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科學史上那些盛極一時的“著名理論”是如何被攻破的,?

 zjshzq 2021-01-02

《雅典學院》名畫中的亞里士多德和柏拉圖


來源 | 《自然》百年科學經典

在科學發(fā)展的過程中,曾經涌現出不少盛極一時而后被證明是錯誤的理論,。
這些理論有的也許在今天看來悖謬荒誕,,但是從整個科學發(fā)展的過程來看,它們仍然有其作用和價值,,是鑄就今天這座宏偉科學殿堂所不可缺少的階石哦,。
那么科學史上都有過哪些著名的錯誤理論,它們又是如何被科學大師們一輪輪圍攻直至土崩瓦解的呢,?
要回答這個問題,,恐怕三天三夜也未必能講得完呀。我在這里通過一個例子,,向大家“回放”一下科學史上百家爭鳴的盛景,,希望諸位從中能夠體會到那個時代科學家們對真理的好奇心、自由探索的激情和嚴謹篤實的科學態(tài)度。

亞里士多德的著名觀點:吾愛吾師,,吾更愛真理,。

今天要來探討的這個錯誤理論叫做自然發(fā)生說
自然發(fā)生說最早是由古希臘思想家亞里士多德提出的,。

亞里士多德是一位百科全書式的大學者,,但也由此得出了許多謬誤

看了這幅圖有沒有覺得先哲的目光真是又深邃又誠懇啊,?

這個學說認為生命是從無生命的物質中自然發(fā)生的,。那時,人們通過對事物的觀察發(fā)現,,不潔的衣物會滋生蚤虱,,污穢的死水會滋生蚊,骯臟的垃圾會滋生螞蟻,,糞便和腐臭的尸體會滋生蠅蛆,,由此便認為生命是從無到有,自然生成的,。

先哲們竟認為腐草可化為螢,,似乎只是看到了表象
哈哈,這在今天看來是不是非??尚Π,。〉褪沁@樣一個理論竟然在人類歷史上流傳了大約2000多年……
1688年,,意大利宮廷醫(yī)生弗朗切斯科·雷迪用實驗證明了腐肉生蛆是蠅類產卵的結果,,首先對自然發(fā)生說提出異議。

雷迪是一個知識淵博,、才華多樣且出眾的人,,他是一位學者、詩人,、內科醫(yī)師和博物學家,。

弗朗切斯科·雷迪,圖片來源:Knowpia

1870年,,英國科學促進會主席托馬斯·亨利·赫胥黎在他的一篇致詞中詳細講述了雷迪的實驗,、推理及結論(這篇文章被收錄在《自然》雜志中)

雷迪先生是這樣說的:“在炎熱的天氣里,,我把肉塊暴露在空氣中,,幾天后它們就會長滿蛆蟲。你們告訴我這些蛆蟲是在死肉中產生的,;但是如果我把非常新鮮的死肉放進一個壇子里,,然后將壇子的頂部用干凈的紗布扎起來,就不會有任何蛆蟲出現,盡管死肉仍會以同樣的方式腐爛掉,。

顯然,,蛆蟲不是由肉的腐爛產生的,;它們產生的原因肯定是某種被紗布隔離掉的東西,。紗布不能隔離掉氣體和液體,因此這種東西肯定是以固體顆粒形式存在的,,并且由于太大而不能通過紗布,。那么,這些固體顆粒是什么呢,?”



大家猜猜是什么,?

雷迪先生在實驗中找到了答案:“是綠頭蒼蠅的卵。綠頭蒼蠅被肉的臭味吸引,,云集在容器周圍,,受一種強大的本能驅使,將卵產在紗布之外,,這些卵很快在紗布之上被孵化成蛆蟲,。因此必然的結論是:蛆蟲并非由肉產生,而是由蒼蠅的卵產生的,?!?/span>



雷迪實驗簡易圖

這個實驗設計得簡單,推理卻十分嚴謹,,它為雷迪的新見解提供了有力的支持,。

由此,雷迪提出,,生命源于生命,,沒有先前的生命就不會有新的生命。這被后人稱作生源論假說,。

他的觀點受到了舊勢力和權威的激烈抨擊,。這些人聲稱死亡獅子的尸體能夠產生蜜蜂?!妒ソ洝づf約》中有一謎語“吃的從吃者出來,,甜的從強者出來”,便是起源于此,。面對龐大的舊勢力,,雷迪持之以恒地為自己的學說進行了斗爭。然而讓他沒有想到的是,,不久之后,,一個新的難題困住了他,使他無法沿著自己的思路再前進一步。
植物葉片上的蟲癭

這個讓他苦苦思索但不能給出確定回答的難題便是:植物和水果上的蟲癭從何而來,?盡管雷迪曾經推測出蟲癭中幼蟲的產生方式,,但是他謹慎地承認自己并沒有充足的證據來佐證自己的觀點。他更傾向于認為這些幼蟲是通過對植物自身的生命物質加以修飾產生的,。他推測,,植物借助器官產生了動物,這樣的特殊動物是瘤和某些果實產生的根源,。他甚至提議以同樣的方式解釋動物體內寄生蟲的出現,。

不知道大家有沒有感覺到雷迪的一世英名好像就這樣毀了……嗐,其實每個人都有自己的局限,??茖W家也是人,非圣非賢,,豈能無錯,?雷迪能夠在推翻自然發(fā)生學說的道路上前進到這一步,已是很不容易了,,他嚴謹客觀,、立足證據的科學態(tài)度更是為后世學者樹立了典范,值得欽佩,。

此后,,雷迪的生源論假說得到了越來越多人們的信服。與他同時代的科學家列文·虎克等人通過顯微鏡發(fā)現了微生物,,向世人展示了最低級,、最微小形式的生物體結構是如此地復雜。

 列文·虎克用顯微鏡觀察細菌的記錄原件

漸漸地,,科學家們在所有爭論過的案例中都發(fā)現了通過某種微生物進行繁殖的規(guī)律,。18世紀時,雷迪的學說已經產生了十分廣泛的影響,。然而,,就在這時,新的瓶頸產生了,,顯微鏡制造技術達到了極限,,沒有辦法觀察到直徑不足1/40,000英寸的微小生命。

1845年,,英國天主教神甫約翰·尼達姆對于雷迪的假說是否適用藻類微生物表示懷疑,。

約翰·尼達姆

在苦思冥想了很長一段時間后,他決定通過一個恰當的實驗來檢驗這個問題,。他對自己說:“如果這些藻類微生物來源于細菌,,那么這些細菌或者存在于浸泡的物質當中,,或者存在于制取浸液用的水中,又或者存在于上方的空氣當中,。而所有細菌的生命都可以通過加熱來摧毀,。因此,如果我把浸液煮沸,,仔細地用軟木塞塞住瓶口,,并用樹脂封好,然后加熱整個容器,,勢必會殺死所有存在的細菌,。如果雷迪的假說是正確的話,,那么當浸液冷卻下來之后,,其中不會再出現新的微生物;反之,,如果微生物并不依賴于已存在的細菌,,而是從浸泡的物質中產生的話,那么不久之后它們就會出現,。

尼達姆發(fā)現,,當經過足夠滿足微生物的發(fā)育要求的時間后,浸液中確實總會出現微生物,。尼達姆的實驗結果得到了法國著名博物學家布豐的支持,,在科學界轟動一時。就這樣已經快被擠下歷史舞臺的自然發(fā)生說就這樣又被一個實驗結果給硬生生地拽了回來,。是不是太戲劇性了,,有一種風水輪流轉的感覺?

就在這關鍵的時刻,,一個扭轉局面的人物出現了,,他就是意大利生理學家阿貝·斯帕蘭扎尼

阿貝·斯帕蘭扎尼

憑借他獨有的敏銳性,、獨創(chuàng)性和學識,,斯帕蘭扎尼將尼達姆的實驗和結論置于一個有待評論的境地。也許尼達姆的實驗結果真如他自己描述的那樣,,但是它們證實他的論點了嗎,?首先,有沒有可能通過軟木塞和樹脂并沒有完全排除空氣呢,?其次,,有沒有可能他沒有對浸液和上面的空氣進行足夠的加熱呢?斯帕蘭扎尼在這兩個問題上與英國的博物學家進行了爭辯,。

他指出,,如果首先將盛有浸液的玻璃器皿通過熱熔其頸部來達到密封的目的,,然后再將它們暴露于沸水中達 45 分鐘的話,那么浸液中就不會再有微生物出現,。斯帕蘭扎尼的實驗和論證對尼達姆的實驗和論證給予了徹底的,、粉碎性的反擊。但是我們經常忘記駁斥一個命題是一件事,,證明一個與此命題相矛盾的學說的正確性又是另一回事,。科學的進步不久就表明,盡管尼達姆可能是錯誤的,,但并不表示斯帕蘭扎尼就是非常正確的,。

斯帕蘭扎尼的批評者宣稱,由于他使浸出液在密閉管內煮沸了45分鐘,,殺死了管內空氣中的“活力”,,因而影響了自然發(fā)生。于是,,戰(zhàn)斗不得不再一次打響,。有必要在確保空氣中氧氣和有機物質的構成成分不改變,,并且沒有干擾生命存在的物質的情況下,,再次重復這些實驗。

1837年,,德國生理學家施旺改進了斯帕蘭扎尼的實驗,。

德國生理學家施旺

在這個實驗中,只有事前經過加熱或“焙燒”的空氣才能通入沸騰的浸液,,并以青蛙仍能在其中生活,,證明并未影響“活力”的存在。他們得到的結果是,,經過這樣處理的浸液并沒有產生任何有生命的物質,,而如果過后將相同的浸液暴露在空氣中,很快就會產生大量有生命的物質,。但施旺的實驗由于存在某些技術問題,,重復實驗的結果并不穩(wěn)定。時而有人證明這是真的,,時而又有人證明這是假的……自然發(fā)生說仍然被挽留在科學舞臺上,。

就在這些學者們喋喋不休地爭斗……哦不……爭論了將近兩百年后,一位目光堅毅,、勤奮過人,、凡事愛追根究底的愛國青年登上了這場辯論的舞臺。他就是大名鼎鼎的路易·巴斯德,。

法國微生物學家路易·巴斯德

巴斯德的研究完美地解決了這場爭端,,他也因此而“一戰(zhàn)成名天下知”,。赫胥黎對巴斯德的研究大為贊嘆,認為這些實驗和邏輯推理都堪稱典范,。

下面,,我們來一起看看巴斯德的實驗設計和推理過程吧。

01

首先,,巴斯德用脫脂棉來過濾空氣,,結果顯示,這樣處理過的空氣不含有任何能夠促進生命發(fā)育的物質,,煮沸的浸液接觸這樣的空氣后,,既不會腐爛也不會發(fā)酵。

02

接著,,巴斯德用顯微鏡檢測了作為過濾器的脫脂棉,,發(fā)現被過濾掉的固體顆粒中,有各種可以被明確識別為細菌的物體,。

03

再者,,他證明了把這些微生物散播到適合它們發(fā)育的溶液中能夠產生生命,。

04

此外,,他還證明了通過脫脂棉過濾的空氣不能產生生命,并不是由于脫脂棉影響空氣組分發(fā)生了任何超自然變化,。如果不用脫脂棉,,而是把長頸瓶的頸部拉長并向下彎曲,然后將其中的液體小心煮沸,,再將管子充分加熱以破壞進入管子空氣中的細菌的話,,那么無論將裝置放置多久,其中的液體都不會產生生命,。

05

原因很簡單,。盡管充滿著微生物的大氣和長頸瓶中的無菌空氣間存在自由的流通,但是細菌不能朝上落,,永遠都到達不了長頸瓶的內部,。如果從長頸瓶延伸處將管子截短,外界空氣中的細菌就可以自由地垂直下降,,那么原本放置數月仍然保持清澈且無生命的液體在幾天內就會變渾并且充滿生命,。

巴斯德老爺子這一頓操作構成了一個嚴謹而縝密的研究,而且重復實驗的結果十分穩(wěn)定,,為生源論提供了充分而有力的證據,。雖然此后仍有查爾頓·巴斯蒂安自然發(fā)生學說的支持者聲稱在長時間放置的與空氣隔絕的無菌液體中發(fā)現了很小的生物體,但是他們的實驗明顯不如巴老爺子的實驗嚴謹而結果穩(wěn)定,。最終在巴老爺子的猛烈進攻之下,,自然發(fā)生學說只好灰溜溜地永遠離開了科學的舞臺,,這一錯誤理論就此在科學史上銷聲匿跡。




《自然》百年科學經典

它收錄并翻譯了《自然》雜志自1869年創(chuàng)刊以來近150年間發(fā)表過的800余篇最具開創(chuàng)意義,、最具影響力的文獻,,堪稱一部鮮活的近代科學史詩。2020年11月出版物理學科分卷《〈自然〉百年物理經典》,。

李政道先生在《〈自然〉百年科學經典》序言中寫道,,科學精神并不是認為科學是萬能的、科學可以解決一切問題,,它應該是一種老老實實,、嚴謹縝密、又勇于批判和創(chuàng)造的精神,,更重要的是,,它具有一種堅持為人類福祉而奮斗的信念

了解近代史上改變科學的重大發(fā)現,,以及科學焦點和前沿問題的演變軌跡,,更能使有志于科學研究的人感受到思想激辯帶來的火花和收獲背后的艱苦努力,幫助他們理解科學精神的真意,。

制版編輯 | Morgan

賽先生

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