读者 200 期文章库

<PIC|p36.BMP> 　　大自然既简单又复杂，像个朴素和蔼而又渊博深沉的学者，它深藏着自己博大精深的内涵，外表却又显得极为平易随和。天真的稚子也能如鱼得水地嬉戏其中；大字不识的山村老汉数着粗硬的手指也能对付。顺应自然的活法真的挺简单。但是当你试图探究它深层内里之秘密时，它一下子又显现出层层缠裹的错综复杂，你会感到它是那么深不可测，奥秘无穷。不论你钻透多少层，总归还有更深的一层谜把你兜住，你仍然不知道造成这更深一层“果”的“因”又是什么。人啊！凭你这点本事休想跳出“未知”罗网的盘丝洞。 　　大自然似乎更偏袒简单的活法。头脑简单的羚羊也可以优哉地生活在大草原；从不思考的蚯蚓也可以舒缓地纵横地下，繁衍生息。大自然只消交给它们几件“本能”当做看家本领，就够它们吃一辈子的。倘若你看到蚯蚓无端地爬上高出的路面，两天内必有场暴雨。咱们人类动用了那么多先进技术：宇宙火箭、气象卫星、太空遥感和大型计算机，分析了一张又一张气象云图，进行48小时天气预报，还常有报不准的时候。而这个一条直肠子通到底、不能再简单的小小蚯蚓又凭着哪门子本事做出如此准确的气象预报呢？“地震学”可能是一门最古老又最不成熟的学科，人类目前尚无法准确预报地震。而狗、泥鳅之类的动物却常能事先知道。人类中真该有几个“通狗语”、“识鱼性”、“知鸟音”的人，它也许是地震学家最至关重要的“外语”。人们有“警犬”、“军犬”，还应当有“震犬”。简单性与复杂性都是一种活法。庄子观鱼，鱼望庄子，一个活得复杂，一个活得简单，不管选择哪一种，大自然都会给你条活路。顺生、顺时、顺应自然，大自然就会像白昼那样一目了然。活着并不难，不信，你去问牛。 　　大自然还算公平，他宠爱简单，也奖掖复杂。它总是给复杂者出难题，却从不难为简单者。苦恼总是属于头脑复杂者。大自然创造出会思考的人类，不过是在和他玩一场永无休止的“有奖猜谜”游戏。奖品是——你猜中哪一条，就可以使用哪一条科学原理，将它变成技术产品，供人们享用。人类——大自然的天然“谜友”，要是不互相打架，总是斯斯文文地猜谜该有多好！ <JZ|>大自然并不像自家后院那样一览无遗 　　人类祖先出自于无知，对大自然充满着神秘、恐惧与困惑之感；当今一些科学巨匠出自于对大自然的透辟理解，也被它那不可思议的美妙、庄严与精深所震撼。这两类人都对大自然存有一种发自内心的敬畏，惟独那些灌了“半瓶子”粗浅知识的现代人感到无所谓。 　　我们面对的永远是一个无限的大自然。无限就围拢在我们身边，繁英满地，俯拾皆是。不仅身居未知前沿的科学家要面对无限，我们每个人都避不开它。 　　人类是先学会了数月亮而后才学会数手指头的（公元前2600年苏美尔人就创立了以12为基础的进位制和相应的计算方法。公元前1700年，克里特岛才实行10进位制）。大自然也许在嘲弄长了10个手指从而发明了10进位制的人类，在一维长度上我们也许还能对付，一到二维平面可就障碍重重了。圆与方是人们最常见的基本几何图形，尽管我们生活中到处充满着圆和方，但是，原则上我们无法严格地制作一张2平方米的方台面，或是一张3平方米的圆台面。你将面对两个无理数——边长 2和圆周率π。当然，你也许有能力将其用计算机算到小数点后一百万位，但是第10位就已经是原子尺寸了，你无法切出半个原子。 　　几世纪前人们就已发现了有趣的斐波那契级数：1，2，3，5，8，13，21，34，55，89，144……此级数最大的特征是：每一项数字都是前两项数字之和。这个级数与大自然植物的关系极为密切，几乎所有花朵的花瓣数都来自这个级数中的一项数字；菠萝表皮方块形鳞苞形成两组旋向相反的螺线，它们的条数必然是这个级数中紧邻的两个数字（如左旋8行，右旋13行）；所有植物花盘（如向日葵）也都有两组旋向相反的螺线，它们的条数也必然是这个级数相邻的两个数字（如，顺时针螺线数／反时针螺线数：34／55，55／89，89／144……）。真怪！倘若两组螺线条数完全相同，岂不更加严格对称？可大自然偏不！直到最近的1993年，人们才对这个古老而重要的级数给出真正满意的解释：此级数中任何相邻的两个数，次第相除，其比率都最为接近0．618034……这个值，它的极限就是所谓的“黄金分割数”ф=（sqrt（5）－1）／2。至于为什么“黄金分割数”成为主宰植物王国的“上帝”，又是一项大谜存焉。数论专家早就下过断言：最无理的数就是黄金分割数！（也许一个民族把业余时间投向何方倒是更加关乎它今后的命运！当众多国人沉溺于搓弄144个方块，做着“黄金梦”时，又有几人知道144与“黄金分割数”的关系？） 　　虽然我们日常生活中最常接触的是有限，但它们也许是一条无限链条上的几个环节。 　　在一个刚学过初中物理的少年眼中，也许一滴水再简单不过了。他会侃侃而谈：由于液体表面张力的作用，水滴是球形的；按照牛顿第二定律h=1/2*g*t*t，只要知道时间就可以准确计算出它在任何时刻下落的位置。这位少年郎的简单头脑中绝不会想到这个公式只是本质上的近似描述，它忽略了无数在真实环境中必然存在的复杂因素。但倘若将一切影响因素都考虑进去，这将是无穷无尽的，你永远不会抵达“完全真实”的彼岸。 　　单说重力常数g，地球不同纬度就有差别。此外，月球引力既然对潮汐都能产生影响，自然对水滴的下落也会产生影响。如此说来，一年当中不同的日期，每天中不同的时间，不同的地理位置和海拔高度，不同的月球倾角都会对降落速度常数产生些微的影响。 　　再考虑液滴蒸发，不同温度、湿度、风速都会影响水汽的蒸发速度，从而影响液滴的重量。降落时，水滴下部的冲击增压与上部的尾流减压，也会造成液滴两端的蒸发产生差异。蒸发时水中轻同位素（氢）总是比重同位素（氘）略占优势，因此水滴落地之前与滴落之初其同位素丰度比也会略有差异。树叶上分泌的可溶性物质与灰尘的混入也将会影响它的蒸发。 　　水滴降落时由于空气动力学作用会使液滴产生振荡变形与无规转动，这些都会影响它降落的轨迹。 　　水分子离子在降落过程中穿越地球磁场产生劳仑兹力扰动也将影响液滴内部水分子的运动。 　　此外，下降过程中失重状态下的微生物行为，减压下液滴内气泡的变化，液滴蒸发时的降温作用……都会伴随发生。 　　以上只是已知物理现象的一小部分，而且还会有更多尚未被发现的影响因素。就液滴降落而言，要想包容所涉及的全部影响因素，并以数学表达式纳入对自由落体公式的修正，这将是不可能的。可以说，自打地球诞生那天起就没有过两次完全相同的滴水过程。套句哲学家习惯说的话：人不能两次看到同样的水滴！ 　　不要以为未知都在离我们现实生活十分遥远的科学前沿，诸如宇宙起源、生命起源、黑洞、夸克、超弦……也许在我们身边，甚至在我们最为熟知的地方偏偏存在许多“谜洞”和“漏眼”。有时发现之后人们才领悟到它竟是一个激动人心的科学新天地，会令人类思维全部为之改观。 　　人们早就看惯了自家水龙头的漏水：一滴一滴；开大点，一滴滴一滴滴……；再开大点，一滴滴滴滴，一滴滴滴滴……原来这里隐藏着近年来非线性科学中的一项重要发现——“倍周期现象”。 　　人们都看惯了云影、山形、闪电、树枝、根须……原来这里暗含着一门新兴的学科——分形几何学。静听池边细浪略有节奏地拍打石岸；俯看大河那蜿蜒曲折如舞素练的流畅曲线；留意那颇似劳仑兹水轮的正逆随意翻转的电动玩具……它们勾勒出一个全新的科学新领域——混沌学。 　　千百年来人们一直习惯于把正在滴下的水滴画成上尖下圆的“泪滴”形状，对它的真实形态似乎只有那位一个世纪前的瑞利勋爵做过些认真的观察，画出过一张正确的图形。可惜就连这点精细也早就湮没在浩瀚的科学文献故纸堆中了。直到1990年，数学家豪·佩里格林等人才仔细地拍摄了水从水龙头滴落的全过程。发现它们十分复杂有趣，一滴“泪滴”后面还跟着一个小圆柱形的尾巴，它轻微的波动最终变幻成一串越来越小的“珍珠”而紧随大滴脱落。这项研究已被公认是近年来一项“杰出的工作”。可是全世界50亿人，再算上历代的祖先，少说也有上千亿人，谁没看到过水滴呢？又有几人认真观察过这一生活中最常见的未知现象呢？ 　　刚刚颁发的诺贝尔化学奖奖给了近年来发现C↓(60)分子的柯罗托、斯麦利等人。这是继石墨、金刚石之后发现纯碳的第三种独立形态，并紧接着扩展成一个庞大的富勒烯家族。按理说，人们早就该发现C↓(60)了。它在蜡烛烟黑中，在烟囱灰里就有；提取C↓(60)的溶剂都是最常见的试剂；鉴定其结构所用的质谱仪、核磁共振谱仪几乎任何一所大学或综合性研究所都有。尤其令人惊异的是，其分子模型与那个已在绿茵场上滚动了多年，由l2块黑色五边形与20块白色六边形拼合而成的足球竟然毫无二致。C↓(60)发现之初，斯麦利等人打电话给美国数学会主席告之这一消息，这位主席竟惊讶地说：“你们发现的是一个足球啊！”柯罗托在英国《自然》杂志发表的第一篇关于C↓(60)结构论文时，索性就用一张安放在德克萨斯草坪上的足球照片作为C↓(60)的分子模型（科学与体育居然还有这么一次罕见的合作）。可以说，几乎每一所大学、每一座研究所的化学家都具备发现C↓(60)的条件，然而几十年来，成千上万的化学家都与它失之交臂。难道结构化学家中竟然没有一个球迷？ <JZ|>静观自然——人类不过是个先天不足的业余研究者 　　大自然创造了有感知、能思考的人类并不是让他反过来研究自己的。 　　我们的感官和大脑都是环境的产物，造就出它们，纯粹是为了让人类在地球这个特殊的生态环境中获得最适宜的生存。仅此目的，绝无它意！至于人类利用大自然赐予的感官与大脑，在维持其生存之余还有兴致研究与探索大自然的奥秘，这纯属业余之“副业”，完全是好奇心所驱使。大自然从来没给他派过这项任务，也从来没有根据所谓“研究需要”来为人类配置齐全的感官品种与足够的感知范围。人类所拥有的仅仅刚够其维持生存，既没有多余的感官，也没有超出生存所需之范围。若论研究自然，实属先天不足，这也许是人类认识局限性的来源之一。例如，人类完全是个“磁盲”，大自然给鸽子配置了“磁觉”，却丝毫不给人类这种能力。在当前电器时代，人类要是具有“磁觉”器官该是多么方便啊。人类若有磁觉，没准发电机会早于蒸汽机，“第一次工业革命”当为“电机时代”，而不是“蒸汽机时代”，水力、风力、汽轮机发电将更盛行。 　　大自然本无所谓颜色、声音、味道，它只有光的波长、振动频率和相关的化学反应、物理效应。纯粹是为着人类自身生存的需要才“选择”了16—20000赫兹这段声波作为“可听”的声音，选取400—800纳米的光波作为“可视”的颜色。超出这个频率范围的声波哪怕再“响”我们也听不到——谓之“静”；越出这段波长的光哪怕再“亮”我们也看不到——谓之“黑”。可见静并非一定无“声”，黑并非一定无“光”，何以如此？完全是为照顾我们生存需要。 　　试想人类若能听到16赫兹以下的“次声”，则自家胸腔内，心脏跳动声如擂鼓，两肺呼吸如拉风箱，腹腔肠胃蠕动如狗舔汤盆，屋外孤鸟离枝，枝颤如拨琴弦，室内睡猫鼻息，气流如风笛长吹……日日夜夜陷入如此噪杂，人类将何以安宁？同理，人类若能看到波长800纳米以上的红外线，则夜间人体通明，桌椅件件发光，取暖炉强光刺眼，又将何以安眠？盐本无所谓“咸”，糖本无所谓“甜”，空气与水本无所谓“无色、无嗅、无味”，这均为有利于人类生活需求而已。大自然无意特别恩宠人类，并未给予他超出生存实际需要的任何东西。人之视觉不如鹰之高远，不能像猫夜视；人之听觉不如蝙蝠之能辨“超声”；人之嗅觉不如猎犬与野兽。人类不能感知气压、电压、磁极、次声，不能自计时间，人类不得不靠发明各类仪器，借以延伸感官。 　　相对而言，人类的大脑配置可算是大自然格外开恩了。根据世界著名古人类学家理查德·利基的研究：“猿的新生儿的脑量平均大约200毫升，大约为成年时脑量的一半。”据他推测，若按此一般规律，平均脑量为1350毫升的现代人，其妊娠期理应是21个月（而不是目前的9个月），俟其新生儿脑量达到675毫升时再降生。由于人类骨盆开口的限制，只允许新生儿脑量达到385毫升时就得提早出生。从这个意义上看，我们人类个个都是“早产儿”！怪不得人类婴儿刚生下来会如此软弱无能，这般娇痴无助，非在母亲怀里补足这21个月才能下地走路。《封神演义》的作者也许早就猜出了这个道理，他笔下那个哪吒妊娠期足足42个月（刚好为21个月的两倍），一生下来就能“满地上跑”。有时“神话”比“人话”要有远见得多。科学与神话都需要想象力，两者常常先期而合。想当年吴承恩笔下的孙悟空，拔一撮毛就“克隆”出一大群孙悟空，现在英国人不是已“克隆”成功一只羊了吗？专家指出：克隆技术最好是用“干细胞”，这在毛发中就有。当年悟空从后颈拔毛该是何等聪明！ 　　按照英国人类学家阿瑟·基恩爵士提出的界定标准：“人脑必须达到750毫升才算超出猿类。”真幸运人类有着一个平均1350毫升的大脑，没有这点余量，人类休想搞任何科学、哲学、文学、艺术、产品发明与工程技术。但愿人们能充分地、自由地使用这1350毫升大脑的思维空间，千万别给大脑设置“禁区”，人为地封闭某些脑区，等于强制大脑只许在1000毫升以下使用，这将是一种反自然的行径。 　　老子曰：“知其白，守其黑，为天下式。”倘若我们用白色表示人类已知，黑色表示人类未知，那么，在无限广阔的黑色背景中，我们人类只不过是在一块极其有限的局域中，疏疏地画了一些有限长度的白色线段。这些线段绝不可任意延长，稍做延伸即成谬误。这些线段之间交互联接，沟通了人类认识自然的“知识网络”。这些线段是无限细的“几何”线段，无论两条线段靠得多么近，它们之间仍旧“疏可走马”，仍旧可以容下无限多条新添的白色线段。 　　科学任何时候都不可能抹出一块白色的“面”——属于完全的已知，中间不再存有任何黑色的间隙，它意味着在这块有限的面积里（无论其面积多么小），科学再也不可能发展了——绝不可能存在这种“科学墓区”。科学永远依存于未知，永远离不开对未知的探索。科学只有植根于“未知”的土壤中才能永远保持鲜活。 　　优秀的科学家从现象中发现规律，而天才的科学家又从众多规律的复杂联系中发现了简单，依据这些简单的原理能够将已有的科学知识系统化，并分门别类地梳理成“知识树”形式。然而，作为整体联系着的大自然并不承认这种人为地割裂自然的狭隘见识。它常常神奇地使这些孤立的树之间“枝枝相覆盖，叶叶相交通”。有时两门年轻学科少年气盛，一个向着宏之又宏方向，另一个向着微之又微的方向各自孤军奋战，长驱直入，活像两个孙悟空在大自然的掌心中，分别朝着两个相反的方向拼命翻着跟斗。当它们意得志满地在各自的“天尽头”小解时，到头来，却发现两泡猴尿浇到同一根大肉柱子上了。古生物学拨动着核物理学的“绝对时钟”；宇宙学的脉冲中子星弹奏着微观中子物理的乐谱。 　　也许人类最大的未知就是——不知道什么是自己永远无法知晓的！这似乎是一个悖论，如果你确确实实已经知道了存在着这样一个领域，你对它就不再是一无所知。 　　我们的头脑中只能贮存“知”，不能容纳“非知”。不论是“已知”还是“未知”都属于不同程度的“知”。一个人处于绝对黑暗中，对周围完全无知，他不知“有什么”，也就不存在“看不见什么”具体东西的问题。这是一种“非知”状态。只有当他触到某一物件才产生“看不见什么”的问题，它属于未知状态。 　　人类只能知晓“知”，不能知觉“非知”，更不知道有多少“非知”存在。只是从哲学的理念上看，应该存在着无穷无尽的“非知”。一个造诣高深的科学家不仅他所通晓的“已知”以及他脑中的“未知”要远远多于一般人，而且他的头脑中对“非知”也随时保持高度的警觉。一旦机遇出现，他能突破头脑中“已知”的束缚，敏感地识别，及时地捕捉，并竭尽全力地将“非知”转化为“知”，最终成为“已知”。 　　先民们敬畏自然、崇拜自然，萌生过朴素的宗教感情。他们崇拜火，崇拜太阳，崇拜母神，公元前3900年的古埃及人甚至崇拜尼罗河，每年在汛期之前都要在河中溺死一名少女，作为“尼罗河的婚礼”。 　　随着科学技术的进步，特别是它最近400年的突飞猛进，在一般人们的心目中大自然似乎已一览无余不再神秘。人们不再敬畏自然，凭借手中的科学技术，改变环境，创造出数不胜数的人工制品，过上了越来越舒适的生活。人们渐生狂妄，乃至发展到“人类至上”的程度，活像普希金笔下的那个渔妇。解除了敬畏之心束缚的人类，总是为着各自的私利由着性子胡来，他们争相掠夺自然、破坏自然，把一个本不算大的地球折腾个兜底翻。近地大气层到外层空间，河流湖泊到深海大洋，高山峻岭到原始森林，良田草场到大漠荒原，凡人迹所到之处全被糟蹋得不成样子。可怜这个蒙着蓝色轻纱，在太空中独具魅力的星球几乎找不到一处净空、净水与净土。藐视自然、不懂自然而又惯于鲁莽行事的人活像乡里人称的“二杆子”，什么都不忌讳，什么都要胡来，不顾子孙后代，不信因果报应，天不怕、地不怕、神不怕、鬼不怕，大自然更不怕，没有任何王法、规章能够管住他们，他们的破坏力是毁灭性的。遗憾的是，人类中的这种“二杆子”并不在少数。哪怕他重权在握，哪怕他家境豪富，哪怕他顶着个“总工”、“总裁”头衔，在对待自然的态度上，他们仍然是个“二杆子”。 　　人类在发展中堕落，在科学中愚昧，在叛逆自然中自掘坟墓。忤逆自然的人类将不会在大自然里寿终正寝。人类是一个整体，我们都是“地球号”宇宙航船的乘客。共生共灭的人类只能同舟共济，只有拯救整个人类才能真正拯救我们自己。 　　敬畏自然、顺应自然、理解自然，我们人类方可在大自然中和合万世，颐养天年。