论19世纪欧洲的三大发现
▲一闻
首先我们来讨论一下能量守恒定律和能量转换定律。
欧洲19世纪是自然科学技术全面发展的时期，其中能量守恒定律和能量转换定律是这一时期自然科学的三大发现之一。
能量守恒定律和能量转换定律是自然科学中关于物质运动的最重要的普遍规律之一。
能量既是物质运动的表现形式，又是物质运动的尺度。不同的物质，运动形式不同，因而具有不同的能量。从量方面看，能量守恒定律和转换定律告诉我们，不管发生什么变化或过程，能量的形式虽然可能发生变化，但能量的总量是不变的，既不能毁灭，也不能创造；既不能增加，也不能减少。一切形式的能量都是可以相互转化的，各种形式的能量的转换都是按照一定的数量关系进行的。某种形式的能量的损失，必然会产生等量的另一种运动形式的能量。
例如：一焦耳的电能可以转换成0.24卡的热能；一千卡的热能可以转换成4274克每米的机械能。从质量上讲，不同形式的物质运动是可以相互转化的。我们先说机械运动、热、光、电、磁、化学等运动的相互转化。物质的一种运动形式转换成另一种运动形式的能力是永恒的，是运动物质本身所固有的，不能被创造或毁灭。例如，煤燃烧时，化学能就转换成热能。如果用来发电，就得到了电能。
从哲学角度看，能量守恒定律和能量转换定律体现了运动形式的相互转化，揭示了自然界一切事物内在的相互联系，证明了物质世界的统一性和物质运动的不可消灭性。
那么，能量守恒定律和能量转换定律是如何发现的呢？
早在17世纪，法国哲学家、物理学家、数学家笛卡尔就主张物质的不灭性和运动的守恒定律，阐明了他的辩证法和运动守恒定律思想。他的思想集中在1644年发表的《哲学原理》中：
“物质的运动量是固定的，既不增加也不减少，尽管有时某些部分的运动量可能会增加或减少。因此，当物质的一部分运动速度是另一部分的两倍1821年 德国物理学家，而另一部分的运动速度也是两倍时，我们应该假设这两部分的运动量相等，并且每当一部分的运动减少时，另一部分的运动就会相应增加。”
这是笛卡尔能量守恒定律的具体体现。
18世纪，美国技师拉姆福德在钻枪管时发现枪管和金属屑会产生热量，这让他想到热量可能来自钻头的运动。为此，他用一根很钝的钻头做了实验。钻头在枪管上钻了两个半小时后，枪管和钻头产生的热量竟然使水达到了沸点。这证明了热量的来源是钻头的运动。后来，英国化学家戴维也做了这方面的实验。
他在真空中摩擦两块冰，两块冰都开始融化，证明了机械运动可以转化为热能。拉姆福德和戴维的实验使人们认识到热和功可以相互转化，揭示了热的本质，促进了守恒定律和能量转换的研究。
19世纪初，英国物理学家、化学家威廉·尼拉森与外科医生卡莱尔于1800年在英国共同研制出第一个伏打电池，并用它将水电解成氢气和氧气，通过电解水的实验证明了电能产生化学变化......
随后，1812年，丹麦物理学家奥斯特在《化学定律的洞见》一文中提出了电与磁之间的某种关系。1820年，他经过实验，正式公布了自己发现电流引起的磁效应。奥斯特发现电（能量）可以转换成磁（能量），也就是磁性，具有重大的科学意义。1821年，德国物理学家塞贝克发现了热电现象（即塞贝克效应），并由此发明了热电偶，用于测量温度，证明了热可以转换成电。1831年，为了弄清电磁关系，英国物理学家法拉第经过反复研究和实验，终于发现了磁感应电的现象，证明了磁（能量）可以转换成电（能量）。
总之，在19世纪30年代以前，科学家通过实验证明了自然界中的运动是统一的。声、光、电、磁、热和机械运动都是统一的“力”（指运动和能量）的不同表现形式，所有这些不同形式的运动都可以相互转化。但那时科学家的认识还只是表面现象，还没有形成规律性的认识。直到1940年代，这一认识上的飞跃才通过迈耶·焦耳和亥姆霍兹的科学实践终于完成……
谁能相信同一个人在热带地区的血管里的血液会比在欧洲的更红？
然而梅耶不仅发现并告诉了我们这个秘密，而且还通过研究指出了造成这种奇怪现象的原因。
迈耶是一位德国医生，年轻时曾乘船到印度考察，不料在考察过程中意外发现，船上船员的静脉血比欧洲的更亮更红。于是他仔细研究，认为食物是维持人体体力和体热的源泉，食物的消化过程好比无机界的燃烧；在热带地区，维持体热所消耗的能量减少，因此消化食物（燃烧）所需的氧气也相应减少，静脉血中剩余的氧气就会比欧洲的多，所以就更亮更红。从这一现象中，迈耶还进一步认识到，生物体内能量的输入与输出总是保持平衡的。 此外，他在1842年发表的《论无机自然力》一文中，还解释了每当风暴将要来临时海水温度之所以上升，是由于海水的搅动和摩擦所致，并从因果的不灭性证明了“力”的不灭性。
气体的恒压比热与恒容比热之差为热功当量365千克/千卡。正因如此，迈尔被公认为最早发表能量守恒定律的科学家之一。
继迈耶之后，英国物理学家焦耳在对载流导体产生热量进行多次实验后，发现电能可以转化为热能，并得出了一条定律：导体产生的热量与电流强度的平方、导体电阻和电流流动时间成正比。他随后发表了一篇科学论文，题为《论伏打电产生热量》。
1843年，焦耳在继续研究各种运动形式之间的能量守恒定律和转换关系后，写了《论水电解产生的热量》和《论电磁的热效应和热的机械值》两篇学术论文。在后一篇论文中，他断言自然界中的能量是不可消灭的，在消耗机械能的地方，总能得到相当多的热量，热量只是能量的一种形式。后来，他不断改进实验方法，不断提高实验的精确度，终于得到了一个重要的物理常数，即热功当量。当时，他测得的热功当量的数值精确到423.9千克/大卡。焦耳经过艰苦努力才取得了这一实验结果，从而为能量守恒定律奠定了基础。
全面论证能量守恒定律和能量转换原理的是德国物理学家、生理学家亥姆霍兹，他从1843年起历任波茨坦军医、波恩大学解剖学和生理学教授、柏林大学物理学教授。
亥姆霍兹通过对动物生理效应的定量研究，证明了能量守恒定律，并引入势能概念来解释各种能量形式的转化。1847年，他发表了一部关于能量守恒定律和转化规律的重要著作《力的守恒定律》。从而，他终于完成了人类对能量守恒定律和转化规律理性认识的飞跃，为自然科学的发展做出了重要贡献。
先说细胞学说：细胞学说的创立，在生物学史上具有划时代的意义，它不但证明了生物世界的统一性，而且揭示了植物和动物的共同起源。
那么，细胞理论的创始人是谁？
他们是施莱登和施旺。
施莱登是德国植物学家，曾任耶拿大学、德累斯顿大学、法兰克福大学植物学教授。他在平时的教学和研究中，十分重视对植物发育过程的研究。后来，他通过长期在显微镜下观察植物组织，终于发现植物一切结构的基本单位是细胞，植物的一切器官组织都是由细胞构成的。1838年，施莱登将自己的观察和上述观点写在学术论文《论植物发育》中，明确提出了一切植物组织都是由细胞构成的科学思想。这就是施莱登的《植物发育学说》。
施莱登的“植物发育理论”得到施旺的积极支持，并进一步扩展到动物。
施旺是德国生物学家，曾在波恩大学、维尔茨堡大学和柏林大学学习医学，后来成为柏林大学解剖学教授。他赞同施莱登的观点，但认为细胞不仅是植物结构的基本单位，而且是一切动物结构的基本单位，包括鸟、兽、鱼、虫、蛇、蛙等。于是，第二年，也就是1839年，他就发表了《动物和植物组织和生长均匀性的微观研究》。
在这篇学术论文中，施旺从软骨组织的描述开始，讨论了组织学的诸多领域，着重探讨了细胞的性质和最细微组织的起源，并明确指出动物和植物都是由细胞构成的。这样，两位科学家一致认为，一切动物和植物都是由细胞发展而来，都是由细胞及其细胞产物构成的。每一个细胞作为独立的单位，都有着自身的生命意义，同时也作为整个机体的组成部分而具有生命。由此，施莱登与施旺共同创立了细胞学说，具有重大的历史意义。
然而，任何伟大的创造，包括发明、发现，除了具有一定的历史意义外，也有其形成、发展的历史过程，细胞学说的创立也不例外。在施莱登、施旺创立细胞学说之前，早在17世纪，科学家就发现了生物细胞，并开始研究细胞组织。
第一个发现“细胞”的人是英国物理学家埃德温·胡克。
17世纪初，荷兰眼镜制造师詹森通过将两片磨光的镜片放在一起，偶然发现了微小物体，从而诞生了世界上最早的显微镜。后来，英国物理学家胡克又改造出一种能将物体放大140倍的显微镜。1666年，他在观察一块软木时，惊奇地发现软木上布满了许多细小的“空腔”。由于他无法给这些细小的“空腔”命名，便根据其含义称之为“细胞”。这就是“细胞”名称的由来。
不过，胡克当时观察到的并不是真正的细胞，而是植物上的“细胞壁”——软木中的细胞外部，有一层由死去的原始细胞分泌的纤维素构成的厚壁。1675年，荷兰生物学家列文虎克制成了能将物体放大270倍的显微镜。在这种高倍显微镜下，他看到骨骼和肌肉中那些小小的“空腔”里充满了透明的液体，并把它们用图形描绘出来。原来，这些透明的“液体”就是真正的生物细胞！
此后，越来越多的科学家开始用显微镜来研究细胞。随着显微镜显微功能的不断完善，英国植物学家罗伯特·布朗和捷克生理学家浦肯野先后发现了细胞内遗传信息储存、复制和转录的主要场所——细胞核和“原生质”。这些发现对细胞的研究产生了很大的影响。
正是在19世纪30年代以前，这些科学家对细胞进行了深入的研究，取得了相当可观的成果，施莱登和施旺在此基础上建立了划时代的细胞学说，为揭示生物有机体的产生、生长和结构的秘密，促进生物学的发展做出了重大贡献。
第三种“进化论”：进化论最早是由法国生物学家拉马克提出的，但奠定进化论科学基础的却是英国生物学家达尔文。
拉马克与达尔文生活的时间仅相差半个世纪，但两位生物学家提出的同一种进化论，却由于历史、社会和时代的原因，遭遇了截然不同的命运。
拉马克1744年出生于巴赞坦，青年时期当过兵，游历过荷兰、比利时等国。退伍后，在巴黎一家银行当过办事员。后来，他结识了欧洲18世纪杰出的思想家、哲学家、法国大革命的思想先驱让·雅克·卢梭。在卢梭的影响和引导下，他接受了资产阶级革命思想，开始研究植物学，后来转向动物学。1793年，巴黎博物馆成立，拉马克在博物馆工作并研究生物学，直至1829年去世。
由于生活经历和工作条件的原因，拉马克在日常生活中积累了大量的生物资料，并于1778年撰写了《法国植物志》，受到植物学界的高度重视，出版后多次再版。后来他创造性地总结了当时生物界的科学成就，以及自己在植物学、动物学、比较解剖学、古生物学等方面的研究成果，提出了生物进化的思想。他的这一思想最早见于1802年发表的《对自然界生物体的观察》一文。
1809年，他撰写并发表了著名的《动物学哲学》，在书中进一步系统地阐述了他关于生物进化的思想，对后世产生了巨大的影响。
拉马克在有关生物进化的重要著作《动物学哲学》中英语作文，着重探讨了环境对生物形态结构的直接影响，提出了生物的等级发展观念，并提出了自然发生、自然规律同一性等问题。他认为，地球上的气候条件是逐渐变化的，生命是连续不断的，从地下挖掘出来的动植物化石就是现代生物的祖先。古代生物生活在与现代不同的自然条件下，因此其种类必然不同于现代生物。同时，生物的进化也是由于“用进废退”和获得性状的遗传。
拉马克的变种物种进化论是正确的。然而，它却不被他所处的时代所容忍。因为物种永恒论和上帝创造万物的宗教观念，主宰了当时整个法国社会，禁锢了人们的思想。因此，他的进化思想不仅遭到政府和宗教的反对，就连以居维叶为首的法国科学界也纷纷表示不支持，并对其进行攻击1821年 德国物理学家，迫使变种物种进化论沉寂。然而，拉马克并没有因此而放弃自己的思想和理论，他以不屈的毅力顶住了来自各方面的压力。即使在1821年失明后，他的生活被孤独和贫困所包围，但在两个女儿的帮助下，他仍然能够克服一切困难，以顽强的意志进行科学研究，并坚持了八年，直至去世。这就是科学与神学的斗争；而拉马克正是这场斗争中最勇敢、最坚强的科学战士。
拉马克生前虽然没有得到法国科学界和社会舆论的支持，但他提出的生物进化论在他逝世后不到半个世纪不仅被英国科学家接受和认可，而且得到了进一步的发展和完善，并与达尔文的努力一起成为19世纪自然科学的三大发现之一。
科学最终将战胜神学……
1908年，世界各国人民集资在巴黎植物园内竖立起了这位终生为科学事业献身的进化论先驱拉马克高大的铜像，永远纪念这位伟大的法国人民的杰出儿子。
那么，为什么拉马克基于物种变异性的进化论在他生前并未在法国获得支持，而在他死后不到半个世纪却在英国得到认可呢？
原因当然是多方面的，但概括起来无非就是以下几个方面。
首先，时代变了。19世纪中叶以后，科学不再像19世纪初以前那样深深地被神学所禁锢。特别是1830年英国地质学家查尔斯·莱尔发表《地质学原理》一书，证实了地球上无机的自然界有一个渐进、连续的发展过程，给后来上帝多次创造世界的所谓“灾变说”以致命一击，使物种不变说、预成说、特殊变异说在生物界不再占主导地位。时代的变化促使人们更新观念。
其次，社会的差异。19世纪上半叶，英国是整个资本主义世界最先进的社会。始于1760年代的工业革命在19世纪40年代完成，导致英国社会生产力的飞速发展和社会生产关系的重大变革。作为当时最发达的资本主义国家，英国迫切需要寻求和开发国外市场。正是在这样的社会背景下，达尔文才有机会“以博学者的身份参加‘贝格尔号’巡洋舰的环球航行”；也正是因为这次“环球航行”，达尔文才得以“在美洲看到”“生物的地理分布和现存生物与古代生物之间的地质关系”。 最后，经过“缜密的研究和冷静的判断”，他“毫无疑问地肯定了神创论的错误”，并最终“确信生物的物种并不是一成不变的；所谓同一属的物种，都是可能已经灭绝的其他物种的直系后代，而现在人们相信，同一物种的所有变种，都是这一同一物种的后代”。
由此可以看出，当时的英国社会为达尔文提供了比拉马克更为丰富的事实材料，为生物科学理论的发展创造了十分有利的条件。
此外，还涌现出一批杰出的科学家。如莱尔、达尔文、华莱士、赫胥黎、胡克等，他们都积极支持“均变说”，提倡和推广物种变异学说，勇于坚决与宗教神学和异端邪说作斗争。其中，查尔斯·达尔文尤为杰出。他根据自己五年环球航行中对各地动物、植物和地质构造的细致观察，收集的大量标本，以及英国动物驯养和植物栽培情况，写成了《物种起源》。经过20多年的深入研究，深刻揭示了生物进化的条件性遗传和变异。
“适者生存”的基本规律为进化论奠定了坚实的科学基础。
1859年，达尔文的《物种起源》出版后，震惊了世界，成为打败宗教神学的最锐利的武器之一，作者查尔斯·达尔文成为生物进化论最杰出的代表。
时代的变迁、社会条件的差异以及一批优秀杰出人才的涌现，是拉马克与达尔文在生物进化思想上产生很大差异的根本原因。
从拉马克到达尔文的生物进化论，对于我们研究创造论不是具有同样深刻的启发意义吗？