 权威性指令的力量 据国外媒体报道，依据美国国家科学基金会统计，2007年美国在科学研究领域共投资3680亿美元，其中18%的经费用于基础性研究，这是科学家们针对一些科学疑问而引发的好奇心或兴趣；还有22%是用于应用科学研究，这将有助于解决实际的科学问题。每年科学家在实验室内或之外进行着许多实验研究，时常一些科学实验引起了科学家的关注或者外行人士的兴趣，这些科学实验不是改变我们对自然的基础性理解或者就是对严肃公共健康问题的解决方法。你可以认为像这样的革命性实验非常复杂，但是回顾近年科学历史发展，这些科学实验之所以取得目前的成就都离不了一些重大科学实验成就。目前，美国杂志列举了改变人类世界的十项科学实验，这一评选结果是基于生物、化学、物理和心理学等科学领域的分析，其时代跨越了200多年。 1、权威性指令的力量 你想到过这样的实验吗？你作为一名自愿者参加一项实验，你却发现在实验室里研究人员想让你去谋杀一个清白无辜的人。你表示拒绝时，研究人员坚定地说，“这项实验必须要求你这样做！”你是否会接受研究要求杀死一个无辜的人呢？ 当你处于这一状态时，几乎每个人的反应都是拒绝进行谋杀。但是1960年代早期美国耶鲁大学斯坦利－米尔格拉姆（Stanley Milgram）进行的这项著名服从性实验揭示这种乐观信任是错误的。如果按照该实验要求的方法进行，几乎我们所有的人都会完全成为杀手。米尔格拉姆告诉实验自愿者这是示范对记忆学习的惩罚性实验，一个自愿者将试图记忆一系列单词组，其他自愿者大声读出这些单词组，当这些自愿者回答错误时便给予电击惩罚。随着每一个错误回答的增加，电击将逐渐加强。实验开始时，实验者便回答错误，很快电击惩罚达到了120伏特。此时自愿者开始大声哭泣：“嗨！实验结果很伤痛！”当惩罚电击达到150伏特时，自愿者开始大声尖叫，并要求离开。但令人困惑的是，自愿者反而问研究人员他们应当如何做。研究人员始终平静地回答：“这项实验要求你继续下去。” 米尔格拉姆并不对记忆惩罚的结果产生兴趣，他真得想知道自愿者在按下拒绝电击按钮前所能承受的最大压力有多长时间、有多大，他们是否能够达到服从实验人员的要求，完全服从地杀死某个人？ 令米尔格拉姆惊奇的是，即使自愿者们可以清晰地听到从隔壁实验室里传出正在接受实验的自愿者的尖叫声，却表现出十分镇静。实验结果表明，三分之二自愿者在按下拒绝电击按钮时已承受了450伏特电压，此时自愿者都进入可怕的沉寂，就像死亡了一样。这些自愿者实验中大汗淋漓，并且一直颤抖着，有些人还歇斯底里地大笑着，但是他们却一直坚持着进行实验。随着实验的持续进行，自愿者已即不看也不听单词词组，只有100%地服从接受电击惩罚。 更让人不安的是，当学习者已经毫无反应时，自愿者依然顺从地执行“杀人”命令。米尔格兰后来评论说，“根据实验中对上千人的观察，如果在美国设立纳粹德国式的死亡集中营，在任何一个中型城市，都不愁找不到足够的刽子手。” 许多人都置疑这项实验的伦理道德规范性，但的确该实验的结果非常吸引人。米尔格拉姆通过该实验显示，通常人们将大量的疼痛施加于不应当受惩罚的受害者身上，主要是由于权威性命令所驱使。  犬类研究 2、犬类研究 你是否知道伊万－帕维洛维（Ivan Pavlov）吗？他是一位俄罗斯生理学家和化学家，他主要进行狗分泌唾液实验，他研究狗分泌唾液究竟是心理特点还是行为特征？这项研究使他对动物的消化能力和血液循环产生很大的兴趣。但事实上，当他发现这只是狗的一种典型特征时，便更多地关注犬类消化能力。尤其他试图理解分泌唾液和胃部之间的交互反应，帕维洛维已发现犬类的胃部是如何在第一时间不分泌唾液的情况下开始消化反应。换句话讲，这是犬类神经系统连接胃部和分泌唾液的一种条件反射。下一步帕维洛维怀疑是否额外的刺激可以影响类似的消化反应。在没有额外刺激的情况下，狗仅当看到和吃食物时才会分泌唾液，但是过了一会儿，当狗受到光线或声音刺激时，它们又开始分泌唾液，甚至此时食物就不存在。帕维洛维还发现当额外刺激经常地证实是“错误”的，这种类型的条件反射将消失。比如：如果嗡嗡地声音重复出现，并且没有食物出现时，狗将最终在声音刺激下停止分泌唾液。 帕维洛维于1903年发表了这项发现，一年之后，他因对条件反射的杰出贡献赢得了诺贝尔医学奖。  揭示放射线 3、揭示放射线 1897年，玛丽－居里(Marie Curie)在放射线研究领域取得了重要成果，她和丈夫皮埃尔生育的第一个孩子刚出生几周之后，她便展开博士论文主题研究。最终，她决定选择铀放射线，在此之前亨瑞－贝克勒尔(Henri Becquerel)对铀放射线进行了研究描述。贝克勒尔意外地发现了铀放射线，当时他在一个暗室里遗留了铀盐，当他返回再次发现时，并将铀盐暴露在感光片下，这时他发现了铀放射线。居里夫人选择了这种神秘的铀放射线研究，为了确定是否其他物质是否释放类似的放射线。 在此之前，居里夫人知道钍像铀释放出相同的放射线，她开始对这些独特的元素标识为“放射性物质”，并很快地发现不同铀和钍化合物释放放射线的强度并不依赖于该化合物成份，而是基于铀和钍的数量多少。最终，居里夫人证实放射线是放射性元素原子的特性。这是一项具有革新性的重大实验发现，但是居里并未意识到这一点。 她还发现沥青油矿比铀生产出更多的放射线，进而引导她预测在矿物中自然存在着一种未知元素。居里的丈夫皮埃尔参与了她的实验，他们系统地减小大量沥青油矿，直至沥青油矿与新元素相隔离。他们以居里夫人的故乡波兰而命名“钋（polonium）”。不久之后，他们又发现另一种放射线元素，并将它命名为“镭”。据悉，居里夫人在放射性元素发现领域共获得了两项诺贝尔奖。 揭示放射线 3、揭示放射线 1897年，玛丽－居里(Marie Curie)在放射线研究领域取得了重要成果，她和丈夫皮埃尔生育的第一个孩子刚出生几周之后，她便展开博士论文主题研究。最终，她决定选择铀放射线，在此之前亨瑞－贝克勒尔(Henri Becquerel)对铀放射线进行了研究描述。贝克勒尔意外地发现了铀放射线，当时他在一个暗室里遗留了铀盐，当他返回再次发现时，并将铀盐暴露在感光片下，这时他发现了铀放射线。居里夫人选择了这种神秘的铀放射线研究，为了确定是否其他物质是否释放类似的放射线。 在此之前，居里夫人知道钍像铀释放出相同的放射线，她开始对这些独特的元素标识为“放射性物质”，并很快地发现不同铀和钍化合物释放放射线的强度并不依赖于该化合物成份，而是基于铀和钍的数量多少。最终，居里夫人证实放射线是放射性元素原子的特性。这是一项具有革新性的重大实验发现，但是居里并未意识到这一点。 她还发现沥青油矿比铀生产出更多的放射线，进而引导她预测在矿物中自然存在着一种未知元素。居里的丈夫皮埃尔参与了她的实验，他们系统地减小大量沥青油矿，直至沥青油矿与新元素相隔离。他们以居里夫人的故乡波兰而命名“钋（polonium）”。不久之后，他们又发现另一种放射线元素，并将它命名为“镭”。据悉，居里夫人在放射性元素发现领域共获得了两项诺贝尔奖。  制造电 4、制造电 19世纪初，电仍是一个难解之谜，引起科学家致力探索其中的奥秘，他们同时也进行了一系列迷人的实验，比如：托马斯-杨(Thomas Young)的“双分裂实验”，他的实验告诉人们电现象只是一种波，并不是粒子。但是我们仍不知道它们是以多快的速度进行传播。 1878年，物理教师迈克逊设计了一项科学实验，能够计算出光速，并证实它是一种有限，可度量的数量。他的实验是这样进行的：首先，他在学校附近的海堤间隔地放置两个镜子，对它们进行特殊排列，以使光投射在一面镜子上，然后从该镜子上折射，接下来再将光投射在另一面镜子上。他测量了两面镜子之间的距离，发现其间的距离为1986.23英尺(605.4029米)。 接下来，迈克逊使用一个蒸汽动力风箱旋转其中一面镜子，以每秒旋转256次，而另一面镜子则保持静止。使用一个透镜，他将一束光聚焦于第二面镜子上，当光投射在第二面镜了上，它向后反射至第一面旋转的镜子，迈克逊放置了一个观测屏幕，由于第二个镜子处于移动状态，反射的光束被轻微地偏移。 当迈克逊测试偏移距离时，其距离为5.236英寸(133毫米)。使用这个数据，迈克逊计算出光速每秒可传播186380英里(299949.53公里/秒)。目前，当今科学界认可的光速为186282.397英里/秒，迈克逊测量是非常惊人地精确。非常重要的是，科学家获得了更精确的光图片，从而证实了量子力学和相对论。  原生汤 5、原生汤 如果地球时间倒流足够久远的话，科学家将最终可以解释尤其是蛋白质和核酸等化学生命是如何幸存于地球早期生存环境的。1929年，生物学家约翰－霍尔丹（John Haldane）和阿列克桑德－奥帕瑞（Aleksander Oparin）猜测早期地球的大气层缺少氧气，在这种苛刻的环境下，如果单分子在紫外线辐射或闪电等强能量刺激下，它们将形成有机化合物。霍尔丹强调称，海洋曾拥有形成有机化合物的“原生汤”。 1953年，美国化学家哈罗德－尤里（Harold C. Urey）和斯坦利－米勒（Stanley Miller）对霍尔丹和奥帕瑞的猜测理论进行了实验测试。他们小心翼翼地建立了一个受控型密封系统，从而再现了地球早期大气层环境。当时的海洋模拟成盛有温暖水的烧瓶，水蒸汽从水中释放出来，受控于另一个实验烧瓶，尤里和米勒对该实验引入了氢气、甲烷和氨气，模拟无氧大气层状况。然后，他们释放电火花，表现为闪电，进入这种混合气体构成的无氧大气层。最终，冷凝器对这些气体进行冷却成为液体，收集进行分析。 一个星期之后，尤里和米勒得出了惊人实验结果——在冷却的液体中大量地存在着有机化合物，米勒发现了几种氨基酸，其中包括：氨基乙酸、丙胺酸和谷氨酸。氨基酸是构筑蛋白质的基础，而蛋白质是细胞结构和细胞生化酶进行重要化学反应的关键性构成部分。尤里和米勒得出结论称，有机分子形式能够来自于无氧大气层，同时最简单的生命体也可能孕育在这种早期环境中。  X射线的系列实验 6、X射线的系列实验 罗莎琳德－富兰克林（Rosalind Franklin）在X射线衍射实验中取得了很大的成就，但是在其早期研究中，他的实验研究工作得到了桃乐茜－克劳福特－霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin）很大的帮助，霍奇金是诺贝尔化学奖唯一三位女性获奖者之一。霍奇金被认为是世界上最著名的X射线衍射技术先驱，因此并不惊奇她最终揭示最复杂的一种重要化学药品——青霉素（penicillin）的结构。1928年，科学家亚历山大－弗莱明（Alexander Fleming）发现了青霉素这种能够杀死细菌的物质。但是科学家们努力净化该化学物质，以研制一种有效可行的治疗方法。通过绘制青霉素原子的3D排列地图，霍奇金研制出建立和形成青霉素半合成衍射形式的新途径，为医生们如何治疗病毒感染带来了新的希望。 霍奇金最有名的研究领域是X射线晶体衍射成像，化学家首次对他们所想进行分析的物质进行结晶，这是一项很大的挑战。经过两个不同公司给霍奇金发送的青霉素晶体，之后她将X射线波穿过了青霉素晶体，并使放射线打击在一个感光片上。当X射线与青霉素晶体样本中的光子发生交互作用，它们出现轻微地衍射。这项结果是在感光片上截然不同的模型结果，霍奇金探测到青霉素分子中有多少原子处于排列状态。 几年之后，霍奇金使用同样的技术方法揭示了维生素B12结构，她于1964年赢得了诺贝尔化学奖。  原子核的发现 7、原子核的发现 1908年，物理学家欧内斯特－卢瑟福（Ernest Rutherford）获得了诺贝尔奖，他在放射性研究中成功完成了一系列实验，从而揭示了原子核的结构。他基于之前的研究显示放射线是由于阿尔法和贝塔射线构成，卢瑟福和汉斯－盖革（Hans Geiger）证实阿尔法射线是一串正电粒子流，当他将阿尔法射线打击在屏幕上，便形成了一个鲜明、新奇的图像。但是如果他在阿尔法射线源和屏幕之间放置一个薄云母片，所获得的图像将变成向四周散射。很明显，云母片对一些阿尔法射线粒子形成散射。 1909年，卢瑟福的助手盖革和马斯顿进行了著名的“阿尔法粒子散射实验”。他们用阿尔法粒子去轰击很薄的金箔做的靶子，并通过荧光屏记数来观测穿过金箔的阿尔法粒子被金原子散射的情况。实验表明，绝大多数阿尔法粒子笔直地穿过金箔，有少数阿尔法粒子发生了偏折，只有极少数阿尔法粒子发生了大角度的偏折，甚至被反弹回来，如果根据物理学家约瑟夫－约翰－汤姆生的模型来计算，根本不可能出现向后反弹的阿尔法粒子。事后卢瑟福回忆道：“在我的一生中，那是一件最难以置信的事。这就像你发射了一颗38厘米口径的炮弹射向一张薄薄的卫生纸时，却被那张纸弹回来而打在你身上一样不可置信。”但是，实验事实是毋容置疑的。始终把实验看得高于一切的卢瑟福认为，汤姆生的模型与实验事实不相符。于是，在1911年, 他提出了“小太阳系”的原子模型——原子的中心有一个核心，叫做原子核。电子围绕原子核在不停地旋转，原子质量的绝大部分以及原子内的全部正电荷都集中在原子核上。卢瑟福根据“阿尔法粒子散射实验”发现了原子核，这件事具有重大科学意义。他因为开创了原子核物理学这一新领域，被人们尊称为原子核物理学之父。  首个接种疫苗 8、首个接种疫苗 直到20世纪末初，全球才将天花连根清除，在此之前天花仍是一种非常严重棘手的健康问题。在18世纪，天花导致瑞士和法国每十个刚出生的婴儿中就有一个夭折。然而，医生们对此束手无策，通常他们会注射液体，或从天花痛处抽吸脓汁，从而适度减缓天花病情发展。但是遗憾的是，许多人在危险的自接种尝试中死亡，之前的一些治疗方法均不奏效。 爱德华－詹纳（Edward Jenner）是英国一位内科医师，詹纳在以往的学习中已经知道，12世纪中国人已发明了人痘法。有些医生试图用皮肤划痕的方法，接种天花人身上的溃疡，以便使人们对天花产生免疫力。这种称为”天花接种”的接种方法是非常危险的。有时方法也能起作用，但多数情况下导致病人患天花，许多人因此而死去。他本人在八岁的时候就接种过天花人痘，决心寻找更有效更安全的办法。詹纳开始思索，或许得过牛痘的人，就有了对人类天花的免疫力了。他对这个问题进行了仔细的调查研究，1796年他决定直接对它加以检验。为了证明这个推测，必须进行人工接种牛痘的科学实验。同年1796 年5月14日，伯克利一农户家中忽然流行牛痘，挤奶女工尼尔美斯也感染了牛痘，于是詹纳果断地决定给 8 岁男孩菲鲁斯进行人工接种牛痘实验。他用酒精棉球擦了擦菲鲁斯的左臂皮肤，然后用小手术刀在上面轻轻地划一个刀痕，再从姑娘尼尔美斯手上的脓疮中取出一点痘浆，把它接种在菲鲁斯胳膊划破的地方。手术并不复杂，但这毕竟是在人身体上试验，詹纳心里感到有些忐忑不安。观察了三天，菲鲁斯只觉得有些不舒服，没有食欲，提不起精神。可是三天后，菲鲁斯又活蹦乱跳了。 虽然首次接种牛痘成功了，但詹纳仍不放心，过了两个月，他又从天花病人的脓疱中取来了痘浆给菲鲁斯进行第二次接种，结果什么反应也没有。48 天后，詹纳再次做了一个大胆的实验，将从天花患者脓疱提取的液体 ( 天花病毒) ，再一次滴在了菲里普斯被手术刀划破的手臂上，让人兴奋的是，菲里普斯并没感染上天花他的免疫系统抵抗住了天花病毒的侵害。三次实验成功地证明：凡种过牛痘的人，终身具有抵抗天花的能力。 詹纳受到了鼓舞，开始积极推广牛痘疫苗。在1798年发表自己的发现之前，他又给另外23个人接种牛痘。但推广的路并不顺利，他撰写的《接种牛痘的原因和效果的调查》遭到英国皇家学会中保守势力的反对与抵制，不支持出版。詹纳并没有灰心丧气，1798 年，他毅然在伦敦自费出版了此书，又受到来自于教会和新闻界的攻击。这本书成了这一接种方法被迅速采用的主要原因。随后詹纳又发表了另外五篇讨论接种的文章。他为人们接受接种而长年旰衣宵食，四处宣传。最初，接种并不被出身于学府的医生们所重视，但是天花毕竟在导致着成千上万的人死亡。不久，接种法迅速在英国传开，并在不列颠陆军和海军中强制实行。3年之后，英国有10万人进行了接种。 事实胜于雄辩，自从詹纳发明了牛痘接种法后，仅在英国每年就挽救了 4500 多人的生命，并遏制了天花的流行与蔓延。英国政府也终于承认詹纳的发现有重要价值，在伦敦建立一个新的研究机构——皇家詹纳学会，由詹纳担任主席。在这里，他将全部精力投入研究工作。英国议会于 1802 年、1806 年先后两次授予詹纳奖金 3 万英镑，并选詹纳为英国牛痘接种研究所第一任终身所长。詹纳于1823 年初在他的家乡伯克利逝世，终年73岁。英国、法国、意大利等许多国家建立了詹纳纪念碑与铜像。牛痘接种法的发明及推广实施，拯救了成千上万人的生命，开辟了人工免疫的新时代和根除传染病的正确途径，是医学史上的重大事件。1967 年，世界卫生组织开展了以牛痘接种为武器的根除天花的全球行动，经过十余年的努力，终于使来自“非洲之角” 索马里的牧民阿里－毛－马林在1977年10月被治愈，成为最后一例自然发病者。  破译DNA结构 9、破译DNA结构 詹姆斯－沃森（James Watson）和佛朗克斯－克里克（Francis Crick）因解开DNA之谜而闻名于科学领域，但是他们的科研发现很明显地依赖于其他的几项科学实验，比如：阿尔弗雷德－赫尔希（Alfred Hershey）和马太－蔡斯（Martha Chase）等人的科学实验研究。蔡斯在1952年进行了一项至今仍闻名遐迩的科学实验——鉴别出DNA是一种具有遗传性的分子。赫尔希和蔡斯对一种叫作噬菌体（bacteriophage）的病毒类型进行了研究，像这种病毒是由围绕一个DNA链的蛋白质外层构成，感染一个细菌细胞，使这个细胞更具有病毒性，然后杀死细胞释放出新生的病毒。这两位科学家知道以上信息，但却不知道这种噬菌体中的成份——蛋白质或DNA起到主要作用，直到他们进行了一项混合式实验，将它们放入DNA的核酸中，才意识到DNA的真实性质。 经过赫尔希和蔡斯的实验之后，像罗莎琳德－富兰克林（Rosalind Franklin）等科学家聚焦于DNA研究，并很快地破译出了DNA的分子结构。富兰克林使用一种叫做X射线衍射的技术研究DNA，他们使用X射线照射纯净DNA光纤线状排列，当X射线与DNA分子发生交互反应时，X射线将出现衍射、弯曲，偏离其原始路线。当在实验中使用威光片时，来自于一个具有独特DNA分子模型的衍射X射线将用于分析，富兰克林的著名DNA图片显示出如同沃森和克里克相同的X射线模型，DNA是螺旋状分子结构。  达尔文和兰花实验 10、达尔文和兰花实验 许多人都知道达尔文乘坐“贝格尔号”完成著名的南美洲之旅，他在加拉帕戈斯岛进行了最重要的科学研究观测，在该岛屿上生活着20多种单亚种兰花完全适宜于其奇特的生存环境。但是当达尔文返回到英国，却很少人知道达尔文的这项研究。当达尔文种植和研究加拉帕戈斯岛上独特生长的兰花品种时，他意识到复杂的兰花外型适宜于花朵吸引昆虫，然后携带花粉至附近的花朵。每种昆虫具有完美的外型，便于对单亚种兰花传授花粉，这非常类似于加拉帕戈斯岛上一种雀鸟长着长长的鸟喙，适合于将鸟喙插入兰花之中。比如伯利恒兰花（Bethlehem orchid），它将花蜜存储在花蕊底部，长达12英寸深。达尔文看到这种兰花后便预言一定会有与此“匹配”的动物存在，果然1903年，科学家发现“鹰蛾”，它长着长长的喙，非常适合于插入伯利恒兰花花蕊底部吸食花蜜。 达尔文使用这些关于兰花和昆虫传粉者数据资料，进一步加强了物竞天择的理论。他指出交叉性传粉要比自传粉更适合于兰花生存，同系繁殖的形式将降低遗传差异性，最终将直接影响该物种的生存。因此，基于以上的研究理论他于3年后首次提出关于物竞天择理论的著作《物种起源》。达尔文这位伟大的科学家仅用一些花卉实验便奠定了物种进化理论的框架。 |
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