简历阅读如果不是达尔文,谁?

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如果不是达尔文,谁?

伟大科学思想的另一个历史。

如果爱因斯坦从未存在过,或者没有达尔文的生物,物理会是什么样子?从一个角度来看,Philip Ball改变不了什么……

W如果爱因斯坦从来没有存在过,或者没有达尔文的生物,物理学会是什么样子?在一个观点中,没有什么能改变他们所做的发现和他们所设计的理论迟早会实现的。这是科学英雄人物的奇特之处:他们被崇敬,他们得到了制度和数量,甚至是以他们命名的化学元素,然而他们也被认为是在科学理解的向前行进中有点消耗性和可替代性。

但是它们是吗?一种发现的方法是问谁在他们缺席的时候会做出同样的发现。这种“反事实的历史”被一些历史学家嘲笑,但它不仅仅是一个科学家的新客厅游戏(尽管它也可以是这样)。它允许我们仔细审视和挑战我们在科学英雄周围建立的一些神话。它帮助我们思考科学工作的方式:如何从他们的时代背景和个体科学家的偶然性和怪癖中产生想法。

首先,替代一个天才的最明显的候选人似乎是另一个天才。也许这并不奇怪,但它让你怀疑,被嘲笑的“伟人”的历史观,是否把历史轨迹归咎于个人的行动和决定,可能在科学上没有一定的有效性。你可能会怀疑这里是否有一些选择效果:我们忽略了那些不太知名的候选人,因为他们不是发现者,即使他们本来可以。但是,完全相反,伟大总是可能出现的,如果不是在一个方向,而是另一个方向。

我故意说“伟人”,因为除了最近的1953个案例之外,我看不到任何可信的女性候选人。这主要是由于至少在二十世纪初几乎完全排斥女性的结果;即使我们寻找Marie Curie的替代品,也可能是一个男人。但科学诺贝尔奖的统计数据表明,即使在现在,我们也没有更好地参与进来。这种对人类一半的智力和创造力的滥用是愚蠢的和可耻的,强调这种运动的不足是它的价值的另一个论点。

日心说——开普勒

很少有伟大的发现无法找到先例,日心说地球绕太阳转,反之亦然的想法也不例外。这是科学史上的一个关键概念,将人类从当时被认为是宇宙的中心移走,在德国波兰天文学家Nicolaus Copernicus在他的时代中概述了理论之前,人们已经预料到了这一点。天体运行论发表在他临终时的1543。

例如,希腊数学家Aristarchus of Samos在公元前三世纪提出了一个类似的计划,在公元15世纪中期,德国红衣主教Nicholas of Cusa问是否有一个确定的宇宙中心。使哥白尼理论不同的是,它是建立在一个数学论据的基础上的,它仔细地考虑了行星的已知运动。

盗窃比谋杀更糟糕

伦敦中央刑事法庭老贝利的记录讲述了一个名叫John Randal的故事,他于9月9, 1674日受审。他被控“两个起诉,一个是因为偷窃几块盘子,另一个是……”阅读更多

哥白尼几乎没有透露他的想法。这是一位年轻的奥地利教授Georg Rheticus,他说服了他出版这本书,而且只是及时出版。因此,有更多的理由怀疑,如果哥白尼死得太早,谁会得出同样的结论。

其他十六世纪的天文学家,比如德国人伊拉斯穆斯莱因霍尔德和Christopher Clavius,有哥白尼的数学思维和观察敏锐的头脑,但是他们都在意识形态上与地心主义(一个以地球为中心的宇宙)结合。在布拉格工作的Dane Tycho Brahe,在1570年代用一个地心模型把事情搞砸了,在这个模型中,太阳绕着地球转,但其他行星绕太阳运行。

但我认为,到十七世纪初,向日葵的飞跃不会发生。我们知道伽利略在推动哥白尼理论上有点麻烦,因为罗马天主教会的味道太大了,他自以为是,技艺娴熟,以至于自己也没有这个想法。但我猜想,第谷和伽利略的记者德雷斯-开普勒会首先做这件事。他获得了第谷的优秀观测数据,他在数学上是娴熟的,但重要的是,他也有哥白尼(对我们的眼睛)的神秘主义,认为太阳为中心的宇宙是适当和谐的。要敢于把太阳放在中间,你不仅需要理性,而且需要美学动机,那就是开普勒。

运动定律——克里斯蒂安·惠更斯

很容易给人的印象是,十七世纪晚些时候,艾萨克·牛顿和他的同时代人在思考一个不同的层面。虽然罗伯特·波义耳是皇家学会最杰出的杰出人物之一,但他是一位实验大师,他迟迟不愿对自己的观察提出假设,而牛顿的竞争对手罗伯特·胡克在仪表上是个天才,但往往把一个有前途的想法与一个透彻的解释混为一谈,牛顿似乎能把从密切观察到抽象原则的抽象飞跃。最著名的和令人印象深刻的是,他将天文学从一个天体运动的理论转变到一个解释为什么它们这样做:一个引力定律是解释行星和月球轨道形状和彗星轨迹的全部。

想象另一条通往发现的道路有助于破解神话。

所有这些都是在牛顿的作品中提出的。原则发表在1687之后,被煽动来掩盖Hooke鲁莽的宣称,他可以解释椭圆形状的行星轨道。在他处理行星之前,牛顿必须放下基本的运动定律。他在书三中描述的是古典力学的基础。简而言之,物体保持匀速运动或静止状态,除非力作用于它们;力等于质量倍加速度;而对于每一个作用,都有一个相等且相反的反应。

它们简洁、完整、简洁,几乎让人心旷神怡。在牛顿时代,还有人能完成这一壮举吗?

我认为,在皇家学会里,塞缪尔·佩皮斯先生和像波义耳和Hooke这样的真正的原始科学家一样,他们的行列中充满了绅士般的散漫。但是在这个社会的许多大陆记者中至少有一个天才,他们可能已经接受了挑战。荷兰人克里斯蒂安·惠更斯即使在他那一天的丰富标准下也是多才多艺的:一位数学家、天文学家(他做了一些对萨图恩环的第一次观察)、发明家和光学和概率方面的专家。他特别擅长设计钟表,这引起了与脾气暴躁的胡克的优先争论。惠更斯在《钟摆钟》(1673)的书中的力学定理被牛顿作为模型。原则.

牛顿的第一定律几乎不属于他的定律:也被称为惯性定律(运动物体在没有力的情况下继续运动),它基本上是伽利略所说的,惠更斯也接受了它。荷兰人对碰撞的研究徘徊在第三定律的边缘,而惠更斯实际上独立地写下了第二定律的一个版本。他开始了我们现在所说的牛顿力学。

狭义相对论——詹姆斯·克拉克·麦克斯韦

一个原因,它不仅是有趣的想象替代路线发现,它可以帮助打破神话。1905岁的爱因斯坦在概念上骑着一盏光束想象狭义相对论的故事,捕捉了他嬉戏的创造力,却让我们对他真正的动机一无所知。也不是他们,经常建议,解释为什么阿尔贝特·迈克耳孙和Edward Morley在1880年代的实验未能检测到假定的含轻醚。爱因斯坦对这些实验在他的思想中的作用是不一致的,但显然不是一个大的。

不需要特殊狭义相对论的原因是由苏格兰科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪60年代提出的方程来解释电和磁现象的统一性。预测光速。速度通常是偶然的,例如声音的速度取决于它传播的介质。但是如果物理定律,比如麦斯威尔的电磁学方程,不管你的参考系有多快(稳定地)移动,都是一样的,那么光的速度不应该取决于相对运动。爱因斯坦的狭义相对论把它作为一个基本假设,并问接下来是什么:即空间收缩和时间减慢运动物体。

已经有一个尝试将电磁理论与爱因斯坦之前的相对运动相联系,由荷兰物理学家Hendrik Lorentz编造。它也提出收缩的空间和时间,在一种时尚,但这样做的目的是保存醚。很有可能认为Lorentz最终会得出与爱因斯坦相同的结论,最好是抛弃以太,因此预见到Lorentz在爱因斯坦缺席的时候会发现狭义相对论。但我冒昧地把这一认识授予1905岁的人,即麦斯威尔本人。他于1879岁去世,享年48岁,非常活跃,直到最后。他在物理学中有一种深邃的直觉,这是为把电加到光和产生光的非凡壮举所需要的。再过两个十年(怀疑撒在乙醚上的种子),我猜想他会想出来的。你不必相信我的话:爱因斯坦是自己说的。“我不站在牛顿的肩膀上,”他说,“但在麦斯威尔的肩膀上。”

广义相对论——闵柯夫斯基

1916,爱因斯坦揭示了一种新的重力观,它取代了统治了两个多世纪的艾萨克·牛顿理论。他认为,我们称之为引力的力是由质量和空间的曲率(称为时空的四维结构)产生的。这种曲率导致物体在重力场中加速:一个物体从一个很大的高度坠落到地球上。这就是广义相对论,它仍然是现今存在的最好的引力理论,它解释了行星的轨道、恒星坍缩到黑洞以及宇宙的膨胀。这是爱因斯坦最杰出和最受尊敬的作品。

再允许我再次解释一下游戏规则,如果另一位科学家没有先死,爱因斯坦可能会被打败。那个人是闵柯夫斯基,一位德国数学家,爱因斯坦曾在苏黎世学习过。闵可夫斯基的许多作品都是纯数学的,但他也研究了有关物理学的问题。

有时发现或突破的想法或多或少同时发生在不同的个体身上。

1908,闵可夫斯基解释了理解爱因斯坦理论的正确方法。特殊相对论,是关于以恒定速度运动而不是加速运动的物体,是以四维时空为单位的。爱因斯坦起初持怀疑态度,但后来他提出了广义相对论的概念。

然而,闵可夫斯基已经意识到了这种影响。最重要的是,他看到,物体在时空中以恒定速度运动的路径是直线,加速物体的路径是弯曲的。在三维空间中,月球在引力作用下绕地球轨道的路径或多或少是圆形的。但是轨道月球的四维世界线是一种螺旋:它在太空中圆转,但在不同的时间返回到相同的位置。

广义相对论比这更重要。爱因斯坦说,质量本身就是将时空变形成这种弯曲的所谓非Euclidean(非平坦)形状。但是一个非欧几里得时空的概念是闵可夫斯基的,很可能他会把这个想法充实成一个完整的引力理论,也许是与Gott亭n大学的强大数学家希尔伯特一起工作的,闵可夫斯基是从1902开始的。

我们确实知道,从闵可夫斯基在1907发表的演讲中,他已经在相对论和时空中思考引力。但我们永远也不知道他会有多远,如果他不是在1909年初突然去世,只有44岁。

量子J. J. Thomson

这必然是最偶然的,甚至是不情愿的伟大发现之一。赫克,德国物理学家Max Planck甚至没有想要在1900中发现量子。他称之为“幸运的猜测”,只是一个数学方程式,使他的方程式符合我们实际看到的。他试图理解暖体如何发出辐射(认为长丝灯泡或恒星),他提出振动成分粒子的能量被分为包或“量子”,其能量与振动频率成正比。方程的最终解与实验相符,但普朗克犹豫了,认为能量的量子化是一个真实的现象:他建议量子理论尽可能保守地引入物理学。

这个“黑体辐射”的专家是威廉·维恩,他因工作而获得诺贝尔奖。Wien也遇到了其他重要发现:1900,他决定e= 3/4MC(发现问题了吗?)他第一次看到质子在1898,但不知道他发现了什么。然而,我认为Wien太过传统主义者,冒险冒着普朗克的量子。

不,我认为,如果不是普朗克对黑体辐射的工作,能量的量子化会从另一个方向推断出来。由于这种量子化,原子只在非常特定的频率下吸收和发射光,因此光量子只有适量的能量使原子绕着一个量子化的能量态跃迁到另一个量子化的能量状态。这是因为原子中的电子只能采用这些离散的能量状态,而不是原子之间的稳定状态,电子不能(如经典物理学预测的那样)逐渐失去能量并盘旋成电正核。因此,在二十世纪初演化的原子内部结构理论中,迟早量化是不可避免的推论。

但谁会推断出来呢?欧内斯特·卢瑟福是原子结构方面的专家,但是太多的实验主义者和脾气暴躁的人抵制了疯狂的猜测。Dane Niels Bohr是第一个提出原子量子观的人,但这仅仅是因为他有普朗克和爱因斯坦关于能量量子的研究。我不禁想知道,如果英国物理学家J. J. Thomson发现了电子本身,卢瑟福和玻尔在一起工作过一段时间,他们可能会怀疑它。他是原子理论的专家,他是查尔斯·格洛弗·巴克拉的导师,他研究了X射线辐射引起的原子跃迁,直到1940。他本来可以给量子理论一个不那么怯懦的来源。


DNA的结构——Rosalind Franklin

我想,Rosalind Franklin,英国晶体学者,他的数据是发现DNA双螺旋结构的中心,如果James Watson和Francis Crick在1953没有做过这件事的话,他会想出来的。这是著名的只有当Watson看到的X射线散射模式从DNA,并记录了富兰克林和学生Raymond Gosling,他确信双螺旋。他在Maurice Wilkins身上展示了这些数据,富兰克林和威尔金斯在伦敦大学国王学院有一种刺痛的工作关系,而威尔金斯并没有富兰克林的同意,尽管在富兰克林被冤枉的女主角中,任何不当行为都被夸大了。无论如何,这些数据触发了Watson和Crick的推断:DNA是两条线的螺旋线,它们是通过基因编码的碱基之间的弱化学键相互连接在一起的。

“富兰克林”这一“另类发现”的强烈愿望,被她从华生所获得的无礼、坦率的厌恶女人的待遇所激化,这是他对这个发现的1968个回忆录,但他有点不可靠。双螺旋. 沃森现在被他沙文主义的态度所困扰。

不过,我很担心,富兰克林的直觉、谨慎和保守,与聪明、睿智的克里克和鲁莽的华生相比,她不会把自己的脖子放在今天的标准是相当脆弱的证据的基础上。她知道当时的女科学家是不会犯错的。

所以我很高兴当Matthew Cobb,一个曼彻斯特大学的动物学家,他深深地钻研了他的2015本书的DNA故事。生命最大的秘密自信地告诉我,是的,富兰克林会这么做的。“她自己做的进步,越来越孤立,没有任何人与她交换思想的好处,简直是了不起。”Cobb在信中写道。监护人. 就在沃森和克里克邀请威尔金斯和弗兰克林在1953年3月看到他们的DNA模型的几个星期之前,富兰克林的笔记本被英国生物化学家Aaron Klug详细地研究过,他在诺贝尔的研究中获得了DNA奖,这表明他已经认识到DNA具有双螺旋结构,并且这两条链具有互补的化学结构,使其能够作为另一种模板的复制品。自然那年四月。

“Crick和我已经讨论过好几次了,”克鲁格写道。分子生物学杂志. “我们同意她会解决这个问题,但结果会在一篇简短的论文中逐渐地,而不是一个晴天霹雳。自然无论如何,她对这项发现的贡献是不可否认的。“显然,如果富兰克林活着,诺贝尔奖委员会也应该授予她诺贝尔奖,”Cobb写道。

另一个竞争者是美国化学家莱纳斯保林,他是剑桥DO最害怕的对手。鲍林早在1953年初就提出了一种三螺旋结构的DNA,内部的骨干和向外的底部。它没有化学意义,因为Watson和克里克很快就明白了他们的巨大安慰。由于这样的失礼,鲍林会反弹回来。但他没有富兰克林的X光数据。“保林是一个很有洞察力的人,但不是一个没有数据的魔术师。”克鲁格写道。

自然选择?

有时发现或突破的想法或多或少同时发生在不同的个体身上。它发生在微积分(莱布尼茨和牛顿),化学元素氧(谢勒,普莱斯利,拉瓦锡),最著名的是自然选择的进化,由Charles Darwin和阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士公布于1858。

在这样的时刻,有一种很有诱惑力的假设,那就是“空气中的某物”:发现的时机已经成熟,必然会发生。某人迟早。如果是这样的话,识别其他候选人发现者并不难。如果我们把达尔文和华勒斯从照片中删去,谁能补上他们的鞋?

好了,事情就这样了。达尔文出版后有很多拥护者。物种起源论但是我很努力地想知道他们中的任何一个都会自己推断出这个理论。至于华勒斯,尽管达尔文自己说过:他的进化论与达尔文完全不一样:作为他的传记作家Adrian Desmond和James Moore说,他部分地把自己的思想“读”到华勒斯的帐户里。

我不知道我是否为候选人挣扎,只是背叛了我自己的无知或缺乏想象力。所以我问匹兹堡大学历史学家和哲学家James Lennox,他是达尔文学说史的专家,他可能代替达尔文和华勒斯完成了这项工作。他的回答是惊人的:故事可能根本就没有那样。

当你阅读达尔文的《物种日记》时,看到他经历的挣扎,然后你将他的第一次和第二次尝试相比较,在1842和1844的时间里连贯地呈现出来。起源“我认为同样有道理的是,一些非常不同的进化论可能赢得了这一天。”伦诺克斯说。毕竟,在第十九世纪末和第二十世纪早期,达尔文学说的替代品仍在争论中,伦诺克斯说:“各种非达尔文学说至少和达尔文一样受欢迎。”一些著名的遗传学家,如荷兰人雨果·德·弗里斯,认为进化变化发生在跳跃(跳跃)中,而不是达尔文的渐进变化,至于整个物种群的“宏观进化”,这个想法从未消失:它与现代生物学家斯蒂芬·杰·古尔德和Niles Eldredge的“间断平衡”模型相媲美。

但达尔文自然选择确实是“正确”的理论,那么我们最终会到达那里吗?嗯,是的,但它仍然争论是否令人不安的重言式“适者生存”是最好的思考方法。达尔文的观点现在得到加强和适应,例如,包括随机遗传漂变的影响,并将进化变化的观点与发展生物学(所谓的“EVO DeVo”)结合起来。那么,我们是否已经进入了目前的位置,根本没有物种类型的起源?“我认为这完全是可能的,”伦诺克斯说。

这告诉我们关于整个反事实的企业。科学为我们提供了客观、有用的理论来解释和预测我们在世界上看到的东西。但这并不否认一个事实,即特定的理论在表达或强调或使用隐喻方面有特定的风格:例如,达尔文主义不需要“自私的基因”。同样地,在一个完全不同的领域,量子电动力学可以不用Richard Feynman设计的著名的费曼图语言来构造。似乎完全有可能的是,我们对世界概念化的方式具有那些最先提出概念的人的印记。科学家可能比我们想象的要少。


Philip Ball是伦敦的作家。他的新书是水王国:中国的秘密历史

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