第101章 写书人试谈相似论——《数理化通俗演义》结束语（1 / 2）

尊敬的读者，本书到这一回就要结束了。当我们合书默想之时，会发现一个问题，就是科学家费尽心机所探索到的自然现象，原来如此相似。你看那伽利略望远镜里的月亮和地球多么相似；牛顿眼里的月亮和苹果多么相似；卢瑟福发现的小小原子结构和哥白尼发现的庞大的太阳系结构多么相似；摩尔根发现的果蝇的遗传和孟德尔发现的豌豆的遗传多么相似，甚至高级的人的基因结构和那最简单的噬菌体病毒的基因结构多么相似；普朗克发现的能量的分束急跳和祖冲之发现的圆周可以看成正多边形的无数个边多么相似；电场和磁场多么相似；电波和光波多么相似；贝克勒尔发现的天然放射性和伦琴发现的阴极射线多么相似；德布罗意发现的物质波和光波多么相似；达尔文和华莱士远隔万里之外，分别发现的生物进化现象多么相似；戴维发现的钾与钠的化学特性多么相似；拉姆赛等发现的氦、氖、氩、氪、氙等惰性元素多么相似；还有焦耳发现的电流生热和摩擦生热之间的相似，法拉第发现磁变电和电变磁之间的相似，甚至我们乍一看来毫无关系的人血液中血红素与树叶里的叶绿素，其化学结构也很相似。

真是大至宇宙，小至原子，从动物到植物，从人到细菌，好一个相似的世界！

这到底是为什么呢？辩证唯物主义告诉我们，外部世界是客观存在的，是互相联系发展的。别的不谈，我们只说这“联系”的一种重要形式就是相似（当然还有对立、变异等形式的联系）。

原来客观世界不管它多么复杂都可以分解成一定的层次，每一层次又都有一定的单元。这种不同单元和层次的排列组合就是一个复杂的世界。我们观察客观世界时只要像剥竹笋一样层层剥去，就能发现它们各自间的相似关系，通过这种相似关系就能发现制约每一层次的规律。比如宏观宇宙间，众星围绕太阳运动是一个相似的层次，有开普勒定律管着；而在微观原子内，核外电子是一个相似层次，其作用力是电磁力；再深入到原子核中，质子、中子等又是一个相似层次，其作用力是强相互力和弱相互力。原子组成分子，分子组成各种物体，组成地球，众星又组成太阳系，很多个星系又组成银河系等；这样一层一层组成世界。但是层次再多，我们只要找到其中的一层，就可以找到其中相似的联系。正如，世界上的人有几十亿，但总可以分为少年、青年、中年、老年等几个层次，只要是青年人，他们之间总有一些相似的联系。

在人对自然的探讨中，无论是牛顿还是达尔文，阿基米德还是爱因斯坦，他们都是力图通过一些相似的现象去发现其中的联系，然后概括出某个层次上的规律。不过有的人只能在低层次、浅层次发现规律，管的范围小一些；有的人可以在高层次、深层次发现规律，管的范围大一些。当伽利略在比萨斜塔上一站时，他发现了地球上的自由落体定律；而1666年当牛顿迎着凉爽的秋风，在苹果树下仰望明月时，苹果与月亮的相似，让他发现了万有引力，完成了人类认识自然的第一次理论大综合（天、地间规律的综合）；当1847年焦耳分析了电、机械、化学等运动的做功发热的相似性时，确定了能量守恒定律，完成了人类认识自然的第二次理论大综合；当1873年麦克斯韦发现光、电、磁都是波的相似性时，将它们统一起来，建立了电磁理论，完成了第三次理论大综合。科学史上的第四次理论大综合，是迄今完成的一个最高层次，即1905年到1915年爱因斯坦创立的相对论，它揭示了“尺缩钟慢”“质能互变”等时间、物质在空间和运动中的相似变化，揭示了它们之间的本质的统一。

看来，自然界的事物常以相似（不是相同）关系来体现它们之间的联系，而抓住这种联系也就发现了规律。

人们在对相似规律的运用中又常表现为几种方式。一是从横向看，通过相似形的扩大来加大研究的深度广度。比如我们常见的白光，在牛顿之前，认为是一色的。牛顿第一次用三棱镜分出从红到紫的七色，创立了光谱学，光的范围由一段到七段。以后的研究者又向两边做相似形的扩大，紫外又有X光、β射线、γ射线，红外又有微波、电视波、无线电波，不断扩大战果，就出现一个大的相似系列。

二是通过发现两事物间的相似连接点，来开拓新的研究领域。比如本生发现不同元素都有自己的固定光谱，根据这一点相似联系便创立了光谱分析学，并得以发现铯、铷、铊、铟、氦、氩等，开垦出一片新元素的处女地。居里夫人根据一些不同元素都有一定的放射性的相似联系，创立了放射化学。据此，人们发现了钋、镭、锕、氡等，在元素王国里又拓出一片领地。作为物理学家的卢瑟福，在研究原子放射性时，却发现了原子的衰变，从而发现“放射性是原子现象，又是产生新物质的化学变化的伴随物”，他在这个十字路口上不自觉地走进了化学领域。因此，当他获得1908年的诺贝尔化学奖时，连他自己也大吃一惊。他说这一生经历许多变化，想不到这一次从物理学家变成了化学家。量子力学兴起后，这个相似点更是联结了许多学科，出现了量子物理、量子化学、量子生物学等。作为量子物理学家的薛定谔写出了《生命是什么》，玻尔写出了《光和生命》，将生物学研究推向了一个新阶段。事物间的相似点常常是暗渡陈仓出奇兵的好地方，只要选准，就会骤然取胜。

三是从纵向看，通过事物发展的周期相似波，来预测方向，推动新的发现。比如化学元素的发现，就由于新的研究方法的出现，而相应出现了几次相似的发现**，如化学分析法、电解法、光谱分析法、放射法出现后，都带来相应的科学发现**。又如，人们对自然科学的研究，开始都包括在哲学里面，后来又分成各门学科，研究再深入，又在分子水平、量子水平上得到统一，经历了合——分——合的否定之否定的相似重复。前面说到，人类在认识自然过程中，每积累到一定程度就要出现一次相似的理论大综合，已经出现了四次。按照这个规律，现在科学家们都在摩拳擦掌，希望能在第五次大综合中立一头功。

大自然中相似的单元和层次决定了其客观存在的相似性，我们就可以按照“相似形”“相似点”“相似波”等各种方式去指导科学发现，开拓未知领域。另一方面，大自然经过长期的进化，又筛选出了许多最优方案，所以我们还可以按照自然中的客观存在去指导技术发明，创造新的文明。

人们千百年来的发明创造，实际上是通过“人工”来再现“天工”，是向自然求得相似。当埃菲尔完成了300多米高的巴黎铁塔，全法国人都引为自豪时，人们发现其结构和人的一根小腿骨并无二致，甚至两者的表面角度都相符合。莫斯科人也为自己的184.3米高的电视铁塔而自豪，但人们仔细一分析，其结构不过是一根纤细的竹竿。飞机是1903年发明的，这是千百年来人类幻想与鸟相似的结果。而自从莱特兄弟的第一架飞机上天以来，这种飞行工具的每一次改进又都是从鸟身上继续发现一些新的相似点。鸟的翅膀是拱形的，飞行时空气会对它产生托举力，飞机双翅也是如此；鸟飞行时双腿收到腹下，是为了减少阻力，于是飞机的起落架也就收起，蜻蜓双翅的前上方各有一块深色的角质部分，这是为了消除飞行中空气阻力造成的震颤，于是飞机机翼上也有与此相似的抗震颤配重部分。数学家和物理学家发现六角柱状体是一种最经济的形体。他们经过长时间的测算，算出这些柱状体底面的三个菱形面积的锐角是73°32′，钝角是109°28′，而这正是蜂窝的结构，竟连一分也不差。