現(xiàn)代自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科

錢學(xué)森

    現(xiàn)代自然科學(xué)，不是單單研究一個(gè)個(gè)事物，一個(gè)個(gè)現(xiàn)象，而是研究事物、現(xiàn)象的變化發(fā)展過(guò)程，研究事物相互之間的關(guān)系。這就使自然科學(xué)發(fā)展成為嚴(yán)密的綜合起來(lái)的體系。這是現(xiàn)代自然科學(xué)的重要特點(diǎn)。

    工程技術(shù)的科學(xué)叫做應(yīng)用科學(xué)，是應(yīng)用自然科學(xué)中基礎(chǔ)學(xué)科的理論來(lái)解決生產(chǎn)斗爭(zhēng)中出現(xiàn)的問(wèn)題的學(xué)問(wèn)。當(dāng)然，基礎(chǔ)學(xué)科中也有好多道理是從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)提高而來(lái)的；而且沒有工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，基礎(chǔ)學(xué)科研究也無(wú)法搞下去。所以基礎(chǔ)學(xué)科之為基礎(chǔ)是就其在現(xiàn)代自然科學(xué)體系中的位置而言的。我們一般提六門基礎(chǔ)學(xué)科：天文，地學(xué)，生物，數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)。這六門是不是都是一樣的基礎(chǔ)呢？也不是。從嚴(yán)密的綜合科學(xué)體系講，最基礎(chǔ)的是兩門學(xué)問(wèn)。一門物理，是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)問(wèn)。一門數(shù)學(xué)，是指導(dǎo)我們推理、演算的學(xué)問(wèn)。

    先說(shuō)化學(xué)。化學(xué)是研究分子變化的。30年代后出現(xiàn)了量子化學(xué)，用量子力學(xué)的原理來(lái)解決化學(xué)問(wèn)題，使化學(xué)變成應(yīng)用物理的一門學(xué)問(wèn)。近來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，又出現(xiàn)了計(jì)算化學(xué)。從前人們認(rèn)為化學(xué)就是用些瓶瓶罐罐做試驗(yàn)?，F(xiàn)在由于掌握了物質(zhì)世界里頭的原子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就可以靠電子計(jì)算機(jī)去計(jì)算。有朝一日化學(xué)研究會(huì)主要靠電子計(jì)算機(jī)計(jì)算，而且可以“設(shè)計(jì)”出我們要的分子，“設(shè)計(jì)”出造這種分子或化合物的化學(xué)過(guò)程。到那時(shí)做化學(xué)試驗(yàn)只是為了驗(yàn)證一下計(jì)算的結(jié)果而已。

    天文學(xué)也是物理?，F(xiàn)在的天文學(xué)，不是光研究太陽(yáng)、月亮、星星在天上的位置和運(yùn)行規(guī)律，還要研究星星里頭的變化，研究宇宙的演化。比如研究太陽(yáng)內(nèi)部、恒星內(nèi)部。人去不了，怎么研究？一是研究可見光，把可見的星光分成光譜，把不同頻段的光攝下來(lái)進(jìn)行研究。再就是研究看不見的頻段，如波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的紅外線、無(wú)線電波，波長(zhǎng)很短的紫外線、X光，波長(zhǎng)更短的γ射線等。這么一研究，就發(fā)現(xiàn)天上可是熱鬧——到處有星的爆發(fā)，一顆星爆發(fā)像氫彈爆炸一樣。一個(gè)爆發(fā)的過(guò)程是一兩個(gè)月、幾個(gè)月。中國(guó)古書上有所謂客星，實(shí)際上就是星的爆發(fā)。爆發(fā)時(shí)亮了，就看得見，天上來(lái)了“客人”；過(guò)一段時(shí)間爆發(fā)過(guò)程結(jié)束，看不見了，就以為是“客人”走了。天上還有一些更怪的現(xiàn)象。如中子星，是由中子組成的密度非常大的星，一顆芝麻點(diǎn)大小的中子星物質(zhì)就有幾百萬(wàn)噸重，而且轉(zhuǎn)得很快，轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的X光強(qiáng)度不一樣，變化周期不到一秒。還有一種星，名叫“洞”，其實(shí)不是洞，是光出不來(lái)的星。這種星密度更高，引力場(chǎng)特別強(qiáng)，強(qiáng)到光線被吸住射不出來(lái)，只有當(dāng)其他物質(zhì)被吸引掉進(jìn)去時(shí)才發(fā)光，發(fā)射出X線。不但恒星會(huì)爆發(fā)，而且由億萬(wàn)顆恒星組成的星系，像我們所在的銀河星系，中心也會(huì)爆發(fā)，還會(huì)爆發(fā)得更強(qiáng)烈。

一顆恒星爆發(fā)起來(lái)產(chǎn)生的能量等于十萬(wàn)億億個(gè)氫彈爆炸的能量，而一個(gè)星系爆發(fā)起來(lái)的能量等于億億個(gè)恒星爆發(fā)的能量，要了解這些天文現(xiàn)象，沒有物理學(xué)是不行的。

    地學(xué)也是靠物理。地學(xué)家們講，研究地學(xué)有三個(gè)時(shí)代。第一時(shí)代是18世紀(jì)末到20世紀(jì)初，研究地質(zhì)年代時(shí)引入了生物觀念（化石觀念）,用生物的化石來(lái)斷定地質(zhì)年代，稱為生物學(xué)地球觀。第二時(shí)代是20世紀(jì)初，開始研究地球上地殼和海洋的化學(xué)成分的變化礦物元素的分布，借此來(lái)推論地球在地質(zhì)年代中的演化，稱為化學(xué)地球觀。現(xiàn)在是第三時(shí)代。地學(xué)上最大的發(fā)展是所謂板塊理論，發(fā)現(xiàn)地球的外殼（包括大陸和海洋）是一塊塊拼起來(lái)的，像七巧板似的。塊與塊之間有相互作用。這主要是根據(jù)海底巖石的地磁走向推論出來(lái)的。有了這種理論就可以解釋火山帶、地震帶的形成了。這一些理論，加上研究地球深處的情況，都要靠物理學(xué)，所以稱為物理學(xué)地球觀。

    生物學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在達(dá)到了研究分子的水平，也要?dú)w結(jié)到物理上面。分子生物學(xué)，不是過(guò)去那樣研究細(xì)胞核、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)，而是一直追到分子，把生命現(xiàn)象看作是分子的運(yùn)動(dòng)，分子的組合和變化過(guò)程。最近生物學(xué)上有一個(gè)轟動(dòng)世界的發(fā)現(xiàn)，就是可以把影響遺傳的信息，掛在一種叫去氧核糖核酸的高分子化合物的某一段上傳下去。這就是把這種高分子人為地變化一下，把一個(gè)高分子的某一段遺傳信息切下來(lái)，接到另一個(gè)上面，改變遺傳的某一特性，創(chuàng)造新的物種。這樣，就有可能打破植物動(dòng)物的界限，把植物的某一特性接到動(dòng)物上面。就這樣現(xiàn)在不但能使細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生變化，而且使細(xì)菌發(fā)生變化，如把胰島素的遺傳信息切下來(lái)，接到容易繁殖的大腸桿菌上面去，使產(chǎn)生的新的大腸桿菌能制造大量胰島素。這項(xiàng)技術(shù)叫做遺傳工程，用它建立了一門新的工業(yè)。

    所以，天、地、生、化四門基礎(chǔ)學(xué)科，用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系的觀點(diǎn)看，都可以歸結(jié)到物理和數(shù)學(xué)。根本的基礎(chǔ)學(xué)科，就是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的物理，加上作科學(xué)技術(shù)工具的數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)不只是演算，也包括邏輯的推理。靠六門基礎(chǔ)學(xué)科的現(xiàn)代工程技術(shù)，也靠物理和數(shù)學(xué)這兩門基礎(chǔ)作為支柱。所以，物理和數(shù)學(xué)可以稱為現(xiàn)代自然科學(xué)體系的基礎(chǔ)。當(dāng)然，說(shuō)物理和數(shù)學(xué)是基礎(chǔ)，并不是說(shuō)物理和數(shù)學(xué)可以代替其他學(xué)科，在此之上還有天文學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)這些基礎(chǔ)學(xué)科，以及各種分支學(xué)科，如力學(xué)等；再在上面是工程技術(shù)學(xué)科，如工程結(jié)構(gòu)、電力技術(shù)、電子技術(shù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)等。這就是現(xiàn)代自然科學(xué)體系的構(gòu)成。

注釋：

本文節(jié)選自《現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)》（1977年12月9日《人民日?qǐng)?bào)》）。編入本書時(shí)，作者作了一些修改，題目是作者加的。

【量子力學(xué)】現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)之一，研究微觀粒子（如電子、原子、分子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其性質(zhì)的理論。

【光譜】物理學(xué)名詞。復(fù)色光通過(guò)三棱鏡或光柵后分解成的單色光按照波長(zhǎng)（或頻率）依次排成的光帶。

【γ射線】由放射性元素放出的波長(zhǎng)極短的電磁波。

【客星】我國(guó)古書上記載的客星多數(shù)是現(xiàn)代天文學(xué)所研究的新星（光度突然加到原來(lái)的幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)倍的恒星）,有時(shí)也把替星當(dāng)作客星。

【信息】這里是遺傳學(xué)術(shù)語(yǔ)，是指子代從父代所獲得的控制遺傳性狀發(fā)育的信號(hào)。

【胰島素】腦臟中所產(chǎn)生的一種激素，是化學(xué)結(jié)構(gòu)首先得到闡明的一種蛋白質(zhì)。1965年我國(guó)在世界上首次人工合成了結(jié)晶牛旗島素，這是第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)。它的主要功能是調(diào)節(jié)糖的代謝。

【學(xué)習(xí)提示】

本文是典型的科技說(shuō)明文。文章條理清晰，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，可讀性強(qiáng)。介紹每種學(xué)科時(shí)都能從學(xué)科的研究范圍、研究成果以及與基礎(chǔ)學(xué)科物理和數(shù)學(xué)的關(guān)系方面進(jìn)行闡述，從而很好地闡明了作者的觀點(diǎn)。

這類文章要注意語(yǔ)言的邏輯性和精練，力求把觀點(diǎn)通俗化、簡(jiǎn)明化。

【自我測(cè)試】

1、下列詞語(yǔ)排序正確的是（      )。

①                做哪種學(xué)問(wèn)，總不外乎“擺事實(shí)、講道理”六個(gè)字。

②觀察語(yǔ)言現(xiàn)象，                直接聽人說(shuō)話以外，還有書面材料，就是用文字寫出來(lái)的。

③現(xiàn)代自然科學(xué)，不是單單研究一個(gè)事物，一個(gè)個(gè)現(xiàn)象，                研究事物的發(fā)展過(guò)程，研究事物相互之間的關(guān)系。

④進(jìn)行調(diào)查也要注意不要給調(diào)查對(duì)象任何暗示，                是不自覺的。

A.不管      除了      而是      哪怕

B.無(wú)論      不僅      而是      哪怕

C.不管      除了      如果      即使

D.無(wú)論      不僅      如果      即使

2、閱讀課文，簡(jiǎn)要說(shuō)明天文、地學(xué)、生物、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)六門基礎(chǔ)學(xué)科的關(guān)系。

【參考答案】

1、A

2、天、地、生、化四門基礎(chǔ)學(xué)科，用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系的觀點(diǎn)看，都可歸結(jié)到物理和數(shù)學(xué)。