一个实验的设计和执行必须简洁优雅,才能称之为美。
乔治·约翰逊在美国主持了一个“圣塔菲写作工作坊”(Santa Fe Science Writing Workshop),这个工作坊专门培养一些投身科学写作的作家。作者本人也在美国很多报刊上开设专栏,是一位著名的科学作家。
书中介绍了十种最美的科学实验,这些实验也跨越了不同学科。所谓最美是用什么标准来选择的呢?作者说,他不会选择那种庞大的、像产业一样动辄投入几百人的大型科学实验,而更向往伽利略那种英雄式的个人实验。或者像牛顿,仅凭双手独自挑战未知世界,这显然是一种非常浪漫的科学实验观念。在作者看来,一个实验的设计和执行必须简洁优雅,才能称之为美。分析逻辑就像希腊雕像的线条一般纯粹而必然,尽扫混乱与含糊的瞬间,这才是古典美的含义。
比如威廉·哈维的心脏实验。哈维是17世纪英国著名生物学家、医学家,他这个人并不可爱,性情沉默,据说还总是随身带着匕首,不过并不是为了打斗,而是为了可以随时割开心脏。他割开心脏也不是为了杀人,而是为了做研究。在此之前,历史上恐怕没有一个人曾经剖开过那么多的心脏。哈维说,他甚至打开鸡蛋观察过鸡的胚胎,看到了那个非常微小的心脏的跳动,那种跳动在可见与不可见之间,存在与不存在之间,是生命最初开始搏动的表征。
哈维最有名的成果是推翻了欧洲关于血液的传统认知。此传统认知来自于罗马医生盖伦,他通过解剖发现了人体有动脉和静脉之分,它们的颜色是不一样的。他把动脉中的红色血液叫做维生液,认为它经由心脏和动脉活化肌肉,刺激动作,让我们充满活力。而把静脉里的血液叫做生长液,是促进人体成长的营养精华,由肝脏制造出来然后又输往全身。
今天我们当然都知道了,这是大错特错的,但这个说法一直到17世纪才被哈维推翻。哈维曾在帕多瓦大学学习过,那时候伽利略也在那里执教。当然哈维学的是解剖学,主要做心脏解剖,观察心脏的运动。
根据传统说法,心脏的收缩和扩张并不由它本身来完成,而是靠血液的力量。血液涌进去,它就扩张,血液流走,它就收缩。但是哈维观察到,心脏进行收缩性搏动的时候,就像把拳头捏紧了,变得比较苍白,而舒张开的时候又会变红,这个时候血液又流回来。而且只要把手指放在动脉上,就可以感觉到心脏的搏动,可见它不是被动的,而是主动的,是驱动整个系统的中心。
接着他又研究了心脏的驱动方式,发现左边心脏的作用是把血液打入动脉,带到身体末梢,这个流动是单向的,而静脉中的血液则从身体流回心脏。当时还有一个传统说法,认为两种血液都是经由摄入食物产生。
哈维认为,如果真是那样,我们身体里的血量就会比体重还大。他用一个著名实验证实这个问题,他把一条蛇剖开,在场的观众可以清楚地看到蛇的心脏还在跳动,血液流进流出形成一个循环。当心脏收缩的时候,颜色就变得比较白,舒张的时候则变红。他还教给大家,其实只要捏着自己的手腕就能看到我们的血液是怎么从动脉出去,从静脉回来的,这是人人都能做的简单实验。