当绘画捕捉科学发现

刘夕庆

布兰德为追求淘金术而意外发现了磷，孟德尔通过豌豆实验创造性地推导出了生物遗传定律，巴斯德在研究中发明了“巴氏灭菌法”……这些里程碑式的科学发现都曾定格在绘画中，画家希望将这些激动人心的瞬间艺术地传达给欣赏者，让人们体会其中的艺术美和科学美。

绘画展示事实性的科学发现

科学史上的任何发现归根结底都是在一定社会经济文化背景下社会实践的产物，符合科学发展的必然规律。然而，有些科学发现虽在科学发展的总进程中是必然的，但其發现过程却看起来并不那么合乎规律。比如，17世纪德国人布兰德的炼金术生涯，就曾因一个意外的收获而有了一幕喜剧性的结尾。

当时，布兰德受到炼金术的诱惑，开始狂热地炼制“金属之王”—黄金。破产之后，他又异想天开地认为，人体是天地间最完美的，黄金则是金属中最完美的，因此，要想得到炼金中不可缺少的“点金石”，很可能应该利用人体生命活动中的产物。于是，他开始蒸馏人尿。

 18世纪时，西方天文学领域的发现成为时尚，研究天空的美丽和有序变成人们的一种普遍追求

1669年，他在一次蒸馏尿液的实验中，虽然没有得到黄金，但却意外地发现了一种十分美丽的白色蜡样物质，更神奇的是它在黑暗中竟能发出神秘而又美丽的亮光，于是布兰德给这种物质取了一个名字：“冷光”—这就是如今被我们称为白磷的物质。

虽然没有因为发现磷而发财，但是布兰德的名字却载入史册。这—点大概连他自己也始料未及吧！

与布兰德的意外发现相比，也曾迷恋炼金术的牛顿则是科学史上非常伟大的人物之一。例如，他提出了日光经折射能分解成众多色光这一重要的科学发现。1665年，他所就职的剑桥大学由于鼠疫横行而关闭。这期间他留在乡下的家中，利用在斯特布里奇集市买的三棱镜做光学实验。他写道，正是在那里，“我买了一个三角棱镜来做著名的光色现象实验”—也就是左图中所描绘的令人激动的场景。画中，牛顿的目光随一缕阳光投向展开的光谱，而他庄重的神态掩饰不住其内心的兴奋……

绘画凸显理论性的科学发现

重大的科学发现，特别是重大理论的提出，往往引发某一学科甚至整个科学界的革命。科学理论的提出是创造性思维的结果，它往往归功于直觉、想象力和严谨的逻辑推理、演算的共同作用，这就必然要涉及科学家的文化素养、心理结构甚至性格特征等复杂的个人因素，有时还往往具有很大的偶然性。

从1856年开始，生活于奥地利的神父孟德尔进行了长达8年的豌豆实验。他首先从许多种子商那里弄来34个品种的豌豆，从中挑选出22种用于实验—它们都具有某种可以相互区分的稳定性状，例如高茎或矮茎、圆粒或皱粒、灰色种皮或白色种皮等。孟德尔通过人工培植这些豌豆，对不同代的豌豆的性状和数目进行细致入微的观察、计数和分析，耐心地研究遗传性状及其变异规律。

经过长期思索后孟德尔认识到，理解那些使遗传性状代代恒定的机制更为重要。终于，他利用家族园艺技术、生物学、数学、物理学相关知识，创造性地推导出了相应的数学关系式。人们分别称之为“孟德尔第一定律”（即遗传分离规律）和“孟德尔第二定律”（即基因自由组合规律）—它们揭示了生物遗传的奥秘。孟德尔酷爱自己的研究，经常指着豌豆十分自豪地向前来参观的客人说：“这些都是我的儿女！”几乎同时代的达尔文丝毫不知道这些遗传和变异的具体机理，但却从“自然选择”出发创立了生物进化论，而孟德尔从数学规律上弥补了其理论的不足。

古往今来，当天才迸发灵感的火花时，往往也被形容得非常传奇。信不信由你，传说牛顿是这样领悟出万有引力概念的：

在英国伍尔斯索普村，怡人的秋夜，牛顿坐在家乡的苹果树下，一面望着月亮，一面沉思。忽然，一只苹果掉落到地上—所有的东西一旦失去支撑，必然会坠落;那么，月亮呢？它也没有支撑，为何不下落？刹那间，牛顿悟出了答案：使月球保持在轨道上运行的力和将苹果拉向地面的力是同一种力—凝视着苹果和月亮，他发现了支配宇宙万物的原动力—万有引力。

其实，1687年“万有引力定律”的提出并非偶然，获得它的定量数学形式不但要运用数学、物理学知识，而且还可能需要哲学思辨的帮忙，更需要精于艺术研究。左边画作就凸现了牛顿发现这个伟大定律的故事。

事实与理论交织的科学绘画

 （左图）《内科医生的发现》——18世纪60年代福尔克玛根据1659年内奇尔的油画制作的一幅雕版画;（中图）意大利物理学家伏打一生做过无数次电学实验，这幅图描绘的是他发现电的场景;（右图）古代西方天文学家托勒密用其科学发现来支持他的“地心说”

科学事实和理论这两类发现不但互相联系，而且互相促进。例如，19世纪末以来，电子、X射线、放射性等的发现促成了原子结构和原子核理论的建立，而后者又推动了各种基本粒子的发现，为粒子物理学的诞生做好了准备。

原子的存在是19世纪后期所有物理学家都接受的科学假定，它被设想为组成所有物质的微小粒子。但是关于原子本身，科学家却一无所知，同时，原子被认为就像是毫无活力和不会变化的微粒。然而在1880～1920年间，这种关于原子的观念被彻底推翻，引起这种观念变化的第一个启示就是放射性射线的发现。

伦琴于1885年在德国乌尔兹堡发现，他用于做一些实验的玻璃管会发射一种奇怪的高能射线。它们与光线有些关系，因为它们照射到光敏化学物质时，可以显现出一种照片。但是最奇特的是它们好像能够穿透固体，使伦琴可以利用它们来获取放在封闭盒子里面物体的照片，它们还可以穿透人的肌肉而显现出人的骨骼，这引起了科学界和公众的轰动。伦琴无法解释这种射线，因而称其为X射线，于是欧洲实验室里的众多物理学家们开始研究起这种射线来。

在巴黎，贝克勒尔发现元素铀也发射类似的射线，而居里和他的妻子—科学史上著名的女性科学家居里夫人，后来继续了这项工作。居里夫妇知道最丰富的自然铀源是沥青铀矿物，后来他们进一步分析发现，矿物中除了铀之外，还有另外两种元素，它们分别被称为镭和钋。他们发现这三种元素均发射某种形式的能量，这一发现使他们获取了揭开物质内部秘密的又一把金钥匙—物质的放射性。

巴斯德是法国人，一生进行了多项探索性的研究，并取得了众多重大发现。他用毕生的精力证明了三个科学问题：第一，每一种发酵都是源于一种微生物的作用。他发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的恼人的微生物，很快，“巴氏灭菌法”便应用在各种食物和饮料上。第二，大部分传染病都源于一种微生物在生物体内发生作用—由于发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌，巴斯德拯救了法国的丝绸工业。第三，导致传染病的微生物，在特殊的培养之下可以减轻致病作用，使它们从传染源变成防病的疫苗。巴斯德意识到许多疾病均由微生物引起，于是建立起了细菌理论。

总之，科学发现是一切科学活动中最令人激动的事情，难怪爱因斯坦在描述他发现惯性质量和引力质量等价性这一科学事实时，称之为他一生“最幸福的时刻”。那么当画家将这些激动人心的瞬间艺术地传达给观众，并使他们获得触动和感悟时，何尝不也是一种幸福呢？