笔下文学

第一章 18世纪的物理科学（第2页）

莫泊丢的队伍于1736年起程后，在北方冰冷的不毛之地中面临大量困难，有一次在波罗的海几乎遭遇海难。他们勇敢地面对寒流，垫着鹿皮睡在坚硬的岩石上，靠野果和捕鱼为生。克服害虫和迷雾的干扰，终于成功地完成了测量任务，于1737年胜利回到法国。测量结果在1738年发表，表明地球并不像希腊人所设想的那样是完全的球形，也不是如笛卡儿学派所坚持的那样，是扁长的球体。相反，它是离赤道处越远，则凸起越不明显。莫泊丢和他的同事们证明了牛顿是正确的。

与此同时，前往秘鲁的探险队在南美洲安第斯高原上的丛林深处踏上探险之程。这支队伍由34岁的孔达米恩（Charles-MariedeLaine，1701—1774）领导，他是一位经验丰富的科学探险家，他所率领的这支探险队在秘鲁度过了14年的艰苦生活，其间他们穿越了茂密的丛林，勇敢地面对狂风呼啸的高原上温差极大的生活环境，正是自那次探险以来，这块高原就被称为厄瓜多尔。莫泊丢于一年后离开法国去北半球探险，完成任务后安全返回国内，要比孔达米恩的团队早回国十来年。但是他的测量较为粗糙，不够细致，仅仅只是完成而已，因此就这次探险对18世纪的知识所带来的全面影响而言，孔达米恩的探险队要远远超出他的同事。

孔达米恩学过数学和测地学（关于地球形状和大小的科学），1730年由于测量和绘制非洲和亚洲海岸图的工作被选为法国科学院院士。1735年，他和他的团队从法国的拉罗切利港起程，驶向哥伦比亚和巴拿马，越过巴拿马地峡，向曼塔港进发。在这里，他的团队一分为二，一支由孔达米恩领头，其中还有水道测量家与数学家布格（PierreBouguer，1698—1758卡西尼学派的成员），他们向北前行70英里，沿着赤道勘测到了第一套数据。另一支，包括法国和西班牙的科学家，前往更南边的瓜亚基尔港，通向基多城的基地就设在这里，此地正处于赤道，安第斯山脉的高地。孔达米恩和布格完成测量任务后，布格重新加入另一支队伍前往基多，而孔达米恩则和埃斯梅拉达总督、测量员兼科学家马丹那多（PedroMaldonado，1704—1748）继续在当地进行考察。他们靠独木舟航行，陪伴他们的是一伙从贩奴船逃出来的船夫。这两位科学家沿着人迹罕至的线路从埃斯梅拉达河来到基多。沿途是一片翠绿的丛林，其间还有爬藤植物以及各种奇异的植物和动物，孔达米恩详尽记录了沿途所见。他发现自己置身于一个声音和景色都极为丰富的世界之中：色彩艳丽的巨嘴鸟和鹦鹉，细小的蜂雀，吵吵嚷嚷的猴子与悄无声息的美洲虎，还有鳄鱼和貘。他遇上了使用吹箭筒的原住民，并带回一些原住民使用的毒药到欧洲。他看到丛林居民在橡胶树上引流汁液，注意到他们把这种柔软物质塑成有用的物体，于是收集了第一批橡胶样品带回欧洲。除了对数学、测地学和天文学的研究之外，他还涉猎了博物学和人类学，他那敏锐细腻的观察能力在这些学科中也派上了用场。

等到孔达米恩和马丹那多抵达基多时，测量地球曲率的任务进展不顺。多疑的政治家们怀疑这个小组是为了搜寻印加财宝，对他们在勘测中留下作为记号的锥形石块产生误解。所以，孔达米恩不得不抽出时间到利马，以便为他们不受干扰地完成勘测任务而申请许可。最后他们成功地沿着高原绘出一条基线。然后，他们往南向昆卡附近进发，于1743年3月终于完成最后的测量。

就在那里，孔达米恩再一次与马丹那多汇合，穿过安第斯去亚马逊河，沿路走了数百英里。孔达米恩是第一位对该地区进行详尽全面考察的欧洲人。沿路他收集了几百种植物标本，并且未曾中断他自赤道起就开始的观察。

孔达米恩和他的小组又用了好几年才完成任务，但是他们的探险，对于地球形状的测量，不仅比拉普兰探险队更仔细更精确（这就为牛顿的理论提供了坚实的验证），而且还为大范围的科学探险建立了一个扎实的传统，这就是发扬坚韧不拔的精神，全面精确地采集每一种事实。

金星凌日和库克船长

日-地距离问题激励了第二波探险**，它在数量上和强度上甚至超过上次对地球形状的测量。

几乎从一开始，天文学家就试图测量太阳、月亮和恒星到地球的距离。但是由于没有直接的测量方法，要解决这个问题实在太难了。有两位古希腊人，阿里斯塔克斯和喜帕恰斯曾经试过，但是没有成功。（阿里斯塔克斯认为，太阳到地球的距离大约是月亮到地球距离的18至20倍，但实际上大概是340倍。喜帕恰斯的估计更正确些，但仍然相差甚远。）直到1800年后，开普勒对行星轨道有了关键性的发现，人们才找到更好的方法。开普勒意识到，行星以椭圆轨道围绕太阳运动，每个行星距太阳的平均距离，与行星运行一圈所需的时间有一定的数学关系。所以，如果能测定某颗行星到地球的距离，并且知道这颗行星绕太阳一圈的时间，就有可能测定地球到太阳的距离。通过运用三角测量法（基于三角法建立的测量系统），在理论上有可能测定地球到附近行星的距离。1672年，卡西尼曾经试图利用火星来做这项计算，他用望远镜测量小的角度。他得到的太阳距离——8600万英里，远比前人更接近我们现在知道的结果——9300万英里，但是过程和结果依然有不确定性并令人失望。

后来，哈雷指出，金星也许是比火星更好的候选者，因为它比火星更接近地球。但是金星距地球的最近点，也是距太阳的最近点，这样它就难于被观察到，除非遇上一个罕见的时刻，就在它越过日轮那瞬间。从地球上看这一现象，就叫做凌日，有时也称之为掩始，因为对于观察者来说，行星好像隐藏在太阳那巨大的发光球体之中。1691年哈雷建议说，这样的凌日应当是地球上不同地方同时测量的极好机会，就从掩始现象开始发生那刻进行计时，此时在太阳光的映衬之下，金星显出轮廓，直至它在另一端消失为止。但是金星凌日并不经常发生。实际上在100多年期间，只发生两次（一对），两次间隔8年。从轨道计算得知，下一对将在1761年和1769年出现。1716年，哈雷向皇家学会提交报告，号召立即行动起来，在世界范围内进行合作观察。

1769年库克船长在“奋进号”上正在考察新西兰。

于是，各就各位。新闻媒体报道这一使人兴奋的事件。凌日之际观察金星的最佳位置被标示出来。来自世界各地的科学家聚集在一块。还有来自美国的科学家，其中包括梅森（CharlesMason，1728—1786）和狄克逊（JeremiahDixon，1733—1779）（他们是美国梅森·狄克逊线的勘测师，这条线标志着美国南北的分界）。梅森和狄克逊是坐船来到非洲的好望角。1761年，122位观测者，从62个不同的地点观察金星，观测点从纽芬兰到西伯利亚、从北京到加尔各答、从里斯本到罗马……这也许是第一次伟大的国际科学合作事件，人们热情高涨，但是尽管观测认真，准备充分，结果却不够明朗。

这是因为金星被一层大气环绕着，它的边缘模糊不清。结果出现了一个所谓“黑点”或“黑线”效应，当金星已经完全进入日轮时，即使眼力最好的观察者也难以精确地辨别。和雨滴沾在雨伞上一样，金星的外沿似乎也沾于周围的天空。结果甚至在同一观测点，首席观察者用相同的望远镜来观测，得出的结果都不尽相同，实在令人失望。

幸亏还有一个机会：1769年再次凌日。这次观测点增加为77个，观察者的人数达151位，许多观测点位于边远与世隔绝的地区，其中包括墨西哥的下加利福尼亚、西印度洋群岛、拉普兰和俄罗斯的北极地区。其间发生的最著名的事件是由伟大的科学家兼探险家库克（JamesCook，1728—1779）所率领的一支船队的航海经历，这艘船名为“奋进号”，目的地是南太平洋新发现的塔希提岛。

这是库克第一次在太平洋里航行，整个航行期间，他们收集了大量知识，而欧洲从前对此一无所知。1768—1771年间，“奋进号”探险的初始目的当然是观察和测量金星凌日。库克本人就是一位能干的天文学家，他有依靠恒星导航的非凡才能。和他一起观察金星凌日的还有天文学家格林（CharlesGreen，1734—1771）。此外，这个科学团队还包括班克斯爵士（SirJosephBanks，1743—1820），他是一位富有的年轻探险家、艺术家，曾为“奋进号”上国际自然历史联合会的其他8位成员提供经费，购买科学供应和设备。团队中还有几位杰出的斯堪的纳维亚科学家。

1769年4月，“奋进号”抵达塔希提，距6月3日的凌日还有大量时间，于是他们建造了观测站（这个站现在仍然叫做金星点）。但是凌日这一天令人失望。正如库克在他的航海日记中所写：

星期六，3日。今天天气晴朗，正如我们所愿。整天看不到一片云彩，天高云淡，所以我们有足够的有利条件来观察金星越过日轮的全过程；我们清楚地看到，在金星周围有大气或尘埃阴影，大大干扰了对于相交时刻的观测，尤其是在两个内部相交点上。索伦德尔博士、格林先生以及我自己的观测数据，对于相交时刻的记录都有所不同，并且这种不同超过期望值。

条件看来相当不错，但即使这样，仪器还不够灵敏，还不足以提供确定、精确的测量。

一旦世界各地对1769年的金星凌日的测量结果得以汇总并且作出分析——大概经历了60年——就得到了结果，得到的平均值是9600万英里，比先前所有的数据都更接近正确值9300万英里。（我们今天公认的数据精确到小数点后好几位，是用雷达技术在20世纪中叶得到的。）基于1769年的测量，得知太阳系几乎等于托勒密所估计的整个宇宙大小的100倍，这对人们的世界观是一种极大的冲击。但是，18世纪的科学家并不满足于这一点，他们追求的是更精确的测量，就此而言，库克对自己的航行显然有所失望。

库克1769年探险的另一项主要任务是向南航行，寻找尚未勘探过的澳洲大陆。对于这一任务他也没有成功。但是，正如科学上常常发生的那样，失败中不乏有成就，因为他是在从未有人探索过的水域里航行。他发现了70个岛屿，取名为社会群岛。他到达了新西兰的海岸，在大堡礁上停留，发现了植物湾和库克湾。他的博物学家们第一次看见袋鼠。班克斯和他的同事索伦德尔（DanielSolander，1733—1782）收集了17000种植物新物种、几百种鱼类和鸟类以及许多动物的皮毛。船上的艺术家回到欧洲，带回了具异国情调的各类绘画，素描作品，原住民风俗还有欧洲人根本无法想象的动植物品种。库克还曾两次到达太平洋，最后一次竟以悲剧告终。他被夏威夷人杀害，而就在几天之前，他们还把他当神来供奉。不过，库克船长的三次探险都带回大量发现，内容有关新大陆的人种、植物、动物及地块知识。

库克代表了18世纪流行的那种兼容并收的科学家形象，当时，一位伟大的航海家可以对科学作出重大贡献：为天文学提供精确的测量和观测，为地理学提供地图和海图的编制，对植物学、动物学和人类学提供丰富的观察事实和比较描述。这是伟人可以在许多领域作出贡献的时代。实际上这个时期各个领域的界线尚未形成，独立的学科是后来的事——在这个时期，化学家可以既是物理学家也是生理学家，地质学家也可以是植物学家和动物学家，数学家和音乐家同时也可以是天文学家。