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第60章 科学巨人(11)

然而长期的军旅生活使笛卡尔感到疲惫,他于1621年回国,时值法国内乱,于是他去荷兰、瑞士、意大利等地旅行。1625年返回巴黎。1628年,他从巴黎移居荷兰,开始了长达20年的潜心研究和写作生涯,先后发表了许多在数学和哲学上有重大影响的论著。在荷兰长达20年的时间里,他集中精力做了大量的研究工作,在1634年写了《论世界》,书中总结了他在哲学、数学和许多自然科学问题上的看法。1641年出版了《行而上学的沉思》,1644年又出版了《哲学原理》等。他的著作在生前就遭到教会指责,死后又被梵蒂冈教皇列为禁书,但这并没有阻止他的思想的传播。

笛卡尔不仅在哲学领域里开辟了一条新的道路,同时他又是勇于探索的科学家,在物理学、生理学等领域都有值得称道的创见,特别是在数学上他创立了解析几何,从而打开了近代数学的大门,在科学史上具有划时代的意义。

笛卡尔的主要数学成果集中在他的“几何学”中。

当时,代数还是一门新兴科学,几何学的思维还在数学家的头脑中占有统治地位。在笛卡尔之前,几何与代数是数学中两个不同的研究领域。笛卡尔站在方法论的自然哲学的高度,认为希腊人的几何学过于依赖于图形,束缚了人的想象力。对于当时流行的代数学,他觉得它完全从属于法则和公式,不能成为一门改进智力的科学。因此他提出必须把几何与代数的优点结合起来,建立一种“真正的数学”。笛卡尔的思想核心是:把几何学的问题归结成代数形式的问题,用代数学的方法进行计算、证明,从而达到最终解决几何问题的目的,依照这种思想他创立了我们现在称之为的“解析几何学”。

1637年,笛卡尔发表了《几何学》,创立了平面直角坐标系。他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的位置,用坐标来描述空间上的点。他进而又创立了解析几何学,表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式,而且可以通过代数变换来实现发现几何性质,证明几何性质。解析几何的出现,改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向,把相互对立着的“数”与“形”统一了起来,使几何曲线与代数方程相结合。

笛卡尔的这一天才创见,更为微积分的创立奠定了基础,从而开拓了变量数学的广阔领域。最为可贵的是,笛卡尔用运动的观点,把曲线看成点的运动的轨迹,不仅建立了点与实数的对应关系,而且把形(包括点、线、面)和“数”两个对立的对象统一起来,建立了曲线和方程的对应关系。这种对应关系的建立,不仅标志着函数概念的萌芽,而且标明变数进入了数学,使数学在思想方法上发生了伟大的转折——由常量数学进入变量数学的时期。正如恩格斯所说:“数学中的转折点是笛卡尔的变数。有了变数,运动进入了数学,有了变数,辨证法进入了数学,有了变数,微分和积分也就立刻成为必要了。”笛卡尔的这些成就,为后来牛顿、莱布尼兹发现微积分,为一大批数学家的新发现开辟了道路。

笛卡尔把他的机械论观点应用到天体,发展了宇宙演化论,形成了他关于宇宙发生与构造的学说。他认为,从发展的观点来看而不只是从已有的形态来观察,对事物更易于理解。他创立了旋涡说。他认为太阳的周围有巨大的旋涡,带动着行星不断运转。物质的质点处于统一的旋涡之中,在运动中分化出土、空气和火三种元素,土形成行星,火则形成太阳和恒星。

他认为天体的运动来源于惯性和某种宇宙物质旋涡对天体的压力,在各种大小不同的旋涡的中心必有某一天体,以这种假说来解释天体间的相互作用。笛卡尔的太阳起源的以太旋涡模型第一次依靠力学而不是神学,解释了天体、太阳、行星、卫星、彗星等的形成过程,比康德的星云说早一个世纪,是17世纪中最权威的宇宙论。

笛卡尔的天体演化说、旋涡模型和近距作用观点,正如他的整个思想体系一样,一方面以丰富的物理思想和严密的科学方法为特色,起着反对经院哲学,启发科学思维,推动当时自然科学前进的作用,对许多自然科学家的思想产生深远的影响;而另一方面又经常停留在直观和定性阶段,不是从定量的实验事实出发,因而一些具体结论往往有很多缺陷,成为后来牛顿物理学的主要对立面,导致了广泛的争论。

笛卡尔是欧洲近代哲学的奠基人之一,黑格尔称他为“现代哲学之父”。同时,他又是一位勇于探索的科学家,他所建立的解析几何在数学史上具有划时代的意义。他堪称17世纪的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一,被誉为“近代科学的始祖”。

笛卡尔在其他科学领域的成就同样硕果累累。笛卡尔靠着天才的直觉和严密的数学推理,在物理学方面做出了有益的贡献。从1619年读了开普勒的光学著作后,笛卡尔就一直关注着透镜理论,并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。笛卡尔坚信光是“即时”传播的,他在著作《论人》和《哲学原理》中,完整地阐发了关于光的本性的概念。他还从理论上推导了折射定律,与荷兰的斯涅耳共同分享发现光的折射定律的荣誉。他还对人眼进行光学分析,解释了视力失常的原因是晶状体变形,设计了矫正视力的透镜。在力学方面,他提出了宇宙间运动量总和是常数的观点,创造了运动量守恒定律,为能量守恒定律奠定了基础。他还指出,一个物体若不受外力作用,将沿直线匀速运动。

笛卡尔在其他的科学领域还有不少值得称道的创见。他发展了宇宙演化论,创立了旋涡说。他认为太阳的周围有巨大的旋涡,带动着行星不断运转。物质的质点处于统一的旋涡之中,在运动中分化出土、空气和火三种元素,土形成行星,火则形成太阳和恒星。笛卡尔的这一太阳起源的旋涡说,比康德的星云说早一个世纪,是17世纪中最有权威的宇宙论。他还提出了刺激反应说,为生理学作出了一定的贡献。

1649年冬,笛卡尔应瑞典女王克里斯蒂安的邀请,来到了斯德哥尔摩,任宫廷哲学家,为瑞典女王授课。由于他身体孱弱,不能适应那里的气候,1650年初便患肺炎抱病不起,同年2月病逝,终年54岁。笛卡尔的婚姻与斯宾诺莎、莱布尼茨一样,他终身未婚,没有享受到家庭生活所带来的快乐。他有一私生女,但不幸夭折,为其终生憾事。1799年法国大革命后,笛卡尔的骨灰被送到了法国历史博物馆。

时间应分配得精密,使每年、每月、每天和每小时都有它的任务。

——笛卡尔

读一切好的书,就是和许多高尚的人说话。

——笛卡尔

生理学之父巴甫洛夫

巴甫洛夫·伊凡·彼德罗维奇(I.P.Pavlovian,1849—1936),俄国生理学家、心理学家、医师、高级神经活动学说的创始人,高级神经活动生理学的奠基人。条件反射理论的建构者,也是传统心理学领域之外而对心理学发展影响最大的人物之一,曾荣获诺贝尔奖。他是第一个用生理学实验方法来研究高等动物和人的大脑活动,并创立了大脑两半球生理学和条件反射学说的人。临终前的病中,他还时刻不忘观察和记录自己的病情,正如他所说:就是死,也死得像一个真正的科学家。

1849年9月26日,巴甫洛夫诞生在俄国中部小城梁赞,他的父亲是位乡村牧师,母亲替人家做饭补贴家用。

巴甫洛夫自幼学习勤奋、兴趣广泛。由于他父亲喜欢看书,家中有许多像赫尔岑、车尔尼雪夫斯基等人的进步著作,在父亲的影响下,巴甫洛夫一有空就爬到阁楼上,读父亲的藏书。尽管巴甫洛夫出身于宗教家庭,但他不想像父亲那样一辈子当牧师。21岁时他和弟弟德米特里一起考入彼得堡大学自然科学系。

尽管在大学里巴甫洛夫和弟弟学习优异并年年获奖学金,但生活还是比较清贫,需要给别人做家庭教师才能维持日常生活。为了节省车费,他们每天都要步行走好远的路。巴甫洛夫在大学里以生物生理学为主修课,学习十分刻苦,为了使实验做得得心应手,他不断练习用双手操作,渐渐地,相当精细的手术他也能迅速准确地完成,导师很赏识他的实验才能,常叫他当自己的助手。巴甫洛夫不懂就问,每次手术都做得既快又好,渐渐有了名气。巴甫洛夫四年级时在导师指导下和另一同学合作,完成了关于胰腺的神经支配的第一篇科学论文,获得了校方的金质奖章。

1875年,巴甫洛夫获得生理学学士学位,成为自己导师的助教,同年他又考上了圣彼得堡大学医学院。1878年,他应俄国著名临床医师波特金教授之邀,到他的医院主持生理实验室工作。实验室听起来好听,其实只是一间非常陈旧狭小的屋子,它既像看门人的住房,又像一间澡堂,巴甫洛夫却在这里工作了10余年。

巴甫洛夫31岁那年的除夕,许多朋友聚在他家等他回来。夜已经深了却不见他的踪影,同学们渐渐散去,教育系的女学生赛拉非玛跑到实验室门口等他。新年钟声敲过,巴甫洛夫从实验室出来,看到赛拉非玛很感动,他挽着她的手说:“你有一颗健康的心脏。”姑娘很奇怪:“这是什么意思?”“要是心脏不好就不能做科学家的妻子,她们要非常操心。”这一年他们结婚了,婚后,赛拉非玛把生活安排得井然有序。巴甫洛夫不仅能全心全意地工作,而且回家后还能得到很好的休息,妻子的关怀和体贴伴随了他的一生。

巴甫洛夫后来开始研究血液循环和神经系统对心脏的影响。1883年写成《心脏的传出神经支配》的博士论文,获得帝国医学科学院医学博士学位、讲师职务和金质奖章。

虽然巴甫洛夫的科研成果十分出色,但他的生活却没有任何改观,依然贫穷不堪,他没钱给妻儿租房避暑,他的孩子不久就因病夭折在荒僻的乡村,夫妻俩都悲恸至极却无可奈何。曾有一段时期,巴甫洛夫手头连一分钱都没有。学生们好心地请他讲授心脏神经支配的课程,然后凑一笔讲课费给他,却被他拿去买了讲课用的狗,自己分文未留。

从1888年开始,巴甫洛夫对消化生理进行研究。他在狗的身上接上篓管来观察消化液在胃里的成份和作用,并取得了一些功效。他将3个篓管接在狗的食管和胃道,然后进行假饲,几分钟后无数细小的胃腺中便分泌出清澈的胃液。一只狗每次可分泌1公斤左右的胃液,经过加工,可对胃酸低的病人进行治疗。

巴甫洛夫还发现分布在胃壁上的第10对脑神经迷走神经与胃液分泌有关。用同样的办法分泌胃液,迷走神经切断,胃液分泌就停止。但如果不假饲,只刺激迷走神经,也能引起胃液分泌。是什么东西对迷走神经产生刺激呢?原来味觉器官感受到了食物刺激,便会通过神经传给大脑,由大脑通过迷走神经对胃液发布命令,胃液开始分泌,这就是“条件反射”学说。为此他领取了“诺贝尔奖”的生理学医学奖。他是俄国第一个享受这个荣誉的科学家。

巴甫洛夫第一个用生理学实验方法来研究高等动物和人的大脑活动,并创立了大脑两半球生理学和反射学说。巴甫洛夫在科尔吐什研究所里,提出关于高级神经活动类型的学说。巴甫洛夫认为人有两个信号系统,小孩吃糖时,只要见到糖就会分泌口水,当他们懂得语言后,只要听到大人们说到糖,也会流口水,这是人类特有的机能。

巴甫洛夫还在一次医学会上宣布:“睡眠能使大脑细胞得到休息。对因神经中枢过度紧张而神经异常的病人,用人工引导沉睡,可使患者恢复正常。”这一理论得到了临床验证。

十月革命初期,人们生活极端困苦。巴甫洛夫一天也没中断研究,在缺粮的情况下,他经常把自己的那份粮食喂给做实验的狗。1919年冬天,列宁委托高尔基看望巴甫洛夫,了解他的生活和需要,他说:“需要狗,干草、燕麦,需要马制造血清。”当高尔基提出给他补助一份口粮时,他却拒绝了。后来,颁布了一道列宁签署的命令,责成以高尔基为首的特别委员会,力争在短时间内为巴甫洛夫及同事们的研究工作创造最优越的条件,出版巴甫洛夫20年来的著作……

85岁那年,巴甫洛夫得了肺炎,在病中还不忘观察和记录自己的病情,正如他所说:“就是死,也死得像一个真正的科学家。”1936年2月17日,在他最后失去知觉前的两小时,他喃喃说道:“我脑子里出现了一些执拗的思想和不由自主的运动,显然是神经系统开始混乱,快去请神经病理学家。”

巴甫洛夫逝世后,国家在他的故乡梁赞城建造巴甫洛夫陈列馆,并树立了纪念碑,巴甫洛夫及其学说将永远留在全世界人民的心中。

天才就是把注意力集中在所研究的那门学问上的最高能力。

——巴甫洛夫

我愿用我全部的生命从事科学研究,来贡献给生育我、栽培我的祖国和人民。

——巴甫洛夫

神秘旅行家马可·波罗

马可·波罗(Marco Polo,1254—1324)是意大利威尼斯商人、旅行家、探险家。在中国元朝时随从他的父亲和叔叔通过丝绸之路来到中国。回到意大利之后,马可·波罗在一次威尼斯和热那亚之间的海战中被俘,在监狱里口述旅行经历,由鲁斯蒂谦写出《马可·波罗游记》。

马可·波罗于1254年出生于意大利的水上城市威尼斯,当时的威尼斯是欧洲贸易的中心。马可·波罗家族是威尼斯有名望的人家,几代都经营贸易,在君士坦丁堡设有分店,一面把从东方运来的珍奇货物运往欧洲,一面又把西方的产品运到东方去。

马可·波罗的父亲和叔叔长年在外航海,就在马可·波罗还未出生的时候,他们已经乘船出海了。小时候的马可·波罗,只要见到有出海的大船回港,便积极地向船上的海员打听父亲的消息。母亲对迟迟不归的父亲感到失望,终于,有一天病倒后她再没有醒来。马可·波罗15岁时,他日思夜想的父亲终于归来了。

马可·波罗整天缠着父亲给他讲旅游中的故事。那个关于中国元朝忽必烈皇帝的故事,使马可·波罗十分好奇,他暗暗下定决心,自己有机会一定要到那个神秘的东方去看一看。

幸运的是,1271年夏天,马可·波罗的父亲和叔叔又要启程到中国去了,因为他们来的时候已答应元朝忽必烈皇帝,他们再回中国时,要请罗马教皇在欧洲选派有学问的贤人100名,并由他们带往中国。忽必烈要求这些贤人不仅要精通基督教教义,还要精通礼、乐、射、御、书、数等六艺,以便和中国的贤人互相辩论,以论证基督教是否是正确的信仰。已经16岁的马可·波罗也参加了这次东方之行。