十大最具革命性的科學理論

在人類知識演進的歷史上，形成的最龐大、最具系統性和最為複雜的知識體系，毫無疑問非科學莫屬。說其龐大，是因為科學擁有迄今為止為數最多的學科群和分支學科，科學知識的總量早已超越其他任何門類。說其系統性，更是毫無爭議，科學已經建立起了成熟的可邏輯推演、可重複檢驗和可預見結果的方法體系。說其複雜，不只是指知識本身的複雜——現今的任何一個科學分支領域都有足夠的難題，去挑戰任何聰明的頭腦；也指體系的複雜——各學科之間相互促進和影響，既獨立又彼此交叉；還指科學發展過程的複雜——重大的科學進展常被視為一種革命，即科學革命，它使得科學的發展呈現出某種複雜的「結構」。不管怎樣，科學已經深深地滲透到人類生活的方方面面，人們能夠以科學的思想和觀念，去認識和理解極其複雜的客觀世界和精神世界，而科學革命能夠出人意料地變革人們的思想觀念、推動人類歷史的進程。那麼，可否將龐大、系統而複雜的科學，用若干實例給予一個提綱挈領的總結或說明呢？最近，曾任美國《科學新聞》雜誌主編的湯姆·西格弗里德試著以「革命性」和「科學理論」作為標尺，挑選出十項最具代表性的內容，冠之以「十大最具革命性的科學理論」，簡要概括了科學尤其是近代科學以來的里程碑及其影響。按照西格弗里德的解釋，所謂革命性的理論，是指那種能夠解決舊的知識體系所無法解決的問題，並且能夠將舊有知識通過徹底的改頭換面，重新納入到新體系之中的科學理論。革命性的理論標誌著知識體系得到了系統性的更新，進入到了一個全新的發展階段。更為重要的是，這些革命性的內容確實成為某一時期人們思想變革的先導或指針。有趣的是，西格弗里德按照「革命性」程度的不同，將挑選出的科學理論和相關人物排出了一個「榜單」，大家對此見仁見智。下面，我們一起來了解「十大最具革命性的科學理論」及其關鍵人物。1日心說：尼古拉·哥白尼，1543年

日心說取代地心說的過程，與其說帶給人智力與想像力的愉悅，不如說是充滿荊棘、障礙重重的坎坷。這個過程之所以如此艱辛，是因為這一理論交替，觸及當時佔據統治地位的知識體系和信仰體系的根本，是關乎大是大非的根本問題。這場轉變史稱哥白尼革命。日心說其實是一種相當古老的學說，公元前300多年古希臘的阿里斯塔克斯就相信太陽是宇宙的中心。但是，這種觀點與人們的日常觀察和經驗相差太遠，拿地球作宇宙中心更加簡單合理。所以在很長的時間內，地心說擁有了毋庸置疑的絕對地位，任何企圖的挑戰都將困難重重。究其原因，一方面，地心說理論化和系統化的程度很高，特別是亞里士多德的學說，為其搭建起相當堅實的哲學框架，而托勒玫則為之發展出一套宇宙結構模型與計算方法；另一方面，由於地心說與《聖經》所描繪的宇宙圖景高度一致，其中不僅為上帝與天堂預留了位置，更有森嚴的等級體系和井然的秩序，羅馬教廷理所當然地賦予了地心說絕對的正統地位，以至於它成為中世紀神學的一根支柱，對地心說的叛逆，即等同於教義上的異端。在當時看來，地心說稍顯不足的是，在解釋某些行星在天空的不均勻運動時，須用非常複雜的本輪-均輪模型，為了符合實際觀測，有時需增加數十甚至上百個本輪與均輪。1543年，哥白尼的《天體運行論》出版。為了「簡化」地心說，更好地符合實際觀測的結果，他改變了原有的宇宙結構，讓太陽而不是地球位於中間，地球圍繞太陽運轉，行星的第一個本輪，不過是地球繞日運動的反映，於是他順理成章地取消了所有本輪。根據日心說，地球的運動包括繞地軸的自轉、繞太陽的公轉以及地軸的迴轉運動，因此日心說也稱地動說。可是，由於前文提到的兩方面原因，哥白尼的學說在剛面世時，尚不能獲得壓倒性的勝利，它「在哲學上站不住腳，神學上屬於異端學說」。此後的伽利略、布魯諾等人，因堅信日心說，都遭到了教會不同程度的懲處。探索宇宙是人類永恆的追求。哥白尼的日心說雖然只是人類宇宙理論的階段性成就，卻是意義十足的觀念革命。沒有哥白尼邁出的勇敢一步，就難以想像後來伽利略與牛頓建立的經典力學體系。宗教與科學曾有著複雜的關係，對日心說的評判，最終讓教會陷入了很大的被動，多數人不再相信依靠教義來干預科學。在2000多年的時間裡，人類對宇宙的思索從未停步，從亞里士多德、托勒玫，到哥白尼、伽利略和牛頓，再到愛因斯坦，每一個耀眼的名字連同他們的成就，都能代表思想史巨著的一個篇章，如果這部巨著分為上下兩卷，那麼哥白尼與日心說，應該在下卷的開篇位置。2進化論：查爾斯·達爾文，1859年提起達爾文的進化論，不得不說，很少有重大的科學理論，如它的名稱一樣聽上去簡單易懂，意境卻超凡脫俗；也很少有理論如它那樣不斷遭受情感抵觸，卻一再被事實證明其合理性。生物進化理論，包含物種、適應和進化三個核心概念，在達爾文之前，布豐、馬爾薩斯與拉馬克等人曾提出各自的學說。布豐用比較分類學，指出物種變化的可能性；馬爾薩斯論證了生存競爭適用是自然規律，適用於人與其他生物；拉馬克則是進化論的先驅，他明確提出了物種可變、變化可遺傳的觀點，而變化是由「需求驅動」。例如，長頸鹿之所以長出長脖子，是因為需要夠著更高的樹葉。達爾文沒有簡單地接受這些觀點。他對動植物和地質結構進行過長期的、大量的觀察和思考，特別是一次歷時5年的環球航行，使他有充分證據相信，影響或改變生物的最強大的力量來自於自然。在吸收前人成就的基礎上，經過20餘年的思想沉澱，達爾文出版了震古爍今的《物種起源》。在這部巨著中，他將生命演化的觀點納入一個統一的理論之中，首次對進化論做了系統的闡釋。不論是論證還是結論，達爾文進化論與前人的學說都有著深刻的區別。演變與自然選擇是達爾文進化論的核心思想。如果達爾文是對的，人與猿類就有共同的祖先，那也意味著聖經、神創論或智能設計論都站不住腳。這在很多人看來，荒誕可笑，不經一駁，於是針對達爾文和進化論的攻擊與嘲弄自此不休。就連在科學界，拉馬克主義在很長一段時間內，仍與達爾文理論分庭抗禮。達爾文自己則堅稱，「每一種物種都是獨立創造出來的觀點是錯誤的」，「物種並不是不可以改變的」。嚴謹認真的學說自然也不乏捍衛者，赫胥黎就以「達爾文的鬥犬」為榮。當然，達爾文的進化論存在一些「認知盲點」。例如，他不了解與他同時代的孟德爾對生物遺傳的成就，更不用說後來發現的染色體和基因。事實上，這些盲點沒有降低進化論本身的價值。相反，分子生物學等新知識補充了新的證據，更加牢固了進化論的基礎，也解開了自然選擇的遺傳機理之謎，而這也是曾困擾達爾文的問題。總之，迄今的科學發現都沒有否定進化論的基本思想，而是在不斷豐富與完善它。進化論可與任何最偉大的科學理論比肩。它是生物學最顯著的分水嶺，對整個生命科學的發展具有「壓倒一切的重要性」；它直指「我們從何而來」和「人何以為人」這類亘古的追問，卻出乎意料地給出了一個「自然而然」的解釋，取代了以往需藉助神話的僵化觀念。3量子理論：馬克斯·普朗克、阿爾伯特·愛因斯坦、尼爾斯·玻爾、維爾納·海森伯、埃爾溫·薛定諤、馬克斯·玻恩、保羅·狄拉克，1900—1926年量子理論與相對論並稱現代物理學的兩大基石。量子理論的產生和發展，經歷了一個從量子論到量子力學的發展過程，它的開拓者也不是只有一兩個關鍵人物居功至偉，而是如璀璨群星般交相輝映。1900年，普朗克提出了量子概念和量子假設，量子是能量的最小單元，原子吸收或發射能量是以不可分割的能量子一份一份地進行。量子論打破了經典理論關於能量轉移連續進行的觀念。在學界普遍處於疑惑之時，愛因斯坦於1905年用量子假設成功解釋了光電效應，而頻率一定的光量子後來被賜名為光子。接著，德拜、康維、里茲、艾倫菲斯特、斯塔克、索末菲、弗蘭克和赫茲等人在量子論的理論或實驗方面也有所建樹。這一階段，最突出的貢獻由玻爾做出，他建立的氫原子電子的量子化軌道模型，比此前的行星模型更具說服力。接著，玻爾和海森伯、玻恩、約當、狄拉克、泡利、德布羅意、薛定諤等人，提出矩陣力學與波動力學、波粒二象性、波函數的概率詮釋、不確定性原理、互補原理等一批給人耳目一新的成果，克服了早期量子論的困難，建立了可告別經典物理學的量子力學。僅就理論的博大精深而言，量子力學完全可作為古語「道可道，非常道」的最佳現代註解。縱使理論本身抽象晦澀如斯，量子力學的應用卻無處不在，甚至可以說，沒有量子力學就沒有現代科學技術。晶體管的發明直接受惠於量子力學在固體物理取得的成功，而1954年世界首台晶體管計算機更是高速電子計算機時代的起點。不僅如此，作為半導體、超導和納米等領域的基礎理論，量子力學也為激光器、原子鐘、電子顯微鏡、核磁共振等許多現代裝置的出現，甚至為個人電腦和手機的製造提供了可能。量子力學堪稱震撼性的科學理論。它極大地拓展了人類認識和操控微觀世界的能力，也改變了理解世界的思維方式。量子力學所描述的微觀物質的行為，以及涉及的觀察與測量、完備性與偶然性、物質與能量的連續與離散等觀念，均和日常經驗相去甚遠。它再次提醒我們，僅僅依靠常識，無法對自然現象或科學理論得出是或否的判斷。量子力學與經典物理學的分野、與廣義相對論的難於調和，似乎暗示我們，每一項科學理論，無論多麼出色，都有其適用範圍。

4廣義相對論：阿爾伯特·愛因斯坦，1915年

如果說，對電動力學另闢蹊徑的研究孕育出狹義相對論，那麼對引力理論追根究底的探求，則導致廣義相對論的誕生。引領這一重大理論突破的人物是愛因斯坦。提出廣義相對論，愛因斯坦不只是對自我求知慾的挑戰，更是對已經舉世公認、取得了一系列輝煌成就的牛頓萬有引力理論的挑戰。牛頓引力定律的確面臨困境，首當其衝的是水星軌道近日點的進動問題，牛頓理論的計算與實際觀測存在約每百年43〃的偏差。其次，牛頓引力理論暗含「超距作用」的假設，以及空間任一點的引力場強為無限大的推論，這些不符合物理學實際，也與狹義相對論衝突。雖然也有其他物理學家在尋找符合洛倫茲變換的引力理論，但未獲成功，直至廣義相對論的出現。愛因斯坦將廣義相對論建立在等效原理和廣義相對性原理的基礎之上。所謂等效原理，就是物體的慣性質量恆等於引力質量。廣義相對性原理則是對狹義相對性原理的直接發展，根據這一原理，狹義相對論中的慣性系不再具有優越性，物理規律在任何坐標變化下都形式不變。基於以上原理和理論的推演，愛因斯坦將廣義相對論看作是狹義相對論的推廣，而且是在必須考慮引力場作用下的推廣。廣義相對論是否比牛頓引力理論更接近真實呢？儘管它具有邏輯簡單、數學嚴謹的特點，但能否被學界與公眾接受，還取決於能否通過實驗或觀測的驗證。可是，在日常生活和實驗室中的引力場太弱，廣義相對論效應不易察覺，與牛頓引力理論的區別也難於分辨，因此實驗或觀測都非易事。在首次發表廣義相對論的次年，愛因斯坦提出了3個檢驗實驗的設想：水星軌道近日點的進動、太陽引起的光線偏折（彎曲）、光波的重力紅移。最終，實驗結果與理論計算都能吻合，尤其是1919 年日全食期間進行的光線偏折觀測獲得成功，一時引發媒體競相報道，傳為美談。廣義相對論是對時間、空間、物質和運動之間關係認識上的再次深化，拓展了牛頓引力理論和狹義相對論，它是現代物理學、天體物理學的重要基礎，也為現代宇宙學奠定了理論依據。在該理論的直接影響之下，哈勃等人發現了河外星系的譜線紅移現象，不僅有理可依、有據可循，而且藉助廣義相對論等理論，還打通了與其他學科之間的界限。引力的實質是時空曲率，引力可歸結為時空的一種幾何屬性，廣義相對論的這一認識是人類智慧取得的一項飛躍性的成就。如今，科學家對相對論的認識仍在逐步加深。有學者指出，相對論反映出物理學規律或其他規律性的認識，它之所以能被人發現，正在於規律本身在時空變換下具有某種協變性或不變性。不變性正是科學理論的重要特徵——規律的不變性具有絕對性。這也是相對論留給後人的一項寶貴思想遺產。

5狹義相對論：阿爾伯特·愛因斯坦，1905年

1905年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」，因為這一年愛因斯坦在物理學領域完成了多項具有創建性的工作，對後世影響最大的首推他在論文《論動體的電動力學》中正式提出的「狹義相對論」。由此，一場聲勢浩大的物理學革命初露崢嶸。籠統地說，狹義相對論是關於時間、空間及其相互關係的理論。如同許多宏大高深的理論，愛因斯坦建立狹義相對論時，著手的問題表面上也很簡單，其中之一就是兩個異地時鐘的校準問題。為此，愛因斯坦嚴格定義了「事件」與「時空間隔」，並導出了不同慣性系之間的相對論變換式，即著名的洛倫茲變換。這些概念和推導看似平淡無奇，其蘊含的思想精髓卻非同小可，因為它們已經將時間與空間聯繫為一個整體。由此，將該理論與經典物理學的理論體系劃清了界限，更重要的是它摒棄了統治人們思想數千年之久的時空觀念。狹義相對論之所以給人石破天驚之感，主要在於由該理論導出的一系列前所未聞、極具顛覆性的結論。例如，相對論時空觀之下的同時的相對性、空間距離的相對性、時間間隔的相對性等。又如，相對論力學明確指出了的質量與速度、質量與能量、動量與能量等物理量之間的密切相關性，以及物質運動的速度不可能超過光速等，這些問題在經典物理學的框架中，均是不可想像的。其中，引人注目的質能方程式E=mc2，被譽為「愛因斯坦對人類文明的最大貢獻」。儘管狹義相對論與愛因斯坦的貢獻密不可分，但科學家也普遍認同這一重要理論「不是某個人或少數天才的自由創造」。相對論的誕生同樣有其時代背景和相應的理論訴求。19世紀末，經典時空觀已出現了明顯的危機和挑戰：麥克斯韋的電動力學已獲成功，但電磁場方程組不符合絕對時空坐標的伽利略變換，進一步的理論探索勢不可擋。用愛因斯坦自己的話來說明當時的情形，「相對論的興起??是由於舊理論中嚴重的深刻的矛盾已經無法避免了」。可是，當時由於狹義相對論遠遠超出常人的理解，甚至連龐加萊等頂尖科學家也難以接受——這倒也反襯出該理論的革命性。即便對狹義相對論的懷疑不絕於耳，但迄今仍未有科學實驗能將其證偽。相反，此理論被有效運用到許多領域，影響巨大。例如，用狹義相對論分析原子中的某些電子的運動，可以解釋，為何黃金在常態下呈現出金色的光澤，為何水銀在常溫下是液態。更廣為人知的例子是質能公式，它的應用直接導致核武器的出現，同時也開啟了人類的核能時代。狹義相對論改變了時間、空間、質量、能量等一些最基本範疇，為研究微觀高能現象提供了強有力的理論工具，由此成為現代物理學的重要理論來源，也使它成為一項劃時代的科學理論。愛因斯坦連同狹義相對論都成為了具有傳奇性的名字，他與狹義相對論的事例足以告誡後人，只要想像力無限，科學探索就無止境。

6統計力學：詹姆斯·克拉克·麥克斯韋、路德維希·玻耳茲曼、約西亞·威拉德·吉布斯，19世紀末認識微觀事物的基本規律，就可以把握對宏觀問題的理解。這種簡單還原論的思維，確實推動過科學的發展。尤其是，分子、原子與基本粒子的研究表明，許多宏觀現象可以從微觀的層面予以解釋。可是，當面對由微觀「單體」構成的巨大而複雜的宏觀物體，有時無法依據物質的微觀性質做簡單外推就能理解。例如，熱力學常提到的溫度，與雜亂無章的分子運動究竟是何關係？又如，用何種方法能有效處理微觀單體的偶然性運動與宏觀物體的必然性質之間的關係？此類問題，僅從「單體」的性質出發，並不能給出令人滿意的答案。而統計力學用統計學的方法，能夠從分子、原子水平闡明物質宏觀性質，正是架設在微觀與宏觀之間的一座認知橋樑。統計力學有3位最重要的奠基人，同時也是19世紀物理學界的「三巨頭」——麥克斯韋、玻耳茲曼和吉布斯。他們的工作相互連貫，承前啟後，給人以一氣呵成的感覺。麥克斯韋首先推導了分子速度分布定律，並解釋了擴散、導熱和黏滯的現象。此定律表明，氣體個別分子的速度的數值和方向是偶然的，但從大量分子的整體來看，分子的速度分布遵循統計規律。玻爾茲曼注意到麥克斯韋的此項成果，並做了大量的後續研究，將微觀狀態的數目與宏觀狀態的熵之間作了確定的聯繫。吉布斯完成了具有總結性質的《統計力學基本原理》，發展了統計力學的分析方法，提高了數理統計方法應用於物理學的效力。「統計力學」這一名詞也是源於吉布斯。統計力學揭示了氣體的壓強、溫度、內能等宏觀量的微觀本質，是物理學、化學和自然科學發展的一個基礎性的理論成果。藉助它，可以將分子結構性質與大尺度的熱力、電磁等性質連接在一起。可以說，統計力學雖然對物體內部的「單體」有所「忽視」，卻更強調集體效應，因而有時反而更能「深入到物體的內部」。舉一個統計力學於尋常之處見不凡的有趣例子，布朗運動是花粉顆粒在液體中做的無規則運動，其機制困惑了科學家數十年。愛因斯坦和斯莫路科夫斯基先後運用統計理論建立的方程指明，花粉顆粒的隨機運動，實質是它與做無規則熱運動的液體分子碰撞所致。後來的實驗不但證實了理論的推測，還直接證明液體分子是一種真實的存在。統計力學被認為是「理論物理中最完美的科目之一，因為它的基本假設是簡單的，但它的應用卻十分廣泛」。它能夠從微觀粒子性質出發，導出宏觀物質的性質和宏觀運動所遵循的熱力學定律、流體動力學定律和化學反應速率定律等，在物理學、化學、天文學、材料學、生物學等學科中都有廣泛的運用。通過對數理統計學的成功引入，統計力學還讓人們對複雜系統也有了全新的認識——系統的不同層次往往會呈現出全新的性質。因此，這座微觀與宏觀之間的橋樑，也是將研究對象從簡單引向複雜的階梯。

7板塊構造理論：阿爾弗雷德·魏格納，1912年；約翰·圖佐·威爾遜，20世紀60年代人類對腳下的大地可能遠不及對頭頂的天空那麼了解。或許正因為如此，當板塊構造理論出現時，它對地球科學的影響以及對人類認識的衝擊，絲毫不遜於其他重大科學發現，同時它的發展跌宕起伏，引發的爭議也歷久不衰。準確地說，板塊構造理論是20世紀60年代才發展起來的一種被廣泛採用的全球構造理論。但其思想的種子，卻生長於1912年魏格納提出的大陸漂移說之中。在魏格納之前，雖然已有學者注意到大西洋兩岸海岸線具有高度的重合性，也發現了地殼與地幔的交界，但是魏格納用系統的地質證據，大膽提出了讓人耳目一新的大陸漂移學說。魏格納可不是傳說中只靠看地圖找靈感搞研究的書齋型專家，為獲取第一手研究資料，他在20年內三赴格陵蘭極地探險考察，甚至最後為此獻出了寶貴的生命。大陸漂移說認為，所有的大陸和島嶼曾經連為一體，在地球自轉的離心作用與進動的影響下，才分裂形成了後來的大陸與海洋。然而，在傳統地質學家的眼中，此種說法過於離經叛道。況且，這個學說尚未成熟，特別是對魏格納關於驅動機制的解釋提出質疑後，大陸漂移說很快就少有問津。直至20世紀60年代，隨著海洋研究、深海鑽探、古地磁、地震和地球物理等領域的進展，大陸漂移說重回研究者的視野。威爾遜等人綜合了大陸漂移、海底擴張、轉換斷層、岩石圈的消亡和地極游移等多種學說，提出了板塊構造理論。該理論認為，地球岩石圈被分成大小不等的若干板塊。板塊之間的相對運動可以很好地解釋造山運動、火山、地震、成礦、古地理和古生物分區等多種地質現象。板塊之間的邊界地帶，往往也是地震帶；青藏高原與喜馬拉雅山山脈的崛起、2008年發生的汶川大地震，都可歸因於印度洋板塊與歐亞大陸板塊的碰撞。受板塊相互作用的影響，中國境內有若干規模不等的地震斷層帶，建房時應盡量避開它們，以減小地震可能導致的嚴重後果。板塊構造理論也豐富了對礦物來源和礦床形成條件的認識，人們已嘗試用於指導油氣勘探等找礦活動。儘管對板塊構造理論的質疑聲仍持續不斷，但不可否認的是，它幾乎衝擊了地球學科的所有分支。甚至在對類地行星、衛星等天體的研究中，板塊構造理論也有用武之地。科學的發展，使看似相距遙遠的知識體系之間，發生了意想不到的關聯。8氧化燃燒理論：安托萬-洛朗·德·拉瓦錫，1777—1778年

徹底推翻一個佔據統治地位的理論，不僅需要勇氣，更需要縝密的思維和恰當的方法。拉瓦錫氧化燃燒理論的確立和燃素理論的破產，正是一個絕好的例子。人們很早就相信，物質的燃燒與其含有的特殊成分有關，這種神秘的「靈氣」被稱為燃素。燃素的有無和多寡曾被成功地說明木料或油脂的燃燒、金屬的腐蝕和冶煉等許多化學現象。依據這種認識，金屬可看作是灰燼與燃素的化合物，燃燒就是釋放燃素、留下灰燼的過程，而木料和油脂等易燃物顯然含有更多的燃素。當時的著名學者普利斯特里做了許多實驗，論證了燃素理論的合理性。18世紀中葉前後，燃素理論逐漸被接受和認可，成為主流的化學理論。拉瓦錫用一系列精巧的實驗和理論推導，表明了自己對燃素理論的態度——既不盲從，也未情緒化地反對。1772年，他設計了鐘罩實驗，在密閉的容器里，硫、錫、鉛或汞能夠與空氣反應，同時容器里的空氣的體積減小約1/5，由此推斷燃燒與空氣中的某種成分有關。然後他證明，鉛、錫在密閉的曲頸瓶中加熱變成灰燼後，曲頸瓶連同灰燼的總質量與試驗前一樣，但是灰燼的質量卻大於原先金屬的質量。經精確稱量，灰燼中增加的質量就是燃燒時空氣中失去的氧氣的質量。接著，他在實驗中直接加熱氧化汞，發現一種可以支持燃燒與呼吸的氣體，也正是燃燒時空氣中失去的氣體，他稱之為氧氣。實驗取得突破之後，拉瓦錫並未停步，他在 1777年和1778年連續發表《燃燒概論》和《酸性概論》，對燃燒進行了理論闡釋：燃燒本質上是燃燒物氧化過程中發出光與熱的現象，物質只有在氧氣中才可燃燒，燃燒物在燃燒後增加的質量，等於所消耗的氧氣的質量。人們這才恍然大悟，原來世間本無「燃素」。懂得了氧化燃燒的道理，就容易理解一些日常現象。為促使燃燒，人們早就使用了鼓風裝置，其作用在於不斷輸入氧氣，並驅走阻燃的二氧化碳；即便在外界供氧近乎為零的一些特殊場合，只要提供含氧的助燃劑，同樣可實現燃燒，炸藥起爆或運載火箭在空間環境飛行皆是如此。反過來，控制燃燒的原理就是設法讓燃燒物與氧氣隔絕，這也是泡沫滅火器等裝置的一個重要的消防原理。氧化燃燒理論意義非凡。對拉瓦錫個人來說，這是他一生中最重要的成就之一，在此基礎上他首次指出水是化合物，他還進一步提出了化學元素的概念，深化了人們對變化紛雜的物質世界的本質的認識。對於近代科學來說，這是劃時代的科學理論，它無可辯駁地解釋了燃燒等許多化學現象，而與之相關的定量試驗，不僅證實了化學反應中的質量守恆定律，還將化學帶入到精密科學的研究階段。

9博弈論：約翰·馮·諾伊曼、奧斯卡·摩根斯頓，1944年；約翰·納什，20世紀50年代簡單的博弈分析可以從二人在平等對局的相互策略來展開，就好比二人進行的棋牌遊戲，彼此在利用對方的策略的同時，也不斷調整自己的對抗策略。博弈論本質上是研究博弈過程中的決策或對策的理論。儘管該理論古已有之，但是它能被稱為科學的理論，首功還是應歸於馮·諾伊曼與摩根斯頓。1944年，二人合著的《博弈論和經濟行為》一書出版。在書中，作者不僅對衝突和決策進行了系統地數學分析，還嘗試將博弈論用於經濟學研究，由此奠定了這一理論的基礎與應用價值。博弈論的一個迷人之處在於，所研究的問題常常是一系列從現實生活狀況高度抽象出來的遊戲模型，引人入勝且發人深省。博弈論的發展也和這些問題的提出與解決密切關聯。廣為人知的「囚徒困境」就是一例，該模型能夠反映現實中個人最佳抉擇與集體最佳選擇之間的複雜情形。20世紀50年代，數學家納什證明了「囚徒困境」問題的「均衡點」的存在，以此榮獲1994年諾貝爾經濟學獎。納什的貢獻被認為是博弈論的又一次標誌性成果。博弈論具有典型的學科交叉的特性，受其影響最大的學科是數學和經濟學。該理論已經成為主流經濟學的重要內容和標準分析工具之一，影響了幾乎整個微觀經濟學。迄今，諾貝爾經濟學獎已先後至少有6次頒給了與博弈論有關的研究者。除經濟學之外，在生物學、計算機科學、政治學、軍事學等許多領域，博弈論也得到了廣泛的應用。普通的愛好者，可以藉助博弈論獲得一種新的看問題的視角。舉個例子，公共福利的供給也可看作一個「囚徒困境」問題，如果個體的選擇都是不出錢、不願為共同福利付出，那麼最終結果就是，所有人的福利都不能提高。又如，拍賣也是博弈論研究的一個經典問題，博弈論能夠很好地描述競拍者的人數，以及彼此擁有的信息量的多寡和信息質量的高低等因素，是如何影響博弈中的出價策略。類似地，貨幣政策、商業談判、軍備競賽等，也都是博弈論可一展身手的場合。回到開頭提到的問題，博弈現象很早就有人注意到，但博弈論的出現在很大程度上與馮·諾伊曼出眾的才華有關。這位「計算機之父」同時精通數學、物理學和經濟學等領域，學術視野極其開闊且觸類旁通。博弈論是觀念史上最匪夷所思的理論之一，因為它表明，人類的行為，尤其是此前看似不可捉摸的決策行為，依然可以用科學的方法進行確定性的分析。

10資訊理論：克勞德·香農，1948年

信息，對於當今處於「信息大爆炸」的人們都不會感到陌生。可是，信息究竟是什麼？可否度量？用何種方法進行研究？如何有效、可靠、安全地構建一個通信系統來處理信息？這些問題的回答都得益於美國數學家與工程師香農於20世紀中葉提出的資訊理論。香農定義了一個相對抽象的概念——信息熵，以衡量信息的不確定性，並用數理統計的方法，用數學的語言嚴格闡述了通信的基本問題，如信息的量化與編碼。在此基礎上，他與合作者針對通信系統的極限性能等問題，又進一步將他的理論概括成經典資訊理論的基石——香農三大定理。因為對信息理論的奠基性的貢獻，香農當之無愧地被稱為「資訊理論之父」。事實上，香農創立資訊理論絕非憑空而來，而是繼承了前人的成果，並且與他本人所深受的時代影響也不無關聯。信息熵這一核心概念的提出，直接受到20世紀20 —30年代奈奎斯特和哈特利等人的研究影響，而熵這一觀念及其分析方法的建立更可追溯到19世紀麥克斯韋、玻爾茲曼和吉布斯對統計力學的天才工作。香農運用的數理統計學在20世紀前半葉獲得迅猛發展，許多方法已趨於成熟。莫爾斯電報、貝爾電話、馬可尼無線電報以及第二次世界大戰期間密碼學所受到的重視等，這一系列信息技術與工具的產生，構成了資訊理論誕生不可忽視的前提。如果再考慮到香農本人的一些際遇，例如曾在第二次世界大戰時有機會與著名的科學家圖靈在密碼學方面進行合作，與奈奎斯特同在貝爾實驗室工作，在普林斯頓高等研究院與愛因斯坦、馮·諾伊曼等頂尖科學家的交流，這些都是促成香農資訊理論誕生的有利的外在因素。資訊理論理論的建立直接推動了信息的度量、可靠通信、無損與有損數據壓縮等應用的發展，對後來計算機、通信等學科的發展與運用有極其重要的影響。在生活中資訊理論的應用也屢見不鮮，DVD、MP3等數據標準，以不同形式解決了信息有效壓縮、存儲、可靠傳輸、復原等問題，且已廣為接受。平常上網收發信息或網購用到的數據加密，以及當前大行其道的3G和4G移動通信系統，它們的理論基礎也是資訊理論。在信息化時代，資訊理論與我們每個人都息息相關。藉助資訊理論，人們不僅對信息的本質有越來越深刻的理解，而且豐富了我們對世界的認知。有人甚至提出，信息是與物質、能量相提並論的構成世界的三大要素，資訊理論有可能發展成為最重要的科學基礎理論之一。今天，我們不論如何強調這一理論的價值都不為過。

在有的人心中，對上面的排序或許有不同的意見。的確，「每個人心中都有一個哈姆雷特」。西格弗里德的原文在網上刊出不久，陸續有讀者在網上表達了自己的看法。西格弗里德自己也用戲謔的口吻說：「難以相信，量子理論只排在老三的位置」。而資訊理論之所以排名墊底，他覺得僅僅因為在它之前「沒有什麼命可讓它去革」。拋開排名與英雄譜，更多的人會冷靜地想，宇宙包羅萬象，萬物複雜多樣，也許沒有一個能夠統攝整個科學的最終理論，各種理論都有一席之地，不同領域之間的理論，更不是非此即彼。所以，上述的十大理論，真的沒有顯示出，在科學理論之間存在一個「井然的秩序」。也有人會認為，最具革命性的科學理論何止十個！還有人會問，照此標準，既然有日心說，為何沒有更具革命意義的牛頓力學？提到相對論，怎能不單列此前的萬有引力定律和此後的大爆炸學說？與資訊理論同樣新穎，影響面也很廣的還有控制論；只有進化論，沒有基因理論，似乎不完整，最好還應算上微生物學和免疫學……這些意見都很好，不過，我們就只談十個吧。值得注意的是，革命性的科學理論不等同於科學革命。首先，科學革命一般指一個或幾個大的學科發生的巨大轉變，例如，相對論與量子力學導致的物理學革命、進化論引起的生物學革命等。但是，博弈論的出現，往往不說成發生了數學革命或經濟學革命，儘管理論本身是革命性的。其次，科學革命常常同時還包括方法、手段或工具的革命，而不僅僅只是理論革命，這些方法、實驗和考察等對理論革命至關重要。當然，任何科學理論不論看上去多麼超前，都離不開其時代背景，革命性的理論更是時常具有總結以往的「集大成」的特徵，而他的創建者也因此成為了某領域的集大成者。套用著名集大成者——牛頓的名言，他們都站在了巨人的肩膀之上。然而，幾乎每項事例也表明，巨人同時也站在一些普通科學家——「矮子」的肩膀之上。巨人與「矮子」，都為科學理論與科學革命做了貢獻。這本是不該迴避的事實。

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