當繪畫捕捉科學發現

劉夕慶

布蘭德為追求淘金術而意外發現了磷，孟德爾通過豌豆實驗創造性地推導出了生物遺傳定律，巴斯德在研究中發明了“巴氏滅菌法”……這些里程碑式的科學發現都曾定格在繪畫中，畫家希望將這些激動人心的瞬間藝術地傳達給欣賞者，讓人們體會其中的藝術美和科學美。

繪畫展示事實性的科學發現

科學史上的任何發現歸根結底都是在一定社會經濟文化背景下社會實踐的產物，符合科學發展的必然規律。然而，有些科學發現雖在科學發展的總進程中是必然的，但其發現過程卻看起來并不那么合乎規律。比如，17世紀德國人布蘭德的煉金術生涯，就曾因一個意外的收獲而有了一幕喜劇性的結尾。

當時，布蘭德受到煉金術的誘惑，開始狂熱地煉制“金屬之王”—黃金。破產之后，他又異想天開地認為，人體是天地間最完美的，黃金則是金屬中最完美的，因此，要想得到煉金中不可缺少的“點金石”，很可能應該利用人體生命活動中的產物。于是，他開始蒸餾人尿。

?18世紀時，西方天文學領域的發現成為時尚，研究天空的美麗和有序變成人們的一種普遍追求

1669年，他在一次蒸餾尿液的實驗中，雖然沒有得到黃金，但卻意外地發現了一種十分美麗的白色蠟樣物質，更神奇的是它在黑暗中竟能發出神秘而又美麗的亮光，于是布蘭德給這種物質取了一個名字：“冷光”—這就是如今被我們稱為白磷的物質。

雖然沒有因為發現磷而發財，但是布蘭德的名字卻載入史冊。這—點大概連他自己也始料未及吧！

與布蘭德的意外發現相比，也曾迷戀煉金術的牛頓則是科學史上非常偉大的人物之一。例如，他提出了日光經折射能分解成眾多色光這一重要的科學發現。1665年，他所就職的劍橋大學由于鼠疫橫行而關閉。這期間他留在鄉下的家中，利用在斯特布里奇集市買的三棱鏡做光學實驗。他寫道，正是在那里，“我買了一個三角棱鏡來做著名的光色現象實驗”—也就是左圖中所描繪的令人激動的場景。畫中，牛頓的目光隨一縷陽光投向展開的光譜，而他莊重的神態掩飾不住其內心的興奮……

繪畫凸顯理論性的科學發現

重大的科學發現，特別是重大理論的提出，往往引發某一學科甚至整個科學界的革命。科學理論的提出是創造性思維的結果，它往往歸功于直覺、想象力和嚴謹的邏輯推理、演算的共同作用，這就必然要涉及科學家的文化素養、心理結構甚至性格特征等復雜的個人因素，有時還往往具有很大的偶然性。

從1856年開始，生活于奧地利的神父孟德爾進行了長達8年的豌豆實驗。他首先從許多種子商那里弄來34個品種的豌豆，從中挑選出22種用于實驗—它們都具有某種可以相互區分的穩定性狀，例如高莖或矮莖、圓粒或皺粒、灰色種皮或白色種皮等。孟德爾通過人工培植這些豌豆，對不同代的豌豆的性狀和數目進行細致入微的觀察、計數和分析，耐心地研究遺傳性狀及其變異規律。

經過長期思索后孟德爾認識到，理解那些使遺傳性狀代代恒定的機制更為重要。終于，他利用家族園藝技術、生物學、數學、物理學相關知識，創造性地推導出了相應的數學關系式。人們分別稱之為“孟德爾第一定律”（即遺傳分離規律）和“孟德爾第二定律”（即基因自由組合規律）—它們揭示了生物遺傳的奧秘。孟德爾酷愛自己的研究，經常指著豌豆十分自豪地向前來參觀的客人說：“這些都是我的兒女！”幾乎同時代的達爾文絲毫不知道這些遺傳和變異的具體機理，但卻從“自然選擇”出發創立了生物進化論，而孟德爾從數學規律上彌補了其理論的不足。

古往今來，當天才迸發靈感的火花時，往往也被形容得非常傳奇。信不信由你，傳說牛頓是這樣領悟出萬有引力概念的：

在英國伍爾斯索普村，怡人的秋夜，牛頓坐在家鄉的蘋果樹下，一面望著月亮，一面沉思。忽然，一只蘋果掉落到地上—所有的東西一旦失去支撐，必然會墜落;那么，月亮呢？它也沒有支撐，為何不下落？剎那間，牛頓悟出了答案：使月球保持在軌道上運行的力和將蘋果拉向地面的力是同一種力—凝視著蘋果和月亮，他發現了支配宇宙萬物的原動力—萬有引力。

其實，1687年“萬有引力定律”的提出并非偶然，獲得它的定量數學形式不但要運用數學、物理學知識，而且還可能需要哲學思辨的幫忙，更需要精于藝術研究。左邊畫作就凸現了牛頓發現這個偉大定律的故事。

事實與理論交織的科學繪畫

?（左圖）《內科醫生的發現》——18世紀60年代福爾克瑪根據1659年內奇爾的油畫制作的一幅雕版畫;（中圖）意大利物理學家伏打一生做過無數次電學實驗，這幅圖描繪的是他發現電的場景;（右圖）古代西方天文學家托勒密用其科學發現來支持他的“地心說”

科學事實和理論這兩類發現不但互相聯系，而且互相促進。例如，19世紀末以來，電子、X射線、放射性等的發現促成了原子結構和原子核理論的建立，而后者又推動了各種基本粒子的發現，為粒子物理學的誕生做好了準備。

原子的存在是19世紀后期所有物理學家都接受的科學假定，它被設想為組成所有物質的微小粒子。但是關于原子本身，科學家卻一無所知，同時，原子被認為就像是毫無活力和不會變化的微粒。然而在1880～1920年間，這種關于原子的觀念被徹底推翻，引起這種觀念變化的第一個啟示就是放射性射線的發現。

倫琴于1885年在德國烏爾茲堡發現，他用于做一些實驗的玻璃管會發射一種奇怪的高能射線。它們與光線有些關系，因為它們照射到光敏化學物質時，可以顯現出一種照片。但是最奇特的是它們好像能夠穿透固體，使倫琴可以利用它們來獲取放在封閉盒子里面物體的照片，它們還可以穿透人的肌肉而顯現出人的骨骼，這引起了科學界和公眾的轟動。倫琴無法解釋這種射線，因而稱其為X射線，于是歐洲實驗室里的眾多物理學家們開始研究起這種射線來。

在巴黎，貝克勒爾發現元素鈾也發射類似的射線，而居里和他的妻子—科學史上著名的女性科學家居里夫人，后來繼續了這項工作。居里夫婦知道最豐富的自然鈾源是瀝青鈾礦物，后來他們進一步分析發現，礦物中除了鈾之外，還有另外兩種元素，它們分別被稱為鐳和釙。他們發現這三種元素均發射某種形式的能量，這一發現使他們獲取了揭開物質內部秘密的又一把金鑰匙—物質的放射性。

巴斯德是法國人，一生進行了多項探索性的研究，并取得了眾多重大發現。他用畢生的精力證明了三個科學問題：第一，每一種發酵都是源于一種微生物的作用。他發現用加熱的方法可以殺滅那些讓啤酒變苦的惱人的微生物，很快，“巴氏滅菌法”便應用在各種食物和飲料上。第二，大部分傳染病都源于一種微生物在生物體內發生作用—由于發現并根除了一種侵害蠶卵的細菌，巴斯德拯救了法國的絲綢工業。第三，導致傳染病的微生物，在特殊的培養之下可以減輕致病作用，使它們從傳染源變成防病的疫苗。巴斯德意識到許多疾病均由微生物引起，于是建立起了細菌理論。

總之，科學發現是一切科學活動中最令人激動的事情，難怪愛因斯坦在描述他發現慣性質量和引力質量等價性這一科學事實時，稱之為他一生“最幸福的時刻”。那么當畫家將這些激動人心的瞬間藝術地傳達給觀眾，并使他們獲得觸動和感悟時，何嘗不也是一種幸福呢？