书城科普读物影响世界的62部科学名著
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第27章 科学普及(2)

作者指出,随着科学的应用而产生的三大技术上的变化是:生产自动化不断提高,由于杜绝浪费而使原料得到更好利用,由于周转加速而节约投资费用。不过自动化机器资本费用的不断增加可以抵销最后一个变化的效果而绰绰有余。一般说来,结果总是生产的经营成本降低,更常见的情况是,经营成本不变但却扩大了生产。因而科学应成为其他降低成本的办法的补充,即除了工业组织管理、提高工人劳动强度或降低工资等的其他方法的应用。利用科学的程度取决于科学同上述其他办法比较之下的相对优点。这些优点是实实在在的,但有其局限性,不过由于生产者的保守性,这些优点并没有得到充分利用。所以,不管科学在发展过程中受到多大的阻碍,要不是由于它对提高利润有贡献,它永远不可能取得目前的重要地位。

作者指出,在19世纪,由于工业和科学之间具有密切联系,科学已经不知不觉地成为一个可以同宗教或法律机构相提并论、甚至更为重要的机构了。它也同另两种机构一样,是依存于现存的社会制度的。它的人员主要也是从同一部分居民中来吸收的,它还浸透了统治阶级的思想。不过它也在很大程度上有了自己的组织系统,自己的历史和自己的观点。人们通常很容易把这种科学机构的继续存在视为理所当然的。由于科学同工业联系在一起,在过去取得了如此巨大的进展以后,人们就认为这种进展会自动地继续下去。

关于科学的地位,作者进一步论述道,假如工业界和政府的直接和间接补贴终止的话,科学的地位会立即变得起码和中古时代一样低。根据这个实事求是的考虑,人们根本没有可能一方面不断发展科学,另一方面又不同时发展工业。把工业在供应仪器设备和提出有待解决的问题方面对科学所作的巨大贡献撇开不谈,科学也不可能从任何其他来源获得充分经费。随着科学为利润服务的弊病的消除,人类为了造福未来而最大限度地发展生产就变成头等必要的大事了。这样就有必要使科学同工业、农业和国防事业空前紧密地结合起来。

进而,作者对科学的命运又产生了担忧:“我们已经看到各种机构在历史进程中产生、停滞不前和消灭的过程。我们怎么知道科学不会遇到同样的命运呢?”事实上,在以前,历史上也有过一次极其伟大的科学运动,那就是古希腊时代的科学,它也有过自己的机构,但是早在孕育它的那个社会本身毁灭之前,它就消失了。“我们怎么知道现代科学不会遇上同一情况,而且的的确确在此刻还没有遇上同一情况呢?”在回答这些问题时,作者说,只去分析目前科学的状况是不够的,要了解整个科学史才能作出完满的回答。不论多么草率,只有在考察了它的过去以后,才能够开始判断,科学现有的社会功能是什么和科学可以有的社会功能是什么。作者要表明的观点是:要全面地看到科学的功能,就应该把它放在尽可能广阔的历史背景上来观察。人们对历史事件的注意使人们看不见理解历史上重大变革的重要性。人类在地球进化的舞台上毕竟出现得很晚。而地球本身又是宇宙力量的晚期副产物。迄今人类生活仅经过了三次大变化:先是建立了社会,接着又产生了文明,这两者都是史前产生的,然后才是现在正在进行的对社会的科学改造,人们还不知道怎样来命名它。那么,科学的社会意义究竟是什么呢?作者认为必须认识到:科学之所以能够在它的现代规模上存在下来,一定是因为它对它的资助者有其积极的价值。科学家总得维持生活,而他的工作极少是可以立即产生出产品来的。科学家有独立生活资财或者可以依靠副业为生的时代早已过去了。科学研究工作已经不再是“供一位英国绅士消遣的知识工作”了。现在的科学家几乎完全和普通的公务员或企业行政人员一样是拿工资的人员。即令他在大学里工作,他也要受到控制整个生产过程的权益集团的有效控制,即令不是在细节上受到控制,也是在研究的总方向上受到控制。科学研究和教学事实上成为工业生产的一个小小的但却是极为重要的组成部分。作者说,我们就是要在它对工业的贡献中来找寻科学当前的社会功能。

作者说,科学意味着要统一而协调地,特别是自觉地管理整个社会生活。它消除了人对物质世界的依赖性,或者为此提供可能性。此后,社会仅受到自我的限制。同时,作者看到,社会化的、统一的、科学的世界组织快要到来了,“我们必须明白,我们正处于人类历史上的一个重要过渡时期,我们最紧迫的问题是保证这个过渡尽可能迅速完成,把物质、生命和文化的破坏减少到最小限度。”正是上面提到的这种摆脱物质依赖的可能性,激励着人们去发现一个又一个科学真理。

精彩语录

1、面对着这个严酷但却充满希望的现实,把科学看做是一种纯粹的、超脱世俗的东西的传统信念,看起来在最好的情况下也只不过是一种逃避现实的幻想,而在最糟糕的情况下则是一种可耻的伪善。

2、把科学应用于工业是一个渐进的过程,虽然这是通过一些几乎无法区分的阶段来进行的。科学可以说是按照科学活动的繁简程度逐渐渗透到工业中去的。旧式的传统工业,只要是一家一户小规模经营的,没有科学也可以搞得很好,不过即使在这里,也可以采用家用量尺或炉温表等测量仪器,而在某种程度上用到科学。可是只有当人们由于经济发展的结果尝试在大得多的规模上进行同样的生产过程的时候,科学才显得是必不可少的。

3、科学上的国际主义是科学的最特殊的特征之一。

4、迄今科学主要是从事分析先于人类而存在的世界,而不是分析人类自己的产物。仪器设备之类整套人为科学装备的作用,并不在于创造新的自然界,而在于使人类能够进行了解自然界的本来面貌所必需的实物分析和逻辑分析。不过这仅是一个开头,因为人类所创造的世界也需要加以研究和控制。随着时间的进展,宇宙中由人类决定的那一部份将相对地变得越来越重要,不过由于这一部分建设起来更快一些,它必然不那么稳定,需要人们对它有更彻底和更仔细的理解,以防止人类自己创造的事物把人类自己摧垮。

5、人们必将认识到科学是根本性的社会变革的主要因素。经济和工业制度使得、或者说应该使得文明保持下去。技术不断改进的过程使得生活的范围和便利不断扩大。科学理应使技术本身不断发生不可预料的根本变革。这些变革是否适应人类需要和社会需要,可以说明科学适应于其社会功能的程度。

《生命是什么?》

作者:埃尔温·薛定谔(奥地利)

成书时间:1944年

推荐版本:上海人民出版社1973年版

【作者简介】

埃尔温·薛定谔(Erwin Schrdinger,1887-1961年),奥地利著名量子理论物理学家。1926年,在他39岁时薛定谔提出波动方程,不仅建立起波动力学的完整框架,而且证明了波动力学与海森伯矩阵力学的等价,整个物理学界为之震惊,这也使薛定谔成为波动力学理论的创始人。薛定谔还开拓了研究生命现象的新途径,他用热力学和量子力学理论来解释生命的本质,引进“非周期性晶体”、“负熵”、“密码”传递、“量子跃迁”式的突变等概念,来说明有机体的物质结构、生命活动的维持和延续、生物的遗传和变异等问题。这些对于推进物理学家关注生物科学领域中的课题,促进生物学家运用物理学和化学的成就来探索生命活动的本质,加强学科间的相互渗透,起到了良好的作用。

《生命是什么?》一书由薛定谔1943年2月在爱尔兰都柏林三一学院所发表的系列演讲结集而成。1944年整理出版,当时刚好是20世纪显学之一——分子生物学起步的时候,不少重量级的分子生物学者都表示他们的观点理论受到这本书很深的影响。这本书已经成为20世纪生物学经典著作之一,成为薛定谔的著名代表作之一。

薛定谔的主要代表作是《生命是什么?》。

【内容提要】

这本书是薛定谔作为理论物理学家对大约四百名听众作的一次公开讲演。生命问题一直是一个玄秘、深奥的课题,尽管作者很少使用物理学家最令人头痛的数学演绎法,讲演本身也不是很容易懂的,可是听众大多数都显示出了浓厚的兴趣。讲演者演讲成功的另一个诀窍在于作者力图把介于生物学和物理学家之间的基本概念向物理学家和生物学家讲清楚。在该书中作者提出:在遗传特性上人们保持不变性的几率有多大,什么东西才是携带它们的物质结构呢?对此,作者说:“回答这个问题是无需作专门研究的。例如人们既然承认了遗传特性这个事实,就已经表明人们是承认了不变性几乎是绝对的。但人们千万不能忘记的是,父母传给子女的并不是这个或者那个特征,比如鹰钩鼻、短手指、患风湿症、血友病、二色眼的倾向等,而是造成这些特征的遗传基因。人们可以很方便地选这些特征来研究遗传规律。它们没有什么明显的改变而被复制了好几代,它们在几个世纪里是不变的——虽然不能说是几万年不变——在每次传递中,负载它们的是结合生成受精卵的两个细胞的物质结构。这真是个奇迹。”

接着作者认为,遗传的机制是同量子论的基础密切相关的,但并不是建立在量子论的基础之上的。量子理论是马克斯·普朗克于1900年建立的。现代遗传学可以从德弗里斯、科伦斯和切尔玛克(1900年)重新发现孟德尔的论文,以及从德弗里斯关于突变的论文(1901-1903年)那时算起。因此,从某种程度上说,这两大理论几乎是同时诞生的,而且它们两者一定要在相当成熟后才会发生联系。量子论的最大启示是在自然界里发现了不连续性的特点,而当时的观点却认为自然界中除了连续性外全都是荒谬的。因此,作者强调人们可以满有把握地断言,除了用遗传物质的分子解释外,不可能再有别的解释了,也就是说,在物理学方面不再有别的可能性可以解释遗传物质的不变性。

作者对量子论的运用还表现在他对意识的认识方面。他认为,在一个生物的肉体里,存在着一些时空事件,这些事件同它的心灵活动是相对应的,并且同它的自觉活动或任何其他活动也是相对应的,如果这些时空事件不是严格地决定的,无论如何也是统计地决定的。他要强调的是,对于一个物理学家来说,他和有些人所持有的意见相反。在他看来,在这些时空事件中,量子的测不准性对它们所起的作用不是生物学上的作用,因为在科学界,为大家所公认的是,只有在减数分裂、自然空变和X射线诱发突变等这样一些事件中,也就是只有在提高了这些时空事件的纯粹偶然性的特性时,量子的测不准性才会起作用,这在任何情况下都是很明显的。意识从来不是在复数中被经验的,而只是在单数中被经验的。即使在意识分裂或双重人格的病理事例中,两个人格也是先后交替出现的,决不是同时出现的。作者举例说,人们虽然在梦中同时扮演了许多角色,但这当中还是有差别的:因为人们总是以这个角色或那个角色的身份直接地行动和说话,而当人们常常热切地期待另一个人的回答或反应时,人们并没有意识到这个事实,即恰恰是人们自己控制了他的言行,就像人们控制自己的言行一样。

此外作者还从纯粹的物理学观点得出一个结论,那就是:一个有机体和它经历的全部生物学的有关过程,必须具有极其多的“多原子”结构,必须防止偶然的“单原子”事件起到太重大的作用。有机体可以具有足够精确的物理学定律,并依这些定律建立它的很有规则和很有秩序的功能。作者在巧妙地解释遗传时指出,如果人们用热运动的偶然的涨落来解释罕见的自然突变,那么,人们就不会感到太惊奇了,因为自然界已成功地对阈值作出了巧妙的选择,这种选择必然使突变成为罕见的,因为频繁的突变对进化是有害的。一些个体通过突变得到不太稳定的基因构型,它们后代往往具有“过分频繁的”、迅速地发生突变的特性,这样的后代能长期生存下去的机会是很小的。物种将会抛弃这些个体,并将通过自然选择把稳定的基因集中起来。至于在人们的繁育试验中出现的突变体,作者认为,常被人们选来作为突变体以研究其后代。这些突变体,要想让它们都表现出很高的稳定性简直是不用指望的,因为它们还没有经受过“考验”,就算是已经受过“考验”了,它们也可能由于突变可能性太高的缘故,在野外繁殖时被淘汰了。总而言之,作者说:“当人们知道有些突变体的突变可能性比正常的“野生”基因要高得多的时候,人们是一点也不感到奇怪的。”

作者强调:突变要成为自然选择的合适材料,必须是像它的实际情况那样的罕见。人们的注意力往往容易集中在有害的突变上,这种突变可能是更多一些。人们必须明白的是,人们的确也碰到过一些有利的突变。如果说自发突变是物种发展道路上的一小步,那么,人们得到的印象是,有些变化是以偶然的形式、冒着可能是有害的因而会被自动消除的风险而作出的“尝试”。

作者在论述生命的特征时用了一个概念:熵。对于熵,作者强调指出,这不是一个模糊的概念或思想,而是一个可以计算的物理学的量,就像是一根棍棒的长度,物体的任何一点上的温度,某种晶体的熔化热,以及任何一种物体的比热等。在温度处于绝对零度时(大约在-273℃),任何一种物质的熵等于零。当以缓慢的、可逆的、微小的变化使物体进入另一种状态时(甚至因此而使物体改变了物理学或化学的性质,或者分裂为两个以上物理学或化学性质不同的部分),熵增加的总数是这样计算的:在那个步骤中你必须供给的每一小部分热量,除以供给热量时的绝对温度,然后把所有这些求得的商数加起来。