那些改變世界的民間科學(xué)愛好者們

□ 石毓智

那些改變世界的民間科學(xué)愛好者們

□ 石毓智

科技創(chuàng)新是現(xiàn)時(shí)的熱門話題。實(shí)際上，科技創(chuàng)新不僅要靠科技工作者，也需要民間科學(xué)愛好者的參與，這樣才能形成熱愛科學(xué)的社會(huì)氛圍。因?yàn)橛惺裁礃拥娜罕姁酆?，就?huì)出現(xiàn)什么樣的大師。

一個(gè)家庭婦女發(fā)現(xiàn)了疫苗

歷史上，傳染病造成了人類一次又一次的大災(zāi)難。比如，15世紀(jì)前后在歐洲流行的黑死病，奪走了將近一半人的生命，而天花則讓無數(shù)的人失去生命或者留下疤痕而毀容。疫苗的發(fā)現(xiàn)阻止了這些疾病的傳播，挽救了無數(shù)人的生命?？墒墙臃N疫苗的最早發(fā)現(xiàn)者，則是一位沒有受過任何科學(xué)訓(xùn)練的家庭婦女，她就是英國人瑪麗·蒙塔古夫人。

1712年，時(shí)年24歲的瑪麗·蒙塔古夫人隨擔(dān)任英國大使的丈夫來到土耳其。她就是個(gè)文學(xué)愛好者，平時(shí)除了服侍丈夫外，就是寫寫詩什么的。

蒙塔古夫人發(fā)現(xiàn)了疫苗

在土耳其，蒙塔古夫人發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厝瞬坏锰旎ú。磕甓加袛?shù)以萬計(jì)的人患上這種可怕的疾病。她進(jìn)而注意到土耳其有這樣一種習(xí)俗：一個(gè)家族對那些有可能患天花的人，會(huì)提早作預(yù)防，預(yù)防的辦法就是用一枚堅(jiān)果殼盛著有天花細(xì)菌的液體，將一枚針頭在這些液體中浸一浸，然后用受污染的針，扎他們的靜脈。被感染后的人會(huì)發(fā)低燒，出現(xiàn)輕微麻疹，可是在床上躺兩三天就好了，隨后就不容易得天花了。

翌年，蒙塔古夫人回到英國，開始宣講接種疫苗的療效。可是在一般人心目中，蒙塔古夫人連個(gè)民科都算不上，就是個(gè)只能圍著鍋臺(tái)轉(zhuǎn)的家庭婦女，所以沒有人理會(huì)她說的那一套。盡管如此，蒙塔古夫人不放棄，繼續(xù)到處宣講。

蒙塔古夫人的舉動(dòng)終于感動(dòng)了威爾士的一位公主，她同意在犯人和孤兒身上先做實(shí)驗(yàn)。蒙塔古夫人就從天花病人的水泡中抽取膿水，再把少量這種致命細(xì)菌注射到受試者身上。結(jié)果，這些接種的人，患天花的幾率大幅下降，就算得了天花，死亡率不到普通人的三分之一，而且這些人的病勢較輕，不留傷疤者是普通人的五倍。

接種天花疫苗的技術(shù)，后來經(jīng)過英國外科醫(yī)生愛德華·詹納完善后，開始大規(guī)模給兒童接種，使這種可怕的疾病得到有效的遏止，愛德華·詹納因此被人稱為“免疫學(xué)之父”。如果沒有蒙塔古夫人的創(chuàng)新，就沒有詹納醫(yī)生對天花疫苗的發(fā)展和貢獻(xiàn)，人類受這種疾病折磨的時(shí)間或許還要拖延許久。

今天的人們，已經(jīng)可以靠接種牛痘而免遭天花的威脅，可是人們很難想到，這種保障人類生命和健康的醫(yī)療技術(shù)，竟來自于一個(gè)家庭婦女的觀察與執(zhí)著。

修道院的神父創(chuàng)立了遺傳科學(xué)

在一般人看來，科學(xué)與宗教是不相容的兩個(gè)領(lǐng)域，然而生命科學(xué)的鼻祖卻是一位修道院的神父。1865年，奧地利神父孟德爾發(fā)現(xiàn)了生物遺傳的規(guī)律，在他的工作的啟發(fā)下，后來的科學(xué)家又相繼發(fā)現(xiàn)了基因、染色體、DNA和人類基因組，這一連串的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)又進(jìn)而推動(dòng)了醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展，攻克了很多疑難疾病的治療難題。

奧地利的布魯恩修道院坐落在一個(gè)風(fēng)景旖旎的小山上，孟德爾就在這里當(dāng)神父，他除了處理宗教事務(wù)外，業(yè)余時(shí)間還喜歡種豌豆，而且年復(fù)一年都種這種植物。

神父孟德爾創(chuàng)立了遺傳學(xué)

孟德爾種莊稼的方式不同于一般的農(nóng)民，他是位勤于動(dòng)腦、善于觀察的人。他用一種高棵豌豆與低棵豌豆雜交，再從雜交的豌豆中挑選高個(gè)豌豆的種子，第二年再種。結(jié)果發(fā)現(xiàn)有少數(shù)豌豆長得很矮，即低棵豌豆的特征在第二代身上又出現(xiàn)了。

于是，孟德爾又把黃豌豆與綠豌豆雜交，第一代長出的全是黃豌豆，但是在第二代中，雖然大部分是黃豌豆，也有少量的綠豌豆，但是從來沒有出現(xiàn)黃綠混合后的青豌豆。就是說，豌豆的顏色可以復(fù)現(xiàn)，但是從不混雜。

孟德爾經(jīng)過連續(xù)六年的觀察，發(fā)現(xiàn)雜交豌豆的生長規(guī)律，即在第二代身上，四分之一的植物發(fā)生變化，即顯示回歸第一代的特征。他最后得出結(jié)論，遺傳特征不混雜，它們代代相傳，只有這種特征在占據(jù)一株植物的主導(dǎo)時(shí)，才會(huì)顯現(xiàn)出來。

從孟德爾的發(fā)現(xiàn)中，可推出普遍的遺傳規(guī)律，就無數(shù)祖先的生理特征打包成“基因”，留在下一代身上。即便是一種特征在某一代身上沒有出現(xiàn)，但這些基因在遺傳過程中，也不會(huì)發(fā)生混雜現(xiàn)象。

孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律的過程給人以啟發(fā)，不管你從事什么職業(yè)，不管你受過什么訓(xùn)練，只要抱著一顆好奇心，觀察日常事務(wù)，會(huì)理性思維，就能夠做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

律師費(fèi)馬發(fā)現(xiàn)了“費(fèi)馬大定律”

一位律師提出了“費(fèi)馬大定律”

科學(xué)是在解決問題的過程中進(jìn)步的，提出好問題會(huì)激發(fā)人們思考，不管最后是證實(shí)還是證偽，都將推動(dòng)科學(xué)發(fā)展。歐洲科學(xué)的發(fā)展走的就是這個(gè)模式，一個(gè)人提出一個(gè)猜想或者假說，后來經(jīng)過一代又一代人探討，甚至幾個(gè)世紀(jì)后才找到答案，最后推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展。然而，不少影響科學(xué)發(fā)展的問題是來自民間科學(xué)愛好者甚至普通民眾。

就像中國人愛好詩文一樣，法國人癡迷于數(shù)學(xué)。中國人在閑暇時(shí)間喜歡背誦唐詩宋詞，所以民間詩人很多，并以吟詩作賦來顯示自己的才華。而很多法國人在閑暇時(shí)間喜歡看數(shù)學(xué)，相互之間喜歡交流數(shù)學(xué)問題，以提出和解決數(shù)學(xué)問題來證明自己的智慧。

17世紀(jì)中葉，法國有一位叫費(fèi)馬的律師，白天幫人打官司賺錢養(yǎng)家，晚上就看數(shù)學(xué)書消遣解悶。一天閑暇，他翻看丟番圖的《算術(shù)》，眼睛盯著那著名的畢達(dá)哥拉斯公式：a2+b2=c2，他突發(fā)奇想，如果把平方改為立方、四次方……N次方，自然數(shù)中是否還存在著這樣的整數(shù)關(guān)系呢?費(fèi)馬驗(yàn)證了無數(shù)次，答案都是否定的。就是費(fèi)馬這一閃念，才出現(xiàn)了一個(gè)世界級(jí)的數(shù)學(xué)猜想：“將一個(gè)立方數(shù)分成兩個(gè)立方數(shù)之和，或一個(gè)四次冪分成兩個(gè)四次冪之和，或者一般地將一個(gè)高于二次的冪分成兩個(gè)同次冪之和，這是不可能的。”

這一猜想困擾了人們300多年之久，期間無數(shù)杰出的數(shù)學(xué)家嘗試證明它，其中包括高斯、歐拉這些大腕兒，可是都沒有成功。直到上個(gè)世紀(jì)90年代，英國數(shù)學(xué)家懷爾斯才最后證明了。這個(gè)猜想被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)成就，美國的《時(shí)代周刊》發(fā)專文報(bào)道此事，時(shí)任美國總統(tǒng)的克林頓還在白宮接見了這位數(shù)學(xué)家。

在數(shù)學(xué)發(fā)展史上，費(fèi)馬大定理提出的意義一點(diǎn)也不亞于哥德巴赫猜想?？墒侵袊舜蠖贾栏绲掳秃詹孪?，不太清楚費(fèi)馬大定理的價(jià)值。其實(shí)，陳景潤只證明了哥德巴赫猜想的輔助性定理，這個(gè)猜想迄今仍然沒有被證明。中國優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家不少，但就缺少像費(fèi)馬這種能夠提出問題的人，這就是中國數(shù)學(xué)與世界的差距。

正是法國人具有這種喜愛數(shù)學(xué)的傳統(tǒng)，不僅使法國在歷史上出現(xiàn)過像高斯這樣一批數(shù)學(xué)家，而且今天的數(shù)學(xué)水準(zhǔn)在世界上仍然是數(shù)一數(shù)二的。拿數(shù)學(xué)國際最高榮譽(yù)——菲爾茲獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人數(shù)來說，美國迄今為止有12人獲獎(jiǎng)，名列世界第一；法國則有9人獲獎(jiǎng)，名列世界第二。要知道美國的人口是法國的五倍以上，而且它不斷收羅世界各地的人才。由此可知，法國民眾的整體數(shù)學(xué)水準(zhǔn)如何了得。有什么樣的大眾愛好，就會(huì)出什么樣的天才。

居民散步走出了兩個(gè)數(shù)學(xué)分支

除了費(fèi)馬這種數(shù)學(xué)民科外，普通百姓的一些想法也會(huì)促使科學(xué)發(fā)展?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)的兩個(gè)重要分支——圖論和拓?fù)鋵W(xué)就是來自普通城鎮(zhèn)居民的日常休閑活動(dòng)。

17世紀(jì)初葉，德國的哥尼斯堡附近河流縱橫，上面有七座小橋連接，居民們常來這里散步休閑。他們中就有人提出了這么一個(gè)問題：“誰可以不重復(fù)地一次走完這七座橋?”這個(gè)問題的提出就不一般，其中就包含著深刻的數(shù)理思維。盡管有很多人反復(fù)嘗試，但都無法做到這一點(diǎn)。到底是邏輯上完全不可能，還是沒有找到合適的途徑?對此，當(dāng)?shù)氐木用癜偎疾坏闷浣?。這些連數(shù)學(xué)民科都算不上的居民只能提出問題，但是沒有能力去證明它。然而科學(xué)發(fā)展史證明，提出問題比證明問題往往更有意義，這是促使科學(xué)飛躍發(fā)展的契機(jī)。

1736年，時(shí)年才29歲的歐拉來到哥尼斯堡旅游，聽說了這個(gè)問題，他就是用數(shù)學(xué)方法嚴(yán)格證明了這個(gè)“七橋問題”，最后得出結(jié)論：“不重復(fù)地一次走完這七座橋”在邏輯上是不可能的。歐拉向圣彼得堡科學(xué)院遞交了《哥尼斯堡的七座橋》的論文，在解答這個(gè)居民所提的問題的同時(shí)，開創(chuàng)了數(shù)學(xué)的兩個(gè)新的分支——圖論與拓?fù)鋵W(xué)，也由此開辟了數(shù)學(xué)史上的新歷程。

“七橋問題”這件事很能說明，德國能出現(xiàn)了歐拉、希爾伯特這些偉大的數(shù)學(xué)家，是與德國民眾的科學(xué)好奇心和邏輯思維分不開的。

歐 拉

喬布斯（左）和沃茲設(shè)計(jì)出人類第一臺(tái)個(gè)人電腦

家庭電腦俱樂部催生第一臺(tái)個(gè)人電腦

蘋果公司賴以建立的第一款產(chǎn)品是Apple II型電腦，這是世界上第一款真正意義的個(gè)人電腦，被譽(yù)為人類100個(gè)最偉大的發(fā)明之一。設(shè)計(jì)這款電腦的喬布斯和沃茲，當(dāng)時(shí)都是二十幾歲的小伙子，他們被時(shí)任美國總統(tǒng)的里根在白宮接見，并被授予“總統(tǒng)發(fā)明獎(jiǎng)”。

亦如中國的改革開放，已走過萬水千山，但仍需不斷跋山涉水；已呈“大潮奔涌逐浪高”的壯闊，也進(jìn)入“中流擊水非奮楫不能進(jìn)”的關(guān)口——

其實(shí)喬布斯和沃茲都是電子設(shè)計(jì)的民科。這款電腦的主要設(shè)計(jì)者是沃茲，他在科羅拉多大學(xué)只念了一年就輟學(xué)了?；氐皆谂f金山灣區(qū)的老家，繼續(xù)上社區(qū)夜校，什么正經(jīng)的學(xué)位也沒有。他老爸是加州理工學(xué)院畢業(yè)生，從他老爸那里學(xué)到一些零零碎碎的電子學(xué)知識(shí)。而他的主要知識(shí)來源大都是靠自學(xué)，那款電腦是在喬布斯家車庫里利用業(yè)余時(shí)間搗鼓出來的。

可以說，喬布斯比沃茲更民科。他在一個(gè)側(cè)重人文藝術(shù)的里德學(xué)院只讀了一年就輟學(xué)了，學(xué)了些文學(xué)、書法之類的課程。他對電子的知識(shí)主要來自兩個(gè)方面，一是他中學(xué)時(shí)候參加過惠普公司舉辦的青少年電子設(shè)計(jì)夏令營，二是他爸爸是個(gè)汽車修理工人，喬布斯小時(shí)候經(jīng)常站在一邊看爸爸拆裝汽車?yán)锏碾娮釉骷?，從而獲得一些直觀感受。

喬布斯和沃茲對電子發(fā)明的熱情和靈感，都來自一個(gè)民間電腦愛好者組織。美國大眾有一種社會(huì)風(fēng)尚，那就是具有共同科技愛好的人自發(fā)組織起來，定期聚會(huì)交流思想。上個(gè)世紀(jì)70年代初，與斯坦福大學(xué)緊鄰的帕洛奧圖鎮(zhèn)，出現(xiàn)了一個(gè)純粹的自發(fā)民間組織“家庭計(jì)算機(jī)俱樂部”，它把該地區(qū)具有共同愛好的居民團(tuán)聚在一起。他們每個(gè)周末在其中一家聚會(huì)，成員什么背景都有，有電子設(shè)計(jì)愛好者，有商店老板，有中小學(xué)生，也有家庭主婦。在電腦剛剛興起的時(shí)代，這種組織使得各種新思維或者新點(diǎn)子，迅速在具有共同愛好的人群中交流傳播。

沃茲形容第一次俱樂部會(huì)議對他的影響：“那天晚上是我一生中最重要的時(shí)刻?！蔽制澓蛦滩妓钩跗诘膭?chuàng)意和機(jī)遇，都直接來自這個(gè)俱樂部。沃茲在這次聚會(huì)上看到一個(gè)微處理器的規(guī)格表，那天晚上回到家里，沃茲就開始設(shè)計(jì)后來成為Apple I型計(jì)算機(jī)草圖，嘗試把鍵盤、屏幕、計(jì)算機(jī)整合在一套個(gè)人裝置中。沃茲在此基礎(chǔ)上又設(shè)計(jì)出了升級(jí)版Apple II型電腦，這款電腦一出來就風(fēng)靡世界，是蘋果公司賴以建立的經(jīng)濟(jì)支柱。

這個(gè)家庭計(jì)算機(jī)俱樂部對喬布斯和沃茲的創(chuàng)業(yè)生涯至為關(guān)鍵，他們的創(chuàng)造欲望、設(shè)計(jì)靈感、第一個(gè)買主都是來自這個(gè)民間科技俱樂部。這再一次證明有什么樣的群眾愛好，就會(huì)出現(xiàn)什么樣的大師。

科學(xué)和體育在這方面是相通的，巴西、阿根廷這些國家的足球?yàn)楹伍L盛不衰，就是因?yàn)樗麄冇幸粋€(gè)熱愛足球的群眾基礎(chǔ)，這就保證了足球明星一代又一代層出不窮。歐美為何科學(xué)發(fā)達(dá)，這與它們擁有廣泛的愛好科學(xué)的群眾基礎(chǔ)不無關(guān)系。

愛因斯坦25歲時(shí)在伯爾尼專利局

專利局的三級(jí)小職員提出相對論

愛因斯坦的相對論不僅推動(dòng)了物理學(xué)的巨大進(jìn)步，也深深改變了人們的世界觀，因而被譽(yù)為近一個(gè)世紀(jì)以來人類的頭號(hào)天才。

實(shí)際上，提出相對論時(shí)的愛因斯坦，嚴(yán)格來說還是位民科。雖然他是蘇黎世工學(xué)院的畢業(yè)生，但是要知道，他所在的這所大學(xué)在當(dāng)時(shí)只是一個(gè)培養(yǎng)技術(shù)人才和中學(xué)老師的職業(yè)學(xué)院，不是培養(yǎng)科學(xué)家的，尚沒有授予博士學(xué)位的資格。當(dāng)然，他后來在蘇黎世大學(xué)拿到了博士學(xué)位。

當(dāng)時(shí)，在蘇黎世工學(xué)院畢業(yè)后，愛因斯坦在瑞士的伯爾尼市的一家專利局做一個(gè)助理鑒定員，從事電磁發(fā)明專利申請的技術(shù)鑒定工作。愛因斯坦每天要工作8個(gè)小時(shí)，工作很繁重，只有下班和周日才有時(shí)間思考理論物理問題。

那時(shí)愛因斯坦跟典型的民科一樣都是“三無”：沒有資金，沒有設(shè)備，沒有專門的時(shí)間搞科研，所以只能利用自己的業(yè)余時(shí)間做些“思想實(shí)驗(yàn)”來提出自己的假說。

1905年是愛因斯坦一生中成就最輝煌的一年，當(dāng)時(shí)他只有25歲，這是他在專利局工作的第三個(gè)年頭，此時(shí)還是一個(gè)三級(jí)小職員。他對科學(xué)的最重要貢獻(xiàn)都是這一年做出來的，提出了一種革命性的光量子理論，間接證明了原子的存在，解釋了布朗運(yùn)動(dòng)，顛覆了經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空概念，并提出了科學(xué)上最著名的質(zhì)能方程：E=mc2。沒有這一年的成就，愛因斯坦就可能在專利局長期工作下去。

更重要的是，即使愛因斯坦做出了這些重要成就，如果沒有重要的人物發(fā)現(xiàn)愛因斯坦所提理論的價(jià)值，他也很可能被淹沒了，而以一個(gè)默默無聞的小職員終其一生。愛因斯坦的伯樂就是當(dāng)時(shí)歐洲理論物理學(xué)界的巨擘——普朗克，可以這樣說，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了相對論，普朗克發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦。

愛因斯坦利用在專利局工作的業(yè)余時(shí)間連寫了三篇論文，送給《物理學(xué)紀(jì)事》刊物發(fā)表，負(fù)責(zé)理論物理審稿的就是普朗克。假如普朗克一看這位作者的背景，就是一個(gè)專利局的小職員，所說的又都是些沒有經(jīng)過科學(xué)驗(yàn)證的理論假說，因而看不上愛因斯坦的文章，甚至不看一眼就把他的這些文章扔到廢紙簍里，那么很可能就沒有人知道相對論這回事了。

慧眼識(shí)英才的普朗克，不僅連續(xù)發(fā)表了這位專利局小職員的文章，而且還專門做演講宣傳愛因斯坦的理論。爾后普朗克又多次與這位二十幾歲的年輕人通信交流，并說要到伯爾尼的專利局去看望他。這不僅對年輕的愛因斯坦是莫大的鼓勵(lì)，而且給予了這位年輕人極大的信心投身科學(xué)研究。普朗克對民科的做法值得今日位居高位的科學(xué)家或者院士們借鑒。

實(shí)際上，愛因斯坦的許多數(shù)理知識(shí)，都是少年時(shí)自學(xué)來的。12歲時(shí)，他自學(xué)歐幾里德幾何，開始懷疑歐幾里德的假定。16歲時(shí)，他自學(xué)完微積分。

愛因斯坦回憶道，他的相對論思想始于他16歲的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，那時(shí)他還是一個(gè)中學(xué)生。當(dāng)時(shí)他設(shè)想，自己騎著一個(gè)光束去追趕另一個(gè)光束會(huì)怎么樣，感到經(jīng)典物理的一些規(guī)律將會(huì)被動(dòng)搖。這一想法一直困惑了他十幾年，直到他大學(xué)畢業(yè)到專利局工作時(shí)，才突發(fā)靈感，僅憑直覺提出了相對論。

可是直到1919年，通過觀測日全食證明了愛因斯坦的理論預(yù)測，愛因斯坦才在全世界名聲大噪。1921年，愛因斯坦獲得了物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。雖然從此以后愛因斯坦的名聲越來越大，榮譽(yù)越來越多，但是他的科學(xué)貢獻(xiàn)以獲得諾貝爾獎(jiǎng)這一年為分水嶺，他一生最輝煌的成就都是此前做出來的。

（摘自《羊城晚報(bào)》）