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[科教] 编织自然现象之网 追溯自然史

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发表于 2-24-2017 09:04 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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科学发现,天才发明,工业应用,人类遵从。

人类则适应新事物或被其塑造。

----《哥伦比亚博览会指南》[1]19世纪是近代科学的鼎盛期。近代科学革命播下的种子,在这一世纪收获。收获时分又突破近代科学框架,酝酿20世纪科学革命。虽然19世纪的科学有不少辩证思想闪光,但总的来说仍属机械自然观,要到进入20世纪或更晚些时候,才逐步形成辩证自然观。在19世纪开始领先的科学逐步显示对技术的指导作用,第二次工业革命进一步对社会产生深远影响。在19世纪上半叶,浪漫主义和德国自然哲学对科学有很大影响,到下半叶,进化论进而科学成为社会思潮的主流。本章一、二两节阐述19世纪科学成就,第三节简析第二次工业革命,第四节讨论有关文化背景的问题。

第一节 编织自然现象之网19世纪科学的成果可以归结为编织自然现象之网和追溯自然史。在经历了17、18世纪各门学科分门别类收集资料之后,19世纪开始建立各门学科内部各分支的联系,并进而建立学科间的联系,即着手编织自然现象之网,这是19世纪科学收获的一个重要方面。具体而言,在物理学中建立了电磁理论,发展了热力学,提出了能量守恒与转化定律;化学中有原子―分子论、有机结构理论,以及元素周期律;生物学中有细胞学说等。

一、物理学物理学为编织自然现象之网所作的贡献是电磁理论和能量守恒与转化定律。 在18世纪电和磁各自研究的基础上,19世纪初逐步发现电和磁的种种联系。

20年代有奥斯特和安培对电的磁效应的研究。前者受当时的自然哲学影响,相信电与磁之间必然有某种联系。法拉第在听了奥斯特的实验报告后,即在日记中记下:由磁到电。

1831年法拉第首次发现磁的电效应,建立了电与磁之间的双向联系。电磁效应的发现为电动机和发电机的发明奠定了基础。

在通往电磁理论的道路上,法拉第发现铁粉在磁极间排成有规则的曲线,从而提出力线概念。他还意识到没有不被物质占据的空间,磁就是以力线充满空间,进而提出场概念。力线与场概念不仅解释了很多现象,而且动摇了牛顿的“超距作用”观念,同时大大扩展了人们对物质的理解。二十几年后,麦克斯韦读到法拉第的著作,认识到力线概念的价值,着手给力线和场这些形象化的概念以精确的数学描述。麦克斯韦引入位移电流概念,将电场和磁场统一起来,建立了电磁场的波动方程。他计算电磁波的速度,指出光就是一种电磁波。赫兹在1888年发现电磁波,证明了麦克斯韦的理论。电磁理论建立起电、磁、光的联系,编织了自然之网的重要部分;并且作为经典物理学的第二块基石,与牛顿力学共同完成了经典物理学大厦,同时也开始突破牛顿力学的框架。

19世纪在物理学中获得重大发展的还有热力学。热力学的建立首先要破除热质说,正确认识热的本质。法国的卡诺自1821年起研究蒸汽机,三年后提出著名的理想循环,即卡诺循环,初步建立起热与功的联系,通往热力学第一定律。他又指出作功需要热机工作介质由高温流向低温,实际上距第二定律仅一步之遥。卡诺由此奠定了热力学的基础。卡诺在当时仍以为热是流动的物质,后来认识到“热不过是动力,或者更确切地说,不过是改变了形式的运动”,进而提出“在自然界中,动力在量上是不变的,准确地说,它是不生不灭的”。

[2]既然热是运动的一种形式,就需要确定热与其他运动形式间的转化关系,如确定热与功的转换当量;一旦确定了这种关系,也就证实了热之唯动说,同时也就建立了热力学第一定律。

通往能量守恒与转化定律或热力学第一定律主要有以下两条道路,一条是在观念的指导下收集资料,将有限的、远不足以归纳的资料直接提升到普遍的高度。古希腊与罗马时期,就有关于运动的量不灭的思想。

17世纪笛卡尔也表述了同样的思想。

18世纪末19世纪初的自然哲学认为,虽然有电、有磁、有光……但实际上只有一种,由它转化为其他各种。以上这些观念基本上仍属于古希腊的自然哲学体系,缺少经验的基础。

德国医生迈尔受这种思想影响。他于1840年发现热带人静脉血远红于欧洲人,这表明在温度较高时,消耗较少的氧,或者说以较少的化学能即可提供人体活动所需之能量,这意味着不同运动形式在量上的守恒与转化。迈尔将论文寄给当时著名的《物理学和化学年鉴》,主编波根道夫厌恶黑格尔的自然哲学。虽然迈尔说自己对形而上学“讨厌到恶心的程度”,但实际上正如波根道夫所认为的,当时对化学能尚不清楚,对生物体内的消化过程更缺乏研究。迈尔的论文主要是一种思辨,因而未予发表。迈尔是从有限的模糊的事实经过思辨跳跃到普遍的概括。迈尔的第二篇论文《论无机界的力》发表于《化学与药学年鉴》,主编李比希其时正对自然力之间的联系感兴趣[3]。德国药物化学家莫尔在1837年提出,“除了已知的54种化学元素以外,自然界中还存在一种动因,那就是力;它以适当的关系表现为运动、化学亲合力、内聚力、电、光、热或磁,这些种类的每一种都能产生另一种现象”。

[4]莫尔的这一见解主要也是基于不完整的、模糊的资料的思辨,如其中涉及不明的化学亲合力以及可疑的内聚力等。

通往热力学第一定律的另一条道路是经由经验的积累,在此基础上逐步达到普遍化程度越来越高的概念、规律。机械能守恒的发现迈出了第一步。

18世纪后,科学家又逐步得出能与功的概念,在各种运动形式的转化之间找到了统一的量度,为能量守恒与转化定律的发现作了准备。永动机的设计一再遭到失败从反面说明了能量的守恒。焦耳认识到“不要永动机,要科学”。

[5]他研究电的热效应,提出焦耳定律,研究热与机械能的转化,得出热的功当量,在沿着经验积累的道路上完成了最后一步。热力学水到渠成,瓜熟蒂落。远古时期人类钻木取火中所隐含的科学到此时方成为现实的知识。焦耳在1850年被选为皇家学会会员,意味着能量守恒与转化定律得到公认。这无疑是自然现象之网中极其重要的部分。回顾对热的本质的认识过程,由热质、热原子等到热之唯动说,热即微粒的速率及其分布,从中再一次看到由质的物理学向量的物理学的转化。而能量守恒与转化定律则抹去了各种能量之间质的差别。

由通往热力学第一定律的两条道路可以看到正确观念指导和从经验出发的重要性。然而归根结底在于后者,当时之所以可以沿着观念指导的道路通往同一发现,是由于自然科学本身已积累了充分的资料。

二、化学化学在这一时期获得迅猛发展,被称为19世纪的带头学科。重大成果有原子-分子论、有机结构理论以及元素周期律,此外还有物理化学中的电化学和热化学等。这些成果为编织自然现象之网作出了突出的贡献。

道尔顿提出原子论一开始是基于对大气的观察。对不同气体混合、扩散与压力的研究使他得出包括气体在内的物质是由微粒组成的思想,享利定律(气体在液体中的溶解度)支持他的想法。

尔后道尔顿转向化学,将他的设想与拉瓦锡的元素表结合起来,于1803年宣读论文,提出原子论,以原子解释元素间的反应,解释化合物的组成和化合物之间的反应,原子论遂成为化学的理论基础。于是,由古代德膜克利特的原子论,经由近代伽桑狄,牛顿的微粒论,到道尔顿的原子论,自然哲学的思辨终于成为科学的理论。我们从中又一次看到理性思维一旦与实际经验相结合所产生的巨大力量。

为什么是道尔顿,而不是化学家提出原子论呢?其一,正因为道尔顿不是化学家,故能无保留地接受拉瓦锡的元素表,相反,化学家则对此心怀疑虑。类似地,我们在第四章已看到,艺术家在解剖学中可以无保留地接受观察所见事实并作出正确描述,而解剖学家则易阈于专业上的成见。由此再度说明知识背景的两重性。其二,其时,化学领域既不具备提出原子论的充分条件,也无此迫切要求。道尔顿则是从气体的物理行为着手,正是气体的物理行为直接反映了微粒的特性,而化学反应还涉及复杂的过程。

这样,由气体的行为着手,然后再推广到化学领域,道尔顿沿着一条捷径而获得成功。

另一方面,对化学不甚了解的道尔顿武断的认为,在原子A的周围空间最多只能容纳12个B原子,B原子越少越稳定。那么A、B间若只形成一种化合物,就必是AB无疑。道尔顿的武断说明引起混乱,招致注重经验的化学家的反对,以致怀疑原子论本身。道尔顿还为原子设计了热线,对此,戴维认为是一个有经验的科学家所应避免的推测。随着原子论本身的完善,以及化学领域经验材料的积累和理论水平的提高,原子―分子论渐趋成熟。

1860年在卡尔斯鲁厄召集的国际化学家大会上,康尼柴罗散发了他系统论述原子―分子论的小册子,立即得到化学家们的普遍接受。

原子―分子论不仅成为化学的基础,而且也成为同时期热力学,以及尔后各门科学发展的基础,在联系自然现象之网中起到了核心作用。

19世纪,化学中有机结构理论的建立过程有以下特点:首先,有机结构理论是建立在无机化学已取得的成就如原子―分子论,以及有关众多元素和化合物性质的丰富知识的基础之上,同时又突破当时无机化学中的许多观念。其次,有机结构理论的建立是一个经验材料逐级归纳,同时提出新概念的过程,如同分异构和重要的化合价概念,区分了作用的强度和量。凯库勒最终提出有机结构理论,系统总结有机化学50年的历程。布特列洛夫进一步阐明有机物分子与其中原子,即整体与部分的关系。

1865年,凯库勒得出苯结构式,这是有机结构理论的重大成就。

尔后,范霍夫和勒?贝尔又提出碳四面体构型学说,开创了立体化学。有机结构理论为庞大的有机物家族确定了“谱系”。

此处还应提及武勒人工合成尿素的工作。这一成就给当时的生命力论以沉重打击。为有机化学的发展破除思想上的障碍,同时也开始建立无机物和有机物之间的联系。

元素周期律是化学为编织自然现象之网所作的第三项贡献。到1869年,化学家已认识了63种元素,这就要求同时也可能根据元素的性质及原子量对元素进行比较、分类和归纳。

1869年,门捷列夫把仅按性质作为标准的分类称为“人为分类法”,因为这不能发现一组元素间的关系(正如生物学中的人为分类法),而只按原子量的排列又没有顾及元素性质间的关系。门捷列夫较其他尝试者高明之处就是将二者结合起来,采用他所称的“自然分类法”,既按原子量次序排列,又考虑到元素性质的周期变化,对按原子量排列的元素或大胆调整,或留下空缺预言未知元素,或对已测得的元素的原子量提出疑问。不久,发现了门捷列夫所预言的新元素。当千里之外从未见过新元素的门捷列夫纠正了发现者所测之原子量,科学界为之倾倒。门捷列夫元素周期律得到公认,进而又提出了更深层的问题:为什么有此周期性?元素性质随原子量周期变化背后的原因是什么?这就通往20世纪。

三、生物学:细胞学说细胞学说为所有生物找到共同基础,在生物学领域中编织起自然现象之网。类似于能量守恒与转化定律,通往细胞学说也有两条道路。其一也是基于对自然哲学的信念。奥肯在提出细胞学说前30年认为,有机世界的多样性应有其组成的统一性。这种组成生命的统一物就是“原胞”,但这条道路并未直接通往细胞学说。

另一条道路沿着物质层次逐步深入,“十月怀胎,一朝分娩”。解剖学的发展,尤其是显微技术的进步起到重要作用。其中的主要障碍是如何逾越动植物间的界限。认识到细胞是所有植物的最基本单位,这并无困难;而在动物,由于细胞的形状各异,种类繁多,难以辨认,不易得出细胞是动物基本单位的认识。施旺和施莱登把他们所发现的细胞核作为识别细胞的标志,从而克服上述障碍,最终确认细胞是一切生物最基本的单位。他们正确地认识到,每个细胞都独立地生活着,同时又从属于有机体的整体功能。 德国医生微耳和将细胞学说应用于病理研究,破除了流传已久的“体液说”。疾病首先不是在整个器官或组织内,而是在细胞内发生的。人体是由彼此平等的细胞组成的自由国家。后来的研究沿这条道路继续深入,在生物大分子及更低层次理解疾病。

细胞学说与生物学中其他学说密切相关,上一章已谈到这一点。施莱登和施旺敏锐地将细胞学说与胚胎的发育联系起来,认为细胞既是生物的基本单位,也是生物发育的起点。这实际上是古代自然哲学的信念:万物的本原亦即万物之始基。个体由细胞组成,个体的发育来自细胞,这与渐成论相一致。至于细胞本身,他们认为可能是由类似于结晶的过程等,“按照一定的规律”而从无结构的液体或成胞原浆中产生,这是一种自然发生说。另一方面,微耳和在研究细胞分裂的基础上提出,“细胞来自细胞”,支持生生说。

此外,居维叶和圣提雷尔创立的比较解剖学,在不同生物的各种器官(如翼和前肢)间建立起联系。鉴于各种生物所属年代不同,于是这种联系便又成为历史的联系,为进化论的建立提供了依据。

电磁理论、能量守恒与转化定律,原子―分子论、有机结构理论、元素周期律以及细胞学说……所有这些编织了一张自然现象之网。近代科学300年耕耘,一朝收获,硕果累累,主要成果都被编织于这张网内。然而必须指出,这张网并不完整。例如光与电、磁的关系尚不明确,未知的微观世界和宇观世界还隐藏于幕后,时空与物质的联系还有待爱因斯坦的工作,细胞也未必是所有生物的共同基础。尤其需要指出的是,这张并不完整的网还只是一张“现象”之网。诚然,它将以前的资料上升到统一的解释体系之中,达到新的理论高度,然而相对而言,在很大程度上仍限于唯象的水平,也没有超越机械论的框架。电磁理论、关于光的本性的学说有待深化,化学中的原子―分子论、有机结构理论和元素周期律进入20世纪后都经历了脱胎换骨的变化,细胞学说也只是根据有限资料归纳的结果。

虽然如此,我们还是应该认识到,这张自然现象之网毕竟从一个方面总结了近代科学的成果,更为重要的是,它为20世纪科学革命,为尔后的科学发展作了准备,奠定了基础,并指出了方向。

第二节 追溯自然史这一时期自然科学的另一方面成就即是开始以历史的观点考察研究对象,主要体现于天文学(19世纪康德―拉普拉斯的星云假说)、地质学、物理学(指热力学第二定律)

以及生物学中的进化论。

一、在机械论框架内追溯自然史这一时期对自然史的追溯大致有以下特点:首先,这种研究主要是基于机械的理解。在天文学,微粒的运动由机械的因果必然性形成太阳系,从此就稳定下来不再变化。广为人知的拉普拉斯的决定论思想实际上是被认为具有发展观念的星云说最确切的注解。在地质学中,赖尔主张线性的渐进过程,虽然有居维叶的突变说,但这难于理喻或是出于上帝的一时兴起,而且也没有与渐变论结合起来[6]。达尔文的进化论虽然揭示了不确定性,但没有说明微观机理。从热力学第二定律出发,克劳休斯把宇宙理解为一个封闭体系,提出从有序到无序的单向的热寂说。凡此种种都与机械自然观背景相一致。

其次,这种对自然史的研究基本上也流于唯象的、经验的水平,有待20世纪科学的发展揭示其背后的机制。例如,只有在宇宙演化的大背景中方能阐明太阳系的起源。实际上,星云假说还有相当的自然哲学的色彩。地质学理论和达尔文的进化论是在比较之后进行归纳而得出的假说。直至今日,科学家仍未充分揭示分子进化与外部环境的关系。热力学第二定律只是提出了问题,到20世纪70年代,普里高津等人的工作刚刚开始揭示由无序到有序,以及从有序到混沌各自的机制和相互间的关系。从根本上说,19世纪对自然史的回溯并未达到自然史的起点,或回溯至自然界自身演化发展的各个关节点,未达到认识过程中的转折点,还必须沿自然史进一步上溯。

第三,自然史与自然现象之网并未结合起来。当代科学正在向这一目标前进。

最后,这一时期之所以在各门学科中出现历史主义思潮并非偶然,其渊源一直可以追溯到古希腊的自然哲学。文艺复兴后近代科学兴起,由古代朴素辩证的自然观转变为机械自然观,但自然哲学中的发展观并未完全摒弃,不仅如此,而且一直延伸到18世纪末的浪漫主义和德国的自然哲学中,强调以发展的、历史的观点来看待自然。另一方面,机械自然观也不绝对地排斥历史主义,只是限于机械自然观的框架之中,发展过程是机械的、线性的、决定论的。第三个重要原因是,不断发展的自然科学,日益丰富的资料为进行历史的比较作了必要的准备,这在地质学和进化论尤为如此。

二、地质学的英雄时代先考察地质学如何从它所浸染于其中的文化背景中提升出来。

18世纪地质学的焦点是岩石成因之争:火成还是水成,以及岩石形成机制之争:灾变(或激变、突变)还是渐变。早期水成说与灾变论相关,如《旧约全书》中有关摩西洪水的记载。德国矿物学家维尔纳在1797年系统发挥了水成说,认为地球生成初期,表面为原始海洋覆盖,矿物质结晶、沉淀而成岩石。英国地质学家赫顿是火成说的主要代表,他认为地球内部是熔融的岩浆,经火山进发固化而成岩石。赫顿认为,不能以设想的“原始海洋”为依据,而应以现在还在起作用的,也就是可以经验的地质力量来解释岩石的形成,这里体现了实证的观点。赫顿又认为现在经历的地质变化是极其缓慢的,因而他反对灾变说。显然,灾变说与渐变说,前者难以解释,后者符合理性。此外,渐变还与当时的流行观念“自然界不作跳跃”相一致。 灾变的思想古已有之。亚里士多德强调渐变,但也认为发生过洪水和火灾,布丰在天文学中提出太阳系起源的灾变假说;瑞士生物学家波涅特认为世界上不断发生周期性的灾难,每经一次,即在生物阶梯上前进一步。灾变说的代表人物是居维叶,居维叶详尽地研究了不同地层中生物的化石,发现在两种类型间没有中间类型,地质的研究也表明发生过沧海桑田的变化,西伯利亚冻土层中发现的猛犸加深了对于灾变的印象。此外,犹太人、巴比伦人、希腊人、印度人、中国人都有远古时期大洪水的传说,最后一次大洪水约在距今5000年前。由此可见,居维叶提出灾变说有一定根据,居维叶没有直接讨论灾变的原因,但他认为古今不同,即不能以现在还在起作用的因素来解释地球过去曾发生过的变化。居维叶的这种思想无疑具有合理之处。应该看到,渐变说与灾变说都具有部分的真理性,地质变迁既有渐变过程,也有灾变发生,既不能认为古今全然一致,也不能看作截然不同(联系上章对自然分类与人为分类的分析)。

宗教对灾变说的诠释是,必须把每层化石看作是上帝的一次单独创造。发现化石与地层关系的史密斯在1817年写道,“化石的作用是把我们带回到一个超自然事件的领域之中”。

[7]不应把宗教对灾变说的解释加于居维叶本人,也不能在批判宗教诠释时,将具有一定真理性的灾变说也拒之门外。

英国的赖尔从古生物学的发展中领悟到研究自然史的重要,认为这是19世纪科学进步的特征。赖尔全面发展了赫顿的渐变说,称他的著作“是宣布地质学与万物起源(指神创)完全无关的第一篇论文;也是放弃臆测的原因而绝对改用自然作用来解释地壳过去变迁的第一篇著作”。从中可以看到赖尔以近代科学的实证精神与宗教及自然哲学划清界线。赖尔又认为,地球上起作用的各种力是不变的,无论在质上还是在量上都是不变的,因此没有灾变,灾变必然导致超自然的神。赫顿也把地球看作是巨大宇宙机器的一部分,按一定规律活动。于是我们看到,在赫顿与赖尔渐变论的背后,在历史观、发展观的背后实质上仍是机械论,在强调发展变化的背后却是静止不变。

自18世纪末到19世纪初的几十年间因地质学的迅速发展而被称为地质学的“英雄时期”。在这一时期,地质学家凭借近代科学的实证精神和理性----机械的因果决定论而使地质学逐步摆脱形而上学、神迹和宗教。在代表时代精神的《地质学原理》中,赖尔在绪言中即明确申明:此书“不可和创世论相混淆”。然而在另一方面,这一时期地质学的发展也显示出轻视或排斥思辨的倾向和机械论的影响。近代科学从文化背景中分离的过程都有类似的特征。

三、生物学:进化论生物学以细胞学说和进化论在编织自然现象之网和追溯自然史两方面都占据了重要地位。达尔文的进化论,不仅成为自然史研究的高潮,而且极大地影响了19世纪下半叶的社会文化思潮。同时,进化论的建立过程,也就是生物学进一步从文化背景中分离并独立的过程。

进化的思想源远流长。古代自然哲学把整个自然看作是一个进化的过程,其中阿那克西曼德与恩培多克勒等具体讨论了生物的进化。文艺复兴运动中复兴了古代的自然哲学,尔后占主导地位的机械论中也含有对自然史的研究。启蒙运动者从科学的发展看到社会的进步。

18世纪后生物学中的进化思想逐步滋长。在力学中提出最小作用量定理的莫伯丢(1698~1759年)在生物学中也提出不少有价值的见解。他说:“如果我说您曾经是一条蠕虫,是一个卵,甚至是一种泥土样的东西时,请您不要生气。”布丰在一开始接受物种不变的观念,经过比较解剖学的研究,发现存在不完善的、没有用的、以及退化的器官,于是认为生物都是由同一祖先“退化”而来。虽然他的见解是错的,但毕竟其中加入了实证科学的论据。歌德在18世纪末称他已发现了植物的原始类型。

进一步发展并宣传进化论思想的是法国的拉马克(1744~1824年)。他先系统地研究动物的分类,从中找出由简单到复杂的系列,后来,又将此直线系列改成系谱树。在1809年的《动物哲学》中,拉马克用两个相辅相成的论点阐述进化论。其一,生物生来就具有一种内在的向更复杂更高级的生物进化的趋势;其二,环境的变化迫使生物通过用进废退和获得性遗传而在结构上发生变化。圣提雷尔的进化思想主要基于他的自然哲学,他主张,尽管有如此多种动物,但“从哲学上说,只有一种动物”。1828年,他公开发表自己的观点,认为物种可变,其原因是生存条件的变化,但他不相信现在的物种也在变化。拉马克、圣提雷尔与当时的物种不变论者展开了激烈争论。

以下我们要考察一般科技史著作较少提及的钱伯斯(1802~1871年)的思想。在出版于1844年的书中,钱伯斯系统阐述了他的思想。宇宙和生命的发展是一个统一体。细胞是生命的基础,是“无机物和有机物之间的交会点,它是矿物界的结尾和植物界的开端”[8]。某种,“化学―电的作用”导致“第一个原始的细胞”产生。在当时的科学和认识水平下,提出这些思想确是难能可贵的。

当宗教表示生物的新种都因上帝的不断干预而形成,钱伯斯的辩解饶有兴味:上帝是“第一位的原因,所有其他的成分都是第二位的、辅助性的因素”。上帝完全可以通过自然规律从而更省力地创造新种,这些规律则是“上帝意志的表述”。由此可以想起近代科学革命中天文学的经历。在哥白尼之后,上帝只是在天界之外注视着一切,各个天球遵循规律运转;上帝无须自己管理或任命众神管理。而在牛顿那里,上帝只须作第一次推动和偶尔纠正,拉普拉斯又把上帝从这些领地驱逐出去。具有讽刺意味的是,钱伯斯本人确实认为自己的观点非常虔诚,比“不断干预论”更能增添造物主的光荣。实际上如同天文学、力学、生物学,整个科学就是这样地把上帝无情地驱逐到越来越狭小的领地,或者说恭敬地抬升到远离尘世、远离人类经验的超验世界之中。

在进化观念逐一推进之时,反进化论思潮依然强大。居维叶就是主张物种不变的代表。居维叶把物种定义为“从原初形成的时候开始,使它们在一定限度内永远存在下去的某种形式”,变种则是“物种偶然再细分的结果”。他以灾变说解释绝灭的和现存的物种间在种群上的不连续现象,称之为“灾变”或“革命”。

1830年,持进化观念的圣提雷尔与反对进化观念的居维叶之间发生一场大辩论,结果圣提雷尔失败了。这有三个原因,首先是进化论本身证据不足,其次是圣提雷尔的观点武断、片面,最后是法国的政局与得势的宗教的影响。

虽然受到一再阻遏,进化论仍逐步推进。除了自然哲学,渐变与连续的观念,以及社会进步观念等等的影响外,生物学自身的发展如前述自然分类法、渐成论、细胞学说,以及比较解剖学等都为进化论的建立提供了越来越充分的根据。“这些支流虽然为物种不变的成见所阻,但在堰闸后面愈聚愈深。达尔文所搜集的自然选择的证据是一个巨流,它以不可抵抗的威力冲破了这个堰闸,于是汹涌的洪水便泛滥于整个思想领域。”[9]达尔文(1809~1882年),近代进化论的奠基人,1831~1836年随贝格尔舰作全球航行,对所到之处的生物作详细考察,搜集了大量资料。正如达尔文本人写道,“这是我生平最重要的事件,它决定了我的全部生涯”[10]。他所见到的全部事实,“似乎是神秘而又神秘的物种起源问题的曙光”[11]。回到英国后经过十几年的辛劳,达尔文在1859年出版了他的巨著《物种起源》。

达尔文对于生物进化论的贡献主要在两个方面。首先,达尔文占有大量事实作为其论点的根据。“在拉马克有一个事实的地方,达尔文有一百个事实。”这样,进化就从一种思辨、猜测或信念、理想转变为科学的假说。其次,达尔文进化论的核心思想是自然选择,这是他从人工选择得到的启示。至于自然界进行选择的机制,达尔文认为物种会发生偶然变异,在各种生物的生存斗争----这是达尔文从马尔萨斯的《人口论》得到的启示----优胜劣汰,适者生存,这就是自然选择的标准。达尔文以自然选择和适者生存这两个观点系统地阐明了进化理论,从而使以前零碎的、不完全的观点形成一个统一的整体。特别是达尔文提出的进化机制,解决了不少持同样观点的科学家心中的难题。赫胥黎问道:“你不愿承认上帝创造世界的假说,可是你又能提出什么学说,让任何小心慎思的人都能接受呢?”[12]达尔文的进化论正是这样的学说。

在进化论的提出过程中,也可以看到前述观念与经验这两方面的影响。所不同的是,在这里,这两条线索紧密地缠绕在一起。

《物种起源》轰动了欧美世界,即使在许多赞成进化思想的人的心中也还是引起很大的震动,既有赞美之词,也招致科学界内外很多人的非难。天文学家约翰?赫歇尔称进化论为“胡闹定律”。曾是达尔文朋友的地质学家塞治威克在给他的信中说:“读了你的著作,我感到非常痛苦。”落款是:“你以前的朋友,现在是猿的后代。”[13]给予达尔文很大影响的赖尔曾支持达尔文发表著作,也感到人起源于猿太伤人类自尊心了。至于宗教界更是全力反对进化论。在斗争中,赫胥黎(1825~1895年)和海克尔(1834~1919年)捍卫、宣传并完善了达尔文的进化论。

达尔文进化论的影响是巨大的。在科学上,进化论揭示了人与动物的历史联系,同时也将人与生物编织进同一张自然现象之网中。哥白尼为地球,也就是为人类找到在太阳系中的位置,达尔文则阐明人在生物界的位置,人类在对自身的认识过程中迈出了新的一步。进化论是20世纪辩证自然观的先声,这是因为它标志了18、19世纪历史主义的高潮。再者,进化论认为,林奈的分类体系所确定的物种仅仅是一个概念,分类使之变得僵化不变。拉马克认为物种并不是自然生成的东西,而是人为的概念,自然界只生成个体。《物种起源》所讨论的实际上是由一个物种怎样变为另一个物种,这表明进化论初步认识到概念与对象间的区别,注意到概念间的联系,这里也具有辩证法的萌芽。进化论对宗教和社会文化思潮的影响在后文述及。

进化论尚有以下不足之处:首先,进化论片面强调生存斗争,优胜劣汰,对自然界中的合作注意不够。社会达尔文主义即在这一点上寻找依据。其次,进化论反对神迹、创世,反对难以捉摸的灾变,却走向机械的决定论。达尔文赞扬拉马克“在引起人们注意有机界变化的可能性问题上做出了杰出贡献。在他看来,有机界的变化就像无机界的变化一样,都是自然规律作用的结果,而不是奇迹干预造成的”[14]。进化论就是揭示出这样的必然规律。第三,进化论仅是基于历史比较方法和归纳法所作的一种假说,有待于上升到理论高度,揭示进化的微观机制是20世纪科学的研究课题。

四、进化思潮中的退化理论:热力学第二定律在这一时期由星云假说、地质理论、直至进化论组成的发展观、历史观或进化浪潮中,有个不谐和音,那就是热力学第二定律。“不谐和”,首先在于其他领域的研究虽也有观察依据,但或多或少都有某种对于发展、变化或进化的信念,无论这种变化是机械的还是辩证的。热力学第二定律却绝无观念指导,完全是根据实验和实际经验,再经推理而得出。其次,在其他领域中的成果都持有发展与进步观念,或者支持这种观念时,克劳修斯却从热力学第二定律中得出了相反的、退化的观念。

1850年,克劳修斯(1822~1888年)在进一步研究卡诺循环的基础上,将其中所隐含的思想明确表述为“热不能自动地从较冷物体传到较热物体”,这就是热力学第二定律。

1865年,他又引入一个概念:熵,这在今后的发展中证明是一个极其重要的概念,用以描述体系的无序程度。以熵概念表述热力学第二定律为:孤立系统熵趋于极大值。克劳修斯进而把热力学第二定律推广到全宇宙,提出“热寂说”。

虽然是一种不谐和音,以及虽然克劳修斯从中得出错误的推论,热力学第二定律却有其特别重要的意义。首先,这是在牛顿力学以来相对于同期发展观、历史观的各项成果而言第一次通过严密的实验和推理过程揭示出时间的不可逆性。其次,热力学第二定律深刻地阐明自然界变化的另一方面----退化。只有进化而没有退化的自然界不是真实的自然界,唯有将进化与退化结合起来才构成自然界完整的演化过程,“麦克斯韦妖”不能负此重任。当代自然科学正在建造沟通进化与退化之间的桥梁,以全面地勾画出自然界演化发展的完整过程。第三,在热力学第一定律抹去各种能量间质的差别,并在由质的物理学向量的物理学的转化中达到高潮之时,热力学第二定律揭示热与其他能量质的差别。在新的高度上复归质的物理学,开始突破机械论的框架。

19世纪科学除了上述方面的发展外,还在继续拓展,进入更为复杂的领域:人类学和心理学。前者的突出成就是弗雷泽(1854~1941年)出版于1890年的《金枝》,后者则有巴甫洛夫的条件反射理论,其追随者走向机械论极端,以及弗洛伊德关于潜意识和“里比多”的理论。面对如此强大的本能,弗洛伊德思索,文明在多大程度上是建立在对本能的满足之上,文明的存在又在多大程度上是以对强大的本能的力量不予满足为前提[15]。

[1]转引自雅克?巴尔赞.从黎明到衰落.林华译.北京:世界知识出版社,2002.609[2]李佩珊、许良英.20世纪科学技术简史.科学出版社,1989.89[3]林德宏.科学思想史.南京:江苏科技出版社,1985.233[4]杨沈.自然科学史.武汉:武汉大学出版社,1986.232[5]林德宏.科学思想史.南京:江苏科技出版社,1985.234[6]联系上一章中生物分类问题上非此即彼与亦此亦彼的关系[7]玛格纳.生命科学史.武汉:华中工学院,1985.498[9]丹皮尔.科学史.北京:商务印书馆,1989.375[10]陈昌曙、远德玉.自然科学发展简史.沈阳:辽宁科技出版社,1984.

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