科普-中华学生百科全书-第218部分
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年。后来巴德研究河外星系时得到了新的结论，宇宙的尺度增加了 20 倍，宇
宙的年龄也由勒梅特的 20 亿年增至 50～60 亿年。
尽管如此，大爆炸宇宙论还不是一个完善的理论，它还不能从物理学的
观点说明宇宙初始点的条件，也不能有把握地预言宇宙的终结。
现代地学的发展
大陆漂移说和地幔对流说
近代欧洲人研究了岩石的成因。在这方面产生了两种主要的观点：水成
论和火成论。
1893 年，美国人威廉斯（1847～1918）提出了地质年代学的概念，企图
按地质构造来确定地壳岩层的年龄。但这方面的认真研究是 20 世纪才开始
的。由于放射性元素有一个固定的半衰期，在半衰期内、核数目会减少到原
有数目的一半。所以，研究地壳岩石中元素的各种稳定和不稳定同位素的丰
度和它们之间比值的变化，便可以确定矿物、岩石的地质年龄。
但一般来说，人们普遍认为地球表面的大陆是静止的，没有运动。近代
的地质科学还没有关于大陆运动的思想。
1912 年 1 月，德国人魏格纳（1880～1930）在马尔堡科学协进会作了题
为《大陆的水平位移》的演讲，提出了关于大陆漂移的假说。1915 年，魏格
纳利用服兵役的病假期写成了《海陆的起源》一书，从地球物理学、地质学、
古生物学和生物学、古气候学、大地测量学等 5 个方面详细论述了他的大陆
漂移说。这是第一个关于大陆运动的系统学说。魏格纳认为，全世界的所有
大陆原来是一个被整海（泛大洋）包围着的整陆（泛大陆），由于潮汐和地
球自转的作用，巨大的大陆岩体分裂成几块，慢慢分开，漂浮在玄武岩底的
海洋上，向各个方向移动，经过几亿年的时间，这些移动形成了世界各大洋
大洲今日的面貌。
1928 年，英国人霍尔姆斯提出了著名的地幔对流说。霍尔姆斯认为，地
壳下的地幔物质可以发生热对流，上升的地幔流遇到大陆屏障后，会向两边
流去，产生的引张力将陆块扯裂，然后使之漂移，在陆面上形成裂谷；两股
相向流动的地幔汇合起来向下流动时，挤压力和拉力造成了地槽和海渊。霍
尔姆斯把地幔作为大陆漂移的传送带，从而较好地解决了大陆漂移的驱动力
问题。当然，霍尔姆斯的说法也仍然是一种假说，当时的大陆地质学和海洋
地质学都还不能提供地幔对流的足够证据。
海底扩张说和板块构造论
1960 年是海洋地质学上有纪念意义的一年。这一年，瑞士人 J．皮卡德和
一位美国人乘坐奥古斯特·皮卡德（1884～1962）发明的“的里雅斯特”号
深潜器，下潜到 1 万多米深的马里亚那海沟底部，使人类探测到了海洋的最
深处。另外，美国普林斯顿大学的赫斯（19O6～1969）在这一年提出了海底
扩张说。赫斯认为，洋中脊是洋壳生成的地方，地幔对流环将地幔物质从这
里挤出，形成新的洋底；对流环分离时携带新洋底背离洋脊运动，在海沟处
重新返回地幔深部；陆块边界若与下降的对流环为邻，便会发生强烈的变形；
另外，海底平顶山原是洋脊处的火山岛，后来被侵蚀作用削平，由于随洋底
运动，逐渐离开洋脊，淹没在海洋中。1962 年，赫斯以《海洋盆地的历史》
为题正式发表了他的上述观点。
在大陆漂移、地幔对流、海底扩张等学说及古地磁学、地震学研究资料
的基础上，英国剑桥大学的麦肯齐、R．L．帕克尔，美国普林斯顿大学的摩根、
哈得逊河畔拉蒙特地质研究所的法国人勒比雄等人在 1967～1968 年间提出
了板块构造理论。勒比雄在他的文章中将地球的岩石圈划分为欧亚、非洲、
澳洲、南极洲、美洲、太平洋六大板块，详细讨论了它们的运动。摩根的论
文还讨论了地幔物质在洋脊热点处涌出的情况。板块构造理论认为地壳板块
是地幔软流圈上的刚性块体，板块的边界处是构造运动最活跃的地方，在这
里存在着 3 种边界应力：由于两个板块相对运动而产生的挤压力（如造山带
的隆起、海沟处一个板块俯冲到另一个下面时）；两个板块背离运动时的引
张力（如东非裂谷和海底全球大裂谷的形成）；两个板块相互滑过时的剪切
力（如转换断层的形成）。总之，板块之间的相对运动被视为全球地壳构造
运动的基本原因。这样一个全新的地壳运动理论的诞生，表明了人类对脚下
的大地和海底的构造运动规律有了超越日常经验的理论认识。在某种意义
上，这是人类地球观的一次革命，它可以同哥白尼革命相媲美。
20 世纪的生命科学
基因的发现
近代生物学是从维萨留斯研究人体结构开始的。其后，哈维发现了动物
的血液循环。胡克发现了细胞之后，随着对生物生殖细胞的研究，在生物个
体发生方面产生了预成论和渐成论，最后施莱登和施旺用细胞学说对个体生
物学作了总结。从人体结构到动物的血液循环、再到细胞学说，显示了近代
个体生物学进步的道路。从 20 世纪的观点看，这些成果都仅仅是最基本的生
物学和生理学常识，生命的奥秘还隐藏在细胞之中。与达尔文同时代的奥地
利人孟德尔（1822～1884）已开始了遗传学研究，并于 1866 年在奥地利的一
个地方杂志上发表了《植物杂交的试验》一文。
孟德尔的发现并没有被他的同时代人接受，而是在 1900 年被生物学界重
新发现的。1909 年，丹麦人约翰逊将孟德尔文章中的遗传因子称为基因，于
是，基因的概念便成了遗传学中的一个基本概念。
1908 年，美国人摩尔根（1866～1945）开始做果蝇实验。果蝇有 4 对染
色体，雌体和雄体有 3 对完全相同，1 对则不同，雌的由两条 X 染色体组成，
雄的由一条 X 染色体和一条 Y 染色体组成。摩尔根在实验中特别注意了这对
不同的染色体（其中包含了性染色体），并在 1910 年发表了关于果蝇性连锁
遗传的论文，将一个基因和一个具体的染色体的行为联系起来了。
摩尔根的工作使孟德尔的遗传学进入了细胞学，染色体从此被认为是遗
传基因的载体。
分子生物学和生命起源
生物大分子的基础是蛋白质和核酸。蛋白的名称是瑞典人柏采里乌斯于
1836 年提出的。1902 年，德国人费舍尔（1852～1919）提出了蛋白质的多肽
结构学说。其后，生物化学家们又发现生物催化剂——酶、内分泌激素等都
是蛋白质。
核酸是瑞士人米歇尔（1844～1927）于 1868 年在德国做研究时从脓细胞
中最先提取出来的。l929 年还确定地认识到核酸有两种：DNA（脱氧核糖核
酸）和 RNA（核糖核酸）。
由于染色体是由蛋白质和核酸构成的，究竟是蛋白质还是核酸在遗传过
程中起着主导作用呢？最初，由于人们认为蛋白质比核酸活跃，结构和种类
比较多，核酸比较稳定，结构简单，故多把注意力放在蛋白质方面。然而，
核酸中的 DNA 才是遗传的真正物质基础。
生命的物质基础是蛋白质和核酸，人工合成它们是生物化学家们多年的
梦想。1955 年，英国人桑格在费舍尔工作的基础上，弄清了分子量小、结构
简单的蛋白质—胰岛素的 51 个氨基酸序列。1958 年，由王应睐领导的一个
中国生物化学家小组开始试探合成结晶牛胰岛素，并在 1965 年 9 月首次取得
成功。目前合成含有大量氨基酸的蛋白质仍然是困难的。
1924 年，前苏联科学家奥巴林（1894～1980）在《生命起源》一书中认
为地球上在有生命前存在着有机小分子物质，它们能在原始地球条件下形成
复杂的有机化合物。生物化学家在这方面还做过一些新的模拟实验，提出过
一些新的猜想，其中主要有生命起源于水溶液介质的海相起源派和与之相对
的陆相起源派。
神经和脑科学
神经元理论。1838 年捷克人普金叶观察到了神经胞体，并认为细胞相当
于能量发生器，神经纤维相当于能量传输器。德国人盖拉赫（1820～1896）
于 1871 年提出神经系统像一个复杂的网状结构。瑞士人希斯认为神经系统是
由许多独立的细胞组成的。1891 年，德国人哈茨（1836～1921）赞成神经细
胞的假设，并建议称神经细胞为神经元。然而，这两种理论的争论一直持续
着。直到 1934 年，西班牙组织解剖学家卡哈尔（1852～1934）在他的一本专
著中提出了令人信服的论据，使神经元理论被人们普遍接受了。
反射学说。19 世纪 30 年代，英国人霍尔（1790～1857）研究了一类如
手碰到火立即缩回的不随意活动，将这类活动称为反射。1893 年，英国人谢
灵顿（1857～1952）在研究膝跳反射后得出结论：神经干不仅有传出运动的
纤维，也有传入感觉的纤维。第一次世界大战以后，谢灵顿开始研究中枢神
经抑制的本质，他的成果使生理学家认识到，兴奋和抑制之间的平衡是引起
反射活动的决定性因素。
1902 年前，巴甫洛夫是一个消化生理学专家，1902 年后开始研究神经系
统，建立了条件反射概念。
大脑功能区的定位。法国人弗卢伦斯（1794～1867）最先在他的著作中
提出，高等动物的大脑主司感觉和思考，小脑协调运动，延髓为生命中枢。
美国人斯佩雷和加扎尼加（M．S．Gazzaniga）在 60 年代对癫痫病人作脑两半
球割裂治疗时观察到：两半球有不同的分工，但各自又为一个独立的脑；每
一个脑都有高级智慧机能；但语言机能主要在左侧，动作机能主要在右侧。
这个研究成果改变了以往认为脑两半球对称的概念。左脑长于数学、逻辑和
语言功能等抽象思维；右脑长于综合、直觉、想象等形象思维。斯佩雷的研
究成果不但使其获得了 1981 年的诺贝尔生理学及医学奖金，而且正在引起人
类对脑科学和文明发展关系的重视。当前，重新认识和发挥右脑的功能和作
用，正在引起人类教育方式的变化和思维方式的再一次革命——右脑革命。
现代数学的发展
第二次世界大战以来，由于技术和工业的迅速发展，带动了数学向应用
方向的发展。运筹学的诞生是这方面最突出的例子，它包括以下 4 个主要分
支。
对策论。1944 年冯·诺依曼和摩根斯特恩（Oskar．Mor…genstern）合
著的《对策论与经济行为》奠定了现代对策论的基础，把对策研究从古代的
军事政治领域扩大到了社会经济生活领域。
规划论。它主要研究计划和管理工作中的安排与估值问题，用数学语言
描述便是：研究某一目标函数在一定约束条件下的最大值和最小值问题。通
俗的例子是：要去某地时，考虑有几条路可走，走哪一条最快最省力。它的
内容包括线性规划、非线性规划、动态规划等。前苏联科学家康特洛维奇 1939
年出版的《生产组织与计划中的数学方法》是这方面的早期著作。50 年代以
来西方出版了许多规划论著作。
排队论。它的目的是解决“怎样才能使服务系统的效率最高”的问题。
1908 年出版的丹麦人爱尔朗（A．K．Erlang）的《排队论在丹麦电话系统中的
使用》是这方面最早的著作。随着本世纪服务性行业的发展，排队论的研究
和应用都有了新的进步。
最优化方法。F．约翰于 1948 年发表的《以不等式作附加条件的极值问
题》一文是这方面最早的文献。最优化方法也就是寻找最好的方式，以达到
最优的选择或目标。1953 年，美国人 J．基弗提出了优选法中的 0．618 法。中
国数学家华罗庚（1911～1985）推动了优选法在工生产方面的应用。
突变论是法国人托姆于 1968～1972 年间创立的一种新的数学学科。英国
人齐曼、前苏联科学家阿诺尔德等人都先后发表了一些突变论内容的文章。
这些最早从事突变论研究的人原先都从事拓扑学研究（拓扑学是 19 世纪以来
发展起来的一门数学学科。最初的拓扑学研究图形弯曲、变形、拉大、缩小
后仍然保留的性质，现代拓扑学是研究微分流形的拓扑学）。传统的数学分
析主要着眼于连续函数，对发散和间断的函数曲线无能为力，突变论试图对
系统的不连续过程和状态跳迁进行数学分析。
模糊数学方面最早的文献是美国加州大学札德（L．A．Zadeh）于 1965 年
发表的《模糊集合》一文。这是一个崭新的概念。传统的数学是精确的科学，
所处理的是概率等于 1 的值或事件。模糊数学处理的值是一个连续的量，概
率在 1 和 0 之间（最浅显的例子是仅仅根据人的声音来判断这个人是谁）。
从某种意义上，模糊数学衬托出了传统数学的局限性，界定了传统数学的范
围，提出了全新的数学概念，突破了原有的数学领域。目前模糊数学在模式
识别中已有了成功的应用。
概率论是研究大量偶然现象的数学学科。卡当、塔塔利亚、帕斯卡、费
尔玛、惠更斯等人最早研究了赌博中的概率。雅各·伯努利的《猜度术》、
英国人德莫瓦佛的《机会的学说》和辛普生的《论机会的性质与规律》法国
人布丰的《或然算术试验》和拉普拉斯的《分析概率论》等，都是概率论的
早期著作。20 世纪 30 年代，前苏联科学家柯尔莫果洛夫给出了影响很大的
概率公理体系。
数理统计是概率在具体领域中的推广。它的中心任务是研究怎样合理地
搜集资料，并利用这些资料对随机变量的数学特征、分布函数进行估计、分
析和推断。英国人费歇尔（1890～1962）是数理统计学科的奠基人。
20 世纪出现的综合科学
信息论
1948 年，美国的应用数学家申农与韦弗合作所写的《通信的数学理�
