就是在考虑这些问题的过程中，赫顿提出了一系列不同凡响的见解。他朝自己的农田一看，只见岩石经过腐蚀变成了土壤，土壤粒子被溪水和河水冲刷，带到别处沉积下来。他意识到，要是这个过程持续到地球的自然灭亡之时，那么地球最终会被磨得非常光滑。然而，他身边到处是丘陵。显而易见，肯定还有某种别的过程，某种形式的更新和隆起，创造了新的丘陵和新的大山，不停地如此循环。他认为，山顶上的海洋生物化石不是发洪水期间沉积的，而是跟大山本身一起隆起来的。他还推测，是地球内部的地热创造了新的岩石和大陆，顶起了新的山脉。说得客气一点，地质学家不愿意理解这种见解的全部含义，直到200年之后。这时候，他们终于采纳了板块构造论。赫顿的理论尤其提出，形成地球的过程需要很长时间，比任何人想像的还要长得多。这里面有好多深刻的见解，足以彻底改变我们对这颗行星的认识。 1785年，赫顿把他的看法写成一篇很长的论文，并在爱丁堡皇家学会的几次会议上宣读。它几乎没有引起大家的注意。原因不难找到。一定程度上，他就是这样向听众宣读论文的： 在一种情况下，形成的力量在独立存在的物体内部。这是因为，这个物体被热激活以后，是通过物体的特有物质的反应，形成了构成脉络的裂口。在另一种情况下，还是一样，相对于在其内部形成脉络的物体来说，原因是外在的。已经发生了最猛烈的断裂和扯裂；但是那个原因还在努力；它不是出现在脉络里，因为它不是在我们地球坚实的物体内部--那里找得到矿物或矿脉的特定物质--的每条缝隙和每个断层里。 不用说，听众里几乎谁也不懂他在说些什么。朋友们鼓励他把他的理论展开一下，希望他能在更大的篇幅里碰巧讲得清楚一点。这是很感人的。赫顿花了此后的10年时间准备他的巨著，并且于1795年以两卷本出版。 这两本书加起来有将近1000页，写得比他最悲观的朋友担心的还要糟糕，真是不可思议。此外，这部作品的内容将近一半引自法国的资料，仍然以法文的形式出现。第三卷非常缺少吸引力，直到1899年才出版，那是在赫顿去世一个多世纪以后。第四卷即最后一卷根本没有出版。赫顿的《地球论》很有资格当选为读者最少的重要科学著作（要是没有大量别的这样的书的话，那就可以这样说）。连19世纪最伟大的地质学家、什么书都看过的查尔斯?莱尔也承认，这本书他实在读不下去。第五章 敲石头的人们(2) 还算运气，赫顿在约翰?普莱费尔身上找到了一个鲍斯韦尔式的人物。普莱费尔是爱丁堡大学的数学教授，赫顿的一位密友。他不但写得出漂亮的散文，而且--幸亏多年在赫顿身边--在大多数情况下知道赫顿其实想要说些什么。1802年，在赫顿去世5年以后，普莱费尔推出了赫顿原理的简写本，题目叫做《关于赫顿地球论的说明》。这本书受到了对地质学感兴趣的人的欢迎。这种人在1802年还为数不多。然而，情况快要发生变化。那么，情况是怎么发生变化的？ 1807年，伦敦13个志同道合的人在科文特加登广场朗埃克街的共济会酒店聚会，成立了一个餐饮俱乐部，后来取名为地质学会。学会每月碰一次头，一边喝一两杯马德拉白葡萄酒，吃一顿交际饭，一边交换对地质学的看法。这顿饭的价钱故意定在昂贵的15先令，以便使那些没有头脑的人望而却步。然而，事情很快就变得一清二楚，需要有个设有永久性总部的合适机构，人们可以在那里分享和讨论新的发现。不到10年，成员就发展到400名--当然仍都是绅士--地质学会看来要使皇家学会相形见绌，成为该国的首要科学社团。 从11月到次年6月，会员每月碰头两次，因为到这个时候，实际上所有的人都已出门，整个夏天在做野外工作。你要知道，这些人出去找矿石不是为了挣钱，在大多数情况下甚至也不是学者。它不过是既有钱又有时间的绅士在不大专业的层面上从事的一种爱好。到1830年，已经发展到745名会员，世界上再也不会出现那种情况。 这种情形在现在是难以想像的，但地质学激活了19世纪的人--完全抓住了他们的注意力--这是任何科学以前没有过，或许将来也不会有的情况。1839年，罗德里克?默奇森出版了《志留纪体系》，一本又厚又重的书，研究一种名叫杂砂岩的岩石。它顿时成为一本畅销书，很快出了4版，虽然一册要卖到8个几尼，而且具有真正的赫顿风格，即毫无可读性。 （连默奇森的支持者也承认，它"毫无文学作品的魅力"。）而当伟大的查尔斯?莱尔于1841年去美国，在波士顿开设一系列讲座的时候，每次都有3000名听众挤进洛韦尔学院，静静地听他描述海洋沸石和地震在坎帕尼亚引起的震动。 在整个近代思想界，尤其在英国，有学问的人都会下乡去干一点他们所谓的"敲石头" 的活儿。这项工作干得还一本正经。他们往往打扮得很有吸引力：头戴高顶大礼帽，身穿黑色套装。只有牛津大学的威廉?巴克兰牧师是个例外，他习惯于穿博士服做野外工作。 野外吸引了许多杰出人士，尤其是上面提到的默奇森，他大约花了前半生近30年时间来骑着马追赶狐狸，用猎枪把空中飞行的鸟儿变成一簇簇飘扬的羽毛。除了阅读《泰晤士报》和打一手好牌以外，他没有显示出任何会动脑子的迹象。接着，他对岩石发生了兴趣，以吃惊的速度一跃成为地质学思想界的巨人。 再就是詹姆斯?帕金森博士，他还是早期的社会主义者，写过许多富有鼓动性的小册子，比如《不流血的革命》。1794年，发生了一次听上去有点儿发疯的阴谋，叫做"玩具气枪计划"，有人打算趁国王乔治三世在剧院包厢里看戏的机会用带毒的飞镖射中他的脖子。帕金森跟这件事有牵连，被带到枢密院进行盘问，差一点给戴上镣铐发配到澳大利亚。但是，对他的指控后来不了了之。他渐渐对生活采取比较保守的态度，并开始对地质学产生了兴趣，最终成为地质学会的创始人之一和一部重要的地质学作品《上个世界的有机遗骸》的作者。有半个世纪时间，这本书不停地印刷。他再也没有制造过麻烦。然而，今天我们所以记得他，是因为他对一种疾病的具有划时代意义的研究。这种疾病在当时被称之为"震颤性麻痹"，但之后一直被叫做帕金森综合征。（帕金森在另一个方面也稍有名气。1785年，他很可能成了历史上独一无二的人，在一次兑奖销售活动中赢得一个自然史博物馆。这家博物馆位于伦敦的莱斯特广场，原本是阿什顿?利弗建立的，但利弗无节制地搜集自然宝物，最后搞得倾家荡产。帕金森将这个博物馆保留到1805年，再也维持不下去，便把收藏品拆卖了。） 有个人在性格上不如帕金森那样引人注目，但影响比当时所有地质界的人的影响加起来还要大，这个人就是查尔斯?莱尔。莱尔生于赫顿去世的那一年，离赫顿家只有113公里的金诺迪村。他的父母是苏格兰人，但他在遥远的南方--英格兰汉普郡的新森林长大，因为他的母亲认为苏格兰人又懒又爱喝酒。总的来说，他和19世纪绅士科学家一模一样，也来自生活优裕、思想活跃的家庭。他的父亲也叫查尔斯，是个大名鼎鼎的人，是研究诗人但丁和藓沼（即莱尔藓，大多数去过英国乡村的人都在上面坐过，就是以他的姓氏命名的）方面的主要权威。莱尔受他父亲的感染，对自然史产生了兴趣，然而，是在牛津大学，在威廉?巴克兰--身穿飘逸长袍的巴克兰--的影响之下，莱尔才开始把毕生的精力献给了地质学。 巴克兰多少是个有魅力的怪人。他作出过一些真正的成就，但人们至少也是因为他的怪僻性格才记得他。他尤其以养了一群野兽出名，其中有的很大，有的很危险。他还以吃遍开天辟地以来有过的每一种动物闻名。他会以烘豚鼠、面糊耗子、烤刺猬或煮东南亚海参来招待家里的客人，这取决于他的一时冲动和是否有货。巴克兰觉得它们的味道都不错，但菜园里的普通鼹鼠除外，他宣称这种动物的味道是令人恶心的。他几乎势必成为粪便化石的权威，家里有一张桌子几乎完全用收集来的这类标本制成。第五章 敲石头的人们(3) 即使在从事严肃的科学活动的时候，他的方式一般来说也是怪怪的。有一次，巴克兰半夜里于兴奋之中把他的太太推醒，大叫一声："天哪，我认为，化石上的脚印肯定是乌龟的脚印。"夫妻俩穿着睡衣急匆匆地来到厨房。巴克兰太太和了面团，铺在那张桌上，巴克兰牧师拿来家里养的乌龟。他们把乌龟往面团上一扔，赶着它往前走。他们高兴地发现，它的脚印果然和巴克兰一直在研究的化石上的脚印完全一致。查尔斯?达尔文认为巴克兰是个小丑--这是他的原话--而莱尔却似乎觉得他对自己很有启发，还很喜欢他，1824年和他一块儿去了苏格兰。就是在那次苏格兰之行以后，莱尔决定放弃律师职业，把全部时间投入了地质学。 莱尔近视得厉害，在一生的大部分时间里痛苦地眯着眼睛，因此露出一副愁眉苦脸的样子．（最后，他完全丧失了视力。）他还有一个有点古怪的地方，当他想得出神的时候，他会在家具上摆出难以想像的姿势--要么横在两张椅子上，要么（用他的朋友达尔文的话来说）"头枕着椅子面，身体伸得笔直"。一旦陷入沉思，他往往会慢慢地从椅子上滑下来，臀部几乎贴着地板。莱尔一生中的惟一工作是在1831-1833年期间当过伦敦大学国王学院的地质学教授。就是在这段时间里，他写出了《地质学原理》，并在1831-1833年期间分3卷出版。这部书在许多方面巩固和阐述了一代人之前由赫顿首先提出的见解。（虽然莱尔从来没有读过赫顿作品的原文，但他怀着浓厚的兴趣研究过普莱费尔的改写本。） 在赫顿时代和莱尔时代之间，地质学界发生了一场新的争论。它在很大程度上取代了过去的水成论与火成论之争，而又往往交混在一起。新的战斗成为灾变论和均变论之争。给一场重要而又旷日持久的争论起这样的名字，似乎有点儿不够味儿。灾变论者--顾名思义--认为，地球是由突发的灾难性事件形成的--主要是洪水。这就是人们常常把灾变论和水成论互相混淆的原因。灾变论尤其迎合巴克兰这样的教士的心理，这样他们可以把《圣经》里诺亚时代的洪水纳入严肃的科学讨论。均变论者恰恰相反，认为地球上的变化是逐渐形成的，几乎所有的地质变化过程都是缓慢的，都要经历漫长的时间。最先提出这种见解的与其说是莱尔，不如说是赫顿，但大多数人读的是莱尔的作品，因此在大多数人的脑海里，无论是当时还是现在，他成了近代地质学之父。 莱尔认为，地球的变迁是一贯的，缓慢的--过去已经发生过的一切都可以用今天仍在发生的事情来解释。莱尔和他的信徒们不但瞧不起灾变论，而且对它深恶痛绝。灾变论者认为，绝种是一系列过程的组成部分，在此过程中，动物不断灭亡，被新的动物取而代之--博物学家T.H.赫胥黎把这种看法挖苦地比做是"惠斯特牌戏里的一连串胜局，到了最后，打牌的人推翻桌子，要求换一副新牌"。以这种方法来解释未知的事物未免过于俗套。"从来没有见过比这样的一种教条更蓄意助长懒汉精神，更削弱人们的好奇心的了。"莱尔嗤之以鼻地说。 莱尔的失误并不算少。他没有令人信服地解释山脉是怎么形成的，没有看到冰河是个变化的动因。他不愿意接受阿加西斯关于冰期的观点--他轻描淡写地将其称之为"地球制冷"--坚信"在最古老的化石床里会发现"哺乳动物。他拒绝接受关于动物和植物突然死亡的看法，认为所有主要的动物群体--哺乳动物、爬行动物、鱼类等等--自古以来一直同时存在。在这些问题上，最后证明他是完全错误的。 然而，莱尔的影响你几乎怎么说也不会过分。《地质学原理》在他生前出了12版；直到20世纪，书里包含的一些观点依然被地质学界奉为圭臬。达尔文乘"猎犬"号环球航行途中还随身带着一本《地质学原理》，而且是该书的第1版。他后来写道："《原理》的最大优点在于它改变了一个人的整个思想状态；因此，当见到一样莱尔从没有见到过的东西的时候，你在一定程度上是以他的眼光来看的。"总之，他差不多把莱尔看做是个神，就像他那一代人的许多人一样。20世纪80年代，当地质学家不得不摈弃他的一部分理论，以适应关于绝种的撞击理论的时候，他们简直痛苦得要命。这充分说明了莱尔的影响之大。不过，那是后话了。 与此同时，地质学有大量的分类工作要做，这项工作不是什么都一帆风顺的。从一开始，地质学家就想把岩石按其形成的时期来进行分类，但在怎么划分时期的问题上经常发生激烈的争论--而且是一场旷日持久的争论，后来被称之为"泥盆纪大争论"。剑桥大学的亚当?塞奇威克断言有一层岩石是寒武纪的，而罗德里克?默奇森认为它完全属于志留纪，争论于是就发生了。争论持续了好多年，而且越来越激烈。"巴谢是个下流痞子。"默奇森在给一位朋友的信中气呼呼地说。 在《泥盆纪大争论》一书里，马丁?J.S.鲁迪克极好而又有些沮丧地描述了这场争论。只要瞥一眼该书各章的标题，就可以知道一点上述感情的强烈程度。开头几章的标题的语气倒还温和，比如《绅士们的辩论舞台》和《破译杂砂岩之谜》，但接着就是《捍卫杂砂岩与攻击杂砂岩》、《指摘与反驳》、《散布恶毒的谣言》、《韦弗撤回邪说》、《杀杀乡下人的气焰》（惟恐你还怀疑这不是一场战争）、《默奇森发起莱茵兰战役》等等。争论于1879年得以解决，办法很简单，在寒武纪和志留纪中间加一个时期：奥陶纪。第五章 敲石头的人们(4) 在这门学科的早期，英国人是最活跃的，因此在地质词语中英国的名称占了绝大部分。 泥盆系（即德文系）当然源自英格兰的德文郡。寒武纪来自罗马人对威尔士的叫法，而奥陶纪和志留纪使人想起了古代的威尔士人部落：奥陶人和志留人。但是，随着地质学后来在其他地方的崛起，世界各地的名称渐渐出现。侏罗纪跟法国和瑞士交界处的侏罗山有关。二叠纪使人想起俄罗斯乌拉尔山脉里的彼尔姆，而白垩纪（源自拉丁文白垩）是由一位比利时地质学家命名的，他自己也有个漂亮的名字，叫做J.J.德奥马利马斯?德霍洛伊。 原先，地质史分为4个时期：第一纪、第二纪、第三纪和第四纪。这个体系过于简单，因此寿命不太长。地质学家很快就用新的划分方法来替代这种划分方法。第一纪和第二纪已经完全不用，第四纪有的人已经不用，但有的人仍然在用。今天，只有第三纪还在广泛使用，虽然已经不代表第三纪任何东西。 莱尔在《原理》中使用了新的单位，叫做"世"或"段"来涵盖恐龙以后的时代，其中有更新世（"最近"）、上新世（"较近"）、中新世（"颇近"）和意思很含糊的渐新世（"有点儿近"）。 如今，一般来说，地质时代划分为四大块，叫做"代"：前寒武纪、古生代（源自希腊文，意为"古代生命"）、中生代（"中期生命"）和新生代（"新的生命"）。这4个代又分为12-20个部分，通常叫做"纪"，有时候也称"系"。其中大多数是大家比较熟悉的：白垩纪、侏罗纪、三叠纪、志留纪等等。 接着就是莱尔所谓的"世"--更新世、中新世等--这些名称仅仅用来指最近的（但又是古生物学研究很活跃的）6500万年；最后，便是一大堆更细的分类，名叫"期"或"代"。其中大多数以地名命名，读起来几乎总是很拗口：伊利诺期、得梅因期、克罗伊期、金默里奇期等等，都具有同一特色。据约翰?麦克菲说，这类名称总共多达"几百个"。幸运的是，除非把地质学作为你的专业，你从此以后再也不大可能听到这些名称了。 更加混乱的是，北美的"期"或"代"跟欧洲的说法不一，在时间上往往只是大体交叉。因此，北美的辛辛那提期在很大程度上相当于欧洲的阿什吉利期，再加上一点儿稍早的喀拉多克期。 而且，这一切，不同的教科书、不同的人都有不同的叫法，因此有的权威提出7个代，而有的权威满足于4个代。在有的书里，你还会发现不用第三纪和第四纪，而是用不同长度的系来取而代之，称做下第三系和上第三系。有的人还把前寒武纪分成两个代，即非常古老的太古代和较近的元古代。有时候，你还可看到"显生宙"这个词，用来涵盖新生代、中生代和古生代。 而且，这一切都只用做时间的单位。岩石的单位还另有一套，叫做系、段和期。而且，还有早、晚（指时间）之分和上、下（指岩层）之别。对于不是专家的人来说，这简直是一锅粥；但对于地质学家来说，这都可能是会动感情的东西。"我看到大人们为了生命史上一毫秒的问题争得脸红脖子粗。"英国的理查德?福蒂在谈到20世纪为寒武纪和奥陶纪的分界线而展开的旷日持久的辩论时这样写道。 今天，我们至少可以使用某些先进的技术来确定年代。在19世纪的大部分时间里，地质学家们只能依赖于推测。他们可以按照时代来排列各种岩石和化石，但根本不知道这些年代的长短，这是很令人泄气的。当巴克兰推测一副鱼龙骨骼的古老程度的时候，他只能认为，它生活在大约"10000或10000以上乘以10000"年以前。 虽然没有可靠的方法来确定年代，却不乏愿意试一试的人。1650年，爱尔兰教会的詹姆斯?厄舍大主教进行了早年最著名的尝试。他对《圣经》和其他历史资料进行了仔细的研究，最后在一部名叫《旧约编年史》的巨著中下结论说，地球创造于公元前4004年10月23日中午．后来，历史学家和教科书作者一直把这个日期当做笑料。 顺便提一句，有个很久不灭的神话--它在许多严肃的书里都提到过--厄舍的观点主宰了科学界，直到19世纪的很长时间里。是莱尔把这一切纠正了过来。作为一个典型例子，斯蒂芬?杰伊?古尔德在《时代之箭》中引用了20世纪80年代一本很热门的书里的一句话："在莱尔出版他的书以前，大多数思想家都接受了这种看法，即地球还很年轻。"实际并非如此。正如马丁?J.S.鲁迪克说的，"哪个国家的地质学家也不会主张把时标限死在《创世记》拘泥于字面意义的诠注的范围之内，要是他的作品被别的地质学家认真对待的话"。 连巴克兰牧师这样一位19世纪很虔诚的人也认为，《圣经》里哪个地方也没有提到上帝是在第一天创造天地的，只是提到"起初"。他认为，那个开始也许持续了"几百几千万年"。 大家都认为地球已经很古老。问题只在于：古老到什么程度？ 在确定这颗行星的年龄的问题上，早期有个比较合理的看法。它是由始终可靠的埃德蒙?哈雷提出来的。1715年，他提出，要是你把全世界海洋里的盐的总量，除以每年增加的量，你就会得出海洋存在的年数，从而可以大致知道地球的年龄。这个道理很吸引人，但不幸的是，谁也不知道海洋里究竟有多少盐，也不知道每年到底增加多少，这就使得这项实验无法付诸实施。第五章 敲石头的人们(5) 第一次称得上比较符合科学的尝试是由法国的布丰伯爵乔治－路易?勒克莱尔进行的，那是在18世纪70年代。很长时间以来，大家都知道，地球释放出相当可观的热量--下过煤矿的人都清楚--但是，没有办法来估计散逸率。布丰在实验过程中先把球体加热到白炽的程度，然后在其冷却的过程中用触摸的办法（可能开头是轻轻的）来估计热的损耗率。根据这项实验，他推测地球的年龄在75000-168000年之间。这当然是大大地低估了；但是，这是一种很激进的见解。布丰发现，要是把这见解加以发表，他有被开除教籍的危险。他是个讲究实际的人，连忙为自己缺乏考虑的邪说表示歉意，然后轻松愉快地在随后的著作中不断重复他的看法。 到19世纪中叶，大多数学者认为地球的年龄起码有几百万年，甚至也许几千万年，但也很可能没有那么大。因此，当1859年查尔斯?达尔文在《物种起源》一书中宣称，根据他的计算，创造威尔德地区--英格兰南部的一个地区，包括肯特、萨里和苏塞克斯--的地质进程花了306662400年时间才完成时，人们不由得大吃一惊。这个结论是很了不起的，部分原因是他说得那么确切，但更因为是他公然不顾公认的有关地球年龄的看法。结果，它引起了激烈的争议，达尔文在该书的第三版中收回了他的看法。然而，问题实际上依然存在。 达尔文和他的地质界朋友希望地球很古老，但谁也想不出办法。 这个问题引起了开尔文勋爵大人（他肯定是一位了不起的人物，但到1892年才被提升为贵族，当时他已经68岁，接近他生命的尽头，但我在这里还是按照惯例，溯及既往地使用这个名称）的注意，这对达尔文以及对进步来说是很不幸的。开尔文是19世纪的--也是任何世纪的--最杰出的人物之一。德国科学家赫尔曼?冯?亥姆霍茨--他本人也是科学上的高手--写道，开尔文是他遇到过的最"理解力强、洞察事理、思想活跃"的人。"在他的面前，我有时候觉得自己是木头木脑的。"他不无沮丧地说。 这种心态是可以理解的，因为开尔文确实是维多利亚时代的超人。他1824年生于贝尔法斯特，父亲是皇家学院的数学教授，过不多久就调到格拉斯哥。开尔文证明自己是个神童，小小年纪(10岁)就考上了格拉斯哥大学。20岁出头，他已经在伦敦和巴黎的学府学习过，毕业于剑桥大学（他赢得该大学在赛艇和数学两个方面的最高奖，还抽空创建了一个音乐俱乐部），当选为彼得学院的研究员，（以英文和法文）写了10多篇关于纯粹数学和应用数学的论文。这些作品都很有创见，他不得不匿名发表，免得使他的长辈们感到难堪。他22岁回到格拉斯哥，担任自然哲学教授。在此后的53年里，他一直保有这个职位。 在漫长的生涯里（他活到1907年，享年83岁），他写了661篇论文，总共获得69项专利（因此变得很富裕），在物理学的差不多每个学科都享有盛誉。其中，他提出一个方法，后来直接导致制冷技术的发明；设计了绝对温标，至今仍冠以他的名字；发明了增压装置，使越洋发送电报成为可能；还对海运和航海作了无数改进，从发明一个深受欢迎的航海罗盘，到创造第一个深度探测器。这些只是他有实用价值的成果。 他在电磁学、热力学1和光的波动等理论方面的成果同样是革命性的。他实际上只有一个瑕疵，那就是没能计算出地球的年龄。这个问题占去了他后半生的许多时间，但他从来没有得出个比较正确的数字。1862年，在为一本名叫《麦克米伦》的通俗杂志写的一篇文章里，他第一次提出地球的年龄是9800万年，但谨慎地认为这个数字最小可为2000万年，最大可达4亿年。他还小心翼翼地承认，他的计算可能是错的，要是"造物主的大仓库里备有我们目前没有掌握的资料"的话--但是，他显然认为那是不可能的。 随着时间的过去，开尔文的结论变得越来越确切，越来越不正确。他不停地把自己的估计数字往下降，从最大的4亿年降到1亿年，然后又降到5000万年，最后在1897年降到了仅仅2400万年。开尔文并不是在随心所欲，只是因为物理学无法解释为什么像太阳这么个庞然大物可以连续燃烧几千万年以上，而又耗不尽其燃料。因此，他就想当然地认为，太阳及其行星必然相对年轻。 问题在于，几乎所有的化石都证明和这个结论相矛盾。而突然之间，19世纪发现了大量的化石。第六章 势不两立的科学(1) 1787年，新泽西州有个人--到底是谁，如今似乎已被忘却--在伍德伯里溪发现一根巨大的大腿骨戳出一处岸边。那根骨头显然不属于尚存的任何物种，也肯定不是新泽西州的。根据现在掌握的一点情况，人们认为它属于一只鸭嘴龙，那是一种长着鸭嘴的大恐龙。当时，人们还没有听说过恐龙。 骨头被送交给当时美国最杰出的解剖学家卡斯帕?威斯塔博士。同年秋天，他在费城召开的美国哲学学会的一次会议上作了描述。威斯塔没有完全认识到这根骨头的重要意义，只是小心翼翼地讲了几句不痛不痒的话，大意是，它真是个庞然大物。他就这样错过了先于别人半个世纪发现恐龙的机会。实际上，这根骨头没有引起多大兴趣，后来被放在贮藏室里，最后彻底不见了。因此，历史上第一根被发现的恐龙骨头，也是第一根被丢失的恐龙骨头。 骨头没有引起很大的兴趣，这有点儿令人费解，因为发现这根骨头恰好是在美国人对古代大动物的遗骸着迷的时候。伟大的法国博物学家布丰伯爵--就是前一章里提到的做加热球体试验的人--对这种着迷的原因作出了奇怪的断言：新大陆的生物几乎在哪一方面都要比旧大陆的生物低一等。布丰在那部评价很高的巨著《自然史》里写道，在美洲这块土地上，水源发臭，土地不长五谷，动物个儿很小，缺乏活力，肌体被从腐烂的沼泽和晒不着太阳的森林里逸出的"毒气"弄得十分虚弱。在这样的环境里，连土著印第安人也缺乏生殖力。 "他们不长胡子，身上也没有毛，"布丰煞有介事地在私下说，"女人没有激情。"她们的生殖器"又小又没有劲儿"。 布丰的观察结果在别的作家中间--尤其在那些其实对这个国家不大熟悉，因而自己的结论也是缺乏根据的人中间--获得了出人意料的热烈支持。有个名叫科梅耶?波夫的荷兰人在一本名叫《关于美洲人的哲学研究》的通俗作品中宣称，美洲的土著男人不但在繁殖方面给人印象不深，而且"如此缺乏生殖能力，他们的乳房都流着奶汁"。这种观点奇怪地流行了很长时间，在欧洲的文献中反复出现或得到反响，直到19世纪快要结束的时候。 这类诽谤在美国受到了愤怒的谴责，这是不足为怪的。托马斯?杰斐逊在他的《弗吉尼亚州笔记》中气愤地（而又令人费解地，除非你知道来龙去脉）进行反驳，还劝他在新罕布什尔州的朋友约翰?沙利文派20名士兵去北部丛林，找一头麋鹿送给布丰，以证明美洲四足动物的高大和威武。士兵们花了两个星期才找到合适的目标。不幸的是，麋鹿被击毙以后，他们发现它没有杰斐逊专门提到的一对威风凛凛的角，但沙利文周到地加上了一对驼鹿角或是赤鹿角，意思是，这是另外附上的。毕竟，在法国，谁会知道呢？ 与此同时，在威斯塔的家乡费城，博物学家着手装配一头大象似的大动物的骨头。起初它被称做"不知名的美洲大动物"，后来又不大正确地被确定为一头哺乳动物。第一批这种骨头是在肯塔基州一个名叫大骨地的地方发现的，但很快在各地都发现了。看来美洲一度生活着某种大动物--那种动物肯定能证明法国人布丰的可笑论点不能成立。 在热心展示那头不知名动物如何庞大和如何凶猛的过程中，博物学家们似乎有点儿得意忘形。他们把它的个儿拔高了6倍，还给它加上了可怕的爪子。实际上，那不过是在附近发现的一只大树懒的爪子。很有意思的是，他们认为那种动物"灵活和凶猛得像老虎"，在插图里把它描绘成躲在巨砾后面，以猫科动物的优美姿态准备扑向猎物。长牙发现以后，他们又挖空心思地以各种方式把它们安在它的头上。有一位用螺丝把长牙倒着拧在上面，就像剑齿虎的犬牙那样，使其看上去特别气势逼人。另一位把长牙向后弯曲，其动听的道理是，那个家伙原本是水生动物，打盹时用牙齿将自己泊在树上。然而，最贴近事实的看法是，这种不知名的动物已经灭绝--布丰连忙抓住了这一点，把它作为那种动物已经无可争议地退化的证据。 布丰死于1788年，但争论没有停止。1795年，一批精心挑选的骨头运到了巴黎，接受古生物学界的新秀、年少气盛的贵族乔治?居维叶的审查。居维叶不费多少工夫就能把一堆堆支离破碎的骨头安放成形，人们已经对他的才华赞叹不已。据说，只要看一颗牙齿或一块下巴骨，他就可以描述出那个动物的样子和性情，而且往往还说得出它是哪个种，哪个属。居维叶发现美国还没有人想到要写一本正式描述那类大动物的书，便自己动手写了，于是成了发现那种动物的第一人。他把它叫做"乳齿象"（意思是"长有乳头般隆起的牙齿的象"。出人意料的是，这还真有点儿像）。 在那场争论的启发之下，居维叶于1796年写了一篇具有划时代意义的论文《关于活着的象和变成化石的象的说明》。在这篇论文里，他第一次正式提出了绝种的理论。他认为，地球不时经历全球性的灾难；在此过程中，一批批的生物彻底死亡。对于宗教人士来说，包括居维叶本人，这种看法具有令人不快的含义，因为这意味着上帝是捉摸不定的，莫名其妙的。上帝创造了物种，然后又消灭这些物种，他究竟要干什么？这种看法跟"大生物链"的信念绝对相反。那种信念认为，世界是精心安排的，世界上的每种生物都有一定位置，都有一个目的，过去从来就有，将来也总是会有。杰斐逊无法接受这种看法：整个物种有朝一日会消亡（或者会到那种地步，会演变）。因此，当有人问他，派个考察队去密西西比河以里的美国内地进行考察有没有科学和政治价值的时候，他马上肯定了这个建议，希望勇敢的探险家们会发现一群群健康的乳齿象和别的超大动物在富饶的平原上吃草。杰斐逊的私人秘书和知心朋友梅里韦瑟?刘易斯被选定和威廉?克拉克一起担任领队，而且还是这次远征的首席博物学家。被选定来指点他该找什么活的动物和死的动物的不是别人，正是卡斯帕?威斯塔。第六章 势不两立的科学(2) 大名鼎鼎的贵族居维叶在巴黎提出了绝种论。同年--实际上是同月，在英吉利海峡对岸，一个不大知名的英国人在发表对化石价值的见解。他的见解也具有持久的影响。威廉?史密斯是萨默塞特的科尔运河建筑工地上的年轻监督员。1796年1月5日，他坐在萨默塞特一家马车旅店里，记下了那个最终会使他名扬天下的观点。若要解释岩石，你非得有某种并置对比的东西。在这个基础上，你可以知道德文的那些石炭纪岩石要比威尔士的这些寒武纪岩石年轻。随着岩层的每一变化，有的物种的化石消失了，而有的化石一直延伸到随后的岩层。通过发现哪种物种在哪个岩层出现，你就可以计算出岩石的年龄，无论这些岩石是在哪里。凭着他作为测量员所拥有的知识，史密斯马上动手绘制英国的岩层图。经过多次试用以后，这些图于1815年出版，成为近代地质学的奠基石。（西蒙?温切斯特在他深受欢迎的《改变世界的地图》一书里对这件事作了全面的记述。） 不幸的是，尽管史密斯具有敏锐的见解，但说来也怪，他没有兴趣搞清为什么岩石偏偏以那种方式埋在地下。"我没有再研究岩层的起源，满足于知道情况就是那样，"他写道，"什么原因，什么缘故，那不属于一名矿藏测量员的研究范围。" 史密斯对岩层内情的披露，更增加了绝种论引起的在道德上的难堪程度。首先，它证实了上帝消灭生灵不是偶然的，而是经常的。这么看来，上帝与其说是粗心大意，不如说是极不友好。而且，还有必要花点力气来进行解释，为什么有的物种彻底灭绝，而有的物种却顺利地存活到随后的年代。显而易见，绝种不是诺亚时代的一场"大激流"--即大家知道的《圣经》里的那场洪水--能解释清楚的。居维叶作出了自我满意的解释，认为《创世记》只是指最近的那场洪水。上帝似乎不希望用先前不相干的绝种来分散摩西的注意力或引起他的惊慌。 因此，到19世纪初，化石势必具有了某种重要性。威斯塔就显得更不幸了，竟然没有看到恐龙骨的意义。无论如何，这类骨头在世界各地相继发现。又有了几个机会让美国人来宣布发现了恐龙，但这些机会都没有抓住。1806年，刘易斯和克拉克的考察队穿越蒙大拿的黑尔沟岩组。在这个地方，实际上他们脚底下恐龙骨比比皆是，他们还发现一样东西嵌在岩石里，显然是恐龙骨，但没有把它当一回事。在新英格兰，有个名叫普利纳斯?穆迪的男孩子在马萨诸塞州南哈德利的一处岩架上发现了古老的足迹；之后，又有人在康涅狄格河谷发现了骨头和足迹的化石。至少其中有一些留存至今--令人注目的是一头安琪龙的骨头--现在由耶鲁大学的皮博迪博物馆收藏。这批恐龙骨发现于1818年，是第一批经过检验和保存下来的恐龙骨，不幸的是，1855年之前无人识货。那一年，卡斯珀?威斯塔去世。不过，威斯塔没有想到的是，植物学家托马斯?纳特尔以他的名字命名了一种可爱的攀附灌木，这倒使威斯塔在一定意义上获得了永生。植物界有的纯粹主义者迄今仍然坚持把这类植物的名字写作"威斯塔里亚"。 然而，到这个时候，古生物研究的热潮已经移到英国。1812年，在多塞特郡的莱姆里吉斯，有个名叫玛丽?安宁的杰出小女孩--当时只有11岁、12岁或13岁，取决于你看的是谁写的故事--发现一块5米长、样子古怪的海生动物化石，嵌在英吉利海峡岸边一处陡峭而又危险的悬崖上。这类动物现在叫做鱼龙。 安宁就这样开始了她不同凡响的一生。在之后的35年里，安宁采集化石，并把它们卖给游客。（人们普遍认为，她就是那首著名的绕口令《她在海边卖贝壳》的原始素材。）她还发现了第一块蛇颈龙（另一种海生动物）化石以及第一批最好的翼手龙化石中的一块。严格来说，这些都不是恐龙，但也没有多大关系，因为当时谁也不知道什么是恐龙。只要知道世界上生活过跟我们现在所能看到的完全不同的动物，这也就够了。 安宁不仅善于发现化石--显然她在这方面是无与伦比的--而且能小心翼翼地、完好无损地把化石挖出来。要是你有机会去参观伦敦自然史博物馆的古代海生爬行动物馆，我劝你不要错过这个机会。只有在这里，你才能欣赏到这位年轻女子使用最简单的工具，在极其困难的条件下，实际上是在孤立无援的情况下，所取得的巨大而又出色的成就。光挖那块蛇颈龙化石她就耐心地花了10年时间。安宁没有受过训练，但她也能为学者们提供像模像样的图片和说明。但是，尽管她具有这等技能，重大的发现毕竟是不多的，因此她一生的大部分时间是在极度贫困中度过的。 在古生物学史上，很难想得出还有谁比玛丽?安宁更不受人重视，但实际上还有一个人的情况跟她差不多。他叫吉迪恩?阿尔杰农?曼特尔，是苏塞克斯的一名乡村医生。 曼特尔有一大堆不足之处--他虚荣心强，只顾自己，自命不凡，不关心家庭--但再也找不出一名像他这样投入的业余古生物学工作者。他还很有运气，有一位既忠心耿耿又留心观察的太太。1822年，他去苏塞克斯农村出诊的时候，曼特尔太太正顺着附近的一条小路散步，在一堆用来填平路面凹坑的碎石里发现了一样古怪的东西--一块弧形的棕色骨头，大约有小胡桃那么大小。她认为那是一块化石。她知道自己的丈夫对化石很感兴趣，便拿给了他。曼特尔马上看出，那是一颗牙齿的化石。稍加研究以后，他断定，这是一颗动物牙齿，那种动物生活在白垩纪，食草，爬行，体形庞大--有几十米长。他的估测完全正确；但他的胆量也真够大的，因为在此之前，即使在想像中，谁也没有见过这样的东西。第六章 势不两立的科学(3) 曼特尔意识到，自己的发现会彻底推翻人们对过去的认识。威廉?巴克兰--那位身穿长袍、爱好试验的学者--也劝他小心行事。因此，曼特尔花了3年时间，努力寻找支持自己的结论的证据。他把牙齿送交巴黎的居维叶，征求他的看法，但那位伟大的法国人轻描淡写地认为，那只不过是河马的牙齿。（居维叶姿态很高，后来为这个不常犯的错误道了歉。）有一天，曼特尔在伦敦的亨特博物馆作研究，跟一位同事攀谈起来。那位同事对他说，它看上去很像是他一直在研究的那种动物--南美鬣蜥的牙齿。他们马上进行了比较，确认了它们的相似之处。于是，曼特尔手里的动物以热带一种爱晒太阳的蜥蜴命名，被叫做禽龙。 其实，二者之间没有任何关系。 曼特尔写了一篇论文，准备递交给英国皇家学会。不幸的是，恰好又有一块恐龙骨头在牛津郡的一处采石场被发现，而且刚刚有人作过正式描述--这个人不是别人，就是敦促曼特尔不要仓促行事的巴克兰牧师。它被取名为斑龙。这个名字其实是他的朋友詹姆斯?帕金森博士--那位未来的激进分子、帕金森综合征的鼻祖--向巴克兰建议的。大家也许记得，帕金森最初是个地质学家，他对斑龙的研究显示了他在这方面的成就。在为《伦敦地质学会学报》写的报告中，他注意到，那种动物的牙齿不像蜥蜴那样直接连着颌骨，而像鳄鱼那样长在牙槽里。不过，巴克兰就注意到这么多，没有认识到它的意义，即斑龙完全是一种新发现的动物。不过，尽管他的报告缺少敏锐的目光和深刻的见解，它仍是发表过的描述斑龙的第一篇文章。因此，人们把发现这种古代动物的功劳归给了巴克兰，而不是更有资格的曼特尔。 曼特尔不知道失望会伴随自己的一生，继续寻找化石--1833年，他发现了另一个庞然大物雨蛙龙--并从采石场工人和农夫手里买回别的化石，最后很可能成了英国最大的化石收藏家。曼特尔是一位杰出的医生，在搜集骨头方面也同样很有天赋，但他无法同时维持这两方面的才能。随着他越来越热衷于搜集工作，他忽视了医生职业。过不多久，他在布赖顿的家里几乎塞满了化石，花掉了大部分收入。剩下的钱被用来支付书的出版费用，而他的书又极少人愿意购买。1827年出版的《苏塞克斯的地质说明》只卖掉了50本，很不开心地倒贴了300英镑--这在当时是一笔不小的数目。 曼特尔在绝望之中灵机一动，把自己的房子改成了博物馆，收取门票费。然而，他后来意识到这种商业行为会损害他的绅士地位，且不说科学家的地位--于是就让别人免费参观他的家庭博物馆。成百上千的人前来参观，一个星期又一个星期，既中断了他的行医工作，又扰乱了他的家庭生活。最后，为了偿还债务，他不得不变卖绝大部分收藏品。过不多久，他的妻子带着他的四个孩子离他而去。 值得注意的是，他的麻烦才刚刚开始。 在伦敦南部的西德纳姆区，有个地方名叫水晶宫公园。那里耸立着一片被人遗忘的奇观：世界上第一批实物大小的恐龙模型。近来去那里的人不太多，但一度这里是伦敦游客最多的胜地之一--事实上，正如理查德?福蒂说的，它是世界上第一个主题公园。严格来说，那些模型在许多方面是不正确的。禽龙的大拇指顶在鼻子上，变成了一根尖刺；它长着四条粗壮的腿，看上去像一条肥肥胖胖、不成比例的狗。（其实，禽龙不用四条腿蹲着，而是一种两足动物。）现在望着它们，你几乎想不到这些古怪而行动缓慢的动物会引起积怨和仇恨，但事实却是如此。在自然史上，也许从来没有哪种动物像名叫恐龙的古代动物那样成为强烈而又持久的仇恨的中心。 建造恐龙模型的时候，西德纳姆位于伦敦边缘，宽敞的公园被认为是重建著名的水晶宫的理想之地。玻璃和铸铁结构的水晶宫曾是1851年博览会的中心场所。新建的公园很自然地以此冠名。用混凝土建成的恐龙模型是一种很有经济效益的景观。1853年除夕，在尚未完工的禽龙模型内为21名科学家举行了一次著名的晚宴。那位发现并确认禽龙的人吉迪恩?曼特尔不在其中。坐在餐桌上手的是古生物学这门年轻的科学里最伟大的人物，他的名字叫理查德?欧文。到这个时候，他已经花费几年心血，成果累累，害得吉迪思?曼特尔的日子很不好过。 欧文在英格兰北部的兰开斯特长大，受过训练准备当医生。他是个天生的解剖学家，对研究工作不遗余力，有时候非法取下尸体上的四肢、器官和别的部位，拿回家里慢慢地解剖。有一回，他用麻袋搬回刚从一具非洲黑人水手的尸体上取下的头，不慎绊着湿漉漉的石头滑了一跤，惊慌地望着那个头从身边一蹦一跳地顺着小巷滚去，钻进一户人家开着的门洞里，在前厅里停了下来。至于那户人家的主人见到一个头滚到自己的脚边会说些什么，我们只能想像了。有人讲，他们还来不及搞清是怎么回事，突然间一个焦急万分的年轻人冲进来拾起那个头，又冲了出去。 1825年，欧文21岁，他搬到了伦敦，不久就被英国皇家外科学院聘用，帮助清理又多又乱的医学和解剖标本。其中，大部分是杰出的外科医生、医学珍品的孜孜不倦的收藏家约翰?亨特留给这个学院的，但从来没有分过类和清理过，很大程度上因为亨特死后不久，说明每件物品的意义的文字材料丢失了。第六章 势不两立的科学(4) 欧文很快以他的组织能力和演绎能力受人注意。同时，他证明自己是个无与伦比的解剖学家，具有很强的复原本能，几乎可以与巴黎伟大的居维叶相比。他成为解剖动物方面的一名专家，对伦敦动物园里死去的任何动物拥有优先取舍权，而那类东西又无一例外地送到他的家里供他来检查。有一回，他的妻子回到家里，只见一头刚死的犀牛堵住了前门走廊。他很快成为一名各种动物方面的杰出专家，无论是现存的还是绝种的动物--从鸭嘴兽、针鼹和别的新发现的有袋动物，到倒霉的渡渡鸟以及已经绝了种的大鸟--恐鸟。后者本来自由自在地生活在新西兰，最后被毛里人吃个干净。1861年，他在巴伐利亚发现了始祖鸟，是描述始祖鸟的第一人，也是为渡渡鸟写正式墓志铭的第一人。他总共发表了大约600篇关于解剖学的论文，这个数字真够庞大了。 不过，是由于他在恐龙方面的成就，欧文才为人们记得。他在1841年创造了"恐龙"这个名称。它的意思是"可怕的蜥蜴"，这是个极不合适的名字。现在我们知道，恐龙毫不可怕--有的还没有兔子大，很可能是离群索居的。有一点是肯定的：它们不是蜥蜴。实际上，恐龙是一个古老得多的家族（距今大约3亿年前）。欧文很清楚，它们是爬行动物，希腊文里已经有了个很合适的名词--爬行动物，但由于某种原因他不愿意采用。他还犯了个更加可以原谅的错误（考虑到当时标本很少），那就是，他没有注意到，恐龙不是由一种而是由两种爬行动物组成：臀部像鸟的鸟臀目恐龙和臀部像蜥蜴的蜥臀目恐龙。 欧文并不是个很有魅力的人，无论在外表上还是脾性上。在一张中年的照片上，他看上去又瘦削又阴险，长着又长又直的头发，眼睛向外鼓出，活像维多利亚时代情节剧里的坏蛋--有一张可以用来吓唬小孩子的脸。在举止方面，他又冷漠又傲慢，无所顾忌地实现他的雄心壮志。据知，查尔斯?达尔文惟一讨厌的人就是他。连欧文的儿子（他没过多久就自杀了）也提到他父亲的"可悲的冷酷之心"。 作为解剖学家，他的才华是毋庸置疑的，因此他能做出最不要脸的坏事而又不受人指责。1857年，博物学家T.H.赫胥黎在翻阅一本新版的《丘吉尔医学指南》时，突然注意到欧文被列为政府采矿学院的比较解剖学和生理学教授，他感到相当吃惊，因为这正是达尔文现在拥有的职位。当他询问这本指南怎么会犯这么低级的错误时，他被告知那个信息是欧文博士本人提供的。同时，有一位跟欧文一起工作的、名叫休?福尔克纳的博物学家当场揭穿欧文把他的一项发现归功于自己。别人还指责他盗用标本，后来又否认他这么干过。欧文甚至为了一个有关牙齿生理学理论的功劳与女王的牙科医生发生激烈的争吵。 他毫不犹豫地迫害他不喜欢的人。早年，他利用自己在地质学会的影响排斥一位名叫罗伯特?格兰特的年轻人，而格兰特惟一的罪过就是显示出他很有希望成为一名解剖学家。格兰特吃惊地发现自己突然被剥夺了使用解剖标本的权利，而这是他进行研究所必不可缺的。 由于无法再从事他的工作，他变得灰心丧气，默默无闻，这是可以理解的。 欧文如此不客气，受到伤害最大的要算是越来越悲惨的倒霉蛋吉迪恩?曼特尔。在失去妻子、子女、医生职业和大部分化石收藏品以后，曼特尔搬到了伦敦。1841年是决定性的一年，欧文在伦敦将获得命名和发现恐龙的殊荣--而曼特尔遇上了一场可怕的事故。当马车穿过克莱翰公地的时候，他不知怎的从车座上掉下来，缠在缰绳中间，被受惊的马匹飞快拉过粗糙的地面。这起事故造成他背部弯曲，走路跛脚，常年疼痛，脊椎受损，再也无法恢复。 欧文利用曼特尔体弱多病的状态，着手系统地从档案中勾销他的贡献，重新命名曼特尔多年以前已经命名过的物种，把他发现这些物种的功劳占为己有。曼特尔还想搞一些创新的研究工作，但欧文利用自己在皇家学会的影响，确保曼特尔的大部分论文被拒绝采用。1852年，曼特尔再也无法忍受疼痛或迫害，结束了自己的生命。他那根变了形的脊椎被取出来送到皇家外科学院--这又是一件很有讽刺意味的事--由该学院的亨特博物馆馆长理查德?欧文保管。 但是，污辱没有完全结束。曼特尔死后不久，《文学》杂志刊登了一篇极其无情的悼文。在那篇文章里，曼特尔被描述成一名二流的解剖学家，他对古生物学的一点儿贡献"由于缺乏过硬的知识"而受到限制。悼文甚至抹去了他发现禽龙的功劳，把这个功劳归于居维叶和欧文等人。悼文没有署名，但其风格是欧文的，自然科学界谁也不会怀疑作者是谁。 不过，到这个时候，欧文的坏事快干到头了。他的垮台之日到来了。英国皇家学会的一个委员会--欧文恰好是该委员会的主席--决定授予他最高的荣誉：英国皇家勋章，表彰他写的一篇关于一种名叫箭石的、已经绝种的软体动物的论文。"然而，"德博拉?卡德伯里在《可怕的蜥蜴》里对那段历史有绝好的记述，"这项成就并不像看起来那么有创意。" 结果发现，箭石已经于4年前由一位名叫查宁?皮尔斯的业余博物学家发现，而且在地质学会的一次会议上已经充分发表。欧文出席了那次会议，但他向皇家学会提交自己的报告的时候没有提及这个情况。在那份报告里，他把那种动物重新命名为"欧文的软体动物"以纪念他自己，这不是偶然的。尽管欧文被允许保留英国皇家勋章，但这件事使得他永远名声扫地，即使在他剩下的为数不多的支持者中间也同样如此。第六章 势不两立的科学(5) 最后，赫胥黎以其人之道还治其人之身：他通过投票使欧文在动物学会和皇家学会的许多委员会里落选。最后，赫胥黎成为英国皇家外科学院亨特博物馆的新一任教授，结束了对欧文的惩罚。 欧文再也没有从事重要的研究，但在后半生致力于一件非同寻常的事，我们对此表示感激。1856年，他成为大英博物馆自然史部主任，在那个岗位上推动了伦敦自然史博物馆的创建。那栋位于南肯辛顿的宏伟而可爱的哥特式建筑物于1880年向公众开放，几乎完全成了他远见卓识的见证。 欧文之前，博物馆主要供少数精英使用和陶冶情操，连他们也很难进门。大英博物馆建立之初，想参观的人不得不写一份申请书，经过一个简单的面试，才能决定他们是否适合进场。然后，他们还得回来取票--那就是说，假如他们的面试获得通过的话--最后再次回来观看博物馆里的宝贝。即使到了那个时刻，他们也只能集体参观，被赶着快速往前走，不得随便停留。欧文的计划是人人都受欢迎，甚至鼓励工人们利用晚上时间来参观。他把博物馆绝大部分的地方用来陈列公开展品。他甚至很激进地提出为每件展品安放说明，以便让人们欣赏自己眼前的东西。他在这个问题上遭到了T.H.赫胥黎的反对，这是有点儿没有想到的。赫胥黎认为，博物馆主要应当是研究机构。通过把自然史博物馆变成人人可去的地方，欧文改变了我们原先建博物馆的目的。 不过，他对人类的无私精神并没有使他忘记自己的对手。他最后一个正式举动是到处游说，反对一项关于修建纪念查尔斯?达尔文的雕像的建议。他的这次努力没有成功--虽然他无意之中为自己赢得了一个胜利，只是晚了一些。今天，他自己的雕像从自然史博物馆大厅的楼梯上像主人般地俯瞰着下面，而达尔文和赫胥黎的雕像却不大显著地放在博物馆的咖啡店里，以严肃的目光凝视着人们喝茶，吃果酱炸面包圈。 有理由认为，理查德?欧文那心胸狭窄的对抗行为，标志着19世纪的地质学进入低谷，但更严重的对抗即又发生，这一次来自海外。在那个世纪的最后几十年里，美国也发生了一次对抗，其程度要恶毒得多，尽管破坏力没有那么大。这场对抗发生在两个古怪而又冷酷的人之间：爱德华?德林克?柯普和奥斯尼尔?查尔斯?马什。 他们有许多共同之处。两个人都已被宠坏，有紧迫感，以自我为中心，动辄吵架，妒忌心强，不信任别人，老是郁郁不乐。他俩一起改变了古生物学界。 他们一开始是朋友和互相崇拜者，甚至互相用对方的名字来命名化石种类，1868年还愉快地在一起工作了一个星期。后来，两人的关系出了问题--谁也搞不清出了什么问题--到了第二年，他们之间已经成为一种敌对关系；那种关系在随后的30年里发展为强烈的仇恨。可以有把握地说，自然科学领域里再也找不出另外两个人比他们更互相鄙视对方的了。 马什比对方大8岁。他是个离群索居的书呆子，衣冠楚楚，留着整齐的胡子，极少去野外工作，去了也很不善于发现东西。有一次他去怀俄明州参观著名的科摩崖恐龙地带，却没有注意到--用一位历史学家的话来说--恐龙骨头简直"像木头那样满地都是"。但是，他有的是钱，差不多可以想买什么就买什么。虽然他来自一个不大富裕的家庭--他的父亲是纽约州北部的一名农场主--但他的叔叔却是那位富得冒油、极其宽容的金融家乔治?皮博迪。当马什流露出对自然史感兴趣的时候，皮博迪为他在耶鲁大学盖了个博物馆，并给了他足够的资金来装满他看得中的差不多任何东西。 柯普生于一个特权家庭--他的父亲是费城一位有钱的商人--比马什更富有冒险精神，1876年夏天，在蒙大拿州，当乔治?阿姆斯特朗?卡斯特和他的部队在小比格角被消灭的时候，柯普还在附近找骨头。有人提醒他，这时候来印第安人领地取宝，很可能是很不明智的。他想了片刻，决定继续往下干。他的收获太大了。有一次，他遇上了几个疑心重重的克劳族印第安人，但他不停地取下和装上他的假牙，赢得了他们的信任。 有10年左右的时间，马什和柯普之间的敌对关系主要以暗斗的形式出现，但到了1877年，暗斗突然变成了大规模的冲突。那年，一位名叫阿瑟?莱克斯的科罗拉多州小学老师和他的一位朋友出门徒步旅行，在莫里森附近发现了几根骨头。莱克斯认为那些骨头属于一条"巨蜥"；他想得很周到，把一些样品寄给了马什和柯普两个人。柯普很高兴，给莱克斯寄了100美元作为报酬，吩咐他不要把他的发现告诉任何人，尤其不要告诉马什。莱克斯不大明白，便请马什把骨头转交给柯普。马什这么做了，但遭到了一番他永生难忘的羞辱。 这事儿也标志着两人间一场对抗的开始。对抗变得越来越激烈，越来越肮脏，而且还很可笑。有时候，竟然卑鄙到一方的发掘人员向另一方的发掘人员投掷石块的程度。有一次，有人发现柯普在撬开马什的箱子。他们在文章中互相污辱对方，瞧不起对方取得的成果。科学往往是--也许从来是--在对抗之中发展得更快、更有成果。在随后的几年里，通过两个人的共同努力，美国已知的恐龙种类数量从9种增加到将近150种。普通人说得出的每一种恐龙--剑龙、雷龙、梁龙、三角龙--差不多都是他们两人中的一位发现的。1不幸的是，他们干得过于拼命，过于草率，往往把已经知道的当做一项新的发现。他俩"发现"一个名叫"尤因他兽"的物种不下22次。他们乱七八糟的分类，别人花了几年时间才整理出来，而有的至今还没有整理清楚。第六章 势不两立的科学(6) 两人当中，柯普的科学成果要多得多。在他极其勤奋的一生中，他写出了大约1400篇学术论文，描述了近1300种新的化石（各种各样的化石，不仅仅是恐龙的化石）--在这两方面都超过马什的成果两倍以上。柯普本来可作出更大的贡献，但不幸的是，他在后来的几年中急速走下坡路。他在1875年继承了一笔财产，不大明智地把钱投资于金融业，结果全部泡汤。他最后住在费城一家寄居宿舍的单人房间里，身边堆满了书、文献和骨头。而马什的晚年是在纽黑文一栋富丽堂皇的房子里度过的。柯普死于1897年，两年后马什也与世长辞。 在最后的几年里，柯普产生了另一个有意思的念头。他殷切希望自己被宣布为"人类" 的模式标本--即，把他的骨头作为人类的正式样板。在一般情况下，一个物种的模式标本就是被发现的第一副骨头，但由于"人类"的第一副骨头并不存在，就产生了一个空缺。柯普希望填补这个空缺。这是一个古怪而又没有价值的愿望，但谁也想不出理由来加以反对。 为此，柯普立下遗嘱，把自己的骨头捐献给费城的威斯塔研究所。那是个学术团体，是由好像无处不在的卡斯珀?威斯塔的后裔捐资成立的。不幸的是，经过处理和装配以后，人们发现他的骨头显示出患了早期梅毒的症状，谁也不愿意把这种特征保留在代表人类本身的模式标本上。于是，柯普的请求和他的骨头就不了了之。直到现在，现代人类仍然没有模式标本。 至于这个舞台上的其他人物，欧文于1892年去世，比柯普或马什早几年。巴克兰最后精神失常，成了个话都说不清的废人，在克莱翰的一家精神病院里度过了最后的岁月，恰好就在离造成曼特尔终生残疾的出事地点不太远的地方。曼特尔那变了形的脊椎在亨特博物馆展出了将近一个世纪，后来在二战快结束时突袭伦敦的闪电战中大慈大悲地被一枚炸弹击中，不见了踪影。曼特尔死后，剩下的收藏品传给了他的子女，其中许多被他的儿子沃尔特带到了新西兰，他于1840年移居到那个国家。沃尔特成为一名杰出的新西兰人，最后官至土著居民事务部部长。1865年，他把他父亲收藏品中的主要标本，包括那颗著名的禽龙牙齿，捐赠给了惠灵顿的殖民博物馆（就是现在的新西兰博物馆），此后一直存放在那里。而那颗引发这一切的禽龙牙齿--很可能是古生物学里最重要的牙齿--现在不再对外展出。 当然，寻找恐龙的工作，没有随着19世纪伟大的恐龙搜寻家的去世而结束。实际上，在某种出人意料的程度上，这项工作才刚刚开始。1898年，也就是柯普和马什两人相继去世的中间一年，发现了--其实是注意到--一件比以前发现过的任何东西都要了不起的宝贝，地点是在"骨屋采石场"，离马什的主要搜寻场所--怀俄明州的科摩崖只有几公里。人们发现成百上千块骨头化石露在山体外面任凭风吹雨打。骨头的数量如此之多，竟有人用骨头盖起一间小屋--采石场的名字由此而来。仅仅在最初的两个季节里，发掘出来的古代骨头就达5万千克之多；在之后的6年里，每年又挖出成千上万千克。 结果，进入20世纪的时候，古生物学家实际上有着几吨重的古骨来供他们选择。问题在于，他们仍然搞不清这些骨头的年龄。更糟糕的是，大家公认的地球的年龄，与过去的岁月所显然包含的时期、年代和时代的数量不大吻合。要是地球真的只有2000万年历史，就像开尔文勋爵坚持认为的那样，那么各种古代生物都会在同一地质年代产生和消亡。这根本说不通。 除开尔文以外，别的科学家也把注意力转向这个问题，得出的结果只是加深了那种不确定性。都柏林的三一学院有一位受人尊敬的地质学家，名叫塞缪尔?霍顿。他宣称，地球的年龄约为23亿年--大大超出了任何人的看法。他注意到了这个情况，用同样的数据重新算了一遍，得出的数字是1.53亿年。也是三一学院的约翰?乔利决定试一试埃德蒙?哈雷提出的海盐测算法，但这种方法是以许多不完善的假设为基础的，他只好顺水推舟地干了一下。他得出的结果是：地球的年龄是8900万年--这个年龄与开尔文的假设完全吻合，不幸的是与现实根本不符。 情况如此混乱，到19世纪末，你可以获知--取决于你查的是哪种资料--我们距离开始出现复杂生命的寒武纪的年数是300万年、1800万年、6亿年、7.94亿年或24亿年--或者是这个范围里其他数量的年。直到1910年，美国人乔治?贝克尔才作出了一个最受人尊重的估计，他认为地球的年龄也许不超过5500万年。 正当事情似乎乱作一团的时候，出了另一位杰出人物，有了一种崭新的方法。他是个直率而又聪明的新西兰农家孩子，名叫欧内斯特?卢瑟福。他拿出了无可辩驳的证据：地球至少已经存在许多亿年，很可能还更古老。 值得注意的是，他的证据是以炼金术为基础的--天然，自发，科学上信得过，毫不神秘，尽管是炼金术。结果证明，牛顿毕竟没有大错。那种方法到底是怎么知道的，当然要等下一章来叙述。第七章 基本物质(1) 人们常说，化学作为一门严肃而受人尊敬的科学始于1661年。当时，牛津大学的罗伯特?玻义耳发表了"怀疑的化学家"--这是第一篇区分化学家和炼金术士的论文--但这一转变是缓慢的，常常是不确定的。进入18世纪以后，两大阵营的学者们都觉得适得其所--比如，德国人约翰?贝歇尔写出了一篇关于矿物学的严肃而又不同凡响的作品，题目叫做《地下物理学》，但他也很有把握，只要有合适的材料，他可以把自己变成隐身人。 早年，最能体现化学那奇特而往往又很偶然的性质的，要算是德国人亨内希?布兰德在1675年的一次发现。布兰德确信，人尿可以以某种方法蒸馏出黄金。（类似的颜色似乎是他得出这个结论的一个因素。）他收集了50桶人尿，在地窖里存放了几个月。通过各种奥妙的过程，他先把尿变成了一种有毒的糊状物，然后再把糊状物变成一种半透明的蜡状物。当然，他没有得到黄金，但一件奇怪而有趣的事情发生了。过了一段时间，那东西开始发光。而且，当暴露在空气里的时候，它常常突然自燃起来。 它很快被称之为磷，这个名字源自希腊文和拉丁文，意思是"会发光的"。有眼光的实业界人士看到了这种物质的潜在商业价值，但生产的难度很大，成本太高，不好开发。一盎司(约28.35克)磷的零售价高达6几尼--很可能相当于今天的300英镑--换句话说，比黄金还要贵。 起先，人们号召士兵们提供原料，但这样的做法对工业规模的生产几乎无济于事。18世纪50年代，一位名叫卡尔?金勒的瑞典化学家发明了一种方法，不用又脏又臭的尿就能大量生产磷。很大程度上就是因为掌握了这种生产磷的方法，瑞典才成为--而且现在还是--火柴的一个主要生产国。 金勒既是个非同寻常的，又是个极其倒霉的人。他是个地位低下的药剂师，几乎在没有先进仪器的情况下发现了8种元素--氯、氟、锰、钡、钼、钨、氮和氧--但什么功劳也没有得到。每一次，他的发现要么不受人注意，要么在别人独立做出同样的发现以后才加以发表。他还发现了许多有用的化合物，其中有氨、甘油和单宁酸；他还认为氯可以用做漂白剂--具有潜在商业价值的第一人--这些重大的成就都使别人发了大财。 金勒有个明显的缺点，他对做试验用的什么东西都感到好奇，坚持要尝一点儿，包括一些又难闻又有毒的物质，比如汞、氢氰酸（这也是他的一项发现）和甲腈。甲腈是一种有名的有毒化合物，150年以后，欧文?薛定谔在一次著名的思维实验中选它作为最佳毒素。金勒鲁莽的工作方法最后断送了他的性命。1786年，才43岁的他被发现死在工作台旁，身边堆满了有毒的化学品，其中任何一种都可以造成他脸上那目瞪口呆的最后一个表情。 要是这世界是公正的话，要是大家都会说瑞典语的话，金勒本来会在全世界享有盛誉。 实际上，赞扬声往往都给了更有名的化学家，其中大多数是英语国家的化学家。金勒在1772年发现了氧，但由于种种辛酸而复杂的原因，无法及时发表他的论文。功劳最终归给了约瑟夫?普里斯特利，他独立发现了同一个元素，但时间要晚，是在1774年的夏天。更令人瞩目的是，金勒没有得到发现氯的功劳。几乎所有的教科书现在仍把氯的发现归功于汉弗莱?戴维。他确实发现了，但要比金勒晚36年。 从牛顿和玻义耳，到金勒、普里斯特利和亨利?卡文迪许，中间隔着一个世纪。在这个世纪里，化学得到了长足的发展，但还有很长的路要走。直到18世纪的最后几年（就普里斯特利而言，还要晚一点），各地的科学家们还在寻找--有时候认为真的已经发现--完全不存在的东西：变质的气体、没有燃素的海洋酸、福禄考、氧化钙石灰、水陆气味，尤其是燃素。当时，燃素被认为是燃烧的原动力。他们认为，在这一切的中间，还存在一种神秘的生命力，即能赋予无生命物体生命的力。谁也不知道这种难以捉摸的东西在哪里，但有两点是可信的：其一，你可以用电把它激活（玛丽?谢利在她的小说《弗兰肯斯泰因》里充分利用了这种认识）；其二，它存在于某种物质，而不存在于别的物质。这就是化学最后分成两大部分的原因：有机的（指被认为有那种东西的物质）和无机的（指被认为没有那种东西的物质）。 这时候，需要有个目光敏锐的人来把化学推进到现代。法国出了这么个人。他的名字叫安托万－洛朗?拉瓦锡。拉瓦锡生于1743年，是一个小贵族家族的成员（他的父亲为这个家族出钱买了一个头衔）。1768年，他在一家深受人们讨厌的机构里买了个开业股。那个机构叫做"税务总公司"，代表政府负责收取税金和费用。根据各种说法，拉瓦锡本人又温和，又公正，但他工作的那家公司两方面都不具备。一方面，它只向穷人征税，不向富人征税；另一方面，它往往很武断。对拉瓦锡来说，那家机构之所以很有吸引力，是因为它为他提供了大量的钱来从事他的主要工作，那就是科学。最多的时候，他每年挣的钱多达15万里弗赫--差不多相当于今天的1200万英镑。 走上这条赚钱很多的职业道路3年之后，他娶了他的老板的一个14岁的女儿。这是一桩心和脑都很匹配的婚事。拉瓦锡太太有着机灵的头脑和出众的才华，很快在她的丈夫身边作出了许多成绩。尽管工作有压力，社交生活很繁忙，在大多数日子里他们都要用5个小时--清晨2个小时，晚上3个小时--以及整个星期天（他们称其为"快活的日子"）来从事科学工作。不知怎的，拉瓦锡还挤得出时间来担任火药专员，监督修建巴黎的一段城墙来防范走私分子，协助建立米制，还和别人合著了一本名叫《化学命名法》的手册。这本书成了统一元素名字的"圣经"。第七章 基本物质(2) 作为英国皇家科学院的一名主要成员，无论时下有什么值得关注的事，他还都得知道，积极参与--催眠术研究呀，监狱改革呀，昆虫的呼吸呀，巴黎的水供应呀，等等。1870年，一位很有前途的年轻科学家向科学院提交一篇论文，阐述一种新的燃烧理论；就是在那个岗位上，拉瓦锡说了几句轻蔑的话。这种理论的确是错的，但那位科学家再也没有原谅他。 他的名字叫让－保罗?马拉。 只有一件事拉瓦锡从来没有做过，那就是发现一种元素。在一个仿佛任何手拿烧杯、火焰和什么有意思的粉末的人都能发现新东西的时代--还要特别说一句，是一个大约有三分之二的元素还没有被发现的时代里--拉瓦锡没有发现一种元素。原因当然不是由于缺少烧杯。他有着天底下最好的私人实验室，好到了差不多荒谬的程度，里面竟有13000只烧杯。 恰恰相反，他把别人的发现拿过来，说明这些发现的意义。他摈弃了燃素和有害气体。 他确定了氧和氢到底是什么，并且给二者起了现今的名字。简而言之，他为化学的严格化、明晰化和条理化出了力。 他的想像力实际上是得来全不费工夫的。多年来，他和拉瓦锡太太一直在忙于艰苦的研究工作，那些研究要求最精密的计算。比如，他们确定，生锈的物体不会像大家长期以来认为的那样变轻，而会变重--这是一项了不起的发现。物体在生锈的过程中以某种方式从空气中吸引基本粒子。认识到物质只会变形，不会消失，这还是第一次。假如你现在把这本书烧了，它的物质会变成灰和烟，但物质在宇宙中的总量不会改变。后来，这被称之为物质不灭，是一个革命性的理念。不幸的是，它恰好与另一场革命--法国大革命--同时发生，而在这场革命中，拉瓦锡完全站错了队。 他不但是税务总公司的一名成员，而且劲头十足地修建过巴黎的城墙--起义的市民们对该建筑物厌恶之极，首先攻打的就是这东西。1791年，这时候已经是国民议会中一位重要人物的马拉利用了这一点，对拉瓦锡进行谴责，认为他早该被绞死。过不多久，马拉在洗澡时被一名受迫害的年轻女子杀害，她的名字叫夏洛特?科黛，但这对拉瓦锡来说已经为时太晚。 1793年，已经很紧张的"恐怖统治"达到了一个新的高度。10月，玛丽?安托瓦妮特被送上断头台。11月，正当拉瓦锡和他的妻子在拖拖拉拉地制订计划准备逃往苏格兰的时候，他被捕了。次年5月，他和31名税务总公司的同事一起被送上了革命法庭（在一个放着马拉半身像的审判室里）。其中8人被无罪释放，但拉瓦锡和其他几人被直接带到革命广场（现在的协和广场），也就是设置法国那个最忙碌的断头台的地方。拉瓦锡望着他的岳父脑袋落地，然后走上前去接受同样的命运。不到3个月，7月27日，罗伯斯庇尔被以同样的方式、在同一地点送上了西天。恐怖统治很快结束了。 他去世100年以后，一座拉瓦锡的雕像在巴黎落成，受到很多人的瞻仰，直到有人指出它看上去根本不像他。在盘问之下，雕刻师承认，他用了数学家和哲学家孔多塞的头像--他显然备了一个--希望谁也不会注意到，或者即使注意到也不会在乎。他的后一种想法是正确的。拉瓦锡兼孔多塞的雕像被准许留在原地，又留了半个世纪，直到第二次世界大战爆发。一天早晨，有人把它取走，当做废铁熔化了。 19世纪初，英国开始风行吸入一氧化二氮，或称笑气，因为有人发现，使用这种气体会"给人一种高度的快感和刺激"。在随后的半个世纪里，它成了年轻人使用的一种高档毒品。有个名叫阿斯克协会的学术团体一度不再致力于别的事情，专场举办"笑气晚会"，志愿者可以在那里狠狠吸上一口，提提精神，然后以摇摇摆摆的滑稽姿态逗乐观众。 直到1846年，才有人有时间为一氧化二氮找到了一条实用途径：用做麻醉药。事情是明摆着的，过去怎么谁也没有想到，害得天知道有多少万人在外科医生的刀下吃了不必要的苦头。 我提这一点是为了说明，在18世纪得到如此发展的化学，在19世纪的头几十年里有点儿失去方向，就像地质学在20世纪头几十年里的情况一样。部分原因跟仪器的局限性有关系--比如，直到那个世纪末叶才有了离心机，极大地限制了许多种类的实验工作。还有部分原因是社会。总的来说，化学是商人的科学，是与煤炭、钾碱和染料打交道的人的科学，不是绅士的科学。绅士阶层往往对地质学、自然史和物理学感兴趣。（与英国相比，欧洲大陆的情况有点儿不一样，但仅仅是有点儿。）有一件事兴许能说明问题。那个世纪最重要的一次观察，即确定分子运动性质的布朗运动，不是化学家做的，而是苏格兰植物学家罗伯特?布朗做的。（布朗在1827年注意到，悬在水里的花粉微粒永远处于运动状态，无论时间持续多久。这样不停运动的原因--即看不见的分子的作用--在很长时间里是个谜。） 要不是出了个名叫伦福德伯爵的杰出人物，情况或许还要糟糕。尽管有个高贵的头衔，他本是普普通通的本杰明?汤普森，1753年生于美国马萨诸塞州的沃本。汤普森英俊漂亮，精力充沛，雄心勃勃，偶尔还非常勇敢，聪明过人，而又毫无顾忌。19岁那年，他娶了一位比他大14岁的有钱寡妇。但是，当殖民地爆发革命的时候，他愚蠢地站在保皇派一边，一度还为他们做间谍工作。在灾难性的1776年，他面临以"对自由事业不够热心"的罪名而被捕的危险，抢在一伙手提几桶热柏油和几袋鸡毛，打算用那两样东西把他打扮一下的反保皇派分子前面，他抛弃了老婆孩子仓皇出逃。第七章 基本物质(3) 他先逃到英国，然后来到德国，在那里担任巴伐利亚政府的军事顾问。他深深打动了当局，1791年被授予"神圣罗马帝国伦福德伯爵"的称号。在慕尼黑期间，他还设计和筹建了那个名叫英国花园的著名公园。 在此期间，他挤出时间搞了大量纯科学工作。他成为世界上最著名的热力学权威，成为阐述液体对流和洋流循环原理的第一人。他还发明了几样有用的东西，包括滴滤咖啡壶、保暖内衣和一种现在仍叫做伦福德火炉的炉灶。1805年在法国逗留期间，他向安托万－洛朗?拉瓦锡的遗孀拉瓦锡太太求爱，娶她当了夫人。这桩婚事并不成功，他们很快就分道扬镳。 伦福德继续留在法国，直到1814年去世。他受到法国人的普遍尊敬，除了他的几位前妻。 我们之所以在这里提到他，是因为1799年他在伦敦的短暂停留期间创建了皇家科学研究所。18世纪末和19世纪初，英国各地涌现了许多学术团体，它成了其中的又一名成员。在一段时间里，它几乎是惟一的一所旨在积极发展化学这门新兴科学的有名望的机构，而这几乎完全要归功于一位名叫汉弗莱?戴维的杰出的年轻人。这个机构成立之后不久，戴维被任命为该研究所的化学教授，很快就名噪一时，成为一位卓越的授课者和多产的实验师。 上任不久，戴维开始宣布发现一种又一种新的元素：钾、钠、锰、钙、锶和铝。他发现那么多种元素，与其说是因为他搞清了元素的排列，不如说是因为他发明了一项巧妙的技术：把电流通过一种熔融状态的物质--就是现在所谓的电解。他总共发现了12种元素，占他那个时代已知总数的五分之一。戴维本来会作出更大的成绩，但不幸的是，他是个年轻人，渐渐沉迷于一氧化二氮所带来的那种心旷神怡的乐趣。他简直离不开那种气体，一天要吸入三四次．最后，在1829年，据认为就是这种气体断送了他的性命。 幸亏别处还有别的严肃的人在从事这项工作。1808年，一位名叫约翰?道尔顿的年轻而顽强的贵格会教徒，成为宣布原子性质的第一人（过一会儿我们将更加充分地讨论这个进展）；1811年，一个有着歌剧似的漂亮名字--洛伦佐?罗马诺?阿马德奥?卡洛?阿伏伽德罗--的意大利人取得了一项从长远来看将证明是具有重大意义的发现--即体积相等的任何两种气体，在压力相等和温度相等的情况下，拥有的原子数量相等。 它后来被称做阿伏伽德罗定律。这个简单而有趣的定律在两个方面值得注意。第一，它为更精确地测定原子的大小和重量奠定了基础。化学家们利用阿伏伽德罗数最终测出，比如，一个典型的原子的直径是0.00000008厘米。这个数字确实很小。第二，差不多有50年时间，几乎谁也不知道这件事。 一方面，是因为阿伏伽德罗是个离群索居的人--他一个人搞研究，从来不参加会议；另一方面，也是因为没有会议可以参加，很少有几家化学杂志可以发表文章。这是一件很怪的事。工业革命的动力在很大程度上来自化学的发展，而在几十年的时间里化学却几乎没有作为一门系统的科学独立存在。 直到1841年，才成立了伦敦化学学会；直到1848年，那个学会才定期出版一份杂志。而到那个时候，英国的大多数学术团体--地质学会、地理学会、动物学学会、园艺学学会和（由博物学家和植物学家组成的）林奈学会--至少已经存在20年，有的还要长得多。它的竞争对手化学研究所直到1877年才问世，那是在美国化学学会成立一年之后。由于化学界的组织工作如此缓慢，有关阿伏伽德罗1811年的重大发现的消息，直到1860年在卡尔斯鲁厄召开第一次国际化学代表大会才开始传开。 由于化学家们长期在隔绝的环境里工作，形成统一用语的速度很慢。直到19世纪末叶，H2O对一个化学家来说意为水，对另一个化学家来说意为过氧化氢。C2H2可以指乙烯，也可以指沼气。几乎没有哪种分子符号在各地是统一的。 化学家们还使用各种令人困惑的符号和缩写，常常是自己发明的。瑞典的J.J.伯采留斯发明了一种非常急需的排列方法，规定元素应当依照其希腊文或拉丁文名字加以缩写。这就是为什么铁的缩写是Fe（源自拉丁文ferrum），银的缩写是Ag（源自拉丁文argentum）。 许多别的缩写与英文名字一致（氮是N，氧是O，氢是H等等），这反映了英语的拉丁语支性质，并不是因为它的地位高。为了表示分子里的原子数量，伯采留斯使用了一种上标方法，如H2O。后来，也没有特别的理由，大家流行把数字改为下标，如H2O。 尽管偶尔有人整理一番，直到19世纪末叶，化学在一定程度上仍处于混乱状态。因此，当俄罗斯圣彼得堡大学的一位模样古怪而又不修边幅的教授跻身于显赫地位的时候，人人都感到很高兴。那位教授的名字叫德米特里?伊凡诺维奇?门捷列夫。 1834年，在遥远的俄罗斯西伯利亚西部的托博尔斯克，门捷列夫生于一个受过良好教育的、比较富裕的大家庭。这个家庭如此之大，史书上已经搞不清究竟有多少个姓门捷列夫的人：有的资料说是有14个孩子，有的说是17个。不过，反正大家都认为德米特里是其中最小的一个。门捷列夫一家并不总是福星高照。德米特里很小的时候，他的父亲--当地一所小学的校长--就双目失明，母亲不得不出门工作。她无疑是一位杰出的女性，最后成为一家很成功的玻璃厂的经理。一切都很顺利，直到1848年一场大火把工厂烧为灰烬，一家人陷于贫困。坚强的门捷列夫太太决心要让自己的小儿子接受教育，带着小德米特里搭便车跋涉6000多公里(相当于伦敦到赤道几内亚的距离)来到圣彼得堡把他送进教育学院。她筋疲力尽，过不多久就死了。第七章 基本物质(4) 门捷列夫兢兢业业地完成了学业，最后任职于当地的一所大学。他在那里是个称职的而又不很突出的化学家，更以他乱蓬蓬的头发和胡子而不是以他在实验室里的才华知名。他的头发和胡子每年只修剪一次。 然而，1869年，在他35岁的那一年，他开始琢磨元素的排列方法。当时，元素通常以两种方法排列--要么按照原子量（使用阿伏伽德罗定律），要么按照普通的性质（比如，是金属还是气体）。门捷列夫的创新在于，他发现二者可以合在一张表上。 实际上，门捷列夫的方法，3年以前一位名叫约翰?纽兰兹的英格兰业余化学家已经提出过，这是科学上常有的事。纽兰兹认为，如果元素按照原子量来进行排列，它们似乎依次每隔8个位置重复某些特点--从某种意义上说，和谐一致。有点不大聪明的是--因为这么做时间还不成熟--纽兰兹将其命名为"八度定律"，把这种安排比做钢琴键盘上的八度音阶。纽兰兹的说法也许有点道理，但这种做法被认为是完全荒谬的，受到了众人的嘲笑。 在集会上，有的爱开玩笑的听众有时候会问他，他能不能用他的元素来弹个小曲子。纽兰兹灰心丧气，没有再研究下去，不久就销声匿迹了。 门捷列夫采用了一种稍稍不同的方法，把每七个元素分成一组，但使用了完全相同的前提。突然之间，这方法似乎很出色，视角很清晰。由于那些特点周期性地重复出现，所以这项发明就被叫做"周期表"。 据说，门捷列夫是从北美洲的单人牌戏获得了灵感，从别处获得了耐心。在那种牌戏里，纸牌按花色排成横列，按点数排成纵行。他利用一种十分相似的概念，把横列叫做周期，纵行叫做族。上下看，马上可以看出一组关系；左右看，看出另一组关系。具体来说，纵列把性质类似的元素放在一起。因此，铜的位置在银的上面，银的位置在金的上面，因为它们都具有金属的化学亲和性；而氦、氖和氩处于同一纵行，因为它们都是气体。（决定排列顺序的，实际上是它们的电子价。若要搞懂电子价，你非得去报名上夜校。）与此同时，元素按照它们核里的质子数--叫做原子序数--从少到多地排成横列。 有关原子的结构和质子的意义，我们将在下一章加以叙述。眼下，我们只来认识一下那个排列原则：氢只有一个质子，因此它的原子序数是1，排在表上第一位；铀有92个质子，因此快要排到末尾，它的原子序数是92。在这个意义上，正如菲利普?鲍尔指出的，化学实际上只是个数数的问题。（顺便说一句，不要把原子序数和原子量混在一起。原子量是某个元素的质子数加中子数之和。） 还有大量的东西人们不知道或不懂得。宇宙中最常见的元素是氢；然而，在后来的30年里，对它的认识到此为止。氦是第二多的元素，是在此之前一年才发现的--以前谁也没有想到它的存在--而即使发现，也不是在地球上，而是在太阳里。它是在一次日食时用分光镜发现的，因此以希腊太阳神赫利奥斯命名。直到1895年，氦才被分离出来。即使那样，还是多亏了门捷列夫的发明，化学现在才站稳了脚跟。 对我们大多数人来说，周期表是一件美丽而抽象的东西，而对化学家来说，它顿时使化学变得有条有理，明明白白，怎么说也不会过分。"毫无疑问，化学元素周期表是人类发明出来的最优美、最系统的图表。"罗伯特?E.克雷布斯在《我们地球上的化学元素：历史与应用》一书中写道--实际上，你在每一部化学史里都可以看到类似的评价。 今天，已知的元素有"120种左右"--92种是天然存在的，还有20多种是实验室里制造出来的。实际的数目稍有争议，那些合成的重元素只能存在百万分之几秒，是不是真的测到了，化学家们有时候意见不一。在门捷列夫时代，已知的元素只有63种。之所以说他聪明，在一定程度上是因为他意识到当时已知的还不是全部元素，许多元素还没有发现。他的周期表准确地预言，新的元素一旦发现就可以各就各位。 顺便说一句，没有人知道元素的数目最多会达到多少，虽然原子量超过168的任何东西都被认为是"纯粹的推测"；但是，可以肯定，凡是找到的元素都可以利索地纳入门捷列夫那张伟大的图表。 19世纪给了化学家们最后一个重要的惊喜。这件事始于1896年。亨利?贝克勒尔在巴黎不慎把一包铀盐忘在抽屉里包着的感光板上。过一些时候以后，当他取出感光板的时候，他吃惊地发现铀盐在上面烧了个印子，犹如感光板曝过了光。铀盐在释放某种射线。 考虑到这项发现的重要性，贝克勒尔干了一件很古怪的事：他把这事儿交给一名研究生来调查。说来运气，这位学生恰好是一位新来的波兰移民，名叫玛丽?居里。居里和她的新丈夫皮埃尔合作，发现有的岩石源源不断地释放出大量能量，而体积又没有变小，也没有发生可以测到的变化。她和她的丈夫不可能知道的是--下个世纪爱因斯坦作出解释之前谁也不可能知道的是--岩石在极其有效地把质量转变成能量。玛丽?居里把它称之为"放射作用"。在合作过程中，居里夫妇还发现两种新的元素--钋和铀。钋以她的祖国波兰命名。 1903年，居里夫妇和贝克勒尔一起获得了诺贝尔物理学奖。（1911年，玛丽?居里又获得了诺贝尔化学奖；她是既获化学奖又获物理学奖的惟一一人。）第七章 基本物质(5) 在蒙特利尔的麦克吉尔大学，新西兰出生的年轻人欧内斯特?卢瑟福对新的放射性材料产生了兴趣。他与一位名叫弗雷德里克?索迪的同事一起，发现很少量的物质里就储备着巨大的能量，地球的大部分热量都来自这种储备的放射衰变。他们还发现放射性元素衰变成别的元素--比如，今天你手里有一个铀原子，明天它就成了一个铅原子。这的确是非同寻常的。这是地地道道的炼金术；过去谁也没有想到这样的事儿会自然而自发地发生。 卢瑟福向来是个实用主义者，第一个从中看到了宝贵的实用价值。他注意到，无论哪种放射物质，其一半衰变成其他元素的时间总是一样的--著名的半衰期--这种稳定而可靠的衰变速度可以用做一种时钟。只要计算出一种物质现在有多少放射量，在以多快的速度衰变，你就可以推算出它的年龄。他测试了一块沥青铀矿石--铀的主要矿石--发现它已经有7亿年--比大多数人认为的地球的年龄还要古老。 1904年春，卢瑟福来到伦敦给英国皇家科学研究所开了一个讲座--该研究所是伦福德伯爵创建的，只有150年历史，虽然在那些卷起袖子准备大干一场的维多利亚时代末期的人看来，那个搽白粉、戴假发的时代已经显得那么遥远。卢瑟福准备讲的是关于他新发现的放射现象的蜕变理论；作为讲课内容的一部分，他拿出了那块沥青铀矿石。卢瑟福很机灵地指出--因为年迈的开尔文在场，虽然不总是全醒着--开尔文本人曾经说过，要是发现某种别的热源，他的计算结果会被推翻。卢瑟福已经发现那种别的热源。多亏了放射现象，可以算出地球很可能--不言而喻就是--要比开尔文最终计算出的结果2400万年古老得多。 听到卢瑟福怀着敬意的陈述，开尔文面露喜色，但实际上无动于衷。他拒不接受那个修改的数字，直到临终那天还认为自己算出的地球年龄是对科学最有眼光、最重要的贡献--要比他在热力学方面的成果重要得多。 与大多数科学革命一样，卢瑟福的新发现没有受到普遍欢迎。都柏林的约翰?乔利到20世纪30年代还竭力认为地球的年龄不超过8900万年，坚持到死也没有改变。别的人开始担心，卢瑟福现在说的时间是不是太长了点。但是，即使利用放射性测定年代法，即后来所谓的衰变计算法，也要等几十年以后我们才得出地球的真正年龄大约是在10亿年以内。科学已经走上正轨，但仍然任重而道远。 开尔文死于1907年。德米特里?门捷列夫也在那年去世。和开尔文一样，他的累累成果将流芳百世，但他的晚年生活显然不大平静。随着人越来越老，门捷列夫变得越来越古怪--他拒不承认放射现象、电子以及许多别的新鲜东西的存在--也越来越难以相处。在最后的几十年里，无论在欧洲什么地方，他大多怒气冲冲地退出实验室和课堂。1955年，第101号元素被命名为钔，作为对他的纪念。"非常恰当，"保罗?斯特拉森认为，"它是一种不稳定的元素。" 当然，放射现象实际上在不停地发生，以谁也估计不到的方式发生。20世纪初，皮埃尔?居里开始出现放射病的明显症状--骨头里隐隐作痛，经常有不舒服的感觉--那些症状本来肯定会不断加剧。但是，我们永远也无法确切知道，因为他1906年在巴黎过马路时被马车撞死了。 玛丽?居里在余生干得很出色，1914年帮助建立了著名的巴黎大学铀研究所。尽管她两次获得诺贝尔奖，但她从来没有当选过科学院院士。在很大程度上，这是因为皮埃尔死了以后，她跟一位有妻室的物理学家发生了暧昧关系。她的行为如此不检点，连法国人都觉得很丢脸--至少掌管科学院的老头儿们觉得很丢脸。当然，这件事也许跟本书不相干了。 在很长时间里，人们认为，任何像放射性这样拥有很大能量的现象肯定是可以派上用场的。有好几年时间，牙膏和通便剂的制造商在自己的产品里放入了有放射作用的钍；至少到20世纪20年代，纽约州芬格湖地区的格伦泉宾馆（肯定还有别的宾馆）还骄傲地以其"放射性矿泉"的疗效作为自己的特色。直到1938年，才禁止在消费品里放入放射性物质。到这个时候，对居里夫人来说已经为时太晚。她1934年死于白血病。事实上，放射性危害性极大，持续的时间极长，即使到了现在，动她的文献--甚至她的烹饪书--还是很危险的。她实验室的图书保存在铅皮衬里的箱子里，谁想看这些书都得穿上保护服。 多亏第一代原子科学家的献身精神和不惧高度危险的工作，20世纪初的人们越来越清楚，地球毫无疑问是很古老的，虽然科学界还要付出半个世纪的努力才能很有把握地说它有多么古老。与此同时，科学很快要进入一个新时代--原子时代。第八章 爱因斯坦的宇宙(1) 随着19世纪渐渐远去，科学家们可以满意地回想，他们已经解开物理学的大部分谜团。 我们略举数例：电学、磁学、气体学、光学、声学、动力学及统计力学，都已经在他们的面前俯首称臣。他们已经发现了X射线、阴极射线、电子和放射现象，发明了计量单位欧姆、瓦特、开尔文、焦耳、安培和小小的尔格。 凡是能被振荡的，能被加速的，能被干扰的，能被蒸馏的，能被化合的，能被称质量的，或能被变成气体的，他们都做到了；在此过程中，他们提出了一大堆普遍定律。这些定律非常重要，非常神气，直到今天我们还往往以大写来书写："光的电磁场理论"、"里氏互比定律"、"查理气体定律"、"体积结合定律"、"第零定律"、"原子价概念"、"质量作用定律"等等，多得数也数不清。整个世界丁丁当当、喀嚓喀嚓地回响着他们发明创造出来的机器和仪器的声音。许多聪明人认为，科学家们已经没有多少事可干了。 1875年，德国基尔有一位名叫马克斯?普朗克的年轻人犹豫不决，不知道这辈子究竟是该从事数学还是该从事物理学。人们由衷地劝他不要选择物理学，因为物理学的重大问题都已得到解决。他们斩钉截铁地告诉他，下个世纪将是个巩固和提高的世纪，不是个革命的世纪。普朗克不听，他钻研理论物理学，潜心投入了热力学的核心问题--熵的研究工作。 在一个雄心勃勃的年轻人看来，研究这个问题似乎很有前途。1891年，他做出了成果，却吃惊地发现，关于熵的这项重要工作实际上已经有人做过。他是耶鲁大学一位离群索居的学者，名叫J.威拉德?吉布斯。 吉布斯是个很杰出的人物，但大多数人也许没有听说过。他行为检束，很少抛头露面。 除了去欧洲搞了三年研究以外，他的一辈子差不多都是在一个三个街区的范围之内度过的：一边是他的家，一边是耶鲁大学在康涅狄格州纽黑文的校园。在耶鲁大学的最初十年里，他连工资都懒得去领。（他有另外的收入。）从1871年起，他成为该大学的一名教授，直到1903年去世。在此期间，每学期选他的课的学生平均只有一名。他写的东西晦涩难懂，经常使用自己发明的符号，许多人觉得简直是天书。但是，在那些神秘的公式深处，隐藏着最英明、最深刻的见解。 1875-1878年期间，吉布斯写出了一系列论文，编成了《论多相物质的平衡》的集子。 该书出色地阐述了近乎一切热力学原理--用威廉?H.库珀的话来说，包括"气体、混合物、平面、固体、相移......化学反应、电化电池、沉淀以及渗透"。归根结底，吉布斯想要表明，热力学不仅适用于蒸汽机这样的庞大而又嘈杂的范围里的热量和能量，而且在化学反应的原子层面上也同样存在，而且影响很大。吉布斯的《平衡》一直被称为"热力学原理"，但出于无法猜测的原因，吉布斯情愿将这些具有划时代意义的见解发表在《康涅狄格州艺术与科学院学报》上，那是一份即使在康涅狄格州也毫无名气的杂志。这就是为什么普朗克直到很晚的时候才听说他的名字的原因。 普朗克没有泄气--哎呀，也许稍稍有点胆怯，开始把注意力转向别的问题。1这方面的事，我们等一会儿再说，先稍稍地（而又恰当地）换个方向，前往俄亥俄州的克利夫兰，去一家当时被称为凯斯实用科学学校的机构。19世纪80年代，那里有一位刚到中年的物理学家，名叫阿尔伯特?迈克尔逊。他在他的朋友化学家爱德华?莫雷的协助之下，进行了一系列试验。那些试验得出了很有意思而又令人吃惊的结果，将对以后的许多事情产生重大的影响。 迈克尔逊和莫雷所做的--实际上是在无意之中所做的--破坏了长期以来人们对一种所谓光以太的东西的信念。那是一种稳定、看不见、没有重量、没有摩擦力、不幸又完全是想像出来的媒质。据认为，这种媒质充满宇宙。以太是笛卡儿假设的，牛顿加以接受，之后差不多人人都对它怀有崇敬之情，在19世纪物理学中占有绝对的中心地位，用来解释为什么光能够在空荡荡的太空里传播。它在19世纪初尤其必不可少，因为光和电磁在这时候被看成是波，也就是说某种振动。振动必须在什么东西里面才能发生，因此，就需要一种以太，并长期认为存在一种以太。直到1909年，伟大的英国物理学家J.J.汤姆森仍坚持说："以太不是哪位爱好思索的哲学家的凭空想像，它对我们来说就像我们呼吸的空气那样不可缺少。"--他说这番话4年多以后，就无可争议地确定以太并不存在。总而言之，人们确实离不开以太。 如果你需要说明19世纪的美国是个机会之乡的理念，那么你很难再找到像阿尔伯特?迈克尔逊这样的例子。他1852年生于德国和波兰边境地区的一个贫苦的犹太商人家庭，小时候随家人来到美国，在加利福尼亚州一个淘金热地区的矿工村里长大。他的父亲在那里做干货生意。家里太穷，他上不起大学，便来到首都华盛顿，在白宫的正门口游来晃去，希望能在尤利塞斯?S.格兰特每天出来散步时碰上这位总统。（那显然是个比较朴实的年代。）在这样散步的过程中，迈克尔逊深深博得了总统的欢心，格兰特竟然答应免费送他去美国海军学院学习。就是在那里，迈克尔逊攻读了物理学。第八章 爱因斯坦的宇宙(2) 10年以后，迈克尔逊已经是克利夫兰凯斯学校的一名教授，开始有兴趣测量一种名叫以太漂移的东西--运动物体穿越空间所产生的一种顶头风。牛顿物理学的预言之一是，在观察者看来，光在穿越以太过程中的速度是不一样的，取决于观察者是朝着还是逆着光源的方向移动。但谁也想不出对此进行测量的方法。迈克尔逊突然想到，地球有半年时间是朝着太阳的方向运动，有半年时间是逆着太阳的方向运动的。他认为，只要在相对的季节里进行仔细测量，把两者之间光的运动速度进行比较，就能找到答案。 迈克尔逊说服电话的发明者、刚刚发了财的亚历山大?格雷厄姆?贝尔提供资金，制造了一台迈克尔逊自己设计的巧妙而灵敏的仪器，名叫干涉仪，用来非常精确地测定光的速度。接着，在和蔼而又神秘的莫雷的协助下，迈克尔逊进行了几年的精心测量。这是一件非常细致而又很花力气的活儿，迈克尔逊的精神一下子完全垮了，工作不得不中断了一段时间。 但是，到1887年，他们有了结果。而且，这个结果完全出乎这两位科学家的意料。 加州理工大学天体物理学家基普?S.索恩写道："结果证明，光的速度在各个方向、各个季节都是一样的。"这是200年来--实际上恰好是200年--出现的第一个迹象，说明牛顿定律也许不是在任何时候、任何地方都适用的。用威廉?H.克罗珀的话来说，迈克尔逊-莫雷结果成为"很可能是物理学史上最负面的结果"。为此，迈克尔逊获得了诺贝尔物理学奖--从而成为获此殊荣的第一位美国人--但要过20年之后。与此同时，迈克尔逊-莫雷实验像一股霉味那样令人不快地浮动在科学家的脑海深处。 令人注目的是，尽管他有了这项发现，当20世纪来到的时候，迈克尔逊觉得自己和别人一样，认为科学工作快要走到尽头--用一位作者在《自然》杂志上的话来说："只要添上几个角楼和尖顶，在房顶上刻几处浮雕就够了。" 当然，实际上，世界即将进入一个科学的世纪。到时候，谁都会懂得一点，谁都不会什么都懂。科学家快要发现自己在粒子和反粒子的汪洋大海里漂浮，东西瞬间存在，瞬间消失，使毫微秒时间也显得十分缓慢，平平常常，一切都是那么古怪。科学正从宏观物理学向微观物理学转变。前者，物体看得见，摸得着，量得出；后者，事情倏忽发生，快得不可思议，完全超出了想像的范围。我们快要进入一个量子时代，而推动其大门的第一人就是那位迄今为止一直很倒霉的马克斯?普朗克。 1900年，普朗克42岁，已是柏林大学的理论物理学家。他揭示了一种新的"量子理论" ，该理论认为，能量不是一种流水般连续的，而是一包包地传送的东西，他称其为量子。这确实是一种新奇的概念，而且是一种很好的概念。从短期来说，它能为迈克尔逊-莫雷实验之谜提供一种解释，因为它表明光原来不一定是一种波动。从长远来说，它将为整个现代物理学奠定基础。无论如何，它是第一个迹象，表明世界快要发生变化。 但是，划时代意义的事件--一个新时代的黎明--要到1905年才发生。当时，德国的物理学杂志《物理学年鉴》发表了一系列论文，作者是一位年轻的瑞士职员。他没有上过大学，没有用过实验室，通常跑的也只是伯尔尼国家专利局的小小图书馆。他是专利局的三级技术审查员。（他申请提升为二级审查员，但遭到了拒绝。） 他的名字叫阿尔伯特?爱因斯坦。在那个重要的一年，他向《物理学年鉴》递交了五篇论文，用C.P.斯诺的话来说，其中三篇"称得上是物理学史上最伟大的作品"--一篇使用普朗克刚刚提出的量子理论审视光电效应，一篇论述悬浮小粒子的状况（即现在所谓的布朗运动），一篇概述了狭义相对论。 第一篇解释了光的性质（还促使许多事情成为可能，其中包括电视），为作者赢得了一个诺贝尔奖。第二篇提供了证据，证明原子确实存在--令人吃惊的是，这个事实过去一直存在一些争议。第三篇完全改变了世界。 爱因斯坦1879年生于德国南部的乌尔姆，但在慕尼黑长大。他的早年生活几乎难以说明他将来会成为大人物。大家都知道，他到三岁才学会说话。19世纪90年代，他父亲的电器生意破产，举家迁往米兰，但这时候已经十来岁的阿尔伯特去了瑞士继续他的学业--虽然他一开始就没有通过大学入学考试。1896年，他放弃了德国籍，以免被征入伍，进入了苏黎世联邦工业大学，攻读旨在培养中学教师的四年制课程。他是一名聪明而又不突出的学生。 1900年，他从学校毕业，没过几个月就开始把论文投给《物理学年鉴》。他的第一篇论文论述（在那么多可写的东西中偏偏论述）吸管里流体的物理学，与普朗克的量子理论发表在同一期上。从1902年到1904年，他写出了一系列关于统计力学的论文，结果发现，多产的J.威拉德?吉布斯1901年在康涅狄格州已经悄悄地发表了同样的作品：《统计力学的基本原理》。 阿尔伯特曾爱上一位同学，一位名叫米勒娃?玛丽奇的匈牙利姑娘。1901年，他们没有结婚就生了个孩子，一个女儿。他们很谨慎，把孩子给了人家。爱因斯坦从没有见过自己的孩子。两年以后，他和玛丽奇结了婚。在此期间，爱因斯坦接受了瑞士专利局的一个职位，在那里待了随后的7年。他很喜欢这份工作：它很有挑战性，能使他的脑子忙个不停，但又不至于转移他对物理学的注意力。就是在这种背景下，他于1905年创立了狭义相对论。第八章 爱因斯坦的宇宙(3) 《论动体的电动力学》，无论是在表达方式还是在内容上，都是发表过的最优秀的科学论文之一。它没有脚注，也没有引语，几乎不用数学，没有提及影响过该论文或在该论文之前的任何作品，只是对一个人的帮助致以谢意。他是专利局的一名同事，名叫米歇尔?贝索。C.P.斯诺写道，爱因斯坦好像"全凭思索，独自一人，没有听取别人的意见就得出了结论。在很大程度上，情况就是这样"。 他著名的等式E=mc2在这篇论文中没有出现，但出现在几个月以后的一篇短小的补充里。你可以回忆一下学校里学过的东西，等式中的E代表能量，m代表质量，c2代表光速的平方。 用最简单的话来说，这个等式的意思是：质量和能量是等价的。它们是同一东西的两种形式：能量是获释的质量；质量是等待获释的能量。由于c2（光速的平方）是个大得不得了的数字，这个等式意味着，每个物体里都包含着极其大量--真正极其大量--的能量。1 你或许觉得自己不大健壮，但是，如果你是个普通个子的成人，你那不起眼的躯体里包含着不少于7×1018焦耳的潜能--爆炸的威力足足抵得上30颗氢弹，要是你知道怎么释放它，而且确实愿意这么做的话。每种物体内部都蕴藏着这样的能量。我们只是不大善于把它释放出来而已。连一颗铀弹--我们迄今为止制造出的能量最大的家伙--释放出的能量还不足它可以释放出的能量的1％，要是我们更聪明点的话。 其中，爱因斯坦的理论解释了放射作用是怎么发生的：一块铀怎么源源不断地释放出强辐射能量，而又不像冰块那样融化。（只要把质量极其有效地转变为能量，这是办得到的：E=mc2。）该理论解释了恒星为什么可以燃烧几十亿年而又不把燃料用尽。（同上。）爱因斯坦用一个简单的公式，一下子使地质学家和天文学家的视界开阔了几十亿年。该理论尤其表明，光速是不变的，最快的，什么速度也超不过它。因此，这使我们一下子弄清了宇宙性质的核心。而且，该理论还解决了光以太的问题，说明它并不存在。爱因斯坦的宇宙不需要以太。 物理学家一般不大重视瑞士专利局职员发表的东西，因此尽管提供的信息又多又有用，爱因斯坦的论文并没有引起多少注意。由于刚刚解开宇宙中几个最难解开的谜团，爱因斯坦申请大学讲师的职位，但是遭到拒绝，接着又申请中学教师的职位，再次遭到拒绝。于是，他重新干起三级审查员的活儿--不过，他当然没有停止思索。他离大功告成还远着呢。 有一次，诗人保罗?瓦莱里问爱因斯坦，他是不是随身带着个笔记本记录自己的思想，爱因斯坦稍稍而又着实吃惊地看了他一眼。"哦，那是没有必要的，"他回答说，"我极少带个笔记本。"我无须指出，要是他真的带个本子的话，倒是很有好处的。爱因斯坦的下一个点子，是一切点子中最伟大的点子--布尔斯、莫茨和韦弗在他们很有创见的原子科学史中说，这确实是最最伟大的点子。"作为一个脑子的独创，"他们写道，"这无疑是人类最高的智力成就。"这个评价当然很高。 1907年，反正有时候书上是这么写的，有个工人从房顶上掉了下来，爱因斯坦就开始考虑引力的问题。天哪，像许多动人的故事一样，这个故事的真实性似乎存在问题。据爱因斯坦自己说，他想到引力问题的时候，当时只是坐在椅子上。 实际上，爱因斯坦想到的更像是开始为引力问题找个答案。他从一开头就清楚地认识到，狭义相对论里缺少一样东西，那就是引力。狭义相对论之所以"狭义"，是因为它研究的完全是在无障碍的状态下运动的东西。但是，要是一个运动中的东西--尤其是光--遇到了比如引力这样的障碍会怎么样？在此后10年的大部分时间里，他一直在思索这个问题，最后于1917年初发表了题为《关于广义相对论的宇宙学思考》的论文。当然，1905年的狭义相对论是一项深刻而又重要的成就。但是，正如C.P.斯诺有一次指出的，要是爱因斯坦没有想到，别人也会想到，很可能在5年之内。这是一件在等着要发生的事。但是，那个广义相对论完全是另一回事。"没有它，"斯诺在1979年写道，"我们今天有可能还在等待那个理论。" 爱因斯坦常手拿烟斗，和蔼可亲，不爱露面，一头乱发，真是个非凡人物。这样的人物不可能永远默默无闻。1919年，战争结束了，世界突然发现了他。几乎同时，他的相对论以普通人无法搞懂出了名。《纽约时报》决定写一篇报道--由于永远令人想不通的原因--派了该报一个名叫亨利?克劳奇的高尔夫运动记者去负责这次采访，结果正如戴维?博丹尼斯在他出色的《E=mc2》一书中指出的，根本不解决问题。 这次采访令克劳奇力不从心，他差不多把什么都搞错了。他的报道里有许多令人难忘的错误，其中之一，他断言，爱因斯坦找了个胆子很大的出版商，敢于出版一本全世界只有12个人看得懂的书。当然，根本不存在这样的书，根本不存在这样的出版商，也根本不存在这么狭小的学术界，但这种看法已深入了人心。过不多久，在人们的想像中，搞得懂相对论的人数又少了许多--应当指出，科学界对这种神话没有去加以澄清。 有一位记者问英国天文学家阿瑟?爱丁顿，他是不是真的就是世界上仅有的三个能理解爱因斯坦的相对论的人之一。爱丁顿认真地想了片刻，然后回答说："我正在想谁是第三个人呢。"实际上，相对论的问题并不在于它涉及许多微分方程、洛伦兹变换和其他复杂的数学（虽然它确实涉及--有的方面连爱因斯坦也需要别人帮忙），而是在于它不是凭直觉所能完全搞懂的。第八章 爱因斯坦的宇宙(4) 实质上，相对论的内容是：空间和时间不是绝对的，而是既相对于观察者，又相对于被观察者；一个人移动得越快，这种效果就越明显。我们永远也无法将自己加速到光的速度；相对于旁观者而言，我们越是努力（因此我们走得越快），我们的模样就越会失真。 几乎同时，从事科学普及的人想要设法使广大群众弄懂这些概念。数学家和哲学家罗素写的《相对论ABC》就是一次比较成功的尝试--至少在商业上可以这么说。罗素在这本书里使用了至今已经多次使用过的比喻。他让读者想像一列90米长的火车在以光速的60％行驶。对于立在站台上望着它驶过的人来说，那列火车看上去会只有70余米长，车上的一切都会同样缩小。要是我们听得见车上的人在说话，他们的声音听上去会含糊不清，十分缓慢，犹如唱片放得太慢，他们的行动看上去也会变得很笨拙。连车上的钟也会似乎只在以平常速度的五分之四走动。 然而--问题就在这里--车上的人并不觉得自己变了形。在他们看来，车上的一切似乎都很正常。倒是立在站台上的我们古怪地变小了，动作变慢了。你看，这一切都和你与移动物体的相对位置有关系。 实际上，你每次移动都会产生这样的效果。乘飞机越过美国，你会用大约一百亿亿分之一秒踏出飞机，比在你后面离开飞机的人要年轻一些。即使从屋子的这头走到那头的时候，你自己所经历的时间和空间也会稍有改变。据计算，一个以每小时160公里的速度抛出去的棒球，在抵达本垒板的过程中会获得0.000 000 000 002克物质。因此，相对论的作用是具体的，可以测定的。问题在于，这种变化太小，我们毫无察觉。但是，对于宇宙中别的东西来说--光、引力、宇宙本身--这些就都是举足轻重的大事了。 因此，如果说相对论的概念好像有点儿怪，那只是因为我们在正常的生活中没有经历这类相互作用。不过，又不得不求助于博尼丹斯，我们大家都经常遇到其他种类的相对论--比如声音。要是你在公园里，有人在演奏难听的音乐，你知道，要是你走得远一点，音乐好像就会轻一点。当然，那并不是因为音乐真的轻了点，而只是因为你对于音乐的位置发生了变化。对于体积很小的或行动缓慢的，因此无法有同样经历的东西来说--比如蜗牛--也许难以置信，一个喇叭似乎同时能对两个听众放出两种音量的音乐。 在"广义相对论"的众多概念中，最具挑战性的，最直觉不到的，在于时间是空间的组成部分这个概念。我们本能地把时间看做是永恒的，绝对的，不可改变的，相信什么也干扰不了它的坚定步伐。事实上，爱因斯坦认为，时间是可以更改的，不断变化的。时间甚至还有形状。一份时间与三份空间结合在一起--用斯蒂芬?霍金的话来说是"无法解脱地交织在一起"--不可思议地形成一份"时空"。 通常，时空是这样解释的：请你想像一样平坦而又柔韧的东西--比如一块地毯或一块伸直的橡皮垫子--上面放个又重又圆的物体，比如铁球。铁球的重量使得下面的底垫稍稍伸展和下陷。这大致类似于太阳这样的庞然大物（铁球）对于时空（底垫）的作用：铁球使底垫伸展、弯曲、翘起。现在，要是你让一个较小的球从底垫上滚过去，它试图做直线运动，就像牛顿运动定律要求的那样。然而，当它接近大球以及底垫下陷部分的时候，它就滚向低处，不可避免地被大球吸了过去。这就是引力--时空弯曲的一种产物。 凡有质量的物体在宇宙的底垫上都能造成一个小小的凹坑。因此，正如丹尼斯?奥弗比说的，宇宙是个"最终的下陷底垫"。从这个观点来看，引力与其说是一种东西，不如说是一种结果--用物理学家米奇奥?卡库的话来说："不是一种'力'，而是时空弯曲的一件副产品。"卡库接着又说："在某种意义上，引力并不存在；使行星和恒星运动的是空间和时间的变形。" 当然，以下陷的底垫来作比喻，只能帮助我们理解到这种程度，因为没有包含时间的作用。话虽这么说，其实我们的大脑也只能想像到这个地步。若要想像空间和时间以3∶1的比例像线织成一块格子地垫那样织成一份时空，这几乎是不可能的。无论如何，我想我们会一致认为，对于一位凝视着瑞士首都专利局窗外的年轻人来说，这确实是个了不起的见解。 爱因斯坦的广义相对论提出了许多见解。其中，他认为，宇宙心总是或者膨胀或者收缩的。但是，爱因斯坦不是一位宇宙学家，他接受了流行的看法，即宇宙是固定的，永恒的。 多少出于本能，他在自己的等式里加进了他所谓的宇宙常数。他把它作为一种数学暂停键，武断地以此来抵消引力的作用。科学史书总是原谅爱因斯坦的这个失误，但这其实是科学上一件很可怕的事。他把它称之为"我一生中所犯的最大错误"。 说来也巧，大约就在爱因斯坦为自己的理论添上一个常数的时候，在亚利桑那州的洛厄尔天文台，有一位天文学家在记录远方恒星的光谱图上的读数，发现恒星好像在离我们远去。该天文学家有个来自星系的动听名字：维斯托?斯莱弗（他其实是印第安纳州人）。原来，宇宙不是静止的。斯莱弗发现，这些恒星明确显示出一种多普勒频移的迹象--跟赛车场上飞驰而过的汽车发出的那种连贯而又特有的"嚓--嗖"的声音属于同一机制。1这种现象也适用于光；就不停远去的星系而言，它被称之为红移（因为离我们远去的光是向光谱的红端移动的，而朝我们射来的光是向蓝端移动的）。第八章 爱因斯坦的宇宙(5) 斯莱弗第一个注意到光的这种作用，意识到这对将来理解宇宙的运动十分重要。不幸的是，谁也没有太多注意他。你会记得，珀西瓦尔?洛厄尔在这里潜心研究过火星上的运河，因此洛厄尔天文台是个比较独特的地方。到了20世纪的前10年，它在任何意义上都成了研究天文的前哨阵地。斯莱弗不知道爱因斯坦的相对论，世界也同样不知道斯莱弗，因此，他的发现没有影响。 荣誉反而属于一个非常自负的大人物，他的名字叫埃德温?哈勃。哈勃1889年生于欧扎克高原边缘的一个密苏里州小镇，比爱因斯坦小10岁；他在那里及芝加哥郊区伊利诺伊的惠顿长大。他的父亲是一名成功的保险公司经理，因此家里的生活总是很优裕。埃德温还天生有个好的身体。他是个有实力、有天赋的运动员，魅力十足，时髦潇洒，相貌堂堂--用威廉?H.克罗珀的话来说，"英俊到了不适当的程度"；用另一位崇拜者的话来说，"美得像美神阿多尼斯"。用他自己的话来说，他生活中还经常干一些见义勇为的事--抢救落水的人；领着吓坏了的人穿越法国战场，把他们带到安全的地方；在表演赛中几下子就把世界冠军级的拳击手打倒在地，弄得他们不胜难堪。这一切都好得简直令人难以置信，但都是真的。尽管才华出众，但哈勃也是个顽固不化的说谎大王。 这就很不寻常了，因为哈勃的生活中从小就充满真正的奇特之处，有时候简直令人难以置信地出类拔萃。仅在1906年的一次中学田径运动会上，他就赢得了撑杆跳高、铅球、铁饼、链球、立定跳高、助跑跳高的冠军，还是接力赛跑获胜队的成员--那就是说，他在一次运动会上获得了7个第一名。同年，他创造了伊利诺伊州跳高记录。 作为一名学者，他也是出色得不得了，不费吹灰之力就考上芝加哥大学，攻读物理学和天文学（说来也巧，系主任就是阿尔伯特?迈克尔逊）。他在那里被选为牛津大学的首批罗兹奖学金获得者之一。3年的英国生活显然冲昏了他的头脑。1913年他返回惠顿的时候，披着长披风，衔着烟斗，说起话来怪腔怪调，滔滔不绝--不大像英国人，而又有点像英国人--这种模样他竟保留终生。他后来声称，他在20世纪20年代的大部分时间里一直在肯塔基州当律师，但实际上他在印第安纳州新奥尔巴尼当中学教师和篮球教练，后来才获得博士学位，并在陆军待了很短时间。（他是在签订停战协定前一个星期抵达法国的，几乎肯定没有听到过愤怒的枪炮声。） 1919年，他已经30岁。他迁到加利福尼亚州，在洛杉矶附近的威尔逊山天文台找了个职位。非常出人意料的是，他很快成为20世纪最杰出的天文学家。 让我们稍停片刻，先来考虑一下当时人们对宇宙的了解是如何少得可怜，这是值得的。 今天的天文学家认为，在可见的宇宙里也许有1400亿个星系。这是个巨大的数字，比你听了这话认为的还要巨大得多。假如把一个星系比做一粒冻豆子，这些豆子就可以塞满一个大礼堂--比如，老波士顿花园或皇家艾伯特大厅。（有一位名叫布鲁斯?格雷戈里的天体物理学家还真的计算过。）1919年，当哈勃第一次把脑袋伸向望远镜的时候，我们已知的星系数只有一个：银河系。其他的一切要么被认为是银河系的组成部分，要么被认为是远方天际众多气体中的一团气体。哈勃很快证明这种看法是极其错误的。 在之后的10年里，哈勃着手研究有关宇宙的两个最基本的问题：宇宙已经存在多久？宇宙的范围有多大？为了回答这两个问题，首先必须知道两件事--某类星系离我们有多远，它们在以多快的速度远离我们而去（即现在所谓的退行速度）。红移能使我们知道星系后退的速度，但不能使我们知道它们离得有多远。为此，你需要有所谓的"标准烛光"--即准确测得的某个恒星的亮度，作为测算其他恒星的亮度（并由此计算其相对距离）的基准。 哈勃的好运气来了。此前不久，有一位名叫亨利埃塔?斯旺?莱维特的才女想出了一种找到这类恒星的方法。莱维特在哈佛大学学院天文台担任当时所谓的计算员。计算员终生研究恒星的照片并进行计算--计算员由此得名。计算员不过是个干苦活的代名词。但是，在那个年代，无论在哈佛大学，还是在任何地方，这是妇女离天文学最近的地方。这种制度虽然不大公平，但也有某个意想不到的好处：这意味着半数最聪明的脑子会投入本来不大会有人来动脑子的工作，确保妇女最终能觉察到男同事们往往会疏忽的宇宙之细微结构。 有一位名叫安妮?江普?坎农的哈佛大学计算员利用她熟悉恒星的有利条件，发明了一种恒星分类系统。这种系统如此实用，直到今天还在使用。莱维特的贡献更加意义深远。她注意到，有一种名叫造父变星（以仙王星座命名，第一颗造父变星就是在那里发现的）的恒星在有节奏地搏动--一种星体的"心跳"。造父变星是极少见的，但至少其中之一是我们大多数人所熟悉的。北极星就是一颗造父变星。 我们现在知道，造父变星之所以搏动，是因为--用天文学家的行话来说--它们已经走过"主序阶段"，变成了红巨星。红巨星的化学过程有点儿难懂，已经超出了本书的宗旨（它要求了解很多东西，其中之一就是单离子化的氦原子的性质）。但是，简而言之，在燃烧剩余的燃料的过程中，它们产生了一种很有节奏、不停地一亮一暗的现象。莱维特的天才在于，她发现，通过比较造父变星在天空中不同角度的大小，就可以计算出它们之间的相对位置。它们可以被作为标准烛光--这个名称也是她创造的，现在依然广泛使用。用这种方法得到的只是相对距离，不是绝对距离。但是，即使这样，这也是第一次有人想出了一个计算浩瀚宇宙的实用方法。第八章 爱因斯坦的宇宙(6) （为了合理评价这些深邃的见解，也许值得注意的是，当莱维特和坎农在根据照片上远方星星的模糊影子推定宇宙的基本特性的时候，哈佛大学的天文学家威廉?H.皮克林--他当然能从一流的天文望远镜里想观察多少次就观察多少次--却在建立自己的理论，认为月球上的黑影是由大群大群的、随着季节迁徙的昆虫形成的。） 哈勃把莱维特测量宇宙的标准和维斯托?斯莱弗的红移结合起来，开始以焕然一新的目光有选择地测量空间的点。1923年，他证明，仙女座里一团代号为M31的薄雾状的东西根本不是气云，而是一大堆光华夺目的恒星，其本身就是一个星系，直径有1万光年，离我们至少有90万光年之远。宇宙比任何人想像的还要大--大得多。1924年，哈勃写出了一篇具有划时代意义的论文，题目为《旋涡星云里的造父变星》（"星云"源自拉丁语，意为"云"，哈勃喜欢用这个词来指星系），证明宇宙不仅仅有银河系，还有大量独立的星系--"孤岛宇宙"--其中许多比银河系要大，要远得多。 仅仅这一项发现就足以使哈勃名扬天下，但是，他接着把注意力转向另一个问题，想要计算宇宙到底大了多少，于是有了一个更加令人瞩目的发现。哈勃开始测量远方星系的光谱--斯莱弗已经在亚利桑那州开始做的那项工作。他利用威尔逊山天文台那台新的254厘米天文望远镜，加上一些聪明的推断，到20世纪30年代初已经得出结论：天空中的所有星系（除我们自己的星系以外）都在离我们远去。而且，它们的速率和距离完全成正比：星系距离我们越远，退行速率越快。 这的确是令人吃惊的。宇宙在扩大，速度很快，而且朝着各个方向。你无须有多么丰富的想像力就能从这点往后推测，发现它必定是从哪个中心点出发的。宇宙远不是稳定的，固定的，永恒的，就像大家总是以为的那样，而是有个起点。因此，它或许也有个终点。 正如斯蒂芬?霍金指出的，奇怪的是以前谁也没有想到要解释宇宙。一个静止的宇宙会自行坍缩，这一点牛顿以及之后的每个有头脑的天文学家都应当明白。还有一个问题：要是恒星在一个静止的宇宙里不停燃烧，就会使整个宇宙酷热难当--对于我们这样的生物来说当然是太热了。一个不断膨胀的宇宙一下子把这个问题基本解决了。 哈勃擅长观察，不大擅长动脑子，因此没有充分认识到自己的发现的重大意义。在一定程度上，那是因为他可悲地不知道爱因斯坦的广义相对论。这是很有意思的，因为一方面爱因斯坦和他的理论在这时候已经世界闻名，另一方面，1929年，阿尔伯特?迈克尔逊--这时候已经进入暮年，但仍是世界上最敏锐、最受人尊敬的科学家之一--接受了威尔逊山天文台的一个职位，用他可靠的干涉仪来测量光的速度，至少可以肯定已经向哈勃提到过，爱因斯坦的理论适用于他的发现。 无论如何，哈勃没有抓住机会在理论上有所收获，而是把机会留给了一位名叫乔治?勒梅特的比利时教士学者（他获得过麻省理工学院的博士学位）。勒梅特把实践和理论结合起来，创造了自己的"烟火理论"。该理论认为，宇宙一开始是个几何点，一个"原始的原子"；它突然五彩缤纷地爆发，此后一直向四面八方散开。这种看法极好地预示了现代的大爆炸理论，但要比那种理论早得多。因此，除了在这里三言两语提他一下以外，勒梅特几乎没有取得别的进展。世界还需要几十年时间，还要等彭齐亚斯和威尔逊在新泽西州咝咝作响的天线上无意中发现宇宙背景辐射，大爆炸才会从一种有趣的想法变成一种固定的理论。 无论是哈勃还是爱因斯坦，哪条大新闻里都不会提及多少。然而，尽管当时他们谁也想不到，他们已经作出自己所能作出的贡献。 1936年，哈勃写出了一本广受欢迎的书，名叫《星云王国》。他在这本书里以得意的笔调阐述了自己的重要成就，并终于表明他知道爱因斯坦的理论--反正在某种程度上：在大约200页的篇幅中，他用了4页来谈论这种理论。 1953年，哈勃心脏病发作去世。然而，还有最后一件小小的怪事在等待着他。出于秘而不宣的原因，他的妻子拒绝举行葬礼，而且再也没有说明她怎么处理了他的遗体。半个世纪以后，该世纪最伟大的天文学家的去向仍然无人知道。若要表示纪念，你非得遥望天空，遥望1990年美国发射的、以他的名字命名的哈勃天文望远镜。第九章 威力巨大的原子(1) 当爱因斯坦和哈勃在弄清宇宙的大尺度结构方面成果累累的时候，另一些人在努力搞懂近在手边的而从他们的角度来看又是非常遥远的东西：微小而又永远神秘的原子。 加州理工学院伟大的物理学家理查德?费曼有一次发现，要是你不得不把科学史压缩成一句重要的话，它就会是："一切东西都是由原子构成的。"哪里都有原子，原子构成一切。你四下里望一眼，全是原子。不但墙壁、桌子和沙发这样的固体是原子，中间的空气也是原子。原子大量存在，多得简直无法想像。 原子的基本工作形式是分子（源自拉丁文，意思是"小团物质"）。一个分子就是两个或两个以上以相对稳定的形式一起工作的原子：一个氧原子加上两个氢原子，你就得到一个水分子。化学家往往以分子而不是以元素来考虑问题，就像作家往往以单词而不是以字母来考虑问题一样，因此他们计算的是分子。分子的数量起码可以说是很多的。在海平面的高度、零摄氏度温度的情况下，一立方厘米空气（大约相当于一块方糖所占的空间）所含的分子多达4 500亿亿个。而你周围的每一立方厘米空间都有这么多分子。想一想，你窗外的世界有多少个立方厘米--要用多少块方糖才能填满你的视野。然后再想一想，要多少个这样的空间才能构成宇宙。总而言之，原子是很多的。 原子还不可思议地长寿。由于原子那么长寿，它们真的可以到处漫游。你身上的每个原子肯定已经穿越几个恒星，曾是上百万种生物的组成部分，然后才成为了你。我们每个人身上都有大量原子；这些原子的生命力很强，在我们死后可以重新利用；在我们身上的原子当中，有相当一部分--有人测算，我们每个人身上多达10亿个原子--原先很可能是莎士比亚身上的原子，释迦牟尼、成吉思汗、贝多芬以及其他你点得出的历史人物又每人贡献10亿个原子。（显然非得是历史人物，因为原子要花大约几十年的时间才能彻底地重新分配；无论你的愿望多么强烈，你身上还不可能有一个埃尔维斯?普雷斯利的原子。） 因此，我们都是别人转世化身来的--虽然是短命的。我们死了以后，我们的原子就会天各一方，去别处寻找新的用武之地--成为一片叶子或别的人体或一滴露水的组成部分。 而原子本身实际上将永远活下去。其实，谁也不知道一个原子的寿命，但据马丁?里斯说，它的寿命大约为1035年--这个数字太大，连我也乐意用数学符号来表示。 而且，原子很小--确实很小。50万个原子排成一行还遮不住一根人的头发。以这样的比例，一个原子小得简直无法想像。不过，我们当然可以试一试。 先从1毫米着手，就是这么长的一根线：－。现在，我们来想像一下，这根线被分成了宽度相等的1000段。每一段的宽度是1微米。这就是微生物的大小。比如，一个标准的草履虫--一种单细胞的淡水小生物--大约为2微米宽，也就是0.002毫米，它确实小得不得了。要是你想用肉眼看到草履虫在一滴水里游，你非得把这滴水放大到12米宽。然而，要是你想看到同一滴水里的原子，你非得把这滴水放大到24公里宽。 换句话说，原子完全存在于另一种微小的尺度上。若要知道原子的大小，你就得拿起这类微米大小的东西，把它切成10000个更小的东西。那才是原子的大小：1毫米的千万分之一．这么小的东西远远超出了我们的想像范围。但是，只要记住，一个原子对于上述那条1毫米的线，相当于一张纸的厚度对于纽约帝国大厦的高度，它的大小你就有了个大致的概念。 当然，原子之所以如此有用，是因为它们数量众多，寿命极长，而之所以难以被察觉和认识，是因为它们太小。首先发现原子有三个特点--即小、多、实际上不可毁灭--以及一切事物都是由原子组成的，不是你也许会以为的安托万－洛朗?拉瓦锡，甚至不是亨利?卡文迪许或汉弗莱?戴维，而是一名业余的、没有受过多少教育的英国贵格会教徒，名叫约翰?道尔顿发现的，我们在第七章里第一次提到过他的名字。 道尔顿的故乡位于英国湖泊地区边缘，离科克默思不远。他1766年生于一个贫苦而虔诚的贵格会织布工家庭。（4年以后，诗人威廉?华兹华斯也来到科克默思。）他是个聪明过人的学生--他确实聪明，12岁的小小年纪就当上了当地贵格会学校的校长。这也许说明了道尔顿的早熟，也说明了那所学校的状况，也许什么也说明不了。我们从他的日记里知道，大约这时候他正在阅读牛顿的《原理》--还是拉丁文原文的--和别的具有类似挑战性的著作。到了15岁，他一方面继续当校长，一方面在附近的肯达尔镇找了个工作；10年以后，他迁往曼彻斯特，在他生命的最后50年里几乎没有挪动过。在曼彻斯特，他成了一股智力旋风，出书呀，写论文呀，内容涉及从气象学到语法。他患有色盲，在很长时间里色盲被称做道尔顿症，因为他从事这方面的研究。但是，是1808年出版的一本名叫《化学哲学的新体系》的厚书，终于使他出了名。 在该书只有4页的短短的一章里（该书共有900多页），学术界人士第一次接触到了近乎现代概念的原子。道尔顿的见解很简单：在一切物质的基部，都是极其微小而又不可还原的粒子。"创造或毁灭一个氢粒子，也许就像向太阳系引进一颗新的行星或毁灭一颗业已存在的行星那样不可能。"他写道。第九章 威力巨大的原子(2) 无论是原子的概念，还是"原子"这个词本身，都称不上是新鲜事。二者都是古希腊人发明的。道尔顿的贡献在于，他考虑了这些原子的相对大小和性质，以及它们的结合方法。 例如，他知道氢是最轻的元素，因此他给出的原子量是1。他还认为水由七份氧和一份氢组成，因此他给氧的原子量是7。通过这种办法，他就能得出已知元素的相对重量。他并不总是十分准确--氧的原子量实际上是16，不是7，但这个原理是很合理的，成了整个现代化学以及许多其他科学的基础。 这项成就使道尔顿闻名遐迩--即使是以一种英国贵格会式的低调。1826年，法国化学家P.J.佩尔蒂埃来到曼彻斯特，想会一会这位原子英雄。佩尔蒂埃以为他属于哪个大机构，因此，当他发现道尔顿在小巷里的一所小学教孩子们基础算术的时候，不由得大吃一惊。 据科学史家E.J.霍姆亚德说，佩尔蒂埃一见到这位大人物顿时不知所措，结结巴巴地说： "请问，这位是道尔顿先生吗？"因为他无法相信自己的眼睛，这位欧洲赫赫有名的化学家竟然在教小孩子加减乘除。"没错儿，"那位贵格会教徒干巴巴地说，"请坐，让我先教会孩子这道算术题。" 虽然道尔顿想要远离一切荣誉，但他仍违心地当选为皇家学会会员，捧回一大堆奖章，获得一笔可观的政府退休金。他1844年去世的时候，40000人出来瞻仰他的棺木，送葬队伍长达3公里多。他在《英国人名词典》中的条目是字数最多的之一，在19世纪的科学界人士当中，论长度只有达尔文和莱尔能与之相比。 在道尔顿提出他的见解以后的一个世纪时间里，它仍然完全是一种假说。一些杰出的科学家--尤其是奥地利物理学家恩斯特?马赫，声速单位就是以他的名字命名的--还压根儿怀疑原子是不是存在。"原子看不见摸不着......它们是脑子想像出来的东西。"他写道。 尤其在德语世界，人们就是以这种怀疑目光来看待原子的存在。据说，这也是导致伟大的理论物理学家和原子的热心支持者路德维希?玻尔茨曼自杀的原因之一。 是爱因斯坦在1905年以那篇论布朗运动的论文首次提出了无可争议的证据，证明原子的存在，但没有引起多大注意。无论如何，爱因斯坦很快就忙于广义相对论的研究。因此，原子时代的第一位真正的英雄是欧内斯特?卢瑟福，如果他不是当时涌现出来的第一人的话。 卢瑟福1871年生于新西兰的"内陆地区"。用斯蒂芬?温伯格的话来说，他的父母为了种植一点亚麻、抚养一大堆孩子，从苏格兰移居到新西兰。他在一个遥远国度的遥远地区长大，离科学的主流也同样很遥远。但是，1895年，他获得了一项奖学金，从而有机会来到剑桥大学的卡文迪许实验室。这里快要成为世界上搞物理学的最热门的地方。 物理学家特别瞧不起其他领域的科学家。当伟大的奥地利物理学家沃尔夫冈?泡利的妻子离他而去，嫁了个化学家的时候，他吃惊得简直不敢相信。"要是她嫁个斗牛士，我倒还能理解，"他惊讶地对一位朋友说，"可是，嫁个化学家......"
爱心猫粮1金币
南瓜喵10金币
喵喵玩具50金币
喵喵毛线88金币
喵喵项圈100金币
喵喵手纸200金币
喵喵跑车520金币
喵喵别墅1314金币