【正文】 人類利用微生物釀酒的歷史，可以追溯到4000多年前的中國龍山文化時期，但對微生物的觀察和研究直到17世紀才剛剛起步。后來韋爾斯去哈佛大學醫(yī)學院應用氧化亞氮麻醉作拔牙表演，由于麻醉深度不足，拔牙時病人大呼疼痛不止，韋爾斯在一片嘲笑和叫罵中被趕出了大門。其測量方法簡便、準確，一直沿用至今。但最令人惋惜的是孟德爾本人也未意識到他的學說對進化論和整個生命科學的價值，否則他將百折不撓地繼續(xù)他的研究。1844年深受德國自然哲學影響的德國著名植物學家耐格里(K．Nageli，1817—1891)提出生物通過內(nèi)在動力發(fā)生進化的理論；并認為生命的基本單元不是細胞，而是含有遺傳物質(zhì)的更小的分子團——細胞種質(zhì)。施來登、施旺作出這種理論概括不是偶然的，而是長期實驗事實所揭示的結果。如他認為自然選擇是進化的主導力量，或多或少有一點外因論的味道。當然，達爾文也承認：“照字面講，沒有疑問，自然選擇這用語是不確切的；然而……避免‘自然’一詞的擬人化是困難的；但我所謂的‘自然’，只是指許多自然法則的綜合作用及其產(chǎn)物而言，而法則則是我們所確定的各種事物的因果關系。板塊邊界按其作用力的狀態(tài)可以分為三種情況：擠壓性狀態(tài)，即兩板塊相對運動而相互擠壓；引張性狀態(tài)，即兩板塊相背離去而相互牽引；剪切性狀態(tài)，即兩板塊之間有相對旋轉(zhuǎn)運動。這就是“洋底磁條帶”。在海底山脈里找不到任何沉積巖的蹤跡，它完全由火成巖組成，巖石的年齡比大陸上的巖石年輕得多，最老的也不超過l～2億年。當兩股地幔流相向流動而匯合時將向下流動，它的擠壓力和向下運動的力量使陸塊下沉而造成了海洋和地槽。 第四節(jié) 地學的重大突破本世紀以來，地質(zhì)科學活動的規(guī)模空前擴大，探測手段不斷更新，人們認識到了更多、更豐富的地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)學的理論性更強，它在實踐中的作用也更大了。此后相繼出現(xiàn)了多種假設，其中主要的有如下述。質(zhì)量在1．44～2個太陽之間的，成為“中子星”。土星有一個不大的固體的核，它的大氣以氫、氦為主要成分，還含有甲烷和其他氣體?，F(xiàn)已探明金星上有濃密的大氣層，其中二氧化碳含量在97％以上，氧的含量極少，大氣壓約為地球的90倍。“脈沖星”是不斷地向外發(fā)射短周期脈沖輻射的恒星，這是英國天文學家休伊什(Antony Hewish，1924～ )等人于1967年首次發(fā)現(xiàn)的，后來的十余年里天文學家又相繼發(fā)現(xiàn)了好幾百顆這種天體，它們的射電脈沖周期在0．03～4．3秒之間。由于射電望遠鏡所接收的是波長范圍很寬的無線電波，所以它無論晝夜都可以工作，既不受地球上火氣的影響。恒星密度的差異更大得驚人。不過這種方法有很大局限性，因為超過300光年的恒星視差已小于0″．01，很難測得準確的數(shù)值。在1777年9月；日完成、1780年出版的《燃燒通論》中，他提出了如下的學說：（1）燃燒時均有光和熱放出； (2)物體只有在純粹空氣(氧氣)存在時才能燃燒； (3)空氣由可助燃的和不可助燃的兩種成分組成，物質(zhì)燃燒時由于吸收了空氣中的純粹空氣而增重，增加的重量恰好等于吸收的純粹空氣的重量； (4)—般可燃物(非金屬)燃燒后都變成酸，氧是酸的本質(zhì)；金屬燃燒后所變成的灰燼是金屬的氧化物。此外，燃素與空氣之間的依賴關系，以及找不到獨立存在的燃素，也是燃素說的理論困難，它們使燃素論者之間產(chǎn)生意見分歧。所謂“油土”不過是煉金術中的“燃燒性硫”。盡管波義耳的“火素”不是后來斯塔爾(1660—1734)的“燃素”，但波義耳的微素學說對燃燒現(xiàn)象的解釋卻是建立燃素說的基礎。他針對煉金術，直接提出了“金屬不能轉(zhuǎn)化”的思想。比利時的范?海爾蒙脫就是這個學派的最后一位有影響的代表人物。但他拒絕純粹的波動理論。但正式認真地提出光具有周期性的是意大利數(shù)學家格里馬力迪(F．F．Grimaldi，1618—1663)。 光學古希臘時期已知道光的直進和反射規(guī)律；托勒密在光折射實驗基礎上提出入射角與折射角成正比的思想；而關于視覺的本質(zhì)，伊壁鳩魯和亞里士多德等提出過一些哲學猜測。18世紀的許多數(shù)學大師如達蘭貝、丹尼爾?伯努利、布魯克?泰勒(Brook Taylor，1685—1731)、歐拉(1 707—1783)、拉格朗日和拉普拉斯等都曾對弦振動的數(shù)學處理做出了貢獻。雖然18世紀電學理論僅局限于靜電學，但畢竟比力學之外的其他學科要先進。他推論，如果熱全然是一種物質(zhì)，那么無論如何，它必是沒有重量的一種物質(zhì)。這種學說認為：熱是一種流體，它可以滲透到物體中去并在熱交換中從一個物體流向另一個物體；加熱就是給一定物體增加熱質(zhì)，而冷卻則是從該物體放出熱質(zhì)；盡管在熱交換前后，物體中的含量有所改變，但它們的總量是守恒的。此外，蓋里克還制造了高達四層樓左右的水氣壓計。托里拆利認為，汞柱高度日常的微小變動是大氣壓變化的結果。外部世界于是成為一個量的世界，一個可用數(shù)學計算的運動的世界。英國青年亞當斯和法國青年勒維列分別獨立地根據(jù)萬有引力定律和攝動理論研究推導出未知行星的位置。這也許是因為消化一種造成自然科學革命的理論需要時間的緣故。他發(fā)現(xiàn)1531年、1607年、1682年的三個彗星的軌道非常相似，而推斷它們是同一個彗星，并計算出其接近地球的周期為75～76年，因此預言下一次彗星出現(xiàn)在1758年。因此牛頓模式的形成客觀上有助于啟蒙運動的領袖們切斷神學與自然科學聯(lián)結的紐帶。對這種現(xiàn)象第一個作出科學解釋的是伽利略的學生托里拆利。1654年蓋里克公開表演了用16匹馬拉開排除了空氣的兩個銅半球(被命名為“馬德堡半球”)?！奔s翰?洛克也說明：“熱是物體中各部分難以察覺的非?；顫姷臄噭?，我們所感覺的熱，除了物體中的運動以外，別無其他。為此，他對摩擦所產(chǎn)生的熱量進行了廣泛的測量。弗蘭克林因此而獲得英國皇家學會授予的金質(zhì)獎章。繼伽利略之后，默森、沃利斯(1616—1703)、W．諾布爾和?。じ晏氐热搜芯苛速だ蕴岢龅摹昂蛻駝印奔捌湟?guī)律。他于1802年發(fā)表的《聲學》中記載了他在1785年前后的一些重要實驗。在發(fā)表有關折射定律的這本《屈光學》中，笛卡兒還提出丁關于光的本性的微粒假說。1672年在《哲學學報》上發(fā)表的他對色散現(xiàn)象的研究成果，是他第一次公開發(fā)表的科學論文。這三元素在物質(zhì)中所占的不同比例，決定了物質(zhì)所具有的不同性質(zhì)。它擺脫了煉金術的束縛，成為其后200年中采礦、冶金方面的指南。比如，從他對燃燒現(xiàn)象的解釋，就可以看出這點。在西方文化史上，波義耳對于揚棄古代自然哲學的整體論思維，并過渡到近代科學的分析思維，無疑是做出了巨大貢獻的。其主要錯誤是把煅灰說成是單質(zhì)，卻又把金屬說成化合物，并把金屬的燃燒過程說成是分解反應。但與波義耳不同的是拉瓦錫加蓋了瓶塞，結果發(fā)現(xiàn)反應前后總重量不變，從而駁斥了增重是火素穿過瓶底進入錫的錯誤解釋，提出了灰燼是金屬與空氣中某種成分化合的新解釋。恒星研究是天文學的永恒課題。恒星質(zhì)量的差異也很大。射電望遠鏡所能觀測的范圍十分寬闊，大型射電望遠鏡的制造相對于大型光學望遠鏡也容易得多，因此射電天文學幾十年來發(fā)展極為迅速。當日寸他們建立了一個靈敏度極高的定向接收系統(tǒng)來探測宇宙，發(fā)現(xiàn)從天空中任何方向都接收到一種強度完全相同的微波波段電磁輻射，他們認定這種輻射并非來自任何星系，而是存在于整個宇宙背景之中，因此稱它為宇宙背景輻射。水星表面上白晝和黑夜的溫差極大，白晝可達350℃，而黑夜則為—274℃。 土星早就以它美麗的光環(huán)引起天文學家的興趣。這時星體的內(nèi)部膨脹，吸收熱量，而星體的表面積擴大，溫度降低，這就成了紅巨星。他所說的“靜態(tài)”是就宇宙的整體空間而言，并非說宇宙的各個部分都全然靜止不動。面對宇宙這樣在時間和空間上大尺度的對象，會不會出現(xiàn)類似當年的種種問題?60年代初，中國著名天文學家戴文賽(1911～1979)就此提出了與微觀和宏觀并列的“宇觀”的概念，認為應當以一種與微觀和宏觀都不相同的觀點來考察宇宙，不過宇觀的含義現(xiàn)在人們還并不清楚。不過此時仍有一些人在為尋找大陸漂移的驅(qū)動力而思考，蘇格蘭地質(zhì)學家霍姆斯(Arthur Holmes，1890～1965)就是其中之一。由于這條山脈的絕大部分都分布在大洋的中部，因此稱為“大洋中脊”。現(xiàn)在我們知道，在地球的整個歷史上，它的磁場極性曾經(jīng)發(fā)生過幾百次逆轉(zhuǎn)。這六大板塊還可以劃分為若干個次一級的板塊．如有人把以中國大陸為主的亞洲東部和東南部從歐亞板塊分出，稱為中國板塊等等。他看到，人工選擇是人們在生物的大量偶然性的變異之中，選擇有利于人的需要的性狀，使之積累、加強、穩(wěn)定，并把具有這種性質(zhì)的個體作為種而保存下來的過程。他還論證了自然選擇是物種進化的途徑、繁殖過剩為自然選擇提供了必要性和可能性、生存斗爭特別是種內(nèi)競爭是實現(xiàn)自然選擇的動力等問題。 細胞理論與遺傳學細胞學說是德國植物學家施萊登(M．J．Schleiden，1804—1881) 和動物學家施旺(T．Schwann，1810～1882)先后于1838年和1839年分別獨立地創(chuàng)立的學說。然而，遺傳學在20世紀的發(fā)展卻日益顯示出它對于生物學和整個生態(tài)系統(tǒng)乃至人類社會生活所產(chǎn)生的重大影響。權威的這種態(tài)度使孟德爾心灰意冷，加之他被任命為修道院院長而沒有繼續(xù)他的具有劃時代意義的研究。測量時將橡皮囊臂帶繞在手臂上，捏壓橡皮球，觀察玻璃管內(nèi)水銀柱跳動的高度：以推測血壓的數(shù)值。1842年，美國杰斐遜鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)生郎格應用乙醚吸人進行麻醉，成功地為一位頸背部腫瘤患者進行了切除手術。1860年她創(chuàng)立護士學校，傳播其護理學思想，提高護理工作的水平和地位，使護理學成為一門科學。這可以看成是微生物學的形態(tài)學階段?！惫唬瑥拇艘院舐樽硇g在世界各國推廣開來。他的父親是酒店老板，常用手指敲擊大酒桶，根據(jù)聲音猜測桶里的酒量。他的學說成為20世紀摩爾根(1866—1945)基因遺傳學的重要基礎之一。和達爾文相仿，因物種問題而激發(fā)了盂德爾從事遺傳研究。比如人的神經(jīng)突觸，就是由極細長的細胞組成的。沒有變異就談不到選擇。自然選擇的結果，則是舊種的消滅和新種的形成。板塊構造的原始模式是以相對簡單的海洋地質(zhì)為基礎的，它是否符合復雜得多的大陸地質(zhì)狀況?板塊運動的機制是否能有足夠的證據(jù)予以證實?盡管許多問題的研究尚在繼續(xù)，但是大陸可以漂移，海底在不斷地更新這些觀念已成定論。 海底擴張說的建立 1960年美國地質(zhì)學家赫斯(Harry Hammond Hess，1906～1969)提出了海底擴張說。從地球內(nèi)部傳向地表并散逸到空間中去的熱量稱為地熱流。他的假說發(fā)表之后也曾被視為“異端邪說”，受到多人的指責。到了20世紀，地球冷縮說的一些觀點受到懷疑，以此為據(jù)的大陸固定說也隨之動搖。根據(jù)哈勃關系，星系遠離我們的速度與它們和我們的距離成正比，即離我們越遠的星系遠離我們的速度越快。質(zhì)量超過兩個太陽的將成為“黑洞”。恒星演化研究首先涉及到恒星的分類。 火星也是與地球鄰近的行星。休伊什因他的發(fā)現(xiàn)而榮獲1974年諾貝爾物理學獎。本世紀60年代，天文學家們利用各種觀測手段先后取得了四項重大發(fā)現(xiàn)。恒星時時刻刻向外界輻射的能量究竟從何而來?現(xiàn)代天文學家認為：其一是引力收縮。多普勒效應告訴我們，當光源背離我們運動時，我們所觀測到的它的光譜線便有向紅端移動的現(xiàn)象，光源離開我們的速度越大它的紅移量越大。1789年在他的《化學大綱》中正式把“純粹空氣”命名為氧氣(gaz oxygene)?！崩咤a(A．1Lavc~isier，1743—1794)的氧化學說正是在這種背景下應運而生的新學說。燃素說的基本觀點是： (1)燃素是構成火的元素，當它們聚集在一起時就形成火焰，當它們彌散時只能給人以熱的感覺。他認為既然不能通過實驗把元素從物體中提取出來，它們就不配作為構成物體的元素。他由于與馬略特分別地發(fā)現(xiàn)了氣體定律而成為著名物理學家。盡管實驗構思和結論是錯誤的，但他的定量研究方法為現(xiàn)代化學奠定了方法論基礎，同時他的無不生有的信念蘊涵著樸素的物質(zhì)不滅思想。直至1 9世紀初由于偏振、于涉等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，才使波動說占據(jù)了統(tǒng)治地位。他的光學著作，在他死后兩年被發(fā)表。因此近代光學基本是從零開始的。關于聲音的傳播媒質(zhì)，在亞里斯多德時代人們就已猜到空氣是聲音的通常媒質(zhì)。但把這個物理現(xiàn)象從生理學范疇中分離出來并做出物理學解釋的是伏打（17451827）。提出“卡諾循環(huán)”概念的卡諾在研究熱機效率問題時還用熱素的撞擊來解釋熱機的運轉(zhuǎn)。今天已成為熱力學的基本課題—一一熱的定量測定，直到19世紀才開始。在科學地定義溫度概念以前，人們往往將溫度的變化和物體所含熱量的多少混為——談，均用“熱度”來表示。托里拆利還創(chuàng)立了流體動力學。比如，用熱素來解釋熱的本質(zhì)，用燃素來解釋燃燒的本質(zhì)，以及用彈性素、磁素等莫須有的“素”來解釋振動和磁等各種現(xiàn)象的物質(zhì)基礎；又比如，在運動的原因問題上，以各種不存在的“力”(化學親和力、電接觸力、生命力等)來解釋各種運動過程的本質(zhì)，這是統(tǒng)治一個時代的形而上學自然觀的機械論特征。 經(jīng)典力學作為形而上學模式牛頓和他的同時代人約翰?洛克(JohnLocke，1632～1704)是偉大的新思想的象征。從歷史來看，牛頓的《原理》沒有用他發(fā)明的數(shù)學分析方法——微積分方法，而是用幾何方法表述與論證的；加之他的流數(shù)法在符號上的不方便，不僅使得他的分析法甚至在英國都沒有很好地普及，同時也使他的《原理》本身的傳播和普及受到阻礙。它提供了理解和預報潮汐現(xiàn)象的物理基礎，并揭示了地球的歲差率現(xiàn)象是月球?qū)Φ厍虺嗟缆∑鹛幬慕Y果。因為問原因歸根結底就是問第一原理，那就等于探索創(chuàng)造的神秘。這個時期的流體力學與技術發(fā)展聯(lián)系密切。在同一時期，法國馬德堡市市長蓋里克嘗試了用泵排除空氣形成真空的實驗。力學已經(jīng)達到能夠計算行星運動的階段時熱學理論仍然處在原始的水平?？墒钱敃r熱質(zhì)說占優(yōu)勢，擁護者中包括權威拉瓦錫，他甚至把卡路里納入化學元素表。18世紀對電現(xiàn)象的研究中更值得一提的是曾作為美國《獨立宣言》起草人之一的弗蘭克林（Benjamin Frankin,17061790）。17世紀科學家中不少人提出過音程的汁算原則。在做這一實驗的1705年，他還用實驗證明了聲音可在水中傳播。第一位提出精確的折射定律的是荷蘭人斯涅爾(W．Sncll，1591—1626)。這就是1678年提出的著名的惠更斯原理。他給煉金術下了一個新定義—一把天然原料轉(zhuǎn)化為對人類有用的產(chǎn)品的科學。這方面的代表人物主要有德國醫(yī)生阿格利柯拉(G，Agricola，