第三章 艺术与科学（2 / 2）

农业方面广泛推行了四区轮作法，犁、锄以及脱谷机、切蒿机等器械不断得到改进，畜力条播机取代了手工撒播，马拉收割机在大农场中取代了镰刀。在纺织业中，约翰·斯图亚特和刘易斯·保尔（Lewis Paul）于1738年获得辊纺法专利；1765年詹姆士·哈格里夫斯发明珍妮纺纱机，以后一个工人可以照看80个纱锭。1771年，理查德·阿克莱特发明水力纺纱机，这一发明除改变了纺纱机的动力外，也改进了纺纱技术，使生产全棉织物成为可能。克朗普顿在1774年把珍妮机与水力纺纱机结合起来，发明了“骡机”。1785年，卡特莱特发明动力织布机，使织布业也走上机械化发展道路。

18世纪中期以前，漂白工艺非常复杂，要经过浸渍、煮练、喷水、酸化等多道工序，还需要有庞大的晾晒场。经过弗朗西斯·霍姆（Francis Home）、克劳德·路易斯·贝尔托莱（Cude Louis Berthollet）和查尔斯·坦南特（Charles Tennant）等人持续半个世纪的改进，漂白过程广泛使用了稀硫酸、氯、石灰乳等化学物质，节省了工序和成本，改善了效果。

蒸汽机的发明与完善是18世纪最重要的技术发明，一方面是采矿业的需要，另一方面是肥皂、玻璃制造、冶金、造船这些高能源消耗行业的迅速发展，都使得煤取代木材作燃料成燃眉之需。17世纪末S.莫兰和托马斯·萨弗里发明蒸汽泵，将热力转换成机械；托马斯·纽康门在18世纪10年代发明空气蒸汽机，是对蒸汽泵技术的改进，到20年代这种蒸汽机已被广泛运用到英国采煤和金属采矿中。18世纪，工程学家自觉运用科学原理，将工程学与科学进一步结合。1769年斯米顿改进了纽康门蒸汽机；而瓦特则完成了这个改进过程。随着瓦特蒸汽机的出现并迅速运用于采矿、纺织、冶金等行业，工业革命也进入加速发展的阶段。

从科学史的角度看，18世纪是牛顿理论广为传播的世纪。牛顿在1687年发表《自然哲学的数学基础》，奠定了现代科学的基础。牛顿理论在欧洲大陆的传播比较慢，它受到法国的笛卡儿学派和德国的莱布尼兹学派的质疑。从18世纪30年代起，伏尔泰竭力传播牛顿学说，而洛克和牛顿也成为法国思想界所知晓的名人。18世纪50年代以后，法国的百科全书派、大陆的巴塞尔派也成为热心的牛顿理论传播者，微积分和欧氏几何则成为科学研究的工具。人们详细探讨牛顿提出的问题，如地球、太阳和月球三者间的引力作用，太阳系的自行调节结构等等。

同时，微积分和几何学成为测量和运算的重要工具。数学的重点从17世纪的几何学转变为分析学（代数和方程），而在整个18世纪，分析方法一直被用来解决力学问题，如陀螺运动、管道中的水流运动、振动现象及由杆绳联结的复杂系统运动等，“所有这些复杂的运动都被分析法所征服，因为分析法只需要笔和纸，理性力学唯一需要的器械是大脑而已”。

在18世纪，人们普遍认为牛顿关于引力是距离平方的反比的结论，是宇宙中的普遍规律；光、热辐射的强度与热源距离的平方成反比，同样公式也适用于磁与电力的吸引与排斥。牛顿力学运用于测定天体位置，而18世纪的观测手段也越来越精确，对火星、月球的天体定位，观测误差只有几弧秒。布拉德雷在1728年发现光行差，这可以解释在观测恒星位置时发生的误差，布拉德雷认为它与地球的绕日运动、光到达望远镜的时间等因素有关。他在1748年还提出章动概念，即地轴的旋转摆动与岁差摆动共同产生了恒星方位上的视变化。18世纪，天文学的研究热点之一是太阳系的组成和运动，托马斯·赖特在1750年左右提出假说，认为太阳和银河系恒星共同组成巨大的恒星体系，康德则进一步提出宇宙发展的星云假说，这些假说都影响到天文观测。英国天文学家的其他重要发现是由威廉·赫歇尔（William Herschel）和卡罗琳·赫歇尔（Caroline Herschel）兄妹做出的。威廉制作了反射式望远镜，他把可被观测的半边天空划分成若干区，记下每一区的恒星数目和特点，由此制订出巡天表。他在1781年发现了天王星，又在1783年观测到星云状星系；他预言多数恒星都带有行星，多数星云都是像银河系一样或处于形成过程中的恒星系。卡罗琳则绘制了星空分布图，对宇宙形状进行研究。总体说来，18世纪英国天文学在观测方面的成果较大，在理论构造方面不及拉格朗热和拉普拉斯。

热、电、光、磁这些与日常生活紧密联系的现象成为研究的热点，与此相关的各种实验也取得进展。在莱顿瓶被发明以后，电成为物理学的实验中心，在18世纪的物理实验中占总数一半。电学实验有一定的娱乐性，因此也吸引业余爱好者进行研究。弗朗西斯·汉克斯比（Francis Hanksbee）研究了高压状态下气体的放电现象，通过摩擦一根长长的玻璃管来产生电火花，由此也就成为这个世纪实验室发电的标准方法。1729年斯蒂芬·格雷（Stephen Gray）进行电的传导实验，他用一根玻璃管作为发电机，用塞子塞住两端以防灰尘入内，将羽毛放入管内，他发现羽毛被吸向其中的一端。他还试图将电传送出去，用鱼线和鱼竿把电送到了52英尺之外。他认为电是一种没有重量的流体，能够从一个地方流到另一个地方；另外他还指出了导体与非导体的区分。

1769年，约翰·罗宾逊（John Robinson）测量了电荷间的排斥力，库伦（Charles-Augustin de b）和卡文迪什（Henry dish）则重复和完善了他的实验。库伦发现了库伦定律，即电力与荷电物体间的距离平方成反比；卡文迪什则发展出测量导体的相对电容和相对电阻的方法。

在化学方面，虽然波义耳在17世纪中叶以后建立了英国医学化学学派，但德国医疗化学学派提出的燃素说影响了整个18世纪。燃素说认为一切可燃物体都含有可以燃烧的硫性物质，在燃烧过程中这种物质从物体中逃逸，从而发生燃烧。燃素说影响很大，直到18世纪下半叶，英国的化学家如布莱克、卡文迪什和普里斯特利等仍旧接受这种学说。但是他们的实验工作却推翻了这种学说。1754年，布莱克将碳酸镁浸入酸液，结果产生大量气体，他认为这是一种“固定气体”，即我们现在所说的二氧化碳，他发现这种气体具有重量并且可以分离，后来又发现在石灰中加入水、将木炭燃烧、某些物体发酵等，都可以释放固定气体。1776年卡文迪什将金属浸入酸液，产生一种可燃空气或“硝气”，也就是我们现在所说的氢，他用集气槽收集了这种气体。普里斯特利发现了好几种气体，如氨、氯化氢、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、氧、氮、一氧化碳、二氧化硫等；1774年他从氧化汞中提取出一种气体，老鼠在这种气体中会活得更长，他自己在这种空气中也会感到呼吸畅快，他预言这种气体会有很大的医学价值。1781年，卡文迪什对大气的组成进行精确测量；普里斯特利则进行氢氧混合产生爆炸的实验，爆炸后只剩下一点露水，从而证明了水是由氢氧两种物质构成的。

随着多种气体被相继发现，空气中含有多种物质的观念也就形成了。1789年，拉瓦锡在《化学纲要》中对这些成果进行概括，认为“元素”而非“燃素”是化学分析的基本单位；他列举了23种不同的元素。但奇怪的是，英国科学家几乎都不承认拉瓦锡的理论概括，卡文迪什和普里斯特利仍旧坚持燃素说。

关于热的研究，热质说和运动说是18世纪的两种理论。热质说认为热就像气味、颜色一样，属于物体的第二性，虽然有程度差别，但难以测量。17世纪的自然研究者，从培根到牛顿，都持热的运动说，认为热是一种特殊物质的运动，他们称其为火粒子。约瑟夫·布莱克（Joseph Bck）提出比热与潜热的概念：如果给不同的物质加温，其热的程度不同，因此不同的物质有不同的比热容（改变单位物体温度时吸收或释放的能量）。他还发明了测量蒸汽潜热的方法。按照布莱克的定义，潜热是水在相变过程中吸收或释放的热量，主要指水汽凝结成水或水凝结成冰时所释放的热量。1798年，本杰明·汤普森通过炮筒钻孔实验，论证了热的运动说：钻孔没有使物质减少，却产生了大量的热，因此热不可能是具体的物质，而只能是物质运动的结果。1799年，英国化学家戴维用两块冰摩擦生热，从而证实了热的运动说。

在地质学或地球理论方面，18世纪的自然研究者开始在《圣经·创世纪》之外考虑地球的形成。18世纪中期以前，法国人德梅勒和布封的学说十分流行，前者坚持水成说，说洪水曾一度淹没整个地球，逐渐退去后形成了现在的地貌。布封在《自然史》和《创世的时代》中提出地球是好多亿年前彗星撞击太阳的结果，从地球产生到现在共经历了七个时代。爱丁堡的詹姆士·赫顿（James Hutton）在1785年发表《地球学说，或对陆地组成、瓦解和复原规律的研究》，提出火成论和地质循环的概念；1795年他发表《地球理论》，认为各种地质现象乃是地球各种力量作用的结果，河谷是河流冲刷而成的，泥沙是岩石风化的结果，平原则是河流夹带泥沙形成的积淀，岩石是火山岩浆的凝结。

在生理学方面，18世纪中后期英国科学家在消化研究和生殖研究方面取得了一定成果，爱德华·史蒂文森（Edward Stevenson）对动物和人的胃液进行实验，分析其消化特征。1743年，亨利·贝克（Henry Baker）发表《珊瑚虫自然史》，其中报道了他和特朗布莱分别在英国和海牙进行的著名的水螅生殖观察：他把水螅切成若干段，发现每一段都能生长成完整的水螅。约翰·尼达姆（John Needham）通过肉汤实验试图证明微生物是在液体中产生的，而不是卵生的，但后来证明他的实验不严密，因为他的密封做得不好。在解剖学方面，约翰·亨特（John Hunter）解剖了大约500种不同的动物，积累了丰富的标本，他研究了鱼的发电现象、鸟的气囊和鲸的结构等。在18世纪，人体解剖的目的不再是获得准确的人体知识，而是了解病理结构。英国重要的病理解剖学家是马修·贝利（Mat thew Baillie），1793年他发表《人体某些最重要部分的病理解剖学》，其中综合欧洲人的研究成果，尤其是意大利人莫尔加尼的研究成果，用以解释疾病对人体结构的影响。约翰·亨特也是病理解剖学家，他坚称解剖学是一切医学的基础，在1794年发表的《论血液、发炎、枪伤》中，他认为发炎不仅是身体的病变，也是一种身体复原的方式。他还发现了动脉的补偿机制，即对病变的动脉进行包扎后，血液可以从动脉流动。

总之，18世纪的英国艺术与科学体现出古典主义、启蒙主义、工业革命、艺术与科学相互渗透的特征。古典主义体现在艺术从总体上追求平衡、对称、和谐、高雅和形式的完美，追求宏大的风格和主题。启蒙主义使艺术家关注社会生活，试图在作品中体现道德理想：改善社会环境，提升精神面貌和改变生活状况。工业与科学的交互作用，其直接的后果便是现代技术或工艺的产生。从此以后“科技”便强烈地改变着人类的生活和人类对世界的看法。解决技术难题成为科学的动力，技术的发展则极大改善了观测世界的工具。除数学、天文、力学外，17世纪别的学科几乎乏善可陈；到了18世纪末，学科的门类几乎呈爆炸的状态。这种情况是前所未有的。热、电、光、磁这些与日常生活紧密联系的现象成为研究的热点，日用化工、建筑、玻璃制造和运输业的发展都与人们追求舒适、体面和美的生活相关。实用性也体现在艺术当中，如解剖学和对色彩的研究被运用于美术创作。科学与艺术的结合，即“技术”的进展，成为18世纪及以后的英国社会，也是人类社会的最重要的塑造力量。