当绘画展现科学革命

刘夕庆

当人类步入21世纪的时候，特别是科学家们确认宇宙间存在暗物質和暗能量之后，以往人们所认识的、可以被探测到并符合标准粒子模型的普通物质现在被认为仅占宇宙的5%左右，由此，人们期待会有一次新的科学革命爆发来统一对“新宇宙”的认识……此时此刻，从那一幅幅刻画生动的画作中，人们可以尽情领略科学革命领军人物们的风采和那激动人心的划时代的科学思想。

“日心说”与《人体构造》

第一次科学革命发生于16—17世纪，以哥白尼的“日心说”为代表，初步形成了与中世纪神学与经验哲学完全不同的新兴科学体系，而这标志着近代科学的诞生。后经伽利略、开普勒等，特别是牛顿为代表的一大批科学家的推动，建立了近代自然科学体系（参看题图作品）。

在此之前，大约有1000多年的历史，人类（特别是西方社会）在天文学方面被亚里士多德、托勒密等人的“地心说”所统治。人们以为看起来“无比巨大”的地球是宇宙的中心，殊不知“统治”地上万物的力量也“统治”着天上的日月星辰，地球只不过是围绕太阳运行的一颗普通行星。

哥白尼的名著《天体运行论》出版的同一年，比利时医生和解剖学家维萨留斯也出版了他的七卷名著《人体结构》。前者代表了对天体结构的革命性新见解，后者则是从罗马帝国时代以来对人体解剖学的首次突破—这两本著作使1543年成了科学革命的分水岭。在《天体运行论》中，哥白尼对1000多年来受到尊崇的地心说和托勒密理论发起了挑战；同时，维萨留斯在《人体结构》中，向古人强加于16世纪医学的思想枷锁发起了猛攻。

在16世纪前，医学领域就像天文学一样，被个别人—盖伦（一位大约公元130年出生于小亚细亚的希腊医生）所主宰，他的话，成为许多世纪以来无可争议、不容争辩的“定律”。而维萨留斯《人体构造》的革命性在于：他在书中指出了盖伦解剖学中的错误，完善了对骨骼、肌健、神经等系统的描述，并为后来发现整体性血液循环奠定了基础。

自然科学三大发现

第二次科学革命发生于19世纪，以化学、物理学、生物学的重大理论突破为内容。其中，细胞学说、能量守恒与转化定律和进化论被称为19世纪自然科学的三大发现，形成了整个物理学、生物学、心理学等实验科学体系。

1787年，法国化学家拉瓦锡等人制定了一套全新的化学命名法：每种物质均有自己的固定名称，单质的名称反映其化学特征，化合物则由组成它的元素来标定。这个体系条理清晰、逻辑性强，使近代化学第一次有了严格、统一、科学的物质命名方法。

在新理论得到越来越多人拥护的基础上，拉瓦锡于1789年完成了以《化学纲要》为题的著名化学专著，系统地阐述了他的化学理论新体系。书中详尽地论述了推翻“燃素说”的各种实验证据，系统展开了以氧化理论为核心的新燃烧学说。他提出化学的任务是将自然界的物质分解成基本的元素，并对元素的性质进行检验。按照物质守恒原理，他还将化学反应过程写成了一个代数式—这就是我们现在耳熟能详的化学方程式。

《化学纲要》一书的出版是化学史上划时代的事件，开创了近代化学的新纪元。它对化学的贡献相当于牛顿的《自然哲学的数学原理》对于物理学的贡献。

第二次科学革命中，生物进化论的诞生具有深刻的革命意义。1831年，22岁的达尔文随“比格尔”号启程开始了环球航行。事实证明，这次旅行是西方科学史上最有价值的一次旅行。“比格尔”号先到南美海岸，继而驶向加拉帕戈斯群岛，绕过太平洋诸岛，抵达印度洋及南太平洋。5年的漫长旅途中，达尔文目睹了许多美丽的自然景观，访问了若干原始部落，发现了大量动植物化石，考察了种类繁多的动植物生长及生活情况。更为重要的是，他对所观察到的事物都作了详细的记录，并由此意识到自然界生物的许多内在关联—这为他后来革命性观念的提出奠定了基础。

相对论、量子力学和DNA双螺旋结构的发现

第三次科学革命发生于19世纪末到20世纪上半叶，随着相对论和量子力学的建立，以及X射线、电子、天然放射性、DNA双螺旋结构等的发现，使人类对物质结构的认识由宏观进入微观领域。有机化学、分子生物学与基因工程、生物技术、微电子与通信技术的飞速发展，标志着科学发展进入了现代时期。

谈到第三次科学革命，就不得不提到其领军人物爱因斯坦，他不但创建了狭义、广义相对论和整体性宇宙论，而且以光量子学说对量子论的建立做出了贡献。相对论和量子力学的建立使物理学理论和整个自然科学体系以及自然观、世界观都发生了重大变革。应当承认，爱因斯坦对科学的独到理解以及他艺术性的研究方法，是导致其革命性科学成果产生的基础。

第三次科学革命中分子生物学的建立与基因工程的拓展，尤其是DNA双螺旋结构的发现是一件戏剧性和故事性很强的变革事件。

1951—1953年，美国生物学家沃森和英国物理学家克里克在英国剑桥大学卡文迪什实验室相互认识并进行了通力合作，他们发现并提出了DNA双螺旋及其包容碱基配对的结构。这个模型不但阐明了DNA的基本构架，还为一个DNA分子如何复制成两个结构相同DNA分子以及DNA怎样传递生物体的遗传信息提供了合理的说明。它被认为是分子生物科学中具有革命性的发现，是20世纪最重要的科学成就之一。

沃森和克里克两个人在DNA结构的发现上缺一不可，一个找到了碱基配对的法则，视野广阔地“拼”出了想要得到的配对草图，而另一个则看出了隐藏其中的“双螺旋”构架，最终它们合而为一，成功塑造了脱氧核糖核酸的科学结构，并证明了地球生命只不过是更为基础的物理、化学复杂而有序的有机组合而已。

系统生物科学等的诞生

依据有关观点，第四次科学革命是新老三论（老三论—控制论、信息论、系统论；新三论—耗散结构论、突变论、协同论）与计算机、人工智能、纳米化学、生物医药等科学的技术集成与方法整合。系统生物科学的诞生开启了第四次科学与技术革命，包括系统生物学与系统医学、系统遗传学与系统生物技术、合成生物学与系统生物工程等，这导致了21世纪的转化医学与生物工业革命，从而形成了完整的实验与系统二维度的科学体系。

科学革命的意义在于它能够改变人们的科学观，每一次科学观的转变都会给世界带来陈旧科学观条件下不可能取得的生产力的巨大发展。希望在不久的将来，人类第五次科学革命的图景也能更好地通过绘画展现出来。endprint