那些改变世界的民间科学爱好者们

石毓智

科技创新是现时的热门话题。实际上，科技创新不仅要靠科技工作者，也需要民间科学爱好者的参与，这样才能形成热爱科学的社会氛围。因为有什么样的群众爱好，就会出现什么样的大师。

一个家庭妇女发现了疫苗

历史上，传染病造成了人类一次又一次的大灾难。比如，15世纪前后在欧洲流行的黑死病，夺走了将近一半人的生命，而天花则让无数的人失去生命或者留下疤痕而毁容。疫苗的发现阻止了这些疾病的传播，挽救了无数人的生命。可是接种疫苗的最早发现者，则是一位没有受过任何科学训练的家庭妇女，她就是英国人玛丽·蒙塔古夫人。

1712年，时年24岁的玛丽·蒙塔古夫人随担任英国大使的丈夫来到土耳其。她就是个文学爱好者，平时除了服侍丈夫外，就是写写诗什么的。

在土耳其，蒙塔古夫人发现当地人不得天花病，而英国每年都有数以万计的人患上这种可怕的疾病。她进而注意到土耳其有这样一种习俗：一个家族对那些有可能患天花的人，会提早作预防，预防的办法就是用一枚坚果壳盛着有天花细菌的液体，将一枚针头在这些液体中浸一浸，然后用受污染的针，扎他们的静脉。被感染后的人会发低烧，出现轻微麻疹，可是在床上躺两三天就好了，随后就不容易得天花了。

翌年，蒙塔古夫人回到英国，开始宣讲接种疫苗的疗效。可是在一般人心目中，蒙塔古夫人连个民科都算不上，就是个只能围着锅台转的家庭妇女，所以没有人理会她说的那一套。尽管如此，蒙塔古夫人不放弃，继续到处宣讲。

蒙塔古夫人的举动终于感动了威尔士的一位公主，她同意在犯人和孤儿身上先做实验。蒙塔古夫人就从天花病人的水泡中抽取脓水，再把少量这种致命细菌注射到受试者身上。结果，这些接种的人，患天花的几率大幅下降，就算得了天花，死亡率不到普通人的三分之二，而且这些人的病势较轻，不留伤疤者是普通人的五倍。

接种天花疫苗的技术，后来经过英国外科医生爱德华·詹纳完善后，开始大规模给儿童接种，使这种可怕的疾病得到有效的遏止，爱德华·詹纳因此被人称为“免疫学之父”。如果没有蒙塔古夫人的创新，就没有詹纳医生对天花疫苗的发展和贡献，人类受这种疾病折磨的时间或许还要拖延许久。

今天的人们，已经可以靠接种牛痘而免遭天花的威胁，可是人们很难想到，这种保障人类生命和健康的医疗技术，竞来自于一个家庭妇女的观察与执着。

修道院的神父创立了遗传科学

在一般人看来，科学与宗教是不相容的两个领域，然而生命科学的鼻祖却是一位修道院的神父。1865年，奥地利神父孟德尔发现了生物遗传的规律，在他的工作的启发下，后来的科学家又相继发现了基因、染色体、DNA和人类基因组，这一连串的重大科学发现又进而推动了医学事业的发展，攻克了很多疑难疾病的治疗难题。

奥地利的布鲁恩修道院坐落在一个风景旖旎的小山上，孟德尔就在这里当神父，他除了处理宗教事务外，业余时间还喜欢种豌豆，而且年复一年都种这种植物。

孟德尔种庄稼的方式不同于一般的农民，他是位勤于动脑、善于观察的人。他用一种高棵豌豆与低棵豌豆杂交，再从杂交的豌豆中挑选高个豌豆的种子，第二年再种。结果发现有少数豌豆长得很矮，即低棵豌豆的特征在第二代身上又出现了。

于是，孟德尔又把黄豌豆与绿豌豆杂交，第一代长出的全是黄豌豆，但是在第二代中，虽然大部分是黄豌豆，也有少量的绿豌豆，但是从来没有出现黄绿混合后的青豌豆。就是说，豌豆的颜色可以复现，但是从不混杂。

孟德尔经过连续六年的观察，发现杂交豌豆的生长规律，即在第二代身上，四分之一的植物发生变化，即显示回归第一代的特征。他最后得出结论，遗传特征不混杂，它们代代相传，只有这种特征在占据一株植物的主导时，才会显现出来。

从孟德尔的发现中，可推出普遍的遗传规律，就无数祖先的生理特征打包成“基因”，留在下一代身上。即便是一种特征在某一代身上没有出现，但这些基因在遗传过程中，也不会发生混杂现象。

孟德尔发现遗传规律的过程给人以启发，不管你从事什么职业，不管你受过什么训练，只要抱着一颗好奇心，观察日常事务，会理性思维，就能够做出重大的科学发现。一位律师提出了“费马大定律”

科学是在解决问题的过程中进步的，提出好问题会激发人们思考，不管最后是证实还是证伪，都将推动科学发展。欧洲科学的发展走的就是这个模式，一个人提出一个猜想或者假说，后来经过一代又一代人探计，甚至几个世纪后才找到答案，最后推动科学的发展。然而，不少影响科学发展的问题是来自民间科学爱好者甚至普通民众。

就像中国人爱好诗文一样，法国人痴迷于数学。中国人在闲暇时间喜欢背诵唐诗宋词，所以民间诗人很多，并以吟诗作赋来显示自己的才华。而很多法国人在闲暇时间喜欢看数学，相互之间喜欢交流数学问题，以提出和解决数学问题来证明自己的智慧。

17世纪中叶，法国有一位叫费马的律师，白天帮人打官司赚钱养家，晚上就看数学书消遣解闷。一天闲暇，他翻看丢番图的《算术》，眼睛盯着那著名的毕达哥拉斯公式：a²+b²=c²，他突发奇想，如果把平方改为立方、四次方……N次方，自然数中是否还存在着这样的整数关系呢？费马验证了无数次，答案都是否定的。就是费马这一闪念，才出现了一个世界级的数学猜想：

“将一个立方数分成两个立方数之和，或一个四次幂分成两个四次幂之和，或者一般地将一个高于二次的幂分成两个同次幂之和，这是不可能的。”

这一猜想困扰了人们300多年之久，期间无数杰出的数学家尝试证明它，其中包括高斯、欧拉这些大腕儿，可是都没有成功。直到上个世纪90年代，英国数学家怀尔斯才最后证明了。这个猜想被誉为20世纪最伟大的数学成就，美国的（《时代周刊》发专文报道此事，时任美国总统的克林顿还在白宫接见了这位数学家。

在数学发展史上，费马大定理提出的意义一点也不亚于哥德巴赫猜想。可是中国人大都知道哥德巴赫猜想，不太清楚费马大定理的价值。其实，陈景润只证明了哥德巴赫猜想的辅助性定理，这个猜想迄今仍然没有被证明。中国优秀的数学家不少，但就缺少像费马这种能够提出问题的人，这就是中国数学与世界的差距。

关于费马大定理的研究，走的是这样一个科学发展的模式，民科提出问题，职业科学家给出答案，两类人协同合作共同推动科学进步。

正是法国人具有这种喜爱数学的传统，不仅使法国在历史上出现过像高斯这样一批数学家，而且今天的数学水准在世界上仍然是数一数二的。拿数学国际最高荣誉——菲尔兹奖获奖人数来说，美国迄今为止有12人获奖，名列世界第一；法国则有9人获奖，名列世界第二。要知道美国的人口是法国的五倍以上，而且它不断收罗世界各地的人才。由此可知，法国民众的整体数学水准如何了得。有什么样的大众爱好，就会出什么样的天才。

居民散步走出了两个数学分支

除了费马这种数学民科外，普通百姓的一些想法也会促使科学发展。现代数学的两个重要分支——图论和拓扑学就是来自普通城镇居民的日常休闲活动。

17世纪初叶，德国的哥尼斯堡附近河流纵横，上面有七座小桥连接，居民们常来这里散步休闲。他们中就有人提出了这么一个问题：“谁可以不重复地一次走完这七座桥？”这个问题的提出就不一般，其中就包含着深刻的数理思维。尽管有很多人反复尝试，但都无法做到这一点。到底是逻辑上完全不可能，还是没有找到合适的途径？对此，当地的居民百思不得其解。这些连数学民科都算不上的居民只能提出问题，但是没有能力去证明它。然而科学发展史证明，提出问题比证明问题往往更有意义，这是促使科学飞跃发展的契机。

1736年，时年才29岁的欧拉来到哥尼斯堡旅游，听说了这个问题，他就是用数学方法严格证明了这个“七桥问题”，最后得出结论：“不重复地一次走完这七座桥”在逻辑上是不可能的。欧拉向圣彼得堡科学院递交了《哥尼斯堡的七座桥》的论文，在解答这个居民所提的问题的同时，开创了数学的两个新的分支——图论与拓扑学，也由此开辟了数学史上的新历程。

“七桥问题”这件事很能说明，德国能出现了欧拉、希尔伯特这些伟大的数学家，是与德国民众的科学好奇心和逻辑思维分不开的。

家庭电脑俱乐部催生第一台个人电脑

苹果公司赖以建立的第一款产品是Apple II型电脑，这是世界上第一款真正意义的个人电脑，被誉为人类100个最伟大的发明之一。设计这款电脑的乔布斯和沃兹，当时都是二十几岁的小伙子，他们被时任美国总统的里根在白宫接见，并被授予“总统发明奖”。

其实乔布斯和沃兹都是电子设计的民科。这款电脑的主要设计者是沃兹，他在科罗拉多大学只念了一年就辍学了。回到在旧金山湾区的老家，继续上社区夜校，什么正经的学位也没有。他老爸是加州理工学院毕业生。从他老爸那里学到一些零零碎碎的电子学知识。而他的主要知识来源大都是靠自学，那款电脑是在乔布斯家车库里利用业余时间捣鼓出来的。

可以说，乔布斯比沃兹更民科。他在一个侧重人文艺术的里德学院尽诔了一年就辍学了，学了些文学、书法之类的课程。他对电子的知识主要来自两个方面，一是他中学时候参加过惠普公司举办的青少年电子设计夏令营，二是他爸爸是个汽车修理工人，乔布斯小时候经常站在一边看爸爸拆装汽车里的电子元器件，从而获得一些直观感受。

乔布斯和沃兹对电子发明的热情和灵感，都来自一个民间电脑爱好者组织。美国大众有一种社会风尚，那就是具有共同科技爱好的人自发组织起来，定期聚会交流思想。上个世纪70年代初，与斯坦福大学紧邻的帕洛奥图镇，出现了一个纯粹的自发民间组织“家庭计算机俱乐部”，它把该地区具有共同爱好的居民团聚在一起。他们每个周末在其中一家聚会，成员什么背景都有，有电子设计爱好者，有商店老板，有中小学生，也有家庭主妇。在电脑刚刚兴起的时代，这种组织使得各种新思维或者新点子，迅速在具有共同爱好的人群中交流传播。

沃兹形容第一次俱乐部会议对他的影响：“那天晚上是我一生中最重要的时刻。”沃兹和乔布斯初期的创意和机遇，都直接来自这个俱乐部。沃兹在这次聚会上看到一个微处理器的规格表，那天晚上回到家里，沃兹就开始设计后来成为Apple I型计算机草图，尝试把键盘、屏幕、计算机整合在一套个人装置中。沃兹在此基础上又设计出了升级版AppleII型电脑，这款电脑一出来就风靡世界，是苹果公司赖以建立的经济支柱。

这个家庭计算机俱乐部对乔布斯和沃兹的创业生涯至为关键，他们的创造欲望、设计灵感、第一个买主都是来自这个民间科技俱乐部。这再一次证明有什么样的群众爱好，就会出现什么样的大师。

科学和体育在这方面是相通的，巴西、阿根廷这些国家的足球为何长盛不衰，就是因为他们有一个热爱足球的群众基础，这就保证了足球明星一代又一代层出不穷。欧美为何科学发达，这与它们拥有广泛的爱好科学的群众基础不无关系。专利局的三级小职员提出相对论

爱因斯坦的相对论不仅推动了物理学的巨大进步，也深深改变了人们的世界观，因而被誉为近一个世纪以来人类的头号天才。

实际上，提出相对论时的爱因斯坦，严格来说还是位民科。虽然他是苏黎世工学院的毕业生，但是要知道，他所在的这所大学在当时只是一个培养技术人才和中学老师的职业学院，不是培养科学家的，尚没有授予博士学位的资格。当然，他后来在苏黎世大学拿到了博士学位。

当时，在苏黎世工学院毕业后，爱因斯坦在瑞士的伯尔尼市的一家专利局做一个助理鉴定员，从事电磁发明专利申请的技术鉴定工作。爱因斯坦每天要工作8个小时，工作很繁重，只有下班和周日才有时间思考理论物理问题。

那时爱因斯坦跟典型的民科一样都是“三无”：没有资金，没有设备，没有专门的时间搞科研，所以只能利用自己的业余时间做些“思想实验”来提出自己的假说。

1905年是爱因斯坦一生中成就最辉煌的一年，当时他只有25岁，这是他在专利局工作的第三个年头，此时还是一个三级小职员。他对科学的最重要贡献都是这一年做出来的，提出了一种革命性的光量子理论，间接证明了原子的存在，解释了布朗运动，颠覆了经典物理学的时空概念，并提出了科学上最著名的质能方程：E=mc2。没有这一年的成就，爱因斯坦就可能在专利局长期工作下去。

更重要的是，即使爱因斯坦做出了这些重要成就，如果没有重要的人物发现爱因斯坦所提理论的价值，他也很可能被淹没了，而以一个默默无闻的小职员终其一生。爱因斯坦的伯乐就是当时欧洲理论物理学界的巨擘——普朗克，可以这样说，爱因斯坦发现了相对论，普朗克发现了爱因斯坦。

爱因斯坦利用在专利局工作的业余时间连写了三篇论文，送给（（物理学纪事》刊物发表，负责理论物理审稿的就是普朗克。假如普朗克一看这位作者的背景，就是一个专利局的小职员，所说的又都是些没有经过科学验证的理论假说，因而看不上爱因斯坦的文章，甚至不看一眼就把他的这些文章扔到废纸篓里，那么很可能就没有人知道相对论这回事了。

慧眼识英才的普朗克，不仅连续发表了这位专利局小职员的文章，而且还专门做演讲宣传爱因斯坦的理论。尔后普朗克又多次与这位二十几岁的年轻人通信交流，并说要到伯尔尼的专利局去看望他。这不仅对年轻的爱因斯坦是莫大的鼓励，而且给予了这位年轻人极大的信心投身科学研究。普朗克对民科的做法值得今日位居高位的科学家或者院士们借鉴。

实际上，爱因斯坦的许多数理知识，都是少年时自学来的。12岁时，他自学欧几里德几何，开始怀疑欧几里德的假定。16岁时，他自学完微积分。

爱因斯坦回忆道，他的相对论思想始于他16岁的一个思想实验，那时他还是一个中学生。当时他设想，自己骑着一个光束去追赶另一个光束会怎么样，感到经典物理的一些规律将会被动摇。这一想法一直困惑了他十几年，直到他大学毕业到专利局工作时，才突发灵感，仅凭直觉提出了相对论。

可是直到1919年，通过观测日全食证明了爱因斯坦的理论预测，爱因斯坦才在全世界名声大噪。1921年，爱因斯坦获得了物理学诺贝尔奖。虽然从此以后爱因斯坦的名声越来越大，荣誉越来越多，但是他的科学贡献以获得诺贝尔奖这一年为分水岭，他一生最辉煌的成就都是此前做出来的。