現(xiàn)代自然科學的基礎(chǔ)學科

錢學森

    現(xiàn)代自然科學，不是單單研究一個個事物，一個個現(xiàn)象，而是研究事物、現(xiàn)象的變化發(fā)展過程，研究事物相互之間的關(guān)系。這就使自然科學發(fā)展成為嚴密的綜合起來的體系。這是現(xiàn)代自然科學的重要特點。

    工程技術(shù)的科學叫做應(yīng)用科學，是應(yīng)用自然科學中基礎(chǔ)學科的理論來解決生產(chǎn)斗爭中出現(xiàn)的問題的學問。當然，基礎(chǔ)學科中也有好多道理是從生產(chǎn)實踐中總結(jié)提高而來的；而且沒有工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，基礎(chǔ)學科研究也無法搞下去。所以基礎(chǔ)學科之為基礎(chǔ)是就其在現(xiàn)代自然科學體系中的位置而言的。我們一般提六門基礎(chǔ)學科：天文，地學，生物，數(shù)學，物理，化學。這六門是不是都是一樣的基礎(chǔ)呢？也不是。從嚴密的綜合科學體系講，最基礎(chǔ)的是兩門學問。一門物理，是研究物質(zhì)運動基本規(guī)律的學問。一門數(shù)學，是指導我們推理、演算的學問。

    先說化學?；瘜W是研究分子變化的。30年代后出現(xiàn)了量子化學，用量子力學的原理來解決化學問題，使化學變成應(yīng)用物理的一門學問。近來，由于電子計算機的運用，又出現(xiàn)了計算化學。從前人們認為化學就是用些瓶瓶罐罐做試驗?，F(xiàn)在由于掌握了物質(zhì)世界里頭的原子的運動規(guī)律，就可以靠電子計算機去計算。有朝一日化學研究會主要靠電子計算機計算，而且可以“設(shè)計”出我們要的分子，“設(shè)計”出造這種分子或化合物的化學過程。到那時做化學試驗只是為了驗證一下計算的結(jié)果而已。

    天文學也是物理?，F(xiàn)在的天文學，不是光研究太陽、月亮、星星在天上的位置和運行規(guī)律，還要研究星星里頭的變化，研究宇宙的演化。比如研究太陽內(nèi)部、恒星內(nèi)部。人去不了，怎么研究？一是研究可見光，把可見的星光分成光譜，把不同頻段的光攝下來進行研究。再就是研究看不見的頻段，如波長比較長的紅外線、無線電波，波長很短的紫外線、X光，波長更短的γ射線等。這么一研究，就發(fā)現(xiàn)天上可是熱鬧——到處有星的爆發(fā)，一顆星爆發(fā)像氫彈爆炸一樣。一個爆發(fā)的過程是一兩個月、幾個月。中國古書上有所謂客星，實際上就是星的爆發(fā)。爆發(fā)時亮了，就看得見，天上來了“客人”；過一段時間爆發(fā)過程結(jié)束，看不見了，就以為是“客人”走了。天上還有一些更怪的現(xiàn)象。如中子星，是由中子組成的密度非常大的星，一顆芝麻點大小的中子星物質(zhì)就有幾百萬噸重，而且轉(zhuǎn)得很快，轉(zhuǎn)時發(fā)出的X光強度不一樣，變化周期不到一秒。還有一種星，名叫“洞”，其實不是洞，是光出不來的星。這種星密度更高，引力場特別強，強到光線被吸住射不出來，只有當其他物質(zhì)被吸引掉進去時才發(fā)光，發(fā)射出X線。不但恒星會爆發(fā)，而且由億萬顆恒星組成的星系，像我們所在的銀河星系，中心也會爆發(fā)，還會爆發(fā)得更強烈。

一顆恒星爆發(fā)起來產(chǎn)生的能量等于十萬億億個氫彈爆炸的能量，而一個星系爆發(fā)起來的能量等于億億個恒星爆發(fā)的能量，要了解這些天文現(xiàn)象，沒有物理學是不行的。

    地學也是靠物理。地學家們講，研究地學有三個時代。第一時代是18世紀末到20世紀初，研究地質(zhì)年代時引入了生物觀念（化石觀念）,用生物的化石來斷定地質(zhì)年代，稱為生物學地球觀。第二時代是20世紀初，開始研究地球上地殼和海洋的化學成分的變化礦物元素的分布，借此來推論地球在地質(zhì)年代中的演化，稱為化學地球觀?，F(xiàn)在是第三時代。地學上最大的發(fā)展是所謂板塊理論，發(fā)現(xiàn)地球的外殼（包括大陸和海洋）是一塊塊拼起來的，像七巧板似的。塊與塊之間有相互作用。這主要是根據(jù)海底巖石的地磁走向推論出來的。有了這種理論就可以解釋火山帶、地震帶的形成了。這一些理論，加上研究地球深處的情況，都要靠物理學，所以稱為物理學地球觀。

    生物學的發(fā)展，現(xiàn)在達到了研究分子的水平，也要歸結(jié)到物理上面。分子生物學，不是過去那樣研究細胞核、細胞膜、細胞質(zhì)，而是一直追到分子，把生命現(xiàn)象看作是分子的運動，分子的組合和變化過程。最近生物學上有一個轟動世界的發(fā)現(xiàn)，就是可以把影響遺傳的信息，掛在一種叫去氧核糖核酸的高分子化合物的某一段上傳下去。這就是把這種高分子人為地變化一下，把一個高分子的某一段遺傳信息切下來，接到另一個上面，改變遺傳的某一特性，創(chuàng)造新的物種。這樣，就有可能打破植物動物的界限，把植物的某一特性接到動物上面。就這樣現(xiàn)在不但能使細胞內(nèi)部發(fā)生變化，而且使細菌發(fā)生變化，如把胰島素的遺傳信息切下來，接到容易繁殖的大腸桿菌上面去，使產(chǎn)生的新的大腸桿菌能制造大量胰島素。這項技術(shù)叫做遺傳工程，用它建立了一門新的工業(yè)。

    所以，天、地、生、化四門基礎(chǔ)學科，用現(xiàn)代科學技術(shù)體系的觀點看，都可以歸結(jié)到物理和數(shù)學。根本的基礎(chǔ)學科，就是研究物質(zhì)運動基本規(guī)律的物理，加上作科學技術(shù)工具的數(shù)學。數(shù)學不只是演算，也包括邏輯的推理?？苛T基礎(chǔ)學科的現(xiàn)代工程技術(shù)，也靠物理和數(shù)學這兩門基礎(chǔ)作為支柱。所以，物理和數(shù)學可以稱為現(xiàn)代自然科學體系的基礎(chǔ)。當然，說物理和數(shù)學是基礎(chǔ)，并不是說物理和數(shù)學可以代替其他學科，在此之上還有天文學、地學、生物學和化學這些基礎(chǔ)學科，以及各種分支學科，如力學等；再在上面是工程技術(shù)學科，如工程結(jié)構(gòu)、電力技術(shù)、電子技術(shù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)等。這就是現(xiàn)代自然科學體系的構(gòu)成。

注釋：

本文節(jié)選自《現(xiàn)代科學技術(shù)》（1977年12月9日《人民日報》）。編入本書時，作者作了一些修改，題目是作者加的。

【量子力學】現(xiàn)代物理學的理論基礎(chǔ)之一，研究微觀粒子（如電子、原子、分子等）運動規(guī)律及其性質(zhì)的理論。

【光譜】物理學名詞。復色光通過三棱鏡或光柵后分解成的單色光按照波長（或頻率）依次排成的光帶。

【γ射線】由放射性元素放出的波長極短的電磁波。

【客星】我國古書上記載的客星多數(shù)是現(xiàn)代天文學所研究的新星（光度突然加到原來的幾萬、幾十萬甚至幾百萬倍的恒星）,有時也把替星當作客星。

【信息】這里是遺傳學術(shù)語，是指子代從父代所獲得的控制遺傳性狀發(fā)育的信號。

【胰島素】腦臟中所產(chǎn)生的一種激素，是化學結(jié)構(gòu)首先得到闡明的一種蛋白質(zhì)。1965年我國在世界上首次人工合成了結(jié)晶牛旗島素，這是第一個人工合成的蛋白質(zhì)。它的主要功能是調(diào)節(jié)糖的代謝。

【學習提示】

本文是典型的科技說明文。文章條理清晰，邏輯嚴謹，可讀性強。介紹每種學科時都能從學科的研究范圍、研究成果以及與基礎(chǔ)學科物理和數(shù)學的關(guān)系方面進行闡述，從而很好地闡明了作者的觀點。

這類文章要注意語言的邏輯性和精練，力求把觀點通俗化、簡明化。

【自我測試】

1、下列詞語排序正確的是（      )。

①                做哪種學問，總不外乎“擺事實、講道理”六個字。

②觀察語言現(xiàn)象，                直接聽人說話以外，還有書面材料，就是用文字寫出來的。

③現(xiàn)代自然科學，不是單單研究一個事物，一個個現(xiàn)象，                研究事物的發(fā)展過程，研究事物相互之間的關(guān)系。

④進行調(diào)查也要注意不要給調(diào)查對象任何暗示，                是不自覺的。

A.不管      除了      而是      哪怕

B.無論      不僅      而是      哪怕

C.不管      除了      如果      即使

D.無論      不僅      如果      即使

2、閱讀課文，簡要說明天文、地學、生物、數(shù)學、物理、化學六門基礎(chǔ)學科的關(guān)系。

【參考答案】

1、A

2、天、地、生、化四門基礎(chǔ)學科，用現(xiàn)代科學技術(shù)體系的觀點看，都可歸結(jié)到物理和數(shù)學。