黑暗中世纪时代结束之后,17世纪,欧洲开始迎来科学成就大爆发的时代。除了印刷术导致的信息流通带宽的拓宽,还有一个必不可少的因素就是系统且有效的科学研究方法的诞生。而科学研究方法的形成又离不开法国数学家、哲学家笛卡尔。
大家所熟知的是笛卡尔发明了解析几何,之后牛顿和莱布尼茨在解析几何基础上发明了微积分。解析几何将代数和几何结合在一起,也是连接初等数学和高等数学的桥梁,在美国一些高中或大学,解析几何也被称作微积分先修课。牛顿说站在巨人肩膀上,这个巨人很大程度就是笛卡尔。笛卡尔从伽利略、开普勒等前人的工作中总结出科学研究的方法论,对后来自然科学的发展影响深刻,对今天的科研也仍有指导意义。科学研究的主要论点就是:怀疑一切,大胆假设,小心求证。笛卡尔在《方法论》一书中概括了科学研究和发明创造的普适方法:1.不盲从,不接受任何自己不清楚的真理2.将复杂问题分解为多个简单的小问题进行研究,化繁为简,化整为零3.对于分解后的问题,按照先易后难次序逐步解决4.解决完每个小问题之后,综合起来,看看是否彻底解决了原来的问题搞IT的大都是这么做的,新的问题划分模块,挨个完成,在对每个模块单元测试,最后整合起来做集成测试,然后内测、公测,有条不紊地工作,再难的问题也能解决。在上述四个过程中,笛卡尔特别强调“批判的怀疑”在科学研究中的重要性,以前也听过这么一句话,人工智能战胜不了人类的因素在于它们无法提出问题,只能沿着人类提出的问题寻找解决方案。笛卡尔之前的科学家也有自己的研究方法,但这些方法因人而异,有些先天条件、悟性、特殊机遇之类的别人难以复制,所以科学进步难以持续。之后的科学家自觉遵循笛卡尔的方法论,大大提高了科研的效率。近代科学与古希腊科学的一个巨大不同就在于近代科学重视实验,能进行精确可重复性实验,使得“大约”地观察世界进化到“精确”地观察自然现象和实验结果。
近代医学始于哈维(WilliamHarvery,—),他生活的年代比中国的名医李时珍(—)仅仅晚了半个世纪,哈维通过实验证实了动物体内的血液循环现象,系统地提出了血液循环论,他在年发表的《关于动物心脏和血液运动的解剖研究》(简称《心血运动论》)和哥白尼的《天体运动论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》以及达尔文的《物种起源》并称为改变历史的科技巨著。哈维的《心血运动论》不仅提出了血液循环的理论,更在于找到了一种医学研究的方法,使得后来欧洲的医学得以迅猛发展。哈维之前,欧洲一直沿用古罗马的医学理论家盖仑建立起来的医学理论,盖仑认为生命来源于“气”,与中国古代的中医理论很像。盖仑认为血液是从心脏输出到身体各部分的,而不是循环的,所以发明了一种放血疗法,这种缪误要了很多人的命。中世纪时候,教会反对解剖尸体,因此医生对人类器官功能研究一直没什么进展,文艺复兴时期,达芬奇等人甚至需要盗窃尸体进行解剖研究,文艺复兴之后,解剖学慢慢发展起来,哈维的老师法布里克斯通过解剖发现了静脉瓣膜的存在,但因为忠于盖仑的教条,所以没去思考这个瓣膜的功能,只是试图用旧理论解释新发现。西班牙医生塞尔维特(MichaelServetus,—)发现了肺循环,但因反对教会而被处以火刑。直到哈维的年代,欧洲医学研究并未有重大突破。哈维摒弃了盖仑的理论,从逻辑推理出发,提出新的理论去契合实验结果,他根据心脏大小和心跳速率计算出心脏每小时搏动泵出的血量,推断出如果血液不是循环的,人体不会有这么多的血液,因此提出血液循环的猜想,并通过长达9年的实验验证了他的理论。年,哈维发表了《论动物的生殖》,指出胚胎不是成年动物的缩小版本,胚胎的最终结构是一步步发育出来的。这两大发现确立了哈维在近代医学史上开山鼻祖的地位。他的研究方法也为后来笛卡尔提出的方法论提供了启发。
古代医学是无法直接观测人体内部的生理活动的,所以古代医生只能通过望闻问切来了解病情,这样的信息经常很不准确。从17世纪开始,随着物理学的发展,各种诊测仪器被发明出来。比如用于人体指标测量和生理活动观测的温度计、心电图仪等,用于了解生命运动微观特性的显微镜等。这些都能帮助人类获得更多关于病情的信息。
在伽利略时期,科学家就发明了温度计,但测量体温并不准确,大约半个世纪后,法国人布利奥发明了测量更准的水银温度计。为了统一度量温度变化,18世纪初,荷兰科学家华伦海特(GabrielDanielFahrenheit,—)提出了之后被称为“华氏温标”的一种度量标准。年,瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯(AndersCelsius,—)提出了“摄氏温标”的度量标准。华氏温标和摄氏温标现在都是国际主流的计量温度的标准。年,法国医生雷奈克(ReneLaennec,—)因为不便直接趴到贵妇胸口听胸部跳动而无意中发明了听诊器。20世纪后出现了声学显微镜,利用声波信息探测物质内部结构缺陷。21世纪,人类测量到宇宙中的引力波,可以通过“听”宇宙声音了解宇宙远方的演变情况。这些本质上都是通过波动获取信息。
19世纪初,法国著名物理学家和医生泊肃叶(JeanLeonardMariePoiseuile,—)研究血液循环压力时,提出了流体力学中重要的泊素叶定律,发明了水银压力测量血压的原型仪器。年,哈里森(JulesHarrison)发明了通过脉搏变化测量血压的血压计,但并不精准。年,意大利内科医生罗奇(ScipioneRiva-Rocci,—)发明了今天使用的水银血压计。这些本质上都是通过信息论中一个被称为互信息的概念建立起来的,互信息简单来说就是研究不同变量之间的相关性。今天利用互信息的概念,新仪器发明周期缩短了很多。
对微生物的研究不得不提的发明就是显微镜了,最早的显微镜是由一位荷兰亚麻织品商人列文虎克(AntonyvanLeeuwenhoek,—)发明的,他纯粹是因为爱好磨制透镜、装配显微镜,通过显微镜,他看到了很多肉眼看不到的微小植物、微生物以及动物的精子和肌肉纤维。年,他在英国皇家学会发表论文介绍他在显微镜下的发现,后来成为皇家学会的成员。19世纪中期,奥匈帝国的医生伊格纳兹·塞麦尔维斯(IgnazPhilippSemmel-Weiss,—)发现照看产妇时,医生负责的病房产妇死亡率比只有护士负责照料的病房要高,塞麦尔维斯推测可能是经常要解剖尸体研究的医生将“病毒”带给了护士,于是他开始执行严格的洗手制度,果然产妇的死亡率直线下降,不过塞麦尔维斯并不清楚“病毒”是什么。年,法国著名科学家路易斯·巴斯德(LouisPasteur,—)提出了生物的原生论,即非生物不能自行产生生物。年,巴斯德通过显微镜发现微生物的存在,并将细菌感染将诸多疾病联系在一起。与此同时,英国名医约瑟夫·李斯特(JosephLister,—)也提出了外部入侵造成感染的设想。年,在得到巴斯德理论的支持后,李斯特提出,缺乏消毒环节是发生手术感染的主要原因,并且发明和推广了外科手术消毒技术。今天,巴斯德被誉为微生物学之父,李斯特被誉为现代外科之父。接下来,德国著名医生科赫(RobertKoch,—)通过显微镜发现很多疾病尤其是传染病的根源,并发展出一套判断疾病病原体的方法—科赫法则,后来科赫被誉为细菌学之父。从哈维开始,医学家和医生经过近三个世纪的努力,让人类搞清楚了自身的结构、各个组织器官的功能以及很多疾病的成因,使得人类寿命大大延长。这些进步,离不开科学方法的使用以及人类获取信息手段的提升。
润丁兄