第四章 英国的科学

进步的通衢

自农业走上工业路子的英格兰，偏爱提供实用可能性的科学，而将理论研究留给法国人是很自然的。英国在这一时期的哲学家——伯克、马尔萨斯、葛德文、边沁、佩恩，是属于世界性的风云人物，面对道德、宗教、人口、革命、政府等实际问题，而让德国的教授们去空谈逻辑、形而上学和精神现象学也是可以想见的。

为促进自然知识的伦敦皇家学院于1660年成立，宣布“创设一所增进物理——数学经验知识的学院的蓝图”。但是，就中学教师组织的观点来说，它还不能成为一所学院，而仅发展成为一个属于55位大科学家参加的俱乐部，定期聚会切磋，并建起一座有关科学和哲学的图书馆，为讲演和实验提供了一群学有专长的听众，还颁发科学奖章，定期出版《哲学汇刊》（Philosophical Transaction）。科学一个接一个从哲学中萌芽，并以其定性的形式和可以证明的实验取代逻辑和理论时，“哲学”仍然包容科学在内。皇家学院通常在政府的补助下安排各种形式的科学研究或实验。1780年，政府在萨默塞特分配给皇家学院优雅宽敞的学舍，皇家学院在那里维持到1857年，直到迁至皮卡迪利大街伯灵顿宫的现址。1778年至1820年，任学会主席的约瑟夫·班克斯爵士花去他的大部分财富，促进科学及对科学家的照顾。

在名气上仅次于皇家学院而有更多教育设计的是伦敦皇家研究所，由拉姆福德于1800年创设，“依照哲学讲座和实验的有系统课程，作为将科学上的新发现应用到艺术和制造人改良上的指导”。研究所在阿尔伯马尔街拥有一间宽敞的讲堂，约翰·道尔顿和汉弗莱·德维爵士在那里讲化学，托马斯·扬讲自然和光的扩散，柯勒律治讲文学，埃德温·兰西尔爵士讲艺术……更专门的有林奈学会（Linnaean Society,1802年研究植物学的一个组织）和地理学会（Geographical Society,1807年），不久还有研究动物学、园艺学、动物化学、天文学等学会。曼彻斯特和伯明翰两地乐于将科学应用到工业上，创设了它们自己的各种学术性学会，布里斯托尔创设了气体研究所，供研究各种气体之用。各学院也纷纷组织起来将科学阐释给一般大众。迈克尔·法拉第于25岁时（1816年）在其中一处举行一系列讲演，鼓动了半个世纪对电学研究的兴趣。一般而言，在科学教育上，商业社团领先于各个大学，许多科学上划时代的贡献，都是由自掏腰包或经朋友资助的个人完成的。

将数学留给法国人去研究，不列颠的科学则集中在天文学、地质学、地理学、物理学和化学上。天文学置于皇家及其辅助的机构保护之下，因其为航海和控制海洋的主要途径之故。格林尼治天文台用国会的钱购置各种最精良的设备，被公认为天文界的翘楚。詹姆斯·赫顿在死前两年（1795年），发表了《地球论》（Theory of the Earth）一书，是地质学的一部经典之作。书中摘述我们这颗行星不停地做等速环状的旋转，借着这种运行，雨水渗入陆地表面；河流因侵蚀而堵塞，或使河水流入海洋；地球上的水和水蒸气蒸发而成云，压缩而成雨水……1815年，威廉·史密斯，绰号“地层”史密斯（“Strata”Smith），以他的15巨幅《英格兰和威尔士的地质图》（The Geological Map of England and Wales）赢得了不朽的声名。它们显示地层有规律地微向东方升起，一直到达地球的表面时方止。依照其有规律的堆积来认证地层，促进了古生物学的发展。为了酬谢他发现地层下的秘密，不列颠政府于1831年颁赠给他每年100英镑的终生俸。他死于1839年。

不列颠的航海家们继续探索陆地和海洋的各个角落。1791年至1794年，乔治·温哥华绘制了澳洲、新西兰、夏威夷和美洲的太平洋西北部海岸，他在那里绕航过以他的名字命名的迷人岛屿。

物理学：拉姆福德与扬

本杰明·汤普森出生（1753年）、成长于美国，在英格兰接受骑士爵位，成为巴伐利亚的拉姆福德伯爵，死于法国（1814年）。要确定他的国籍是很难的，在美国独立战争期间，他站在不列颠一边，并迁入伦敦（1776年）。他以不列颠秘书的身份到殖民地佐治亚服务，他的兴趣从政治转入科学。他因各种研究，取得皇家学院的会员资格。1784年，得到不列颠政府的准许，他在马克西米利安·约瑟夫王子的领导下为巴伐利亚服务。之后11年，他充任巴伐利亚的战争和警察部部长，改组陆军，改良工人阶级的状况，阻止乞讨，并找出时间替皇家学院的《哲学汇刊》撰写论文。宽厚的马克西米利安使他成为神圣罗马帝国的一位伯爵（1791年）。他采用妻子的出生地，即现在马萨诸塞州的康科德，作为他头衔的称呼。在不列颠的一年中（1795年），他努力改良人们取暖和烹饪的设施，以减少室内的空气污染。之后，他返回英格兰，与约瑟夫·班克斯爵士创设了皇家研究所。他创立皇家学院的拉姆福德奖章，也是第一个接受者。他给巴伐利亚和美国的艺术和科学学院的同类奖章提供基金，给哈佛大学做讲座。他的妻子死后，他迁到巴黎（1802年），住在欧特伊的一栋房子里，并娶了拉瓦锡的遗孀。尽管英法重启战端，他一直留在法国，积极工作直到最后。在他的最后一年，拿破仑征召每位青年子弟入伍时，他努力用“拉姆福德肉汤”（Rumford Soup）救济濒于饥饿边缘的法国民众。

拉姆福德对科学的贡献太繁杂而难有特殊成就。他在慕尼黑参观运作中的大炮口径时，他深切地体味到大炮在运作时产生的热气。为了测量这份热度，他用一具金属圆筒，让该泵的前端靠着钢锥一起旋转，将此装置放在一具容水18.75磅的水箱中。不到165分钟的时间，水温从华氏60度升高到212度，这是水的沸点。拉姆福德后来回忆说：“要描写旁观者看到如此多的水，在没有火的情形下加热到达沸点表现出的惊讶神情，是很困难的。”这次实验证明热并不是一种实体，而是一种分子运动的表现方式，大致与产生热的工作总量成正比。这种信念很久以前就已经出现过了，但拉姆福德的设计提供了第一次实验证明，而且提供了一种测量的方法——工作总量要求每加热1磅水须增加热度1℃。

托马斯·扬的一生正如拉姆福德一样多彩多姿。他出生于萨默塞特的教友会家庭（1773年），开始从事宗教活动后，以不眠不休的工作精神从事科学研究。据说，4岁时，他已经从头至尾读过《圣经》两遍。14岁时，他能用14种语言写作。21岁时，他被选为皇家学院的会员。26岁时，他是伦敦的一名开业医生。28岁时，他去皇家研究所教授物理学。1801年，他开始去那里实验，以假设的一种以太波动确立并发展了惠更斯的光学观念。经过无数次的辩论后，这种观念大致——不是普遍——取代了牛顿认光为物质微粒扩散的理论。扬也提出了后来由赫姆霍兹发扬光大的假设，他认为颜色的认知作用依靠视网膜上3种神经纤维之存在，依次对红、紫和绿色的反应所致。另外，他首次就散光、血压、毛细血管引力和潮汐提出的描述，积极参与罗塞塔石碑的翻译工作（1814年）——据一位博学的医学史家说，他是“他们时代受过最高教育的医生”。而赫姆霍兹补充说：“他是有史以来最有眼光的人之一。”

化学：道尔顿与德维

在同一个10年中，也是在皇家研究所内，约翰·道尔顿以他的《原子论》（1804年）大事改革了化学研究。他是一位教友会织工的儿子，出生于多雾的湖区西北端，靠近科克茅斯的伊格菲尔德（Eaglerfield）镇，该地区相继孕育了华兹华斯、柯勒律治、骚塞等大文豪。后来，他以第三人称的写作方法和单调的纪年方法，简述了他早年的经历，写出了他步上成功之路的灼热雄心：

本文作者……读过乡村小学……直到11岁，在那段日子里，他修完测量、调查、航海等课程。约12岁时，开始在乡村小学执教……偶然从事过一两年农事。15岁时，进入肯德尔一所寄宿学校当助理，在那个职位待了三四年，然后当了这所学校的校长，约有8年之久。在肯德尔，他利用休闲时间研修拉丁文、希腊文、法文、数学及物理学。1793年，他迁至曼彻斯特，在新学院担任数学和物理学导师。

若时间和经济允许，他即从事观察和实验——尽管他患有色盲，而且研究设备粗陋：许多是他自制的。举例来说，自21岁起，他每天总要找出时间做一份气象记录，他的假期通常花在多年后华兹华斯漫游的同一些山丘之间收集资料。不过，华兹华斯寻找和倾听上帝，道尔顿则测量不同高度的大气状况——与一个半世纪前帕斯卡所做的相同。

在他的实验中，他接受留基波斯和德谟克利特的理论：一切物质由不可分割的原子组成。他还着手研究罗伯特·玻意耳的假设：一切原子属于某一最后不可分割的元素之一，氢、氧、钙等。在《化学的新系统》（A New System of Chemical Philosophy）一书中，道尔顿主张一元素任何原子的重量与另一元素任何原子之比，必定与该元素一物质的重量与另一元素同重量物质之比相同。以一氢原子的重量为一单位，经过许多次实验和计算后，道尔顿依照其他元素的一原子，与氢元素的原子比较所得的相对重量，排出了另一元素原子的秩序。所以，他就他知道的30种元素排出了一张原子量表。1967年，化学家们已认定96种元素了。道尔顿的结论也因后来的研究而予以修正，但他们——和他的一切元素混合的复杂“倍数律”（Law of Multiple Proportions），为19世纪的科学进步提供了极大的帮助。

较为复杂和刺激的是汉弗莱·德维爵士的生活、教育和发现。他出生（1778年）于彭赞斯一个富有的中产阶级家庭，受过良好的教育，从事地质学、钓鱼、素描、诗等活动。他愉快的天性赢得柯勒律治、骚塞、彼德·罗杰博士（Dr.Peter Roget，编纂了《英文分类词汇词典》）以及拿破仑等许多朋友。一位朋友准许他自由使用一间化学实验室，他的唠叨却诱使大卫致力于此工作。他筹设了自己的实验室，用吸入法采集各种气体标本，而且说服柯勒律治和骚塞加入他的吸气队，因吸瓦斯（一种剧毒的气体）几乎送掉自己的性命。

22岁时，他出版了一本他的实验报告书：《化学和哲学的研究》（Researches Chemical and Philosophical,1800年）。在拉姆福德和约瑟夫·彭克斯的邀请下，他来到伦敦，就蓄电池的神奇效果发表讲演和示范，给皇家研究所带来了一阵新的声誉。以一具有250对金属片的电池作为电解的作用物，他使许多物质还原成元素，因此他发现了分解钠和钾的方法。不久，他又将分离的钡、硼、钙和镁加在他的元素表上。他的成就建立了电解化学在理论和实际上无穷尽的证据。他的不凡成就传到了拿破仑的耳朵里，国立研究所颁赠一份拿破仑1806年从前线送给德维的奖励。贝托莱于1786年对詹姆斯·瓦特解释过氯的漂白效果，英格兰却迟迟不使用这一建议。德维再次大力主张。从他的身上，科学和工业对大不列颠的经济转型发展出一份刺激合力，扮演着一种领导的角色。

1810年，在皇家研究所的一群听众面前，德维亲自示范电流强度的实验，显示电流从一条碳丝传入另一条时产生光和热的情形。他形容这种运作：

约1英寸长、1/6英寸宽的碳片，彼此慢慢接近时（1/30或1/40英寸的距离），就会产生一点闪亮的火花，可以见到一半以上的木炭着火燃烧。将接近点拉开时，至少在4英寸的热空气中发生放电现象，产生一阵闪亮的光弧……任何实体导入此弧内时，该实体就会燃烧发光，白金就如一支普通蜡烛一样立刻熔解，石英、蓝宝石、苦土、石灰也都会熔解。

这种发光和发热的潜力，在产生电流的便宜方法发明之前，一直没有发展。但是，在那次优异的实验中已有电熔炉的存在，后来地球上一半的人口将因此在夜晚也能拥有如白昼般的光明。

1813年，整个欧洲几乎都笼罩在战火中时，在他的青年助手迈克尔·法拉第的陪同下，用拿破仑发给他的安全通行证，德维去法国和意大利旅行，参观各种实验室，从事各种实验，探查碘的性质，并证明钻石是碳的一种。回到英格兰，他研究矿坑爆炸的原因，并替矿工们发明了一种安全灯。1818年，摄政王封他为从男爵。1820年，他继班克斯为皇家学院主席。1827年，他的健康开始衰退，他放弃了科学，从事钓鱼并写了一本书，附上自己所作的素描插图。1829年，在局部瘫痪的状态下，他来到罗马，希望变成“废墟上的一堆废物”。但不到一年，他就去世了，他活了51岁。在半世纪长的生命中，他活得多彩多姿。他是一位善良的伟人，引领人们抵抗无知与原罪。

生物学：伊拉斯谟·达尔文

生物学尚未如物理学、化学和地理学一般，在英格兰有良好的成就，这些科学对工商业较为有用。不过，生物学宣泄了生命的悲惨和壮丽，并扰乱了宗教信仰。

伊拉斯谟·达尔文（Erasmus Darwin）是查尔斯·达尔文（Charles Robert Darwin）的祖父，早已受到我们的礼敬，但他只是这个绚烂世纪中的一点火花罢了。他出版了《植物园》（Botanic Garden, 1792年）、《动物法则》（Zoonomia,1794—1796年）和《自然的殿堂》（The Temple of Nature,1803年）三本书。这些书都是以进化论的观点写成的。其理论建立在适应的习惯和官能上，借数世代不衰的欲望和努力，便能有传送到神经及其系统上的希望。这与拉马克的意见是一致的。这位和蔼的医生，他的姓和名都采用一个伟人的名字，以提出每种动物的生命由“一条有生命的单纤维”开始，“而这种有生命的单纤维最大的使命，已浸润在动物中”，它使自己“借本能活动来证明其存在，并将这些改良的因素借发生而传至后代，如此世界就永无尽期，寻求进化和宗教的调和”。

宗教与科学之间的不断辩论，虽然在这个世纪中已经偃旗息鼓，哈特莱和普里斯特列就观念的协调准备了一份生物学上的说明，而且解剖学家们不断宣示身体和心智的相互关系时，再次进入受到保护的生理学的范围之内。1811年，查尔斯·贝尔（Charles Bell）发表《大脑解剖的新观念》一文。他在文中证明，神经系统的某些特定部位将意识传达至脑的特殊部位上，神经的特殊部位将运动刺激带到特定的反应官能上。而日趋繁荣的催眠现象指出，生理上的感觉先传递至观念，再至动作。鸦片和其他药物引起睡眠，影响做梦，刺激想象，减弱意志，如柯勒律治和德昆西（De Quincey）遭遇的一般，进而引起对意志自由的疑问。这种日渐升高的地位——科学争论和医学的社会立场——与国教牧师较低的地位和收敛的活力相较之下，似乎反映出宗教受到冷漠、怀疑或不信的神秘因素正在逐渐扩大。

医学：詹纳

医学兄弟会几乎名不副实，因为它完全反映出不列颠的阶级或门第区分的倾向。皇家医学院因亨利八世首创于1518年而自得，只准许在牛津或剑桥取得学位的约50岁的人够资格成为“准”会员，及约50位杰出开业医生为其“执业”会员。这百许人士，对于英格兰医学来说，居于元老地位。他们赚到大笔收入，有时一年高达2万英镑。他们不可能变成贵族，却可能获颁武士爵位，而且可望获得男爵爵位。地位较低者，是创立于1800年的皇家外科医学院。在这些之下的则有妇产科医生、男性助产士。医护人员中居于最低一级的是药剂师，他们几乎分布到所有可能从事医护工作的农村地区去服务。

除了偶尔有著名的医生发表讲演外，几乎没有一所大学提供医学教育。牛津或剑桥都没有成立医学院，渴望在大学中接受医学训练的学生，需要到苏格兰。不然，英国医生的训练就留待由私人慈善团体创立的大医院附设的私立学校培养了。托马斯·伯纳德爵士花去大半财富用于改进位于伦敦北部著名的孤儿院上，也与其他有钱人分担在伦敦及其他地方免费治疗癌症、眼疾和疝气的诊疗所的费用。但是，城市的脏乱在传播疾病或酝酿新病菌上，比医药治疗还要迅速。

1806年，伦敦发生了一件怪事：那里整整一个礼拜没有死于天花的病人。那是一种一度曾在英格兰蔓延，并随时再度蔓延成置人于死地的灾难的起疱、发热、伤害面容并传染的疾病。

一位温和的英国医生，爱德华·詹纳（Edward Jenner），是一个沉迷于狩猎、植物学、赋诗、吹笛和拉小提琴的人，最后克服了不列颠社会的保守作风，以10年的预防接种，终于使这个奇迹成为可能。从患天花的病人身上取下的弱质病毒接种来预防天花，中国古代曾实行过。这是玛丽·沃思利·蒙塔古女士于1717年途经君士坦丁时意外发现的。返回英格兰后，她将那种方法带了回去。先在犯人身上试验，再在孤儿身上试验，都有相当的成效。1760年，罗伯特和丹尼尔·萨顿两位医生报告说，在3万名接种天花预防的病例中，只有1200名病人死亡。

詹纳注意到故乡格洛斯特郡许多挤牛奶的妇女，从患有传染病的乳牛的乳头上得了牛痘，而这些妇女此后对天花具有免疫力。因而，他发现了一种比较好的方法。他想到：接种采自染有水疹的母牛身上病毒的牛痘苗，也许会得到相同的免疫效果。在1798年发表的一篇论文中，詹纳详述了奠定实验医学和免疫学基础的大胆的冒险过程：

我挑选了一名健康的男童，约8岁大，作为接种牛痘的实验。这个东西采自一位从牛身上传染到挤牛乳妇女手上的脓疱上。1796年5月14日，将这种病毒注入这名男童的手臂上……第七天时，他抱怨不舒服……第九天时，他有些发抖，食欲不振，微感头痛……次日他就完全复原了……为了确定这位男童在接种牛痘病毒后有这些轻微反应，是否能免于天花传染起见，同年7月1日，用直接采自脓疱的天花菌来接种……没有疾病发生……兹后数月，他再度接种天花菌，结果身体上仍没有疾病的迹象产生。

詹纳继续描写具有完全满意结果的其他22个病例。他遇到所谓将人类活解剖的非难。为了补偿对这位不懂事的小孩的利用，为他建了一栋小屋，并亲手替他造了一座玫瑰花园。1802年和1807年，国会通过补助詹纳3万英镑，以改良和推广他的方法。19世纪，天花几乎在欧、美两洲绝迹，即使有也发生在没有接种的人身上。接种方法适用到其他病人身上，使免疫这门科学与其他的医学进步和公共卫生，给近代社会带来了比贫穷、无知、贪婪、疾病等能带来的公害强势得多的健康。