(08)真理的足迹-第7章
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致相同的，是可以用一个人的胃代替其他人的胃进行实验的。
博蒙特开始和结束的人类生理学的这一章，并没有达到尽善尽美的程
度。其中包含的化学反应，在当时还不可能进行详细的研究。即使在19世纪
技术范围内可能解决的，有关认识消化过程的一个重要问题，博蒙特也尚未
触及到。这就是关于消化发酵剂是如何产生的？是因为食物出现在胃里而促
使它流出来的吗？ 1889年，巴甫洛夫终于证明胃分泌的刺激是通过神经系
统进行的。他把一支狗的胃切一个口子，通入一根漏管，接到胃的入口，这
样使狗吞下的食物全都能过漏管漏掉，而不进到胃里。可是事实表明，当狗
开始吃东西后，胃就开始进行分泌，继续吃，就继续分泌。既然食物没有进
到胃里，那么引起分泌的刺激就必然是神经系统的作用。
但后来又逐渐明白，这种机制还未考虑到消化道和与胃相连的其他器官
的分泌。1902年，乌·姆·贝利斯和埃·赫·斯塔林首先明确指出了荷尔蒙
激素的作用。他们用狗作了实验，把狗的一段小肠和消化道其他部分切开，
以便对这段小肠单独作刺激实验。切开时，只切断神经系统，仍保留动脉流
通。当他们把稀盐酸点滴到和消化系统保持完全联系的十二指肠时，立即出
现了胰腺的分泌。当他们对切断了神经联系的一段小肠进行同样的实验时，
也出现同样的反应。可是这段小肠，除了有血管与整个血液循环系统联系外，
与其他部分并无联系，所以必然有一种化学物质，在肠壁受到稀盐酸刺激时
便分泌出来，通过血液循环系统带到胰脏，促使胰腺分泌。他们把这种化学
物质称为分泌物。后来他们还从肠壁提取出了这种物质样品，注射到血液中，
这样，虽然没有稀盐酸刺激，胰腺也照样产生分泌。
磁场概念的诞生
罗伯特·诺尔曼大约生于1550年。关于他的早年生活和家庭境遇，情况
不明，只知道他当过领航员，在海上漂泊了18～20年，那时，他可能是住在
塞维尔。对于他的了解，主要是通过他的工作。他曾经在巴勒斯那里当过仪
器制造工。诺尔曼是一个有经验的领航员，对当时导航仪器和技术的缺点十
分清楚。罗盘是当时最重要的导航仪器，诺尔曼的发明创造也就是围绕罗盘
的航海应用进行的。人们早已知道，磁针所指示的北极和实际的北极有偏差，
并认为这是一种有规律性的反应，可用来确定经度。但是从多年的海上生活，
特别在穆斯科维航线上的商船航行考验中，诺尔曼认识到比例偏差理论是错
误的。后来他发现了磁倾角，磁针不仅指向北极，而且还有规律地向下倾斜。
他把这种现象称为“下倾”。诺尔曼认为倾斜度可能与测量位置的纬度成比
例，可利用这种比例关系设计一种测量仪器。结果他发明了把磁针装在水平
转轴L沿垂直刻度盘转动的磁倾角测定圆，诺尔曼把关于磁倾角的发现发表
在自己的著作《新引力》一书中，该书于1581年，由巴拉德在伦敦出版。
有人给诺尔曼献过赞美诗，他的书也就以几行磁石赞美诗开头，其形式
是磁石向装饰用的宝石发出挑战：
我虽是磁石但能导航，
你虽是宝石但难过印度洋；
你若没有我帮忙，
你的光彩再好，也只能在地下埋藏。
除此外，书中还有其他几节这样的赞美诗。
1590年出版了从德文翻译成英文的《海员的安全哨兵》，这是一本从欧
洲大陆渡海的导航手册，是第一本印有木刻版海岸图的英文书，其开头也有
一首诗，评论领航员的辛勤工作：
领航员在桅杆顶上辛勤院望，
凝视着指南针指引的前进方向；
这不是对世人的不朽教诲？
这下是对发明者的最高奖赏？
诺尔曼曾经在离伦敦不远的拉德克的一所房子住过，他在那里出售过他
制造的航海仪。但详细情况无从知道，根据推测，他大约逝世于1600年。正
是在这一年，吉尔伯特《论磁》一书出版，大大发展了诺尔曼的发明和发现。
在这里要介绍的实验是认识磁场的第一步。但是正如我们的许多研究一
样，最有说服力的重要实验也只是一系列发现的一个组成部分，也只是对一
组类似现象的多次考察的一次考察。所以，研究计划有可能来自于研究过程
中一个意外的小小事件的结果。
诺尔曼生动地叙述了他偶然发现磁倾角的过程。早先他就注意到，即使
是他自己精心设计制作的罗盘，其平滑转动的磁针也不单是指向北极，而巨
还向下倾，如我们现在所说的还具有磁倾角。这种效应需要在结构上加以补
偿，所以他不得不在南端放一些小铁片，消除北端的下倾，以达到平衡。但
是除了这种表面现象外，他并没有考虑作进一步的深入研究。然而有一天，
当他装配好一套精心制成的磁针和转轴后，他发现磁针倾斜得特别厉害。于
是他开始把磁针指北一端切短，他写道：“到最后，我切得太短了，以致于
毁坏了我苦心制作的磁针。因此，我生气了，决心全力以赴，研究这种效应。”
第一步是要设计一个倾角测量装置，以便能够系统测量这种效应。于是
他把磁针装在水平转动轴上，使其转动，使倾斜效应充分显露出来，并测出
强弱程度。
但是，这种效应是磁化还是磁石的其他作用引起的呢？显然，最大可能
是磁针指北一端在磁化时从磁石上吸附了“灰尘或增重物质”。诺尔曼为这
个想法，设计了一个简单的实验，把一些铁屑放在天平称盘里，用不带磁性
的铅码加以平衡。然后把铁屑磁化，结果很明显，他说：“你将发现，它们
并不比磁化前重。至于说，如果磁针北端从磁石上吸附了增重物质，那么南
端也一样，也应该从磁石另一端吸附了增重物质，所以这不会是引起倾斜效
应的原因。”这里有两个问题要解决。“用什么方法能产生这种效应？”“是
哪一极（南极或北极）产生这种效应？”
在诺尔曼之前，人们以为，磁针指向北极是由于有一个“吸力点”存在
一端。但是，如果能证明没有吸引力或拉力存在，它吸引磁针的指北一端。
但是，如果能证明那么吸力点也就随之不存在。可是磁针明明是指向一点，
于是就只好把这一点叫做“吸力点”。人们可以说，这只不过是个名称问题，
但名称的选取却带来一定的理论意义。如果这一点是代表吸引力原点，那么
就可以预料，吸引磁针的吸引力原点和磁针之间必然存在着相应的作用力；
如果这一点代表的是某种介质的结构特性，那么就没有什么吸引力存在。
为了解决这个问题，诺尔曼设计的实验十分别致，饶有情趣 （下面会看
到，从现代观点看，并没有解决问题），他写道：“现在为了证明吸力点不
存在，可以取二英寸多长的一小段铁丝或钢丝，穿上一小块瓶塞用软木。软
木大小，估计要能使铁丝或钢丝浮在水面上，也就是要用这块软木把铁丝或
钢悬浮在水中。
然后把一个酒杯，或汤碗、或茶杯、或其他容器，装满清水，放在平稳
而且避风的地方。接着仔细把铁丝上的软木一点一点地削去，直至能使铁丝
保持在水面之下2～3英寸的位置为止，让铁丝与水面平行，两头不高不低，
如同平衡的天平横梁一样。
然后再把铁丝从水中拿出来，不必去掉软木，将其一端接触磁石的南极，
另一端接触磁石的北极，接着再重新放入水中，于是你将立刻看到，它自动
绕其中心旋转，表现出前面所说的倾斜效应，悬浮在水中，不下沉到水底。
按理说，如果存在着吸引力，那么因为水的下部比上部离吸引力原点要近，
磁针就应该在吸引力作用下沉到水底。”
这样看来，地球或者说天体并没有从自己的北极散发出吸引力来吸引磁
针北端或整个磁针。诺尔曼认为，应该把磁针指北的能力完全归于“磁石及
磁石所赋予磁针的特性”。诺尔曼和吉尔伯特都没有想到的另一种假说，即
认为存在着吸引力和排斥力，其强弱随着原点的距离变化而变化；磁针为了
保持和地球两极发出的吸引力和排斥力的平衡，就不得不指向地球的北极。
这种更复杂的力学理论，大约在250年以后才发现，并成为安培和法拉第的
争论焦点。作为文艺复兴时期的两个磁学学者，诺尔曼和吉尔伯特，幸好没
有想到这种磁学理论。
诺尔曼及其稍后的吉尔伯特都应用力场的发现来解释说明地磁问题。力
场概念已成为现代物理学关于电、电磁和引力的基本概念。
诺尔曼曾说：“我的意见是，如果能用一种方法看见磁力特性的话，它
一定是围绕磁石的一个相当大的球形体，其死点在磁石的中心，这也是这种
特性的中心。”
虽然这种意见具有先见之明，但很不全面。诺尔曼把磁场特性仅归属于
磁石，而对地球却只字未提。吉尔伯特完成了这一步，他在1600年出版的《论
磁》一书中，重申诺尔曼实验，证明磁针指北或倾斜都不能用引力来解释（他
就是这样认为的），但他指出，只是磁石和磁针具有磁场特性还不够，地球
也是一个磁体，也具有磁场，甚至可能是最终磁场。吉尔伯特把磁场特性称
为球形特性或磁力球。他从诺尔曼实验得出进一步结论说：“再则，方向也
不决定于吸引力，而决定于地球整个力的分布”，是一种球形特性使磁针处
于特定的方向。
吉尔伯特用磁石做成地球模型，并利用这种模型表明磁倾角随纬度变化
而变化。这种导航思想比诺尔曼导航思想更正确更先进，因为诺尔曼没有用
地球磁场来说明问题。
下面就是吉尔伯特在磁场概念诞生时所说的原话：“磁体的球形特性就
是磁体的磁力倾泻出磁体，在表面上扩散，隆起成球形。……我们不是说这
种磁力形式或磁力球存在于空气、水或其他非磁性介质中，……磁体通过磁
力球影响其他磁体，甚至像固体磁石一样激发其他磁体的磁性。”
还有两步尚待完成，但在以后的150年中，比较忽略了磁和电的研究。
怎样实现诺尔曼的梦想，让人能看见磁力和磁力球呢？现在任何一个小学生
都知道，只要把一些铁屑撒在受磁体作用的纸上，就会立刻看到在磁体上面
呈现出球形磁力线。这种方法和对磁力线特性的进一步研究应功于法拉第。
诺尔曼和吉尔伯特两人都认为磁场与物质无关。但法拉第却成功地用实
验证明了这样的事实：转动磁铁棒能产生感应电流。这只要磁铁棒转动，而
与其相关的磁场不动。因为电流只有在导体与磁力线作相对运动，即我们现
在说的“切割”磁力线时，才能产生。所以，即使磁铁棒和其周围存在着另
外的磁场，如果二者相对静止，也不会产生感应电流。
同时，法拉第还证明，只是接通或关掉电磁铁，也会产生感应电流。好
像是导线通电时，所产生的磁场就传播出来，而关掉电流时，它就收了回去。
法拉第通过探测电磁体附近导体产生的感应电流，揭示出这种效应。没有电
流，即使有时有电流，在导体中也不会产生感应电流。而每当通电和关电时，
导体中就出现感应电流。这些以及其他一些效应使法拉第，也使其他的人深
信不疑，磁场是实际存在的。可能只是由于人们的感觉能力限制，使人们不
能像感觉土地和水那样直接感觉磁场。
“酒杯”实验充满着实验理论。西奥多里克和亚里斯多德的观察实验，
是直接用观察实验结果来证实自己的研究设想；而诺尔曼实验则依靠更复杂
的逻辑，他用实验结果来驳斥原有的引力假说，同时说明新产生的磁场概念。
在这个实验中，除了实验科学的实证法或归纳法外，还增加了第二第三方面，
即反证法和说明解释法。同时，由于用磁场概念说明的这种效应，还可以用
更成熟的引力理论来解释，这就会提醒人们注意，不要以为每个有效的说明
就一定是对某一现象的原因的正确认识，不然的话，就有犯错误的危险。
植物的液体循环
1677年斯蒂芬·赫尔斯出生在肯特郡别克斯波恩的一个富裕家庭。
1697年他进入剑桥本特学院读书。当时在剑桥能够学到的专业多种多样，他
和他的朋友威廉·斯塔克利一起对自然史和生物学进行了广泛学习，同时对
气体和液体的流体力学也很感兴趣。从有关资料看来，他的科学活动主要是
研究气体和液体的流体力学在生命过程中的作用。
赫尔斯曾担任剑桥本特学院的学院委员，一直到1709年，在那以后他成
为特丁顿的牧师，并以此渡过了他的余生。虽然确认是哈维发现了人和动物
的血液循环，但他不过是对有关假说提供了必要的理论证明。而赫尔斯用马、
狗和青蛙长时间进行了一系列残酷的实验，考察了血管系统各方面的情况，
绘制出血管系统的图表，还考察了各部分血液的特定压力以及流动的流体力
学条件。他的工作明确地解决了哈维遗留的许多重大问题，在当时就引起了
一般公众的注意。托马斯·特文宁在他的一首地方记事诗《船》里就曾写道：
绿色的特丁顿清静明朗，
是从事科学研究的好地方；
优秀牧师赫尔斯在这里，
解剖过狗、马和青蛙，
还用天平称过水汽的重量。
他以探索大自然奥秘为快乐，
也不时为此而烦恼、 徨。
虽然当时已经开始了反对残害运动的动物，但这个运动的主要人物阿列
克山得·波普，赫尔斯的邻居，却成了赫尔斯的亲密朋友。
大约在1724年，赫尔斯开始进行系统研究，勾画出了植物生理学的基本
轮廓。他不仅进行了植物体液循环的研究，而且更重要的是他还研究了植物
和其所处环境之间的交换和影响。他说明了被植物根部吸收的水分是怎样输
送到叶子，又怎样散发掉的。他对植物的生长过程也感兴趣，并说明了植物
各部分是怎样按比例生长的。在赫尔斯还未从事研究工作的前几年，梅奥曾
说明过呼吸、燃烧和空气之间的关系，赫尔斯对这个问题作了进一步研究。
1722年，赫尔斯被选为皇家学会会员，1727年被选为议会议员，成为一
个显赫人物，当了乔治亚殖民区的托管官员，是公共卫生监督委员会的常务
委员，负责检查诸如皇家海军的卫生状况以及施行所谓特别疗法的效果。他
对空气的兴趣导致提倡通风，对空气不流通的狭小空间，如舰上住室、牢房、
医院病房等进行通风，增加新鲜空气，曾是他一时的急务。他发明了各种通
风装置，其中大多数都被采用。他逝世于1761年，这时他仍然是特丁顿的牧
师。
古代植物学主要受到亚里斯多德的学生西奥菲拉底著作的支配和影响。
绝大部分是记述和分类工作。根据植物的一般形状，把它们分为诸如草本植
物、灌木和树木，或者按其药用性质进行分类。这种分类一直沿用到整个中
世纪，事实证明是实际可行的。西奥菲拉底对植物和环境的关系也进行了某
些研究，并按习性进行
