,例如经过洗脑而形成。即使某些基因变异会
影响人的性格的形成,使人更容易被洗脑而产生奴性思想,也不是天生、
必然如此,仍然离不开后天的培训。人是会思想的动物,而不是基因的奴
隶。

2004.12.25.

(中国青年报2004.12.29)

(XYS20041230)

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猿:人性,太人性了

23 12 2004年

    据美国有线电视新闻网报道,12月7日,美国伊利诺州布鲁克菲尔德
动物园为一头名叫芭布斯的雌性大猩猩举行了哀悼仪式,不过参加者
不是人,而是其他大猩猩。芭布斯享年30岁,是这个大猩猩群体中的优势
雌性,因为肾病医治无效而在当天被处以安乐死。管理员曾经看过俄亥
俄州哥伦布斯动物园为一头大猩猩举行哀悼仪式的录相,于是决定也给他
们管理的大猩猩一个机会。

    只见大猩猩们列队走到了芭布斯的身旁,第一个走来的是芭布斯9岁
的女儿芭娜。她到芭布斯身边坐下,握住芭布斯的手并拍打她的肚子,然
后把头枕在芭布斯的手臂上,就像她们以前经常做的那样。之后,她站起
来看看管理员,走到芭布斯身体的另一侧,把头埋在芭布斯的另一支手臂
下面,继续拍打她的肚子。芭布斯43岁的母亲阿尔法第二个走了过来,
其他大猩猩也挨个挨个地走到芭布斯身边,温柔地嗅芭布斯的身体。只有
这个群体的雄性首领冷眼旁观。

    这一切并非在管理员的指导下进行的,也不是因为这些大猩猩被养在
动物园中而沾上了人气。生物学家们早就观察到野生大猩猩会举行仪式哀
悼死去的大猩猩。其他类人猿也有类似的行为。我曾经看过一个录相,在
一次战斗中,有一只黑猩猩阵亡,同一群体的黑猩猩举行哀悼仪式,聚在
一起挨个慰问死者的兄弟。黑猩猩在暴雨中,或瀑布前,会翩翩起舞,似
乎是对大自然感到敬畏,就像原始人跳起祭神舞。

    许多思想家把战争视为人类的邪恶本性,但是类人猿内部也会爆发战
争。珍·古德尔曾经在坦桑尼亚贡贝国家公园观察到在两个黑猩猩部落之
间爆发了一场“四年战争”。在战争期间,他们有系统地互相追击、残杀,
有十多头成年黑猩猩和所有的小黑猩猩因此丧生。那些脱离原部落加入另
一部落的“叛徒”是被攻击的重点目标。在准备偷袭时,战士们会在森林
中列队行进,小心翼翼地踩着石头,避免发出响声惊动敌人。

    类人猿也能表现出人性中美好的一面。1996年8月,同样是在布鲁克
菲尔德动物园,上演了令人感动的一幕。有一名3岁的小男孩掉进了大
猩猩的笼子中,并失去了知觉。在游客们的恐叫声中,一头名叫宾提爪娃
的雌大猩猩迅速过去抱起这位小男孩,赶走了另一头逼近的大猩猩,温柔
地将小男孩放在笼门的后面。小男孩在那里被救出治疗,很快就康复了。
一名游客用录相摄影机拍下了整个过程。

    类人猿这些充满人性的行为,不管是邪恶还是美好,都在提醒我们,
他们要比我们想像的更接近人,是我们名副其实的兄弟物种,和我们并不
存在不可逾越的鸿沟。这让我们深刻地意识到人类的动物起源,人性也是
进化而来的自然产物,并不是神灵赋予的某种神秘的东西。

    现存类人猿只有亚洲猩猩、大猩猩、黑猩猩和矮小种黑猩猩四个物种,
都濒临灭绝。灭绝的原因除了其生存环境遭到破坏外,偷猎也是一个重要
因素。在非洲某些地方,吃猿肉成为招徕游客的一个卖点。我们也许应该
把吃猿肉视为吃人肉,并以谋杀罪起诉偷猎者。

2004.12.14.

(中国青年报2004.12.22)

(XYS20041223)

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别怕,不是要转你的基因

16 12 2004年

    两年前,对转基因食品的恐慌从欧洲蔓延到了中国。绿色和平组织在
中国的代理人指控雀巢产品含有未标明的转基因成分,愤怒的消费者因此
控诉外国大公司试图拿中国人当小白鼠做试验。最近,由于中国有关部门
启动大规模种植转基因水稻的评价程序,再次在中国掀起了反对转基因作
物的风波。这回的矛头所指却是中国研究转基因作物的科学家,《南方周
末》12月9日头版头条的导言很好地概括了这种指责:“在转基因稻米的
安全性存疑的情况下,中国一些科学家大力推动这种产品的商业种植,让
人怀疑其中关联的利益。”

    大米做为中国人的主食,其安全性问题要比任何一种食品都更能触动
中国人的神经。但是我们并没有见到转基因食品的反对者有什么证据来支
持他们对安全性的质疑,反而有许多证据表明目前上市或准备上市的转基
因食品是安全可靠的。反对者只能采用“现在证明是安全的并不能说明将
来就没有问题”这种狡辩。

    如果我们接受这样的逻辑,那么我们也可以质疑任何食品的安全性。
比如,我们更有理由质疑杂交水稻的安全性。转基因水稻转入的不过
是一种或少数几种我们已知其功能的基因,而杂交水稻却是把成千上万个
我们还一无所知的基因混杂在一起,尽管我们目前没有发现这会有什么隐
患,但是谁敢保证将来就一定不会被发现有问题?我们甚至还有证据表明
普通水稻是有害健康的。大米中含有肌醇六磷酸,这种分子能和食物中的
铁结合使铁不容易被肠道吸收,因此以大米为主食的人容易患上缺铁性贫
血。那么我们是不是应该宣布大米是不安全的食品而反对种植水稻?事实
上,用转基因技术恰恰可以克服大米的这个害处。目前正在推广中的“金
大米”,为此转入了三个外源基因,分别用于破坏肌醇六磷酸、制造用于
储存铁的铁蛋白和帮助肠道吸收铁。

    我接触过很多反对转基因的人士,发现他们有一个共同点:并不知道
转基因是怎么回事。许多人望文生义,误以为转基因食品要转变人体的基
因,为此忧心忡忡。从上面举的金大米例子可知,转基因指的是把外源基
因转入作物之中发挥有益的作用,并不是要转变人的基因。那么,如果人
吃了转基因大米,会不会无意中也把人的基因给转了?这是不可能的,因
为所有的基因,不管是大米原有的,还是人为转入的,化学成份都一样,
都是由核酸组成的,在人的消化道中都会被消化掉,而不会被人体细胞直
接吸收、利用。如果你担心转基因大米中那一两个外源基因会在你的体内
作怪,那么大米中原有的成千上万个基因同样值得你的担心。因为所有基
因的化学成份完全一样,如果人体有可能吸收、利用某个外源基因,也就
可能吸收、利用其他外源基因。那样的话,我们吃任何食物,都有可能被
转了基因!

    这就是为什么这种对转基因食品的恐慌会让专业人士哭笑不得。那些
反对转基因最激烈、嗓门最大的人,往往并不知道自己在反对什么。甚至
连绿色和平组织也难以搜罗到懂行的分子生物学家充当科学顾问。这次为
绿色和平组织撰写《中国转基因水稻对健康和环境的风险》的两名科学顾
问,一个是兽医,一个是土壤专家;接受《南方周末》专访的另一科学顾
问是美国一所野鸡大学的政治学教授,他们懂多少分子生物学,在转基因
问题上有何权威性可言?

    正因为这些专职反对转基因技术的人士自己也知道无法从学术上赢得
辩论,所以只能散布阴谋论,把支持转基因技术的分子生物学家全都妖魔
化为利欲熏心之徒,而无视这样一个基本事实:并不是所有的分子生物学
家都从事转基因技术的开发,更不是都有商业利益在里头,他们之所以支
持转基因技术,不过是因为比一般人更明白什么是转基因罢了。

    反对转基因的活动家把自己打扮成反抗科学界阴谋、为公众代言的勇
士。他们的立场早已确定,并不只是要反对某种转基因作物,而是要反对
一切转基因产品,在甚至连基因是什么都不甚了然的公众中制造恐慌、煽
动仇恨。所以试图用更多的证据说服他们是无济于事的。但是如果我们听
任他们在媒体上愚弄世人而不加以反击,那么这项刚刚起步、有着无限美
好的应用前景、甚至可能最终解决饥饿和营养不良问题的新技术,就可能
被以正义的名义扼杀掉。

2004.12.12.

(《中国青年报》2004.12.15.)

(XYS20041216)

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“永动机”重现江湖

8 12 2004年

   《光明日报》在12月2日头版正中央位置登出一则报道“无偏二极管有望开辟
新的能源出路”,声称中国科学院生物物理研究所研究员徐业林发明的无偏二极
管在不需要外加任何能源的条件下,只要环境温度高于负273℃,该器件就能奇
迹般地输出直流电流,将是一种取之不尽、完全没有污染的新型能源云云。

    实际上这是一则旧闻,早在2000年3月29日,同一家报纸、同一名记者便以
“巧用环境中能量 不需光照能发电的二极管制成”为题更详细地报道过了这个
“发明”。检索文献可知,实际上徐业林宣布制成这种神奇的“无偏二极管”已
有近二十年的历史。1986年,他在《潜科学杂志》首次宣布实现这项发明,1988
年更是由科学出版社出版了一本专著《从单一室温环境获得能量的实验与研究》
专门介绍此项发明。

    这项据称已获得多国专利的发明的原理很简单,据称“无偏二极管”从环境
吸收热量后,半导体中的电子能自发形成电流,电流流过负载电阻,电阻发热,
热量散发到环境中,通过环境再还给二极管,如此形成循环,二极管便可依靠从
环境吸收热量而持续输出能量。

    徐研究员声称他的这项发明是利用所谓“内能”,既不违反热力学第一定律
(能量守恒定律)也不违反热力学第二定律,不是永动机,而是像自然界中的水
-空气循环那样“巧用循环”。水-空气循环之所以能够实现,是因为有太阳能
补充能量,与徐研究员的“巧用循环”并不是一回事。“无偏二极管”如徐研究
员的专著名称所表明的,是要“从单一室温环境获得能量”,而热力学第二定律
已指出,自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,要从单一和
均匀的热源(例如海洋、大气层)吸取能量实现循环是不可能的。所以这个“无
偏二极管”实际上就是违反热力学第二定律的第二类永动机(违背能量守恒定律
的永动机称为第一类永动机)。

    也有人公然打着永动机的招牌行骗,而且颇为成功。今年年初我们曾经揭露
过一位自称是“新加坡籍华人”、“博士、院士、专家委员”,名为“梁星人”
的人,他声称建成了“宇宙引力能永动机”,而且还在海南省建了一家“海南星
人永动机发电厂有限公司”正在生产用该永动机装备的车辆。被揭露后,该人沉
寂了一段时间,但是最近又开始活跃起来。他组建的“环保(永动机)高科技发
展有限公司”给媒体发去邀请书,邀请记者出席将于12月27日在珠海度假村举办
的“永动机问世全球性新闻发布会”。据报道有人曾被这个永动车项目骗去300
多万元,吉林有工程承包商也曾经被声称要投资66亿元建永动机工厂的“星人公
司”骗走几十万元工程保证金。著名的河南临颍南街村为了搞永动机项目,共投
资2000多万,最后全打了水漂,其党委书记后悔莫及,说是他在南街干了30多年
犯下的最大的错误。

    自古以来,鼓吹永动机的无非两类人,一类是无知(不懂物理学定律)
或偏执(不承认物理学定律)的空想家,一类是诈骗投资的骗子。对第一类人我
们可以同情他们,对第二类人司法机关则应该侦查、惩处(据报道公安部门已介
入调查梁星人事件)。凡是自称已研制出永动机并到处推销拉投资的人,肯定是
百分之百的骗子。不过,虽然徐研究员早在2000年就“热切盼望得到企业界的支
持”,鉴于他承认“无偏二极管”还不实用,与梁星人一伙人还是有很大的区别
的,我宁愿把他归入空想家一类。

    永动机不可能存在,这已是科学常识,那么为什么我们还能在报刊上见到制
造出永动机的科技新闻呢?我想原因也有两种:一种是属于拿人报酬替人宣传的
有偿新闻,一种是由于记者科学素质不高,把永动机当成重大科技成果热心报道。
我猜测《光明日报》的报道应该属于第二种,因为有别的记者在看了这则报道后
说,他如果收到这样的新闻稿,也会当成重大科技成果加以报道。没有学过大学
物理的人不了解热力学第二定律,因此第二类永动机不容易识破,比较有欺骗性,
普通记者受其蒙蔽,本来也无可厚非。但是即便自己没有辨别能力,为什么不向
其他专家请教,只听发明者的一面之辞就急急忙忙地发表出来呢?所以这反映的,
不仅仅是记者、编辑的科学素质不高,新闻素质也是大成问题的。

2004.12.4.

(《中国青年报》2004.12.8)

(XYS20041208)

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