貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城市管理局 李興春

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開發(fā)潛科學(xué)史的科學(xué)普及功能——以中國古代海洋潛科學(xué)史為例

貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城市管理局 李興春

潛科學(xué)是尚在孕育中的還未成熟的科學(xué)胚胎和科學(xué)萌芽，潛科學(xué)史和科學(xué)史一樣具有強(qiáng)大的科學(xué)普及功能，能夠增強(qiáng)科普的通俗性，降低科學(xué)的專業(yè)門檻；增強(qiáng)科普的趣味性，塑造科學(xué)的生動(dòng)形象；增強(qiáng)科普的啟發(fā)性，建立科學(xué)的試錯(cuò)機(jī)制。該文通過4個(gè)中國古代海洋潛科學(xué)史的例子，進(jìn)一步說明開發(fā)潛科學(xué)史的科普功能，有可能取得比傳統(tǒng)或“正統(tǒng)”科學(xué)史更好的效果。

潛科學(xué)史科學(xué)普及中國古代海洋潛科學(xué)史

0 引言

大家都很熟悉這個(gè)流行的小故事：曾有大科學(xué)家（法拉第、愛迪生或是富蘭克林）做出了很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)發(fā)明，但新事物不為人所理解和接受，人們質(zhì)疑：“這些東西有什么用呢？”大科學(xué)家反問：“新生的嬰兒有什么用？”

潛科學(xué)的發(fā)現(xiàn)發(fā)明在科學(xué)之前，比科學(xué)發(fā)現(xiàn)發(fā)明更不容易為人所理解和接受，如果遭到同樣的質(zhì)疑，也可以同樣理直氣壯地反問：“未生的胎兒有什么用？”

潛科學(xué)就是這樣的科學(xué)胚胎和科學(xué)萌芽，是尚在孕育中的還未成熟的科學(xué)。在這個(gè)意義上，科學(xué)史不應(yīng)該只是一部成功史，只講述成功的發(fā)現(xiàn)發(fā)明，還應(yīng)該是一部失敗史，也要講述失敗的發(fā)現(xiàn)發(fā)明，以及既沒有成功、也沒有失敗的發(fā)現(xiàn)發(fā)明。這最后一種就是潛科學(xué)，發(fā)現(xiàn)發(fā)明的種子既沒有死亡，又沒有生長出來，當(dāng)然就是既沒有成功，也談不上失敗。

科學(xué)史具有較強(qiáng)的科學(xué)普及功能，這已經(jīng)是人所共知的事實(shí)；潛科學(xué)史是否仍然保有這種強(qiáng)大的科普功能呢？我們的回答是肯定的。如果把通常提及的科學(xué)史作為顯科學(xué)史，那么潛科學(xué)史與之相比，更適宜用作科學(xué)普及的工具。

1 潛科學(xué)史適宜用作科普工具的理由

1.1 潛科學(xué)史增強(qiáng)了科普的通俗性，降低了科學(xué)的專業(yè)門檻，更易于使大眾感知和領(lǐng)會(huì)

潛科學(xué)史同時(shí)也更切合于科普的目的，科普只是為了讓大眾了解基本的科學(xué)知識(shí)，具備必要的科學(xué)素養(yǎng)，不是讓大眾掌握系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)，具備專業(yè)的科研能力，這樣，利用潛科學(xué)史進(jìn)行科普，就不必像科學(xué)史一樣面面俱到，還要有相當(dāng)?shù)纳疃?。潛科學(xué)史既然講述的是萌芽和孕育中的科學(xué)，它就只需指明入窺堂奧的門徑，在關(guān)鍵處點(diǎn)到即止，入門者有興趣的，自可循此門徑進(jìn)一步求本索源，探幽發(fā)微。

1.2 潛科學(xué)史增強(qiáng)了科普的趣味性，塑造了科學(xué)的生動(dòng)形象，更易于使大眾熟悉和記憶

由于潛科學(xué)史是在一切有形或無形的人類精神物質(zhì)文明中發(fā)掘潛科學(xué)因子，并不局限于專業(yè)文獻(xiàn)，也無需經(jīng)過繁瑣考證，這樣就避免了枯燥無味，使它的表現(xiàn)形式生動(dòng)活潑、豐富多彩，能給人留下深刻記憶，并產(chǎn)生親近感。比如很多神話傳說、民間故事中都包含著潛科學(xué)因子，是寶貴的潛科學(xué)史料，而顯科學(xué)的相對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)，一般很難接納這些潛科學(xué)因子進(jìn)入科學(xué)史。

1.3 潛科學(xué)史增強(qiáng)了科普的啟發(fā)性，建立了科學(xué)的試錯(cuò)機(jī)制，更易于使大眾想像和思索

潛科學(xué)史的通俗性和趣味性并不意味著它就是膚淺和嘩眾取寵的，它即使為了入門，也必須先看清科學(xué)的本質(zhì)所在，才能為入門者指出正確的路徑；而沒有合情推理、合理猜測，沒有大膽的跨越式聯(lián)想，再生動(dòng)有趣的史料，也難以發(fā)掘出深藏不露的潛科學(xué)因子，并與看似不相關(guān)或相隔很遠(yuǎn)的顯科學(xué)成說巧妙而有機(jī)地聯(lián)系起來，既在意料之外，又在情理之中。

猜測和聯(lián)想都很可能出錯(cuò)，但英國數(shù)學(xué)家拉姆有句名言：“一個(gè)不親自檢查橋梁每一部分的堅(jiān)固性就不過橋的旅行者，是不可能走遠(yuǎn)的；甚至在數(shù)學(xué)中，有些事情亦須冒險(xiǎn)?！敝灰皇欠纯茖W(xué)的胡思亂想、胡拉混扯，這些猜測和聯(lián)想就不能以穿鑿附會(huì)目之。即使出錯(cuò)了，它也能收啟迪之功，得發(fā)軔之力，激發(fā)了大眾的科學(xué)想像力和探索精神。

2 具有科普功能的潛科學(xué)史例子

下面就以4個(gè)中國古代海洋潛科學(xué)史的例子，具體說明潛科學(xué)史的科普功能：

2.1 苦海甘泉——海洋淡水區(qū)

明代費(fèi)信是鄭和下西洋的重要隨員，他記敘海上旅途經(jīng)歷的《星槎勝覽》一書，為后人提供了寶貴的航海資料。這部書還記載了一些帶神話色彩的歷史傳說，其中一個(gè)傳說是有關(guān)遠(yuǎn)征爪哇國的：“元時(shí)使將史弼、高興因征其國，經(jīng)月不下雨，舟中乏糧，軍士失措。史、高二將拜天祝曰：‘奉命伐蠻，如天與水即生，不與之則死?！Ｖ鍢屜炭嗪?，其泉水隨槍涌出，水味甘甜，眾軍汲而飲之?！焙髞砑尉改觊g嚴(yán)從簡撰《殊域周咨錄》中有內(nèi)容大致相同的記載：“元世祖嘗舉兵伐其國，不克。后遣將史弼、高興征之，數(shù)月不下。舟中乏水，糧盡，二將拜天祝曰：‘奉天伐蠻，若天與我水即生，不與則死?！觳鍢屜炭嗪Ｖ校淙S槍涌起。水味甘甜，眾軍汲而飲之?！痹鷮④娛峰龊透吲d率兵遠(yuǎn)征爪哇，船隊(duì)淡水用盡，史、高二將軍把長槍插進(jìn)又咸又苦的海灘或海水中，再提起來時(shí)，甘甜的清泉隨槍涌起。飲足了淡水的中國將士軍威大振，奮力殺敵，打敗了爪哇人。兩書記載有一處重要的不同：一是插槍咸苦海灘，一是插槍咸苦海中，但無論是海灘還是海中，都說明了海洋某些特殊區(qū)域有可飲用的淡水源。

現(xiàn)代人已經(jīng)知道：比如我國閩南的漳浦縣古雷半島東面，有一個(gè)盛產(chǎn)紫菜的小島叫菜嶼，距該島約500米處的海面上有一處叫“玉帶泉”的淡水區(qū)，這一帶漁民和來往船只都在此補(bǔ)充淡水；美國佛羅里達(dá)州和古巴東北部之間的海域，周圍海水含鹽量很高，但中間卻有一片直徑為30米的淡水區(qū)，水色、溫度等與周圍的海水都不一樣,人們稱它為海洋中的“淡水井”。像這樣的海洋淡水區(qū)在美國海域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二百處，我國近海域也發(fā)現(xiàn)了幾十處。

出現(xiàn)海洋淡水區(qū)的原因，通常認(rèn)為是海底的含水構(gòu)造不斷噴出淡水，形成強(qiáng)勁的噴泉頂開苦咸的海水，占據(jù)了一定的位置以后，就形成了一個(gè)與周圍海水完全不同的淡水區(qū)。而海底含水構(gòu)造與陸地含水構(gòu)造相通，由陸地含水構(gòu)造提供淡水補(bǔ)給。或者在若干萬年以前，這一片海底還是陸地，陸地上有眾多的河流和星羅棋布的湖泊，形成了豐富的地下含水層；當(dāng)陸地經(jīng)過漫長歲月的地質(zhì)變遷成為海洋，其中一些含水層的淡水被原封不動(dòng)地保存下來，就像“化石淡水”；一旦化石淡水露頭在海底重新噴涌出來，就形成海洋淡水區(qū)。

如果能夠成功開發(fā)利用這些海洋淡水，也就實(shí)現(xiàn)了元代史、高二將軍以長槍開鑿苦海甘泉的神話傳說了。

2.2 弱水——海洋超級(jí)大漩渦

弱水之名在戰(zhàn)國時(shí)代的《尚書·禹貢》和《山海經(jīng)》中就有記載，其中的弱水很可能是因水弱不能載舟而得名，水弱的原因也很可能是水淺，浮不起船。但漢代《海內(nèi)十洲記·鳳麟洲》記載：“鳳麟洲在西海之中央，地方一千五百里，洲四面有弱水繞之，鴻毛不浮，不可越也。”弱水的浮力弱得連羽毛都浮不起，以現(xiàn)代的科學(xué)知識(shí)來解釋就說不通了。因此，弱水很可能指的是海洋超級(jí)大漩渦，羽毛再輕，落在這種漩渦中，早晚都將被卷進(jìn)漩渦中心沉底，浮不上來。

2007年3月，澳大利亞的海洋學(xué)家在距悉尼96公里的海上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的冷水漩渦，這個(gè)漩渦直徑長達(dá)200千米，深1千米，它劇烈旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量將海平面幾乎削低了1米，改變了這個(gè)海域主要的洋流結(jié)構(gòu)。它攜帶的水量超過了250條世界第一大河——亞馬遜河的水量。在這樣可怕的漩渦中心，可以想像不會(huì)有什么東西能夠長時(shí)間浮在水面，包括一些輕飄飄的羽毛。而遼闊的海洋上，這樣的超級(jí)大漩渦應(yīng)該不止這一個(gè)。對(duì)超級(jí)大漩渦產(chǎn)生的原因，涉及到對(duì)湍流和混沌等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的研究，也一直是科學(xué)上的難解之謎。

2.3 天妃神燈——“圣艾爾摩之火”

1937年，在福建長樂發(fā)現(xiàn)了著名的鄭和所立《天妃靈應(yīng)之記》碑，碑文作于明宣德六年（1431年），是在鄭和第七次也就是最后一次下西洋的前夕。碑文中有一段是這樣寫的：“神之靈固嘗著于昔時(shí)，而盛顯于當(dāng)代。溟渤之間，或遇風(fēng)濤，即有神燈燭于帆檣，靈光一臨，則變險(xiǎn)為夷，雖在顛連，亦保無虞。”這里所記的天妃顯靈照耀在帆檣之上的“神燈”，讓人立即聯(lián)想到西方海員自古就觀察到的“圣艾爾摩之火”現(xiàn)象。圣艾爾摩是三世紀(jì)時(shí)的意大利基督教圣人，被認(rèn)為是海員的守護(hù)圣人，而天妃也可算作中國海員的守護(hù)圣人。圣艾爾摩之火是船只桅桿頂端之類尖狀物上產(chǎn)生如火焰般藍(lán)白色閃光的自然現(xiàn)象，常見于雷雨天氣中，恰與“或遇風(fēng)濤，即有神燈燭于帆檣”相合。

現(xiàn)代通常認(rèn)為圣艾爾摩之火是一種冷光冠狀放電現(xiàn)象，由于雷雨中強(qiáng)大的電場造成場內(nèi)空氣離子化，使得空氣也變成可導(dǎo)電，并在導(dǎo)電過程中放出強(qiáng)光，它是一種溫度相對(duì)不高的等離子體，雖然稱為火，其實(shí)算不上熱。由于圣艾爾摩之火經(jīng)常出現(xiàn)在桅桿頂端之類尖狀物上，使人想到避雷針的尖端放電，這樣，出現(xiàn)圣艾爾摩之火的桅桿很可能也起到了避雷針的作用，或者像飛機(jī)上的放電刷一樣，在某種程度上保護(hù)了船只的安全。所以無論東方還是西方的海員認(rèn)為它是天妃或圣艾爾摩顯靈保佑，也就有一定的科學(xué)道理了。

2.4 鄭和航海圖——拓?fù)浜胶D

明代鄭和七下西洋所用的航海圖，是一幅自右至左展開的手卷式長圖《自寶船廠開船從龍江關(guān)出水直抵外國諸番圖》，后人通稱《鄭和航海圖》，附在明萬歷年間茅元儀所著《武備志》中得以流傳。英國漢學(xué)家李約瑟在《中國科學(xué)技術(shù)史·地學(xué)卷》中對(duì)其作了考查，認(rèn)為這是一種與西方航海圖很不同的形式。海圖中的航線航向以精密的指南針“針位”表示，航程以“更數(shù)”計(jì)算，而地名旁有以“指”計(jì)算的極星高度，用于“牽星術(shù)”的天文導(dǎo)航；海圖繪出的山岳、島嶼、橋梁、寺廟、城市等地物陸標(biāo)，便于對(duì)照實(shí)景來識(shí)別、定位，進(jìn)行地文導(dǎo)航；轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置用文字說明，標(biāo)注測深定位的水深數(shù)和牽星數(shù)據(jù)。這一切都使《鄭和航海圖》突出了導(dǎo)航、定位所需的基本要素，忽略了與航行無關(guān)的其他因素，從而導(dǎo)致了海圖的地理方位不盡統(tǒng)一、地理位置不盡準(zhǔn)確、地形大小比例也有失真。但由于這是專用于航海的一種“拓?fù)浜胶D”，因此絲毫不影響其實(shí)用價(jià)值，反而更加直觀和方便。

拓?fù)浜胶D作為拓?fù)涞貓D的一種，直至現(xiàn)代才有較明確的概念和定義。我們知道地球是三維球體，地圖是二維平面，因此無論使用什么先進(jìn)的數(shù)學(xué)投影方法繪制地圖，都會(huì)有一定的變形。比如用墨卡托投影法一類的等角投影法繪制地圖，可以保持方向和相互位置關(guān)系的正確，但地圖上的長度和面積就會(huì)有變形，而且越往地球兩極變形越大。如果我們要保持面積和兩點(diǎn)間距離的正確，就要使用等面積投影法和等距離投影法來繪制地圖。等面積投影法能使地面上的一塊面積在經(jīng)過地球投影繪制到圖紙上以后保持不變；等距離投影法能使地面上兩個(gè)點(diǎn)之間的距離在經(jīng)過地球投影繪制到圖紙上以后保持不變。面積和距離倒是不變了，但角度和方向又變形了。

地理圖當(dāng)然要盡量減小各種變形，但以某種實(shí)際用途為目的的地圖，在保持圖形拓?fù)潢P(guān)系不變的前提下，卻可以有意使地圖變形，以突出地圖要表示的主要內(nèi)容，更好地達(dá)到實(shí)用目的，這就是拓?fù)涞貓D。拓?fù)涞貓D是一種“原理圖”而不是地理圖。一種最流行的由英國電子工程師哈里·貝克繪制的倫敦地鐵線路圖是拓?fù)涞貓D的典型例子，它只是準(zhǔn)確地表示和區(qū)別了地鐵站的位置和連接線路，與實(shí)際的地理方位并不相符，所以可以采用水平、垂直、45°角來設(shè)計(jì)線路走向，而站與站之間的距離與實(shí)際距離也不成比例關(guān)系。

《鄭和航海圖》也就是類似倫敦地鐵線路圖的拓?fù)浜胶D。為了便于航行使用，它只需要準(zhǔn)確表示航向、航線、地物陸標(biāo)等主要內(nèi)容，也就是保持這些導(dǎo)航定位所需基本要素之間拓?fù)潢P(guān)系不變就行了，至于地理位置和地形大小是否與實(shí)際相符并不重要。特別是圖中繪出的往返航線，無論地理位置和地形大小如何變化，它總是保持連續(xù)不變，這正是拓?fù)涞奶攸c(diǎn)。為了使地圖更加簡潔明了，還可以“削足適履”，有意讓次要因素變形失真，排除其對(duì)主要因素的干擾。李約瑟在《中國科學(xué)技術(shù)史·地學(xué)卷》復(fù)制了一部分《鄭和航海圖》，圖的頂部是印度西部，底部是阿拉伯，左邊是波斯灣入口，右邊是紅海入口。為了在圖的開本范圍內(nèi)把印度洋硬塞進(jìn)去，不得不把印度洋壓縮成長長的一條，造成了較大失真。李約瑟引用另一英國學(xué)者米爾斯的觀點(diǎn)，認(rèn)為《鄭和航海圖》就像現(xiàn)代圖解式的“地下管道”圖或汽船公司的航線圖，而地下管道圖通常都畫成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，汽船公司航線圖也可以畫成像倫敦地鐵線路圖一樣的拓?fù)涞貓D。

李約瑟還復(fù)制了一幅載于公元1329年《元經(jīng)世大典》中的中國傳統(tǒng)網(wǎng)格式西北地區(qū)地圖，地圖使用的是制圖學(xué)上所謂“蒙古式”畫法，就是按相對(duì)位置關(guān)系在布滿全圖的一個(gè)個(gè)網(wǎng)格上標(biāo)出地名和部落名，這是比《鄭和航海圖》更加簡約的拓?fù)涞貓D了。

3 結(jié)語

從以上中國古代海洋潛科學(xué)史例子我們都能看出其具有的通俗性、趣味性和啟發(fā)性，顯示了與傳統(tǒng)或“正統(tǒng)”科學(xué)史有所不同的特點(diǎn)。而如何開發(fā)潛科學(xué)史的科普功能？我們不妨采用一種歷史學(xué)上的“輝格式”科學(xué)史觀來考察潛科學(xué)史的源流。

所謂輝格式歷史是指英國輝格黨的歷史學(xué)家從本黨派的利益出發(fā)，依照現(xiàn)在來解釋過去，用歷史作為工具來論證輝格黨的政見。輝格式的科學(xué)史也就要嚴(yán)格地按照現(xiàn)代觀念來評(píng)價(jià)歷史上的科學(xué)成果，不依賴于當(dāng)時(shí)的歷史背景和局限于當(dāng)時(shí)的知識(shí)背景。意大利歷史學(xué)家克羅齊的名言“一切歷史都是當(dāng)代史”說的也是這個(gè)意思。前面已經(jīng)指出，潛科學(xué)的發(fā)現(xiàn)發(fā)明，還要在科學(xué)的發(fā)現(xiàn)發(fā)明之前，它能回溯到科學(xué)最初的源頭，更加深入地正本清源。在輝格式潛科學(xué)史觀之下，我們也就更容易發(fā)現(xiàn)浩如煙海的史料中潛在的科學(xué)性，并從現(xiàn)代已經(jīng)得到證實(shí)和應(yīng)用的顯科學(xué)體系中為這些潛科學(xué)因子準(zhǔn)確定位，作出恰如其分的考量。

在發(fā)現(xiàn)科學(xué)性的基礎(chǔ)上，再充分發(fā)揚(yáng)其通俗性、趣味性和啟發(fā)性。這樣將潛科學(xué)史料應(yīng)用于科學(xué)普及，就可能取得比傳統(tǒng)或“正統(tǒng)”的科學(xué)史更好的效果。

[1] 李約瑟．《中國科學(xué)技術(shù)史》翻譯小組，譯．中國科學(xué)技術(shù)史：第五卷[M]．北京：科學(xué)出版社，1976．

[2] 嚴(yán)從簡．余思黎，點(diǎn)校．殊域周咨錄[M]．北京：中華書局，2009．

[3] 費(fèi)信．馮承鈞，校注．星槎勝覽[M]．北京：中華書局，1954．

李興春，貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城市管理局監(jiān)察員。