當(dāng)繪畫捕捉科學(xué)發(fā)現(xiàn)

劉夕慶

布蘭德為追求淘金術(shù)而意外發(fā)現(xiàn)了磷，孟德爾通過豌豆實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造性地推導(dǎo)出了生物遺傳定律，巴斯德在研究中發(fā)明了“巴氏滅菌法”……這些里程碑式的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都曾定格在繪畫中，畫家希望將這些激動(dòng)人心的瞬間藝術(shù)地傳達(dá)給欣賞者，讓人們體會(huì)其中的藝術(shù)美和科學(xué)美。

繪畫展示事實(shí)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

科學(xué)史上的任何發(fā)現(xiàn)歸根結(jié)底都是在一定社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化背景下社會(huì)實(shí)踐的產(chǎn)物，符合科學(xué)發(fā)展的必然規(guī)律。然而，有些科學(xué)發(fā)現(xiàn)雖在科學(xué)發(fā)展的總進(jìn)程中是必然的，但其發(fā)現(xiàn)過程卻看起來并不那么合乎規(guī)律。比如，17世紀(jì)德國(guó)人布蘭德的煉金術(shù)生涯，就曾因一個(gè)意外的收獲而有了一幕喜劇性的結(jié)尾。

當(dāng)時(shí)，布蘭德受到煉金術(shù)的誘惑，開始狂熱地?zé)捴啤敖饘僦酢薄S金。破產(chǎn)之后，他又異想天開地認(rèn)為，人體是天地間最完美的，黃金則是金屬中最完美的，因此，要想得到煉金中不可缺少的“點(diǎn)金石”，很可能應(yīng)該利用人體生命活動(dòng)中的產(chǎn)物。于是，他開始蒸餾人尿。

?18世紀(jì)時(shí)，西方天文學(xué)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)成為時(shí)尚，研究天空的美麗和有序變成人們的一種普遍追求

1669年，他在一次蒸餾尿液的實(shí)驗(yàn)中，雖然沒有得到黃金，但卻意外地發(fā)現(xiàn)了一種十分美麗的白色蠟樣物質(zhì)，更神奇的是它在黑暗中竟能發(fā)出神秘而又美麗的亮光，于是布蘭德給這種物質(zhì)取了一個(gè)名字：“冷光”—這就是如今被我們稱為白磷的物質(zhì)。

雖然沒有因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)磷而發(fā)財(cái)，但是布蘭德的名字卻載入史冊(cè)。這—點(diǎn)大概連他自己也始料未及吧！

與布蘭德的意外發(fā)現(xiàn)相比，也曾迷戀煉金術(shù)的牛頓則是科學(xué)史上非常偉大的人物之一。例如，他提出了日光經(jīng)折射能分解成眾多色光這一重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。1665年，他所就職的劍橋大學(xué)由于鼠疫橫行而關(guān)閉。這期間他留在鄉(xiāng)下的家中，利用在斯特布里奇集市買的三棱鏡做光學(xué)實(shí)驗(yàn)。他寫道，正是在那里，“我買了一個(gè)三角棱鏡來做著名的光色現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)”—也就是左圖中所描繪的令人激動(dòng)的場(chǎng)景。畫中，牛頓的目光隨一縷陽(yáng)光投向展開的光譜，而他莊重的神態(tài)掩飾不住其內(nèi)心的興奮……

繪畫凸顯理論性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，特別是重大理論的提出，往往引發(fā)某一學(xué)科甚至整個(gè)科學(xué)界的革命?？茖W(xué)理論的提出是創(chuàng)造性思維的結(jié)果，它往往歸功于直覺、想象力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评怼⒀菟愕墓餐饔?，這就必然要涉及科學(xué)家的文化素養(yǎng)、心理結(jié)構(gòu)甚至性格特征等復(fù)雜的個(gè)人因素，有時(shí)還往往具有很大的偶然性。

從1856年開始，生活于奧地利的神父孟德爾進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)8年的豌豆實(shí)驗(yàn)。他首先從許多種子商那里弄來34個(gè)品種的豌豆，從中挑選出22種用于實(shí)驗(yàn)—它們都具有某種可以相互區(qū)分的穩(wěn)定性狀，例如高莖或矮莖、圓?；虬櫫！⒒疑N皮或白色種皮等。孟德爾通過人工培植這些豌豆，對(duì)不同代的豌豆的性狀和數(shù)目進(jìn)行細(xì)致入微的觀察、計(jì)數(shù)和分析，耐心地研究遺傳性狀及其變異規(guī)律。

經(jīng)過長(zhǎng)期思索后孟德爾認(rèn)識(shí)到，理解那些使遺傳性狀代代恒定的機(jī)制更為重要。終于，他利用家族園藝技術(shù)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)相關(guān)知識(shí)，創(chuàng)造性地推導(dǎo)出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系式。人們分別稱之為“孟德爾第一定律”（即遺傳分離規(guī)律）和“孟德爾第二定律”（即基因自由組合規(guī)律）—它們揭示了生物遺傳的奧秘。孟德爾酷愛自己的研究，經(jīng)常指著豌豆十分自豪地向前來參觀的客人說：“這些都是我的兒女！”幾乎同時(shí)代的達(dá)爾文絲毫不知道這些遺傳和變異的具體機(jī)理，但卻從“自然選擇”出發(fā)創(chuàng)立了生物進(jìn)化論，而孟德爾從數(shù)學(xué)規(guī)律上彌補(bǔ)了其理論的不足。

古往今來，當(dāng)天才迸發(fā)靈感的火花時(shí)，往往也被形容得非常傳奇。信不信由你，傳說牛頓是這樣領(lǐng)悟出萬有引力概念的：

在英國(guó)伍爾斯索普村，怡人的秋夜，牛頓坐在家鄉(xiāng)的蘋果樹下，一面望著月亮，一面沉思。忽然，一只蘋果掉落到地上—所有的東西一旦失去支撐，必然會(huì)墜落;那么，月亮呢？它也沒有支撐，為何不下落？剎那間，牛頓悟出了答案：使月球保持在軌道上運(yùn)行的力和將蘋果拉向地面的力是同一種力—凝視著蘋果和月亮，他發(fā)現(xiàn)了支配宇宙萬物的原動(dòng)力—萬有引力。

其實(shí)，1687年“萬有引力定律”的提出并非偶然，獲得它的定量數(shù)學(xué)形式不但要運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)知識(shí)，而且還可能需要哲學(xué)思辨的幫忙，更需要精于藝術(shù)研究。左邊畫作就凸現(xiàn)了牛頓發(fā)現(xiàn)這個(gè)偉大定律的故事。

事實(shí)與理論交織的科學(xué)繪畫

?（左圖）《內(nèi)科醫(yī)生的發(fā)現(xiàn)》——18世紀(jì)60年代福爾克瑪根據(jù)1659年內(nèi)奇爾的油畫制作的一幅雕版畫;（中圖）意大利物理學(xué)家伏打一生做過無數(shù)次電學(xué)實(shí)驗(yàn)，這幅圖描繪的是他發(fā)現(xiàn)電的場(chǎng)景;（右圖）古代西方天文學(xué)家托勒密用其科學(xué)發(fā)現(xiàn)來支持他的“地心說”

科學(xué)事實(shí)和理論這兩類發(fā)現(xiàn)不但互相聯(lián)系，而且互相促進(jìn)。例如，19世紀(jì)末以來，電子、X射線、放射性等的發(fā)現(xiàn)促成了原子結(jié)構(gòu)和原子核理論的建立，而后者又推動(dòng)了各種基本粒子的發(fā)現(xiàn)，為粒子物理學(xué)的誕生做好了準(zhǔn)備。

原子的存在是19世紀(jì)后期所有物理學(xué)家都接受的科學(xué)假定，它被設(shè)想為組成所有物質(zhì)的微小粒子。但是關(guān)于原子本身，科學(xué)家卻一無所知，同時(shí)，原子被認(rèn)為就像是毫無活力和不會(huì)變化的微粒。然而在1880～1920年間，這種關(guān)于原子的觀念被徹底推翻，引起這種觀念變化的第一個(gè)啟示就是放射性射線的發(fā)現(xiàn)。

倫琴于1885年在德國(guó)烏爾茲堡發(fā)現(xiàn)，他用于做一些實(shí)驗(yàn)的玻璃管會(huì)發(fā)射一種奇怪的高能射線。它們與光線有些關(guān)系，因?yàn)樗鼈冋丈涞焦饷艋瘜W(xué)物質(zhì)時(shí)，可以顯現(xiàn)出一種照片。但是最奇特的是它們好像能夠穿透固體，使倫琴可以利用它們來獲取放在封閉盒子里面物體的照片，它們還可以穿透人的肌肉而顯現(xiàn)出人的骨骼，這引起了科學(xué)界和公眾的轟動(dòng)。倫琴無法解釋這種射線，因而稱其為X射線，于是歐洲實(shí)驗(yàn)室里的眾多物理學(xué)家們開始研究起這種射線來。

在巴黎，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)元素鈾也發(fā)射類似的射線，而居里和他的妻子—科學(xué)史上著名的女性科學(xué)家居里夫人，后來繼續(xù)了這項(xiàng)工作。居里夫婦知道最豐富的自然鈾源是瀝青鈾礦物，后來他們進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，礦物中除了鈾之外，還有另外兩種元素，它們分別被稱為鐳和釙。他們發(fā)現(xiàn)這三種元素均發(fā)射某種形式的能量，這一發(fā)現(xiàn)使他們獲取了揭開物質(zhì)內(nèi)部秘密的又一把金鑰匙—物質(zhì)的放射性。

巴斯德是法國(guó)人，一生進(jìn)行了多項(xiàng)探索性的研究，并取得了眾多重大發(fā)現(xiàn)。他用畢生的精力證明了三個(gè)科學(xué)問題：第一，每一種發(fā)酵都是源于一種微生物的作用。他發(fā)現(xiàn)用加熱的方法可以殺滅那些讓啤酒變苦的惱人的微生物，很快，“巴氏滅菌法”便應(yīng)用在各種食物和飲料上。第二，大部分傳染病都源于一種微生物在生物體內(nèi)發(fā)生作用—由于發(fā)現(xiàn)并根除了一種侵害蠶卵的細(xì)菌，巴斯德拯救了法國(guó)的絲綢工業(yè)。第三，導(dǎo)致傳染病的微生物，在特殊的培養(yǎng)之下可以減輕致病作用，使它們從傳染源變成防病的疫苗。巴斯德意識(shí)到許多疾病均由微生物引起，于是建立起了細(xì)菌理論。

總之，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一切科學(xué)活動(dòng)中最令人激動(dòng)的事情，難怪愛因斯坦在描述他發(fā)現(xiàn)慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量等價(jià)性這一科學(xué)事實(shí)時(shí)，稱之為他一生“最幸福的時(shí)刻”。那么當(dāng)畫家將這些激動(dòng)人心的瞬間藝術(shù)地傳達(dá)給觀眾，并使他們獲得觸動(dòng)和感悟時(shí)，何嘗不也是一種幸福呢？