2009年12月20日星期日

科学松鼠会

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[小红猪]科学在日本的一百年(上)传承与革新

Sun, 20 Dec 2009 12:27:05 +0800

汤川秀树

c2blog译

译者是群博水科学奖获得者、造型百变的c2blog同学:

生于广州,念书在沈阳,读不靠谱的火电厂专业,80正,重度宅男。喜欢看科普书、畅销书、纪录片, 因为科学:真实、严密、简洁、有用、有解释力。因为看科普书比专业书还痴迷,所以成绩不用提啦。之前看到网易探索招聘编辑,想去做,所以往这方面努力。现在,则想做自由撰稿人,写一些比较靠谱的散稿。

原文在这里,原载《亚太物理学会联合会 会刊》(AAPPS Bulletin) 2007年17卷,No.1 第9至11页

"汤川秀树百年纪念"专题

很高兴和荣幸,我能够在第14届国际科学史大会发言。我演讲的题目是"科学在日本的一百年"。我清楚地知道,要去交代日本现代科学各个分支从明治早年到当前的进展,那是超出我的知识和能力的。而且,作为一名物理学家,对我来说,要公正地提到我不熟悉的很多分支成就的相对优点,那是几乎不可能的。我所能做的最多也只是作一番简要的介绍,侧重于物理学在日本近一百年的科技活动。

大约从两千年前起,日本一直处于中国文化的影响之下。在早期,这种影响大多是通过朝鲜传过来的。不过, 自七世纪初,日本就经常派遣使团到中国。这给日本各种文化活动起了极大的推动作用。这样的使团有很多,我只提其中一个:在804年,四船联翩驶向中国。在使团里面,有很多随员在船上。他们中间有两名僧人,最澄(767-822)和空海(774-835),后来他们各自都成了佛教在日本的新流派的创始人。空海,人称弘法大师,其实不仅仅是一位伟大的宗教领袖,而且还是一个相当多才多艺的人。在中国的两年里,除了研习佛教密宗以外,他能够掌握几乎任何东西,包括汉文和梵文、文学、诗歌、书法、医学和工程学。因此,在他那时代他几乎是以一人之力,为减少中日文化的巨大差距作出了很大贡献。他的成就并不仅限于移植中国文化的各个方面。他还是一位具有创造性的思想家,他利用源自印度的鼎盛时期的佛教密宗,建立了一个无所不包的形而� 学体系。他思想的本质,是宇宙与人的统一。对他而言,他精神和肉体的全部活动就是宇宙的活力和智慧的自我表达。他建立了日本第一所为平民开办的私学。在许多方面,他都是一个非凡的人物,值得从科学史的角度去深入研究[1]。以空海为开端的 9世纪可以称得上是一个文化主义的时代,在当时的京都贵族阶层,对中国文学和诗歌的知识和掌握是备受尊崇的。这或者可以同文艺复兴时期崇尚希腊文和拉丁文经典的人文主义相比。从 9世纪末起,情况开始改变了,当时访华使团被废止了。差不多在同一时候作出的,一个为日本文化的相对独立起到极大作用的重大成就,是假名字母的发明。在 8世纪,汉字(即中国表意文字)已经被用作表示专有名称和日本诗歌发音的语音文字。它后来被称为万叶假名。但是,汉字用于此目的不是很方便,因为它们大多数都太复杂了。有两种假名(即片假名和平假名),是从万叶假名中的一些文字大大简化而来的。很显然,这对独特日本文学的创建起到了决定性的作用,包括故事、小说和日记,其中很多是由贵族社会中下层妇女所写的。相反,假名的发明对科技发展的影响是不明显的,因为历法、数学、医学和药品方面的书籍仍旧不是用假名来书写。过了很长时间,假名才被用于传播科技知识。

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汤川秀树,书法家,在他的书房,1962年

现在,略去日本科技提升或停滞的很多阶段,让我们深入到 1600年前后开始的江户时代。我们将会看到,数学和医学这些分支在当时都取得了相当大的进展。但是,德川幕府采取闭关锁国政策以隔绝外部世界,只通过长崎与中国、朝鲜和荷兰通商。直到大约两百年前,日本知识分子开始认识到西方科学和技术的卓越之处。科学史家们经常提到,一本荷兰文的解剖学书籍在1774年由医生翻译成了日文,与中日传统的解剖学报告相比它的准确程度简直令人震惊,这成了全心全意地接受西方科技的开端。尽管如此,闭关锁国政策还是一直延续到1858年,那一年幕府被迫先后对美国和欧洲列强开放港口。当时现代科学在西方世界进步很快。很多先知先觉的日本知识分子已经敏锐地意识到此时西方在日本之上的军事实力,而且日本人民震惊于1853年佩里准将所率美国舰队在东京湾的出现。因此,对现代科技的接受之所以 ��认为是刻不容缓的,首先就是因为日本的海岸防卫,例子就是1855年长崎海军传习所的建立。但是,这不是唯一的原因。我倾向于认为,正如接下来的一幕所示,现代科技在日本这几百年的迅速传播和进步中,日本人对科技设备的天生好奇心所起到的作用甚至更大。第二年,当佩里准将第二次来到日本,为了展示科技最新成就,他将一个蒸汽机车模型和一台电报机赠予幕府。日本官员和工匠们都很好奇和热心地帮忙去组装。而且,在场的日本观众看到机车模型动了起来,全都又惊奇又兴奋。当电报通讯成功后,他们的反应也是如此。当时,距第一条铁路在英格兰出现和电报机被美国人莫尔斯发明以来,只过了二十年多一点。

我想补充在同一时期发生的另一件事。福泽谕吉后来成为一位著名的教育家和对公众启蒙最具影响力的意见领袖之一,1856、57年,23、4岁的他是大阪一家兰学塾的塾头。塾长绪方洪庵是一位名医。有一天,绪方从藩主那里借来一本兰学书。福泽一看到,马上就注意到它是一本最新的物理学书。比起学塾当时在用的其它兰学物理书,这本书是非常先进的。但是,这本书是要在藩主停留大阪的短短几天内归还的。而且,即使他们能够找到另一本,对他们来说买这本书也是过于昂贵。所以福泽决定和他的塾生一起很快地抄写了整本书。他们都被内容的新颖性吸引住了,特别是法拉第电磁学研究的论述,它与摩擦、伽伐尼和伏特电这些已被熟知的科目有很大的不同。这同样发生在法拉第构建他的电磁学的二十年后。虽然福泽没有成为一名物理学家,但� �此后很多年他都清楚地记得这件事,而且似乎终身保持了下列信念:按他的说法是,现代文明与中日传统文化的关键差异源于物理学的有无。他将物理学定义为,以自然规律的数学形式为基础的关于物体的数量、形态、性质和功能的知识,也包括这些知识在物质上的应用。他认为物理学真理是普世而永恒的,而关于无形事物的思想观念和思维方式则是有争议的,是随着时间和地点而改变的。因此,他比起同时代的大多数日本科学家,更早地把握到以笛卡尔哲学和牛顿物理学为代表的现代科学的本质。在他看来,兰学家们(包括他本人在内)对学习物理学的强调是日本的幸运。他生于1834年,是一个小藩属的一名下等武士的小儿子。在等级森严的士族制度下,他在停滞而可怕的环境中长大。令他无法忍受的是,无论一个人多么能干也不可能被提升� 高于出身的地位。像通常的武士家庭那样,他自小就被灌输以中国经典。对他来说,中国经典的灌输似乎和这个荒诞的封建士族制度是密不可分的。从他的文章来判断,主要是因为这个,他才会像相信现代科学的合理性那样如此彻底地开始相信西方民主。1858年他在东京开办了一家兰学塾,之后很快他有机会作为幕府代表团的一名随员,访问美国和欧洲(注1)。他的学塾在明治维新之后以庆应义塾之名延续下来,已经成为了日本历史最长的私立大学。但是,他自己并没有成为一名专业学者或科学家。他是日本启蒙时代的楷模。明治维新后,1868年建立于东京的新政府从一开始就急于把与现代科技有关的各种各样东西都移植过来。此外,在明治早期,大量外国的科学家和工程师受邀前来。政府也派学生到欧洲和美国的大学留学。第一所国立大学东京� �学在1877年成立,各种科技协会(包括帝国学士院在内)也陆续地出现了。

不过,这一切的实现,代价是德川时代蓬勃发展的科学分支的没落。其中一个就是和算,即在17世纪晚期达到巅峰的日本数学。事实上,自 6世纪前后中国的算学书籍已经传入日本,大部分是通过朝鲜。不过,迟至17世纪早期,日本算学家才开始出版他们自己的书。然而根据数学史家的看法,关孝和才是和算的真正开创者。他生活在17世纪后半叶。他成功地建立和解答了联立代数方程,那是以往的中日算学家所未曾想到的。很遗憾,在1872年政府决定把和算剔除出基础教育课程之后,和算很快就衰亡了。我们能够想到它迅速没落的几个原因。一个明显的原因是,和算家的书纯以汉字写成,难以弄懂。很多情况下,用它们来书写,就象在写需要专家解码的密码。与之密切相关的另一因素,就是缺乏可行的一般公式和一般方法。和算学家们致力于解决具体数值问题。只有和算史的专家才能辨别出像关这样一位算学家成果的重要性和创造性。于是,和算隔绝于科学的各个分支,已经变得越来� �专门化。这可能是18世纪一位具有独创性的自然哲学家三浦梅园没有接触过数学的原因之一,这使得他无法得出任何可与笛卡尔和牛顿的自然哲学相比的东西。

医学的境遇略有不同。正如上述,除了汉方医(即中国传统医学)以外,日本医生从18世纪已经开始采用兰方医。1805年,华冈青洲成功完成了世界上首个的而且是由他首创的乳癌麻醉手术。手术是用荷兰方式进行的,但麻醉药用的是汉方医药物里的一种合剂。在德川时代的最后十年(1858-1867),兰方医已经获得正式承认。当明治政府成立上述的东京大学时,一个激烈的争论是,除了西医,所谓的和汉医学校是否纳入东京大学的课程。随着传统医学的完败,那场争论结束了。自此之后,汉方医只能作为民间疗法而存在。不过,值得注意的是,自从两年前日本和中华人民共和国建立外交关系,汉方医明显复苏了。(待续)

[1] Yoshio S. Hakeda, Kukai (Columbia University Press, New York and London, 1972) is to my knowledge the book available in English, although there are great many books on Kukai in Japanese.

客座编辑注:1859年, 即在他的兰学塾开学的第二年,福泽考察了新开港的横滨,决定把他的兰学塾改成英学塾。他在1860和1867年访问美国,在1862年访问欧洲。

译者注:客座编辑,是小沼通二(Michiji Konuma), 他是日本的粒子物理学家、物理学史家。

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民航飞机上为什么没有降落伞

Sun, 20 Dec 2009 11:20:58 +0800

12009年对于民用航空来说,不是一个安稳年。每当提到民航事故,总会有人掀起争论,民航飞机上,为什么不给乘客准备降落伞。说起这个问题,好多读者都不理解,有人甚至认为,这是因为航空公司偷工减料。到互联网上搜索一下,对此给出的解释也不少,但无论怎么解释,总会有人提出各种诘问。但实际上,在民航业内,这早已是一个盖棺定论的问题,并不存在什么争议。

飞机在飞行中发生事故,我们分成两种情况来看。先假设这架可怜的飞机失控了,其实这是非常稀罕的事儿,对于现代民用客机来说,要想完全失控还真不容易。完全失控意味着,要么飞机进入了无法改出的危险状态(如尾旋或风切变),要么就是爆炸了,总之机身没有办法稳定。在这种情况下,飞机就像调酒师手中的摇壶,乘客完全无法站立,更不用说跳伞。不过别担心,这种情况是极少见的,否则的话,客机一定会设计弹射座椅。在没有弹射座椅之前,降落伞在这种情况下完全派不上用场。

然而在绝大多数航空事故中,飞机都是仍然可控的,在可控的情况下迫降,成功率非常高。通俗地说,飞机无论出了什么事,最后都会落地,飞机员需要做的只是让它落得轻一些,这并没有想象的那么难。举例来说,加拿大航空公司的一架波音767,在40000英尺的高空燃油耗尽,依靠无动力滑翔最终成功迫降,无一人受伤。美国阿罗哈航空公司一架波音737,机舱突然完全破损,前半段机身仅剩下地板,仍以过山车的外表迫降,仅失去了一名没系安全带的空姐。这是因为,现代飞机的动力和控制系统,通常都有多套冗余,如果排除严重的人为失误,出现伤亡性事故的机率极小。波音747有四套液压操纵系统,坏掉三套仍然能正常控制,波音777有四台发动机,只要一台工作就能越洋飞行。如果飞机没有失控,按照正确方法进行迫降,根据以往的情况来� ,出现伤亡的机会是很小的。

而跳伞可就不同了。在一个摄氏零下40度,严重缺氧的高度,一个既不是超人也不是007的普通人,抱着"有总比没有强的心态",打开舱门造成客舱失压,然后抱着降落伞从接近0.8马赫的飞机上跳下来,他可能既不会拉伞,也不会着地动作,也不知道落在什么地方……可以想见,这个生存机率有多大。假设现在我们处在一架发生事故、正在迫降的飞机上,给你一副降落伞,你想跳吗?

如果你不想,这就是本文给出的答案,一个理智的人,在危机情况下会选择两害相权取其轻,而不是跳下去总比听天由命强。因为此时你并不是听天由命,站在你身后的,是100年来无数的顶尖科学家和工程师,还有经过大量应急训练的飞行员团队。也许有的人说,我就不相信科学,就不相信技术,就不相信飞行员,我就相信我自己——那这就是一种癖。放弃安全来满足乘客的癖,这就不属于航空公司该做的事了。

还有的人会举出这样的例子,有的飞机在发生事故后,在低空盘旋了很久才坠毁,这个时间完全可以跳伞。但问题的关键在于,那些飞机盘旋并不是为了等死,而是在寻找迫降的机会,成功迫降的机会是非常大的。迫降失败都是在几秒钟的时间内发生的,在这之前,没有人能够预料,据以往的数据来看,这种可能性也不会高于3%。所以这种事后诸葛的论断,并不具有说服力,用过去发生的小概率事件去指导未来,也很难成为有效的做法——你把今天的彩票头奖号码背得滚瓜烂熟,也很难得到明天的头奖。所以,即使在飞机上准备了降落伞,在不能未卜先知的情况下,贸然跳伞也不是一个明智的选择。

所以,民航飞机不需要降落伞。

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