Jared Diamond--贾雷德·戴蒙德:加州大学洛杉矶分校医学院生理学教授,以生理学开始其科学生涯,进而研究进化生物学和生物地理学。著有《枪炮、病菌与钢铁》《第三种黑猩猩》等。
相比于Edge年度问题所提到的“抛弃和埋葬旧理论”,科学发展史其实更加多姿多彩。虽然像“新理论通过取代旧理论而赢得胜利”这样的观点可以用来形容某些学科的发展,但也有很多事例表明,新理论也会填补一些旧理论没有涉及的空白领域。发生这种情况的原因有两个:一方面,新的测量技术使新理论能够对应新的信息,另一方面,新理论也可以对应新的“展望”(按照科学史学家的说法,这里的“展望”应该用德语的“Fragestellung”来表示,从字面上理解就是“提出问题”的意思,也就是说,从提问可以引申出更多更广的意义)。下面,我举几个例子来说明上述两个原因。
关于“新的测量技术使新理论的产生成为可能”这一点,近代最为人熟知的一个例子就是詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)的DNA双螺旋模型。他们的模型并没有取代先前建立的模型,他们的对手也至死都不肯放弃错误的观点。相反,沃森-克里克模型之所以能够建立起来,是因为近代出现的两组测量数据:一组是DNA的化学结构分析(通过这一分析,人们发现在DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的数量相等,鸟嘌呤与胞嘧啶的数量相等),而另一组数据则是X射线晶体照片所显示出的证据。众所周知,莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)以及沃森和克里克几乎同时提出了DNA结构的两种模式,科学界也几乎立即就确认了前者的模型是错误的,而后者的模型可以解释当时存在的所有证据。因此沃森-克里克模型迅速得到认可,并填补了该领域的空白,而不是替换了以前错误的理论。
关于这一点,我的另一个例子是“动物电理论”的起源。我们的神经和肌肉细胞膜通过传导电脉冲产生动作,由此引起动态和静息细胞膜区域间跨膜电位的变化。如果缺少直接的细胞跨膜电位的测量结果,就不可能提出一种定量理论来解释电位是如何改变的。在1939—1952年间,两个重要的发现使这个问题得到了解决:解剖学家约翰·杨(J.Z.Young)发现鱿鱼拥有巨大的神经,生理学家当时使用的微电极刚好可以插入鱿鱼巨大的神经之内而不对它们造成破坏。在1945—1952年间,生理学家艾伦·霍奇金(Alan&Hodgkin)和安德鲁·赫胥黎(Andrew Huxley)得益于约翰·杨的解剖学发现和当时技术的发展,测量了在电位和时间综合作用下通过鱿鱼神经的电流,从而对神经冲动产生的原因进行了更详细的定量描述,即神经细胞膜的通透性使得细胞膜内外两侧带正电的钠离子和钾离子浓度发生变化,从而形成了神经冲动。霍奇金-赫胥黎理论迅速被接受,既是因为此理论极具说服性,又是因为在该领域中他们还没有竞争对手。20世纪五六十年代,那时我还是一名生理学学生,我唯一能回忆起的对该理论的质疑声音是来自一些非生理学家,他们关心两方面的问题:一个是微电极是否会对神经膜造成损害(这一质疑由几组不同类型的对照实验进行回应);另外一个就是非定量性,即他们怀疑神经膜和突触或细胞膜的连接处发生的是相同的通透性变化(事实证明,所发生的通透性变化是不同的)。
至于“新理论使提出新问题成为可能”这一点,首先应考虑的是构成群体生物学的几个现代科学基础:分类学/系统学、进化生物学、生物地理学、生态学、动物行为学以及遗传学。至少直到最近,除了遗传学涉及观测、计算和测量以外,其他领域大多数的研究都不需要什么设备。大多数研究已经在2 000多年前的古希腊时代由亚里士多德、希罗多德及其他同时代的人完成了。亚里士多德同样也可以对古希腊的动植物进行观察研究,并达到林奈分类学的水平;希罗多德也可以通过对比黑海地区和埃及地区生物的种类创立生物地理学。希腊人完全有能力和耐心对行星和其他自然界特征进行准确、定量的观测。任何一位古希腊人都可以像19世纪60年代的孟德尔那样,对豌豆进行培育和观测;也可以像18世纪80年代的吉尔伯特·怀特(Gilbert White)那样注意到柳树莺和棕柳莺之间的差异;也可以像20世纪30年代的康拉德·劳伦兹(Konrad Lorenz)那样对幼鹅进行观察,进而建立遗传学、生态学以及动物行为学。但是古希腊人没有提出必要的“新问题”,所以他们也就没有兴趣去计量豌豆的品种,观察莺和幼鹅。从18世纪开始,群体生物学分支学科的增加都是由于近代新问题的增加,这些问题产生了数据(无须发明微电极或X射线晶体学就能产生的数据),反过来又变成了想法,一些领域在此之前既没有数据也没有具体的想法。
无须深入细节,我还会提到另外两个重要领域的例子,这两个例子都是最近几个世纪才出现的,它们的研究无须任何专门的技术,所以古人可能曾在这两个领域有所发展,但并没有形成真正的学科,原因就是他们没有提出相关的新问题。希腊人和罗马人的语言都与印欧语系、美索不达米亚闪语和其他一些语言有关联,他们本可以发现在语言大家庭中的分组,并由此发展出历史语言学,但他们甚至懒得记录下古埃及语、高卢语及其他语言。在所有希腊和罗马的文学作品中,我没有找到任何一个词汇表记录着“野蛮人”的语言,与此形成对照的,则是从17世纪起,欧洲旅行者就开始在非欧裔人口中系统地收集单词。希腊人和罗马人同样能够像弗洛伊德一样,注意到可用于探索人类无意识的证据,但他们也没有这样做。
这些科学领域(也包含我工作的领域)的事例:从20世纪60年代起,大陆漂移假说替换了生物地理学理论中地球是静态的假设;分类学方法衍生出的遗传分类学替换了早期的分类学方法;随后,在20世纪60~70年代间,试图将不可逆过程(非平衡态)热力学应用于群体生物学和细胞生理学领域的做法逐渐消失。以上我说的这些,并非要说明Edge年度问题的基本观点有误,相反,我认为,相比于替代旧理论,科学的发展还有很多不同的道路。