现代自然科学的基础学科

钱学森

    现代自然科学，不是单单研究一个个事物，一个个现象，而是研究事物、现象的变化发展过程，研究事物相互之间的关系。这就使自然科学发展成为严密的综合起来的体系。这是现代自然科学的重要特点。

    工程技术的科学叫做应用科学，是应用自然科学中基础学科的理论来解决生产斗争中出现的问题的学问。当然，基础学科中也有好多道理是从生产实践中总结提高而来的；而且没有工农业生产，基础学科研究也无法搞下去。所以基础学科之为基础是就其在现代自然科学体系中的位置而言的。我们一般提六门基础学科：天文，地学，生物，数学，物理，化学。这六门是不是都是一样的基础呢？也不是。从严密的综合科学体系讲，最基础的是两门学问。一门物理，是研究物质运动基本规律的学问。一门数学，是指导我们推理、演算的学问。

    先说化学。化学是研究分子变化的。30年代后出现了量子化学，用量子力学的原理来解决化学问题，使化学变成应用物理的一门学问。近来，由于电子计算机的运用，又出现了计算化学。从前人们认为化学就是用些瓶瓶罐罐做试验。现在由于掌握了物质世界里头的原子的运动规律，就可以靠电子计算机去计算。有朝一日化学研究会主要靠电子计算机计算，而且可以“设计”出我们要的分子，“设计”出造这种分子或化合物的化学过程。到那时做化学试验只是为了验证一下计算的结果而已。

    天文学也是物理。现在的天文学，不是光研究太阳、月亮、星星在天上的位置和运行规律，还要研究星星里头的变化，研究宇宙的演化。比如研究太阳内部、恒星内部。人去不了，怎么研究？一是研究可见光，把可见的星光分成光谱，把不同频段的光摄下来进行研究。再就是研究看不见的频段，如波长比较长的红外线、无线电波，波长很短的紫外线、X光，波长更短的γ射线等。这么一研究，就发现天上可是热闹——到处有星的爆发，一颗星爆发像氢弹爆炸一样。一个爆发的过程是一两个月、几个月。中国古书上有所谓客星，实际上就是星的爆发。爆发时亮了，就看得见，天上来了“客人”；过一段时间爆发过程结束，看不见了，就以为是“客人”走了。天上还有一些更怪的现象。如中子星，是由中子组成的密度非常大的星，一颗芝麻点大小的中子星物质就有几百万吨重，而且转得很快，转时发出的X光强度不一样，变化周期不到一秒。还有一种星，名叫“洞”，其实不是洞，是光出不来的星。这种星密度更高，引力场特别强，强到光线被吸住射不出来，只有当其他物质被吸引掉进去时才发光，发射出X线。不但恒星会爆发，而且由亿万颗恒星组成的星系，像我们所在的银河星系，中心也会爆发，还会爆发得更强烈。

一颗恒星爆发起来产生的能量等于十万亿亿个氢弹爆炸的能量，而一个星系爆发起来的能量等于亿亿个恒星爆发的能量，要了解这些天文现象，没有物理学是不行的。

    地学也是靠物理。地学家们讲，研究地学有三个时代。第一时代是18世纪末到20世纪初，研究地质年代时引入了生物观念（化石观念）,用生物的化石来断定地质年代，称为生物学地球观。第二时代是20世纪初，开始研究地球上地壳和海洋的化学成分的变化矿物元素的分布，借此来推论地球在地质年代中的演化，称为化学地球观。现在是第三时代。地学上最大的发展是所谓板块理论，发现地球的外壳（包括大陆和海洋）是一块块拼起来的，像七巧板似的。块与块之间有相互作用。这主要是根据海底岩石的地磁走向推论出来的。有了这种理论就可以解释火山带、地震带的形成了。这一些理论，加上研究地球深处的情况，都要靠物理学，所以称为物理学地球观。

    生物学的发展，现在达到了研究分子的水平，也要归结到物理上面。分子生物学，不是过去那样研究细胞核、细胞膜、细胞质，而是一直追到分子，把生命现象看作是分子的运动，分子的组合和变化过程。最近生物学上有一个轰动世界的发现，就是可以把影响遗传的信息，挂在一种叫去氧核糖核酸的高分子化合物的某一段上传下去。这就是把这种高分子人为地变化一下，把一个高分子的某一段遗传信息切下来，接到另一个上面，改变遗传的某一特性，创造新的物种。这样，就有可能打破植物动物的界限，把植物的某一特性接到动物上面。就这样现在不但能使细胞内部发生变化，而且使细菌发生变化，如把胰岛素的遗传信息切下来，接到容易繁殖的大肠杆菌上面去，使产生的新的大肠杆菌能制造大量胰岛素。这项技术叫做遗传工程，用它建立了一门新的工业。

    所以，天、地、生、化四门基础学科，用现代科学技术体系的观点看，都可以归结到物理和数学。根本的基础学科，就是研究物质运动基本规律的物理，加上作科学技术工具的数学。数学不只是演算，也包括逻辑的推理。靠六门基础学科的现代工程技术，也靠物理和数学这两门基础作为支柱。所以，物理和数学可以称为现代自然科学体系的基础。当然，说物理和数学是基础，并不是说物理和数学可以代替其他学科，在此之上还有天文学、地学、生物学和化学这些基础学科，以及各种分支学科，如力学等；再在上面是工程技术学科，如工程结构、电力技术、电子技术、农业技术等。这就是现代自然科学体系的构成。

注释：

本文节选自《现代科学技术》（1977年12月9日《人民日报》）。编入本书时，作者作了一些修改，题目是作者加的。

【量子力学】现代物理学的理论基础之一，研究微观粒子（如电子、原子、分子等）运动规律及其性质的理论。

【光谱】物理学名词。复色光通过三棱镜或光栅后分解成的单色光按照波长（或频率）依次排成的光带。

【γ射线】由放射性元素放出的波长极短的电磁波。

【客星】我国古书上记载的客星多数是现代天文学所研究的新星（光度突然加到原来的几万、几十万甚至几百万倍的恒星）,有时也把替星当作客星。

【信息】这里是遗传学术语，是指子代从父代所获得的控制遗传性状发育的信号。

【胰岛素】脑脏中所产生的一种激素，是化学结构首先得到阐明的一种蛋白质。1965年我国在世界上首次人工合成了结晶牛旗岛素，这是第一个人工合成的蛋白质。它的主要功能是调节糖的代谢。

【学习提示】

本文是典型的科技说明文。文章条理清晰，逻辑严谨，可读性强。介绍每种学科时都能从学科的研究范围、研究成果以及与基础学科物理和数学的关系方面进行阐述，从而很好地阐明了作者的观点。

这类文章要注意语言的逻辑性和精练，力求把观点通俗化、简明化。

【自我测试】

1、下列词语排序正确的是（      )。

①                做哪种学问，总不外乎“摆事实、讲道理”六个字。

②观察语言现象，                直接听人说话以外，还有书面材料，就是用文字写出来的。

③现代自然科学，不是单单研究一个事物，一个个现象，                研究事物的发展过程，研究事物相互之间的关系。

④进行调查也要注意不要给调查对象任何暗示，                是不自觉的。

A.不管      除了      而是      哪怕

B.无论      不仅      而是      哪怕

C.不管      除了      如果      即使

D.无论      不仅      如果      即使

2、阅读课文，简要说明天文、地学、生物、数学、物理、化学六门基础学科的关系。

【参考答案】

1、A

2、天、地、生、化四门基础学科，用现代科学技术体系的观点看，都可归结到物理和数学。