論19世紀歐洲的三大發現
▲一聞
首先我們來討論一下能量守恒定律和能量轉換定律。
歐洲19世紀是自然科學技術全面發展的時期，其中能量守恒定律和能量轉換定律是這一時期自然科學的三大發現之一。
能量守恒定律和能量轉換定律是自然科學中關于物質運動的最重要的普遍規律之一。
能量既是物質運動的表現形式，又是物質運動的尺度。不同的物質，運動形式不同，因而具有不同的能量。從量方面看，能量守恒定律和轉換定律告訴我們，不管發生什么變化或過程，能量的形式雖然可能發生變化，但能量的總量是不變的，既不能毀滅，也不能創造；既不能增加，也不能減少。一切形式的能量都是可以相互轉化的，各種形式的能量的轉換都是按照一定的數量關系進行的。某種形式的能量的損失，必然會產生等量的另一種運動形式的能量。
例如：一焦耳的電能可以轉換成0.24卡的熱能；一千卡的熱能可以轉換成4274克每米的機械能。從質量上講，不同形式的物質運動是可以相互轉化的。我們先說機械運動、熱、光、電、磁、化學等運動的相互轉化。物質的一種運動形式轉換成另一種運動形式的能力是永恒的，是運動物質本身所固有的，不能被創造或毀滅。例如，煤燃燒時，化學能就轉換成熱能。如果用來發電，就得到了電能。
從哲學角度看，能量守恒定律和能量轉換定律體現了運動形式的相互轉化，揭示了自然界一切事物內在的相互聯系，證明了物質世界的統一性和物質運動的不可消滅性。
那么，能量守恒定律和能量轉換定律是如何發現的呢？
早在17世紀，法國哲學家、物理學家、數學家笛卡爾就主張物質的不滅性和運動的守恒定律，闡明了他的辯證法和運動守恒定律思想。他的思想集中在1644年發表的《哲學原理》中：
“物質的運動量是固定的，既不增加也不減少，盡管有時某些部分的運動量可能會增加或減少。因此，當物質的一部分運動速度是另一部分的兩倍1821年 德國物理學家，而另一部分的運動速度也是兩倍時，我們應該假設這兩部分的運動量相等，并且每當一部分的運動減少時，另一部分的運動就會相應增加?！?span style="display:none">PXq物理好資源網(原物理ok網)
這是笛卡爾能量守恒定律的具體體現。
18世紀，美國技師拉姆福德在鉆槍管時發現槍管和金屬屑會產生熱量，這讓他想到熱量可能來自鉆頭的運動。為此，他用一根很鈍的鉆頭做了實驗。鉆頭在槍管上鉆了兩個半小時后，槍管和鉆頭產生的熱量竟然使水達到了沸點。這證明了熱量的來源是鉆頭的運動。后來，英國化學家戴維也做了這方面的實驗。
他在真空中摩擦兩塊冰，兩塊冰都開始融化，證明了機械運動可以轉化為熱能。拉姆福德和戴維的實驗使人們認識到熱和功可以相互轉化，揭示了熱的本質，促進了守恒定律和能量轉換的研究。
19世紀初，英國物理學家、化學家威廉·尼拉森與外科醫生卡萊爾于1800年在英國共同研制出第一個伏打電池，并用它將水電解成氫氣和氧氣，通過電解水的實驗證明了電能產生化學變化......
隨后，1812年，丹麥物理學家奧斯特在《化學定律的洞見》一文中提出了電與磁之間的某種關系。1820年，他經過實驗，正式公布了自己發現電流引起的磁效應。奧斯特發現電（能量）可以轉換成磁（能量），也就是磁性，具有重大的科學意義。1821年，德國物理學家塞貝克發現了熱電現象（即塞貝克效應），并由此發明了熱電偶，用于測量溫度，證明了熱可以轉換成電。1831年，為了弄清電磁關系，英國物理學家法拉第經過反復研究和實驗，終于發現了磁感應電的現象，證明了磁（能量）可以轉換成電（能量）。
總之，在19世紀30年代以前，科學家通過實驗證明了自然界中的運動是統一的。聲、光、電、磁、熱和機械運動都是統一的“力”（指運動和能量）的不同表現形式，所有這些不同形式的運動都可以相互轉化。但那時科學家的認識還只是表面現象，還沒有形成規律性的認識。直到1940年代，這一認識上的飛躍才通過邁耶·焦耳和亥姆霍茲的科學實踐終于完成……
誰能相信同一個人在熱帶地區的血管里的血液會比在歐洲的更紅？
然而梅耶不僅發現并告訴了我們這個秘密，而且還通過研究指出了造成這種奇怪現象的原因。
邁耶是一位德國醫生，年輕時曾乘船到印度考察，不料在考察過程中意外發現，船上船員的靜脈血比歐洲的更亮更紅。于是他仔細研究，認為食物是維持人體體力和體熱的源泉，食物的消化過程好比無機界的燃燒；在熱帶地區，維持體熱所消耗的能量減少，因此消化食物（燃燒）所需的氧氣也相應減少，靜脈血中剩余的氧氣就會比歐洲的多，所以就更亮更紅。從這一現象中，邁耶還進一步認識到，生物體內能量的輸入與輸出總是保持平衡的。 此外，他在1842年發表的《論無機自然力》一文中，還解釋了每當風暴將要來臨時海水溫度之所以上升，是由于海水的攪動和摩擦所致，并從因果的不滅性證明了“力”的不滅性。
氣體的恒壓比熱與恒容比熱之差為熱功當量365千克/千卡。正因如此，邁爾被公認為最早發表能量守恒定律的科學家之一。
繼邁耶之后，英國物理學家焦耳在對載流導體產生熱量進行多次實驗后，發現電能可以轉化為熱能，并得出了一條定律：導體產生的熱量與電流強度的平方、導體電阻和電流流動時間成正比。他隨后發表了一篇科學論文，題為《論伏打電產生熱量》。
1843年，焦耳在繼續研究各種運動形式之間的能量守恒定律和轉換關系后，寫了《論水電解產生的熱量》和《論電磁的熱效應和熱的機械值》兩篇學術論文。在后一篇論文中，他斷言自然界中的能量是不可消滅的，在消耗機械能的地方，總能得到相當多的熱量，熱量只是能量的一種形式。后來，他不斷改進實驗方法，不斷提高實驗的精確度，終于得到了一個重要的物理常數，即熱功當量。當時，他測得的熱功當量的數值精確到423.9千克/大卡。焦耳經過艱苦努力才取得了這一實驗結果，從而為能量守恒定律奠定了基礎。
全面論證能量守恒定律和能量轉換原理的是德國物理學家、生理學家亥姆霍茲，他從1843年起歷任波茨坦軍醫、波恩大學解剖學和生理學教授、柏林大學物理學教授。
亥姆霍茲通過對動物生理效應的定量研究，證明了能量守恒定律，并引入勢能概念來解釋各種能量形式的轉化。1847年，他發表了一部關于能量守恒定律和轉化規律的重要著作《力的守恒定律》。從而，他終于完成了人類對能量守恒定律和轉化規律理性認識的飛躍，為自然科學的發展做出了重要貢獻。
先說細胞學說：細胞學說的創立，在生物學史上具有劃時代的意義，它不但證明了生物世界的統一性，而且揭示了植物和動物的共同起源。
那么，細胞理論的創始人是誰？
他們是施萊登和施旺。
施萊登是德國植物學家，曾任耶拿大學、德累斯頓大學、法蘭克福大學植物學教授。他在平時的教學和研究中，十分重視對植物發育過程的研究。后來，他通過長期在顯微鏡下觀察植物組織，終于發現植物一切結構的基本單位是細胞，植物的一切器官組織都是由細胞構成的。1838年，施萊登將自己的觀察和上述觀點寫在學術論文《論植物發育》中，明確提出了一切植物組織都是由細胞構成的科學思想。這就是施萊登的《植物發育學說》。
施萊登的“植物發育理論”得到施旺的積極支持，并進一步擴展到動物。
施旺是德國生物學家，曾在波恩大學、維爾茨堡大學和柏林大學學習醫學，后來成為柏林大學解剖學教授。他贊同施萊登的觀點，但認為細胞不僅是植物結構的基本單位，而且是一切動物結構的基本單位，包括鳥、獸、魚、蟲、蛇、蛙等。于是，第二年，也就是1839年，他就發表了《動物和植物組織和生長均勻性的微觀研究》。
在這篇學術論文中，施旺從軟骨組織的描述開始，討論了組織學的諸多領域，著重探討了細胞的性質和最細微組織的起源，并明確指出動物和植物都是由細胞構成的。這樣，兩位科學家一致認為，一切動物和植物都是由細胞發展而來，都是由細胞及其細胞產物構成的。每一個細胞作為獨立的單位，都有著自身的生命意義，同時也作為整個機體的組成部分而具有生命。由此，施萊登與施旺共同創立了細胞學說，具有重大的歷史意義。
然而，任何偉大的創造，包括發明、發現，除了具有一定的歷史意義外，也有其形成、發展的歷史過程，細胞學說的創立也不例外。在施萊登、施旺創立細胞學說之前，早在17世紀，科學家就發現了生物細胞，并開??始研究細胞組織。
第一個發現“細胞”的人是英國物理學家埃德溫·胡克。
17世紀初，荷蘭眼鏡制造師詹森通過將兩片磨光的鏡片放在一起，偶然發現了微小物體??，從而誕生了世界上最早的顯微鏡。后來，英國物理學家胡克又改造出一種能將物體放大140倍的顯微鏡。1666年，他在觀察一塊軟木時，驚奇地發現軟木上布滿了許多細小的“空腔”。由于他無法給這些細小的“空腔”命名，便根據其含義稱之為“細胞”。這就是“細胞”名稱的由來。
不過，胡克當時觀察到的并不是真正的細胞，而是植物上的“細胞壁”——軟木中的細胞外部，有一層由死去的原始細胞分泌的纖維素構成的厚壁。1675年，荷蘭生物學家列文虎克制成了能將物體放大270倍的顯微鏡。在這種高倍顯微鏡下，他看到骨骼和肌肉中那些小小的“空腔”里充滿了透明的液體，并把它們用圖形描繪出來。原來，這些透明的“液體”就是真正的生物細胞！
此后，越來越多的科學家開始用顯微鏡來研究細胞。隨著顯微鏡顯微功能的不斷完善，英國植物學家羅伯特·布朗和捷克生理學家浦肯野先后發現了細胞內遺傳信息儲存、復制和轉錄的主要場所——細胞核和“原生質”。這些發現對細胞的研究產生了很大的影響。
正是在19世紀30年代以前，這些科學家對細胞進行了深入的研究，取得了相當可觀的成果，施萊登和施旺在此基礎上建立了劃時代的細胞學說，為揭示生物有機體的產生、生長和結構的秘密，促進生物學的發展做出了重大貢獻。
第三種“進化論”：進化論最早是由法國生物學家拉馬克提出的，但奠定進化論科學基礎的卻是英國生物學家達爾文。
拉馬克與達爾文生活的時間僅相差半個世紀，但兩位生物學家提出的同一種進化論，卻由于歷史、社會和時代的原因，遭遇了截然不同的命運。
拉馬克1744年出生于巴贊坦，青年時期當過兵，游歷過荷蘭、比利時等國。退伍后，在巴黎一家銀行當過辦事員。后來，他結識了歐洲18世紀杰出的思想家、哲學家、法國大革命的思想先驅讓·雅克·盧梭。在盧梭的影響和引導下，他接受了資產階級革命思想，開始研究植物學，后來轉向動物學。1793年，巴黎博物館成立，拉馬克在博物館工作并研究生物學，直至1829年去世。
由于生活經歷和工作條件的原因，拉馬克在日常生活中積累了大量的生物資料，并于1778年撰寫了《法國植物志》，受到植物學界的高度重視，出版后多次再版。后來他創造性地總結了當時生物界的科學成就，以及自己在植物學、動物學、比較解剖學、古生物學等方面的研究成果，提出了生物進化的思想。他的這一思想最早見于1802年發表的《對自然界生物體的觀察》一文。
1809年，他撰寫并發表了著名的《動物學哲學》，在書中進一步系統地闡述了他關于生物進化的思想，對后世產生了巨大的影響。
拉馬克在有關生物進化的重要著作《動物學哲學》中英語作文，著重探討了環境對生物形態結構的直接影響，提出了生物的等級發展觀念，并提出了自然發生、自然規律同一性等問題。他認為，地球上的氣候條件是逐漸變化的，生命是連續不斷的，從地下挖掘出來的動植物化石就是現代生物的祖先。古代生物生活在與現代不同的自然條件下，因此其種類必然不同于現代生物。同時，生物的進化也是由于“用進廢退”和獲得性狀的遺傳。
拉馬克的變種物種進化論是正確的。然而，它卻不被他所處的時代所容忍。因為物種永恒論和上帝創造萬物的宗教觀念，主宰了當時整個法國社會，禁錮了人們的思想。因此，他的進化思想不僅遭到政府和宗教的反對，就連以居維葉為首的法國科學界也紛紛表示不支持，并對其進行攻擊1821年 德國物理學家，迫使變種物種進化論沉寂。然而，拉馬克并沒有因此而放棄自己的思想和理論，他以不屈的毅力頂住了來自各方面的壓力。即使在1821年失明后，他的生活被孤獨和貧困所包圍，但在兩個女兒的幫助下，他仍然能夠克服一切困難，以頑強的意志進行科學研究，并堅持了八年，直至去世。這就是科學與神學的斗爭；而拉馬克正是這場斗爭中最勇敢、最堅強的科學戰士。
拉馬克生前雖然沒有得到法國科學界和社會輿論的支持，但他提出的生物進化論在他逝世后不到半個世紀不僅被英國科學家接受和認可，而且得到了進一步的發展和完善，并與達爾文的努力一起成為19世紀自然科學的三大發現之一。
科學最終將戰勝神學……
1908年，世界各國人民集資在巴黎植物園內豎立起了這位終生為科學事業獻身的進化論先驅拉馬克高大的銅像，永遠紀念這位偉大的法國人民的杰出兒子。
那么，為什么拉馬克基于物種變異性的進化論在他生前并未在法國獲得支持，而在他死后不到半個世紀卻在英國得到認可呢？
原因當然是多方面的，但概括起來無非就是以下幾個方面。
首先，時代變了。19世紀中葉以后，科學不再像19世紀初以前那樣深深地被神學所禁錮。特別是1830年英國地質學家查爾斯·萊爾發表《地質學原理》一書，證實了地球上無機的自然界有一個漸進、連續的發展過程，給后來上帝多次創造世界的所謂“災變說”以致命一擊，使物種不變說、預成說、特殊變異說在生物界不再占主導地位。時代的變化促使人們更新觀念。
其次，社會的差異。19世紀上半葉，英國是整個資本主義世界最先進的社會。始于1760年代的工業革命在19世紀40年代完成，導致英國社會生產力的飛速發展和社會生產關系的重大變革。作為當時最發達的資本主義國家，英國迫切需要尋求和開發國外市場。正是在這樣的社會背景下，達爾文才有機會“以博學者的身份參加‘貝格爾號’巡洋艦的環球航行”；也正是因為這次“環球航行”，達爾文才得以“在美洲看到”“生物的地理分布和現存生物與古代生物之間的地質關系”。 最后，經過“縝密的研究和冷靜的判斷”，他“毫無疑問地肯定了神創論的錯誤”，并最終“確信生物的物種并不是一成不變的；所謂同一屬的物種，都是可能已經滅絕的其他物種的直系后代，而現在人們相信，同一物種的所有變種，都是這一同一物種的后代”。
由此可以看出，當時的英國社會為達爾文提供了比拉馬克更為豐富的事實材料，為生物科學理論的發展創造了十分有利的條件。
此外，還涌現出一批杰出的科學家。如萊爾、達爾文、華萊士、赫胥黎、胡克等，他們都積極支持“均變說”，提倡和推廣物種變異學說，勇于堅決與宗教神學和異端邪說作斗爭。其中，查爾斯·達爾文尤為杰出。他根據自己五年環球航行中對各地動物、植物和地質構造的細致觀察，收集的大量標本，以及英國動物馴養和植物栽培情況，寫成了《物種起源》。經過20多年的深入研究，深刻揭示了生物進化的條件性遺傳和變異。
“適者生存”的基本規律為進化論奠定了堅實的科學基礎。
1859年，達爾文的《物種起源》出版后，震驚了世界，成為打敗宗教神學的最銳利的武器之一，作者查爾斯·達爾文成為生物進化論最杰出的代表。
時代的變遷、社會條件的差異以及一批優秀杰出人才的涌現，是拉馬克與達爾文在生物進化思想上產生很大差異的根本原因。
從拉馬克到達爾文的生物進化論，對于我們研究創造論不是具有同樣深刻的啟發意義嗎？