研读科学发展史 探索创新的成功路〈一〉

           ----几大科学创新为大小宇宙探索开辟先河

                        都世民

在科学网和其它网站，对“创新”议题己有不少讨论。说法颇多，看法各异，见仁见智。毕竟科技工作者一生之中，都在追求创新，至于创新的目的、创新的领域、创新的层次是有相当大的差异。通常人们认为：一篇科技论文、一项专利、一项科技成果、一项新技术革新等都是创新，创新是有多种表现形式。

如果我们仔细想一想，盘点一下已有科技创新，你会发现创新的内在含义、经济价值、社会效益、对諸多学科的影响等，是有显著差异的。

有人认为科技创新不难，只要有灵感，注意观察和思考、“旧瓶装新酒”、从边缘学科受启发、利用逆向思维法、从大数据中寻找，把创新概念细化为很多个能够“情景化”或可操作的目标等就可以创新。有人却认为科技创新来之不易，是很难的事情。是难还是易？应该怎样看待这一问题？笔者下面讨论这一议题。

1.从麥克斯韦的预言到赫兹的试验证实[1]

电磁学开创者是英国科学家麦克斯韦。人们称他为“电波之父”。1831年11月13日，他出生在英国古都爱丁堡印度街14号。

1861年10月，麥克斯韦在伦敦皇家学院做试验时，他发现位移电流的传递速度为每秒193088英里与法国科学家菲索测量出的光速为每秒193118英里，非常接近。这一灵感发现启迪了麥克斯韦，经过几个月的反复思考和论证，他断定光就是电磁波，这是划时代的发现！他在英国《哲学杂志》4卷23期上，发表了“论物理的力线”的论文。麥克斯韦这篇论文，在当时引起很大轰动。他没有因此而满足，他用毕生的精力，夜以继日地辛勤工作，探索科学真理。

1873年，麥克斯韦撰写的《电磁学通论》公开出版了，这部辉煌巨著是他几十年心血结晶，是人类对电磁现象和规律的探索，所做的全面系统的总结，还预言电磁波的存在。在理论上有深远的指导意义。

由于电磁波是看不见、摸不着的物质，这一预言的提出让科技界震惊，让一批守旧的专家和权威们怀疑、反对。这种情况在科学史上並不鲜见。麥克斯韦是从理论上阐述了电磁波的存在，但无试验证实。这一神秘莫测、玄而又玄的电磁波，在当时有不少专家学者望尖莫及，无法证明电磁波的真实存在。这使当时大多数科学家对此持怀疑态度，当时很有名望的威康廉.汤姆生也不敢支持他。

人们的不理解，科学家们的怀疑，社会的不承认，妻子又得了重病，真是内外交困。但麥克斯韦仍然坚信电磁波的存在，他最后的讲课，台下只有两个学生。可想而知，麥克斯韦为探索科学真理，奋斗一生，无私无畏，直到他生命的最后一年，1879年11月５日，他离开了人世，他的预言和贡献未得到社会认可。

应当指出的是，当时在德国，还把麥克斯韦的电磁理论当作“异端”。因为麥克斯韦的理论否定了旧的传统观念，这无疑是对社会已经承认的观念的一种“叛逆”。

1888年，德国科学家赫兹公布了自己的科学试验，证实了电磁波的存在。让麥克斯韦的预言在26年后得到社会的承认。赫兹证明电磁波的存在，是因为他发明了收发天线，将振荡回路产生的电磁场，从这笼子里释放到自由空间，他在荧火虫的闪亮中受到灵感启迪，自已用棉被制作暗室，才看到莱顿瓶放电瞬间所产生的微弱火花，才得以证明电磁波的存在！

2.人类飞上天空

早在13世纪，马可.波罗曾记载中国有人用巨大风筝实现了人类飞翔的梦想，能像鸟一样在天空中飞翔。1783年，10月15日，在法国安诺内，一个造纸厂厂主约瑟夫.蒙戈菲尔和雅克.蒙戈菲尔，首次利用无动力热气球，载着2人，飞上天空。，后来又载7人飞上3000英尺高空。这是首次载人飞行！

19世纪，人类没有找到动力，一直使用无动力滑翔机进行航空学研究。直到1903年12月17日，美国北卡罗来纳州基蒂霍克的莱特兄弟，首次实现有动力飞行，是可操控的飞行。

应当指出的是，从无动力载人飞行到有动力载人飞行，历时120年，在这期间航空学研究受到守旧的权威们泼冷水，认为是不可能实现的。

在当时杰出的天文学家西蒙.纽科姆就认为：“没有已知的物质，已知的机械形式，已知的动力形式，能夠汇集到一个机器上，由人来驾驶，在空中进行长距离飞行。”另外，英国皇家学会主席开尔文勋爵认为：“除了乘坐气球飞行，我对航空没有丝毫信心，不期待这方面有任何试验会得到好结果。”唱反调的权威中，还有获得千项发明的大发明家托马斯.爱迪生，在1895年11月17日曾说过：“在我看来，在两三年前被认为可以解决飞行器问题的飞机，现在看来已经不可能飞上天了。”

令人们惊奇的，令权威们难以置信的是，莱特兄弟首次实现了有动力飞行。他们俩人高中尚未毕业，他们刻苦学习，勇于实践，于1903年3月申报了专利，12月17日进行了5次飞行，飞行距离为260米。

1930年，英国一名飞行员弗兰克.惠特尔首次申报了喷气式飞机发动机的专利。6年后，德国发明家汉斯.冯..奥海因博士注册了喷气式飞机发动机的专利。首次使用喷气发动机的飞机是德国亨克尔HE178型飞机，是使用汉斯.冯..奥海因喷气式飞机发动机的专利。而英国第一驾喷气式飞机是1941年。

3.三百年冤案的伽里略[3]

1564年，实验科学奠基人伽里列奥.伽里略出生在意大利比萨城。他17岁就考上了比萨大学。他在学习时从来不迷信权威，他头脑里充满着各种各样的问题，他总是想自己回答所提出的问题，在可能的情况下，他喜欢用实验来寻找答案。

有一天，伽里略坐在教堂里，看见一盏油灯在空中来回摆动，就在这时，一个孩子将油灯点亮，此后油灯仍然来回摆动。这一现象触发了他的灵感，夲来悬挂在绳子上的物体来回摆动是平常事，可是他抓住不放，深入细致观察，他数着自己脉搏，注视着油灯在不同摆幅的情况下，所需的时间是相同的。伽里略在油灯摆动中，发现了“等时性原理”。正是这个原理，如今己应用在时钟计时、日食计算和星辰运动的推算等多个方面。

1609年，德国天文学家开普勒在《新天文学》一书中，宣传哥白尼的太阳中心说，这一学说吸引了伽里略，他想自己来证明哥白尼学说。

此后不久，他的一位朋友送给他一个特殊的镜片，伽里略如获至宝，不断改进，制作了望远镜，用它观察天体月亮,探索宇宙的奥秘，他发现了银河是由许许多多小星星汇聚而成。他还发现太阳表面有黑点，黑点位置不固定，是变化的。于是他断言太阳夲身有自转。

1610年1月7日夜晚，伽里略用最新研制的望远镜对准木星，他发现木星旁有3个小行星，两个在左，一个在右。可是到第二天晚上，这3个小行星都跑到右边。过两天有两个在左，一个在右。又过两天，3个小星却变成4个。左边3个，右边1个。因此他断言四个小星在绕木星公转。于是他认为太阳系也如此。后来又观察金星。都表明哥白尼太阳中心说是正确的。太阳是太阳系中心，地球和其它星球都绕着太阳转动。

然而，伽里略的科学研究和创新，却触犯了罗马帝国继承下来的天主教。1611年前后，伽里略被列入黑名单，哥白尼学说被天主教说成“异端邪说”。1616年，教会强迫他不再宣传哥白尼中心说。

伽里略没有屈服，他为真理而奋斗，于1630年完成了自己的著作《关于哥白尼和托勒密两种世界体系的对话》，1632年2月正式出版。同年10月，教会法庭传唤他，1632年6月22日，法庭宣判他为终身囚徒。1641年冬天，他患病，于次年1月８日离开了人世。直到1970年，伽里略才冤案平反。罗马教皇才认识到错误，给伽里略平了反，三百年冤案才得以昭雪。伟大的科学家为人类贡献了自己一生，永垂不朽！

4.巴士特的细菌学说和赛麥尔维斯的感染理论

1822年12月27日，巴士特生于法国米拉省的多尔城。他喜欢学习新知识，而且注重任何小发明。他从一位学生的父亲比谷那里学习酵母，比谷用显微镜选择酵母，但比谷便不知道酵母到底是什么机理。

巴士特为了弄清这一机理，他反复仔细观察，灵感告诉他：酵母里有“小生命”。为此，他用显微镜观察酸了的牛奶，真的发现有一些小球，与发酵的酒汁中酵母一样。他把显微镜下的小球取出，放入新鲜的液汁中，观察其变化，发现又生出许多小球。于是他认为使酒和牛奶变酸就是这些小东西形成的。

1859年，达尔文的著作给巴士特很大启迪，巴士特认为：生命既然是由生命来的，那么这些细小的微生物生命就应该是由微生物繁殖出来的。

巴士特的这一创新，却触犯了当时流行的说法，这就是那些细小微生物是自然产生的。反对巴士特的人把他说成“马戏团演员、骗子和小丑”。

1881年，巴士特开始关注疯狗，他亲眼见到8个人，因被疯狗咬，先后都死了。他很想搞清楚疯狗咬人后，其唾液里到底隐藏了什么秘密？是不是藏着一种病毒细菌？他却未找到疯狗与健康狗的唾液里有差异的细菌。后来他从疯狗的脊髓里找答案，他将取出的疯狗脊髓注入到健康狗和兔子，却发现牠们都变疯了。

后来，巴士特开始寻找预防疯狗病的方法。他研制了预防菌苗，通过试验终于治好了被疯狗咬了的孩子。从1885年7月到1886年3月，他就挽救了350人的生命。巴士特七十岁时，他被称为法国不可磨灭的功勋。英国著名医生黎斯德在颂扬巴士特贡献时说：“人类有史以来，传染病就是一个不可思议的秘密，如今巴士特揭开了这层面纱！”.1895年9月28日，巴士特告别了人世。他从微观世界去探索小宇宙的秘密，挽救了许多人的生命，他永远活在人们的心中！

依格纳茨.咋菲利普.赛麥尔维斯是研究妇科疾病产褥热，这种病通常是由链球菌引发的。这种病在当时有一些医院的死亡率高达100％。由于母亲的死亡就导致新生儿的夭折。赛麥尔维斯进行了大量地研究，他潜心研究产褥热的发病机理。当时有很多理论试图解释这种病的病因，例如，毒气理论、乳汁转移理论等，持这些理论的人均认为这种病是孕妇自身生理现象所致。但没有人知道解决办法。

1847年，一位从事法医学研究的教授雅克布.科勒沙在尸体解剖时，不小心手指被手术刀划破，不久便死亡。此事让赛麥尔维斯推断产褥热病和该医生死亡是血液中毒所致。从此以后，他开始注重预防感染，研制消毒液。他用实践证明感染理论的正确，降低了死亡率。他于1847年12月和1848年4月，在维也纳医学会期刊上发表了消毒方面的论文。1850年5月15日和6月18日，又向医学会递交了“产褥热的起源”的论文。

赛麥尔维斯的论文发表后，遭到权威和同行们的反对、攻击、羞辱。今天看来这些反对者的声音是十分可笑的，他们认为医生手术前洗手和对器具消毒伤害了他们的感情，丟了面子。他们看不见微小细菌的存在，更不知道因细菌而感染，从而导致病变。一直到1858年1月2日，他向医学会陈述，他的几个讲座发表在匈牙利医学期刊上。该刋编辑马库索夫斯基评价他：“赛麥尔维斯在我们各位面前，以坚定的信念，阐明了他的教学，证明他不仅是一位为真理而战斗，而且能用生命捍卫真理的人。他对工作敬业有目共睹，他的讲演深深地打动了在场的每一位。”1861年，他岀版了543页的著作《产褥热的病原学、概念及预防》。

赛麦尔维斯在晚年受到很多折磨、攻击，其死亡原因也受争议。直到1875年，约瑟夫.李斯特根据巴士特细菌学说並引入预防感染的措施，才让感染理论得到社会承认，为世界广泛认可。

笔者列举了科学史上几大创新，其目的是：

1.探索科学创新的共性与个性；

2.探索科学创新的灵感来自哪里？

3.探索科学创新的阻力与动力；

4.探索科学创新的模式能否效仿和复制等相关议题。

  参考资料

[1]松鹰，“电磁之父---麥克斯韦”，贵州人民岀版社，1981年12月。

[2]Stanton  Friedman, Kathleen Marden,孙乔译,“科学的遗憾”，上海科学技术文献岀版社，2011年6月。

[3]胡学海编著，“科学家成功之路”，江苏人民出版社，1982年6月。