开发潜科学史的科学普及功能——以中国古代海洋潜科学史为例

贵州省毕节市七星关区城市管理局 李兴春



开发潜科学史的科学普及功能——以中国古代海洋潜科学史为例

贵州省毕节市七星关区城市管理局 李兴春

潜科学是尚在孕育中的还未成熟的科学胚胎和科学萌芽，潜科学史和科学史一样具有强大的科学普及功能，能够增强科普的通俗性，降低科学的专业门槛；增强科普的趣味性，塑造科学的生动形象；增强科普的启发性，建立科学的试错机制。该文通过4个中国古代海洋潜科学史的例子，进一步说明开发潜科学史的科普功能，有可能取得比传统或“正统”科学史更好的效果。

潜科学史科学普及中国古代海洋潜科学史

0 引言

大家都很熟悉这个流行的小故事：曾有大科学家（法拉第、爱迪生或是富兰克林）做出了很多科学发现发明，但新事物不为人所理解和接受，人们质疑：“这些东西有什么用呢？”大科学家反问：“新生的婴儿有什么用？”

潜科学的发现发明在科学之前，比科学发现发明更不容易为人所理解和接受，如果遭到同样的质疑，也可以同样理直气壮地反问：“未生的胎儿有什么用？”

潜科学就是这样的科学胚胎和科学萌芽，是尚在孕育中的还未成熟的科学。在这个意义上，科学史不应该只是一部成功史，只讲述成功的发现发明，还应该是一部失败史，也要讲述失败的发现发明，以及既没有成功、也没有失败的发现发明。这最后一种就是潜科学，发现发明的种子既没有死亡，又没有生长出来，当然就是既没有成功，也谈不上失败。

科学史具有较强的科学普及功能，这已经是人所共知的事实；潜科学史是否仍然保有这种强大的科普功能呢？我们的回答是肯定的。如果把通常提及的科学史作为显科学史，那么潜科学史与之相比，更适宜用作科学普及的工具。

1 潜科学史适宜用作科普工具的理由

1.1 潜科学史增强了科普的通俗性，降低了科学的专业门槛，更易于使大众感知和领会

潜科学史同时也更切合于科普的目的，科普只是为了让大众了解基本的科学知识，具备必要的科学素养，不是让大众掌握系统的科学知识，具备专业的科研能力，这样，利用潜科学史进行科普，就不必像科学史一样面面俱到，还要有相当的深度。潜科学史既然讲述的是萌芽和孕育中的科学，它就只需指明入窥堂奥的门径，在关键处点到即止，入门者有兴趣的，自可循此门径进一步求本索源，探幽发微。

1.2 潜科学史增强了科普的趣味性，塑造了科学的生动形象，更易于使大众熟悉和记忆

由于潜科学史是在一切有形或无形的人类精神物质文明中发掘潜科学因子，并不局限于专业文献，也无需经过繁琐考证，这样就避免了枯燥无味，使它的表现形式生动活泼、丰富多彩，能给人留下深刻记忆，并产生亲近感。比如很多神话传说、民间故事中都包含着潜科学因子，是宝贵的潜科学史料，而显科学的相对严谨，一般很难接纳这些潜科学因子进入科学史。

1.3 潜科学史增强了科普的启发性，建立了科学的试错机制，更易于使大众想像和思索

潜科学史的通俗性和趣味性并不意味着它就是肤浅和哗众取宠的，它即使为了入门，也必须先看清科学的本质所在，才能为入门者指出正确的路径；而没有合情推理、合理猜测，没有大胆的跨越式联想，再生动有趣的史料，也难以发掘出深藏不露的潜科学因子，并与看似不相关或相隔很远的显科学成说巧妙而有机地联系起来，既在意料之外，又在情理之中。

猜测和联想都很可能出错，但英国数学家拉姆有句名言：“一个不亲自检查桥梁每一部分的坚固性就不过桥的旅行者，是不可能走远的；甚至在数学中，有些事情亦须冒险。”只要不是反科学的胡思乱想、胡拉混扯，这些猜测和联想就不能以穿凿附会目之。即使出错了，它也能收启迪之功，得发轫之力，激发了大众的科学想像力和探索精神。

2 具有科普功能的潜科学史例子

下面就以4个中国古代海洋潜科学史的例子，具体说明潜科学史的科普功能：

2.1 苦海甘泉——海洋淡水区

明代费信是郑和下西洋的重要随员，他记叙海上旅途经历的《星槎胜览》一书，为后人提供了宝贵的航海资料。这部书还记载了一些带神话色彩的历史传说，其中一个传说是有关远征爪哇国的：“元时使将史弼、高兴因征其国，经月不下雨，舟中乏粮，军士失措。史、高二将拜天祝曰：‘奉命伐蛮，如天与水即生，不与之则死。’祝之，插枪咸苦海滩，其泉水随枪涌出，水味甘甜，众军汲而饮之。”后来嘉靖年间严从简撰《殊域周咨录》中有内容大致相同的记载：“元世祖尝举兵伐其国，不克。后遣将史弼、高兴征之，数月不下。舟中乏水，粮尽，二将拜天祝曰：‘奉天伐蛮，若天与我水即生，不与则死。’遂插枪咸苦海中，其泉随枪涌起。水味甘甜，众军汲而饮之。”元代将军史弼和高兴率兵远征爪哇，船队淡水用尽，史、高二将军把长枪插进又咸又苦的海滩或海水中，再提起来时，甘甜的清泉随枪涌起。饮足了淡水的中国将士军威大振，奋力杀敌，打败了爪哇人。两书记载有一处重要的不同：一是插枪咸苦海滩，一是插枪咸苦海中，但无论是海滩还是海中，都说明了海洋某些特殊区域有可饮用的淡水源。

现代人已经知道：比如我国闽南的漳浦县古雷半岛东面，有一个盛产紫菜的小岛叫菜屿，距该岛约500米处的海面上有一处叫“玉带泉”的淡水区，这一带渔民和来往船只都在此补充淡水；美国佛罗里达州和古巴东北部之间的海域，周围海水含盐量很高，但中间却有一片直径为30米的淡水区，水色、温度等与周围的海水都不一样,人们称它为海洋中的“淡水井”。像这样的海洋淡水区在美国海域已经发现二百处，我国近海域也发现了几十处。

出现海洋淡水区的原因，通常认为是海底的含水构造不断喷出淡水，形成强劲的喷泉顶开苦咸的海水，占据了一定的位置以后，就形成了一个与周围海水完全不同的淡水区。而海底含水构造与陆地含水构造相通，由陆地含水构造提供淡水补给。或者在若干万年以前，这一片海底还是陆地，陆地上有众多的河流和星罗棋布的湖泊，形成了丰富的地下含水层；当陆地经过漫长岁月的地质变迁成为海洋，其中一些含水层的淡水被原封不动地保存下来，就像“化石淡水”；一旦化石淡水露头在海底重新喷涌出来，就形成海洋淡水区。

如果能够成功开发利用这些海洋淡水，也就实现了元代史、高二将军以长枪开凿苦海甘泉的神话传说了。

2.2 弱水——海洋超级大漩涡

弱水之名在战国时代的《尚书·禹贡》和《山海经》中就有记载，其中的弱水很可能是因水弱不能载舟而得名，水弱的原因也很可能是水浅，浮不起船。但汉代《海内十洲记·凤麟洲》记载：“凤麟洲在西海之中央，地方一千五百里，洲四面有弱水绕之，鸿毛不浮，不可越也。”弱水的浮力弱得连羽毛都浮不起，以现代的科学知识来解释就说不通了。因此，弱水很可能指的是海洋超级大漩涡，羽毛再轻，落在这种漩涡中，早晚都将被卷进漩涡中心沉底，浮不上来。

2007年3月，澳大利亚的海洋学家在距悉尼96公里的海上发现了一个巨大的冷水漩涡，这个漩涡直径长达200千米，深1千米，它剧烈旋转产生的能量将海平面几乎削低了1米，改变了这个海域主要的洋流结构。它携带的水量超过了250条世界第一大河——亚马逊河的水量。在这样可怕的漩涡中心，可以想像不会有什么东西能够长时间浮在水面，包括一些轻飘飘的羽毛。而辽阔的海洋上，这样的超级大漩涡应该不止这一个。对超级大漩涡产生的原因，涉及到对湍流和混沌等复杂运动的研究，也一直是科学上的难解之谜。

2.3 天妃神灯——“圣艾尔摩之火”

1937年，在福建长乐发现了著名的郑和所立《天妃灵应之记》碑，碑文作于明宣德六年（1431年），是在郑和第七次也就是最后一次下西洋的前夕。碑文中有一段是这样写的：“神之灵固尝著于昔时，而盛显于当代。溟渤之间，或遇风涛，即有神灯烛于帆樯，灵光一临，则变险为夷，虽在颠连，亦保无虞。”这里所记的天妃显灵照耀在帆樯之上的“神灯”，让人立即联想到西方海员自古就观察到的“圣艾尔摩之火”现象。圣艾尔摩是三世纪时的意大利基督教圣人，被认为是海员的守护圣人，而天妃也可算作中国海员的守护圣人。圣艾尔摩之火是船只桅杆顶端之类尖状物上产生如火焰般蓝白色闪光的自然现象，常见于雷雨天气中，恰与“或遇风涛，即有神灯烛于帆樯”相合。

现代通常认为圣艾尔摩之火是一种冷光冠状放电现象，由于雷雨中强大的电场造成场内空气离子化，使得空气也变成可导电，并在导电过程中放出强光，它是一种温度相对不高的等离子体，虽然称为火，其实算不上热。由于圣艾尔摩之火经常出现在桅杆顶端之类尖状物上，使人想到避雷针的尖端放电，这样，出现圣艾尔摩之火的桅杆很可能也起到了避雷针的作用，或者像飞机上的放电刷一样，在某种程度上保护了船只的安全。所以无论东方还是西方的海员认为它是天妃或圣艾尔摩显灵保佑，也就有一定的科学道理了。

2.4 郑和航海图——拓扑航海图

明代郑和七下西洋所用的航海图，是一幅自右至左展开的手卷式长图《自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图》，后人通称《郑和航海图》，附在明万历年间茅元仪所著《武备志》中得以流传。英国汉学家李约瑟在《中国科学技术史·地学卷》中对其作了考查，认为这是一种与西方航海图很不同的形式。海图中的航线航向以精密的指南针“针位”表示，航程以“更数”计算，而地名旁有以“指”计算的极星高度，用于“牵星术”的天文导航；海图绘出的山岳、岛屿、桥梁、寺庙、城市等地物陆标，便于对照实景来识别、定位，进行地文导航；转向点的位置用文字说明，标注测深定位的水深数和牵星数据。这一切都使《郑和航海图》突出了导航、定位所需的基本要素，忽略了与航行无关的其他因素，从而导致了海图的地理方位不尽统一、地理位置不尽准确、地形大小比例也有失真。但由于这是专用于航海的一种“拓扑航海图”，因此丝毫不影响其实用价值，反而更加直观和方便。

拓扑航海图作为拓扑地图的一种，直至现代才有较明确的概念和定义。我们知道地球是三维球体，地图是二维平面，因此无论使用什么先进的数学投影方法绘制地图，都会有一定的变形。比如用墨卡托投影法一类的等角投影法绘制地图，可以保持方向和相互位置关系的正确，但地图上的长度和面积就会有变形，而且越往地球两极变形越大。如果我们要保持面积和两点间距离的正确，就要使用等面积投影法和等距离投影法来绘制地图。等面积投影法能使地面上的一块面积在经过地球投影绘制到图纸上以后保持不变；等距离投影法能使地面上两个点之间的距离在经过地球投影绘制到图纸上以后保持不变。面积和距离倒是不变了，但角度和方向又变形了。

地理图当然要尽量减小各种变形，但以某种实际用途为目的的地图，在保持图形拓扑关系不变的前提下，却可以有意使地图变形，以突出地图要表示的主要内容，更好地达到实用目的，这就是拓扑地图。拓扑地图是一种“原理图”而不是地理图。一种最流行的由英国电子工程师哈里·贝克绘制的伦敦地铁线路图是拓扑地图的典型例子，它只是准确地表示和区别了地铁站的位置和连接线路，与实际的地理方位并不相符，所以可以采用水平、垂直、45°角来设计线路走向，而站与站之间的距离与实际距离也不成比例关系。

《郑和航海图》也就是类似伦敦地铁线路图的拓扑航海图。为了便于航行使用，它只需要准确表示航向、航线、地物陆标等主要内容，也就是保持这些导航定位所需基本要素之间拓扑关系不变就行了，至于地理位置和地形大小是否与实际相符并不重要。特别是图中绘出的往返航线，无论地理位置和地形大小如何变化，它总是保持连续不变，这正是拓扑的特点。为了使地图更加简洁明了，还可以“削足适履”，有意让次要因素变形失真，排除其对主要因素的干扰。李约瑟在《中国科学技术史·地学卷》复制了一部分《郑和航海图》，图的顶部是印度西部，底部是阿拉伯，左边是波斯湾入口，右边是红海入口。为了在图的开本范围内把印度洋硬塞进去，不得不把印度洋压缩成长长的一条，造成了较大失真。李约瑟引用另一英国学者米尔斯的观点，认为《郑和航海图》就像现代图解式的“地下管道”图或汽船公司的航线图，而地下管道图通常都画成拓扑结构图，汽船公司航线图也可以画成像伦敦地铁线路图一样的拓扑地图。

李约瑟还复制了一幅载于公元1329年《元经世大典》中的中国传统网格式西北地区地图，地图使用的是制图学上所谓“蒙古式”画法，就是按相对位置关系在布满全图的一个个网格上标出地名和部落名，这是比《郑和航海图》更加简约的拓扑地图了。

3 结语

从以上中国古代海洋潜科学史例子我们都能看出其具有的通俗性、趣味性和启发性，显示了与传统或“正统”科学史有所不同的特点。而如何开发潜科学史的科普功能？我们不妨采用一种历史学上的“辉格式”科学史观来考察潜科学史的源流。

所谓辉格式历史是指英国辉格党的历史学家从本党派的利益出发，依照现在来解释过去，用历史作为工具来论证辉格党的政见。辉格式的科学史也就要严格地按照现代观念来评价历史上的科学成果，不依赖于当时的历史背景和局限于当时的知识背景。意大利历史学家克罗齐的名言“一切历史都是当代史”说的也是这个意思。前面已经指出，潜科学的发现发明，还要在科学的发现发明之前，它能回溯到科学最初的源头，更加深入地正本清源。在辉格式潜科学史观之下，我们也就更容易发现浩如烟海的史料中潜在的科学性，并从现代已经得到证实和应用的显科学体系中为这些潜科学因子准确定位，作出恰如其分的考量。

在发现科学性的基础上，再充分发扬其通俗性、趣味性和启发性。这样将潜科学史料应用于科学普及，就可能取得比传统或“正统”的科学史更好的效果。

[1] 李约瑟．《中国科学技术史》翻译小组，译．中国科学技术史：第五卷[M]．北京：科学出版社，1976．

[2] 严从简．余思黎，点校．殊域周咨录[M]．北京：中华书局，2009．

[3] 费信．冯承钧，校注．星槎胜览[M]．北京：中华书局，1954．

李兴春，贵州省毕节市七星关区城市管理局监察员。