好奇与科技
▌胡翌霖
观展现场
演示真空泵勒诺与福斯特公司奥地利维也纳约1900年
展览第一单元“水陆交通”
展览中复原的维多利亚时期书房
由清华大学科学博物馆自主策划的科学展览《海外奇器——晚清士人眼中的西方科技世界》自2024年春天开幕以后，吸引了众多观众。展览以晚清士人出洋记述为主线，配合清华大学科学博物馆馆藏约100件/套西方科技实物展品，反映19世纪到20世纪初的西方科技世界。以器观人，同时也以人观世界，是这一展览的神来之笔。展览期间，清华大学科学博物馆陆续邀请科学史研究专家开展讲座，也拓展了观众对展览内容的了解与认知，其中就包括清华大学科学史系副教授胡翌霖所做的《好奇与科技：工业启蒙中的科学精神》的讲座。
该讲座从希腊科学的起源讲起，从希腊全民求新求奇的社会氛围开始说起，深入浅出地为听众分享了奇珍室的发展如何促进科学知识的传播、科学物件的收藏和博物馆兴起，并且通过现代早期空气泵、电磁学等演示实验，向我们说明了伟大的科学洞见是如何来自于社会土壤之中。讲座强调了精英文化、大众文化的同根共源，博物馆教育的终极目标是好奇心的激发与培育等。经主讲人同意，本期将这次讲座的精彩内容整理分享给读者。
一
真空中能孕育出真的科学吗？
好奇心是科学精神的一部分和关键环节，这个观点最早来自亚里士多德。在《形而上学》中，亚里士多德提到，希腊学术是一种自由的求知活动。这种活动有三个要素：第一个要素是闲暇；第二个要素是批判；第三个条件是惊异。这三个条件长久以来一直被认为是科学的底板。科学博物馆馆长吴国盛教授是我的老师。他提出，科学精神首先是自由的精神。真正学科学的人必须有一颗对世界的好奇心，对宇宙奥秘的好奇心。这种好奇心是科学发展的最初动力，也是原始创新的最终动力。对此，大家都有普遍的认知。
但是，科学需要谁的好奇心？这种好奇心到底是来自一小部分精英学者还是市民大众？著名科学史家詹姆斯·E·麦克莱伦第三的说法是“希腊科学是空悬在社会学的真空之中，自然哲学家们进行的是毫无实用价值、似乎也毫无意义的个人研究，有时还要受到敌视和嘲笑”。这句话传达出科学家好像是遗世独立的观点，他们关注的是超越功利和脱离人间的事务。但是，科学家真的是生活在真空中吗？真空中的他们能孕育出真的科学吗？
《圣经》中记载了雅典人和旅居在雅典的外国人的风尚是对新鲜事物的谈论。艺术史家伊波利特·丹纳曾经提出希腊人以人生为游戏，以人生一切严肃的事为游戏，以宗教与神明为游戏，以政治与国家为游戏，以哲学与真理为游戏。希腊文化的核心是奥林匹克，广场是希腊、罗马人的公共活动空间，剧场则是希腊公众精神生活的核心。可以看出，希腊哲学家好奇心文化和普遍追求新奇有趣的社会底层文化是一致的。
英国画家约瑟夫·赖特绘制的油画作品《气泵里的鸟实验》
二
展览中《海外奇器》的部分
正显现了好奇心的复兴
再说到现代启蒙运动，这个时期除了政治上主张自由平等博爱，还有科学启蒙和工业启蒙。整个现代的崛起来自于中世纪晚期文艺复兴对西方的唤醒。这个阶段并不是凭空出现的，而是依托一定的社会文化背景，其中很重要的一点是好奇心的复兴。在15世纪和16世纪大航海时代，欧洲人带回了令人新奇的事物。从一本“奇珍室”目录插图可以看到，这些新奇事物有独角兽的角、海马、象牙、象骨等。奇珍异宝的收藏成为西方独特的一种生活方式，收藏人在自己居所开辟出“奇珍室”作为他们特殊的社交场所。
展览《海外奇器》中复原的维多利亚时期的达里尼书房,正反映了这股自然志的收藏文化。这个展览空间里包含了珍奇柜、标本、化石、地球仪等物品，在桌子的右侧第一个抽屉中可见X博物馆收藏的三幅阿波罗琴蚬蝶复古蝴蝶标本艺术（Lyropteryxapollon）。罕见和新奇的自然物能够给观众带来一种可能激发感官的美的体验，从而引发公众的好奇心。这里的珍奇柜可以看作是现代博物馆的前身，也是对近代之前博物学传统的延续。
社交文化的炫耀属性扩大了这种知识交流，有许多人提前购买新奇的第一手信息,就是为了在社交圈层形成一个话题中心。1637年的郁金香泡沫算是最极端的案例，尽管不属于科学领域，但是从另一个侧面反映出人们对新奇事物的狂热。随着透镜等技术的发展，许多人不再满足于对自然物单纯的收集，而是选择对自然物进行更彻底地观察和研究。
三
真空泵、电磁学
被好奇心推动的发明诸种
“晚清士人眼中的西方科技世界”第三单元“西人器用”
在整个好奇心文化的推动之下，这种兼具科普和娱乐的新奇实验表演也随之在社会中流行。17世纪、18世纪，实验和发明的风潮通过采用令人惊叹的形式吸引了更多的受众：电气实验、自动机、首次气球飞行等。示范表演涉及了包括力学、磁学、天文学、流体静力学、气体力学、热学、光学、电学和化学等主题。
实验科学背后的知识力量来自于弗朗西斯·培根（1561～1626）。在美第奇宫廷、西芒托学院、伦敦王家学会、法国王家科学院等中心的影响下，从17世纪末起，英格兰和荷兰的大学开始讲授这种新科学。新课程的建制化出现在18世纪中期前后。自然哲学席位也通常更名为实验物理学席位。大学第一次去购买物理器材并且创造实验室空间。
拿科学仪器真空泵来说。在早期科学实验室中，气泵是绝对可靠的压轴好戏。每当哪位贵族大公大驾光临某个科学聚会，它的神奇便不可避免会被展示一番。在炼金术者的熔炉和蒸馏装置之后，这是第一个用于实验的大型昂贵设备。本次展览《海外奇器》中有两件真空泵可以供大家参观：一件由20世纪早期的英国伦敦格里芬与塔特洛克有限公司生产，另外一件演示真空泵来自1900年左右奥地利维也纳的勒诺与福斯特公司。科学史经典绘画《利维坦与空气泵：霍布斯、玻义耳与实验生活》展示了17世纪60至70年代从事实验工作的玻义耳和他的反对者霍布斯之间的气泵争论。玻义耳的气泵和虎克的显微镜，构成了王家学会的重要展品；招待达人显贵时，主要的展示项目总是泵浦实验。于玻义耳而言，气泵是知识生产的手段。构成新气体力学的事实，是由空气泵所产生的。
回顾真空泵的发明史，它来源于佛罗伦萨一位公爵对喷泉的爱好。1630年他试图将水抽向山顶，但所有的水泵无法将水提升超过33英尺的高度。后来伽利略有了解释方案，这一切都与空气重量有关。在伽利略去世前三个月，他聘请一位聪明的助手埃万杰利斯塔·托里拆利（EvangelistaTorricelli）继续完成这一项工作。托里拆利并不理会伽利略对空气重量的担忧，他认为，时刻挤压我们的空气，是从各个方向产生作用力，所以我们感受不到这种压力，就像我们浸泡在空气海洋里生活一样。在研究完大气压问题之后，托里拆利就有了空气泵的想法和实践。后来，德国政治家奥托·冯·格里克（OttovonGuericke）利用托里拆利装置来预测风暴，并像托里拆利一样展示了空气的威力——几个彪形大汉在这真空半球上表演拔河比赛，甚至使用两个马队来拉扯两个巨大的真空半球。这个压力大得出奇，演示效果非同凡响。这就是著名的“马德堡半球实验”。
当时，很多人非常热衷于观看这样的科学表演，科学成为一种公共时尚，英国画家约瑟夫·赖特绘制的《气泵里的鸟实验》就反映了这一社会现象。德国小说家拉罗赫于1786年访问伦敦，她的游记里写道：“我们的夜晚在物理实验中度过，毫无疑问，这些实验构成了礼拜的一部分，向我们揭示出存在的内在本质，并且使一个敏感的灵魂越来越理性地对其造物主报以敬畏。”同时期，科学仪器产业也越来越成熟，英国国王是科学仪器的重要收藏者，贵族阶层家里也会陈设几件科学仪器作为身份的象征。
和好奇文化相关的还有电磁学。在1600-1750年之前，电磁学是一门表演的科学，积累观察的现象是这一时期的工作。人们对于电磁学原理仍然处于云里雾绕状态。荷兰的莱顿大学是演示物理学（TheatrumPhysicum，剧院物理学）的兴起之地。莱顿大学物理学教授布尔夏都斯·德·福尔德在1674年访问英格兰后，创立了演示物理学，用一台空气泵做课堂演示。
电学史上第一只保存电荷的容器莱顿瓶也在莱顿大学诞生。实验主义者彼得·范·米森布鲁克（PietervanMusschenbroek）是莱顿瓶的发明者，他在1746年向世界宣布莱顿瓶实验的发现。莱顿瓶曾被用来作为电学实验的供电来源，也是电学研究的重大基础。莱顿瓶的发明，标志着对电的本质和特性进行研究的开始。
访问英格兰和荷兰之后，巴黎的实验物理学教师让·安托万·诺莱（1700～1770）——他同时也是位牧师——深受影响，决定从事科学讲演事业。1753年国王为他在纳瓦拉学院设立了一个实验物理学新教席，成为了全欧洲的学院和大学里设立此类教席的典范。诺莱在他的六卷本讲演提纲《物理学课程》中设计了350种不同仪器的操作实验，并将展示莱顿瓶威力的科学表演推到登峰造极的地步。法国国王路易十五曾经亲自到巴黎圣母院门前的观礼台观摩诺莱的科学表演，有人还记载了他们的观感。
下午3时，表演开始了，在诺莱神父的带领下，700名身穿灰色长袍的修道士缓缓地步入了广场。他们手拉手地围成了一个长长的半圆圈，队伍大约有270米长。诺莱先向观礼台走近几步，鞠躬致礼并简述了他即将要进行的科学表演。他双手将一只玻璃瓶高高举起，说：“这瓶就是几个月来人们热衷议论的，具有巨大威力的莱顿瓶，下面我将使各位大人目睹它的神威。不过这种巨大的威力并非来自莱顿瓶，而来自莱顿瓶里储藏的电。电将是未来世界的主宰。”诺莱说完话，退回原来的地方，先用手摇玻璃球起电机向莱顿瓶充电，然后他让排头的修道士双手捧着瓶，排尾的修道士用手去握住从莱顿瓶中央引出的导线。只听得“噼啪”声响，700多名修道士同时遭到了一场电击，跳了起来，一个个吓得面如土色。这一惊心动魄的场面，使所有的观众都惊得目瞪口呆，小小的瓶子，看不见的电，竟然有如此巨大的威力，真是不可思议啊！
莱顿瓶发明后，不少人重复它的放电实验，甚至有人以此表演维持生计。今天的荷兰泰勒博物馆中有一个椭圆大厅，过去就曾是一个公共演示的场所。这些有趣的实验在客观上为电磁现象做了广告，吸引大众的注意力，也促使一些有识之士投身到电磁学研究的事业中来。电磁学之父迈克尔·法拉第就是在20岁的时候因为现场聆听当时最负盛名的化学家戴维的科学演讲与表演而选择跟随戴维，并做了他的助手。当然，并非所有人都赞同这种文化。《海外奇器》展出的一幅1802年的讽刺画《气体力学》就反映了画家对科学实验哗众取宠的不满。
热气球是法国的一项科学时尚。1783年6月4日，孟格菲兄弟在阿诺奈首次公开展示热气球。在此之后，德国航空飞行先驱奥托·李林塔尔首次利用自制的飞行器完成可控飞行的壮举，尽管他在后来的一次飞行中遇难，但是他的举动与永不言弃的精神深深激励了莱特兄弟后来的飞行探索。
为了让世界更加丰富
我们需要营造一种利于好奇心生发的氛围
总的来说，公众对新奇事物的追求影响了西方科学的发展。比如，最近发展的人工智能技术也是如此。1950年，加拿大国家博览会上出现了一台名为《大脑伯蒂》的井字棋游戏，机器有四米高，因为最高难度下人类很难取胜，它有时会被认为是人工智能最早在大众领域的应用。再后来的OpenAI其实就是搞游戏，而不是追求有用的东西。可能有人会问，发明了一个打游戏比别人好的AI有什么用呢？一个事实不容忽视，微软和马斯克看到这个事情立刻就投资了。在《为什么伟大不能被计划》这本书中，作者就说了这样的观点。
最后，让我们再回顾一下前面的内容，一方面回应了麦克莱伦第三提出的把精英文化和大众文化区分看待的观点，另一方面也再次强调科学博物馆的目标应该是鼓舞观众追求新奇科学的精神。有人可能会问，如何通过传播科学思维来激发好奇心？其实，科学思维和好奇心是两个问题。在20世纪初的时候，搞哲学的人就在寻找科学思维是什么。直到现在，没有一个公认的科学思维的概念。尽管托马斯·库恩认为，科学思维是一个范式，而范式是没有定论的。但是，科学思维仍然会包含求真、务实、批判性思维等几个组成部分，而好奇心则是实现科学思维最底层的价值观。因为，求真、务实、批判思维只有在一个新奇和有趣的社会氛围中才能真正呈现。批判不是为了否定和标新立异，是为了让世界更加丰富，而追求新奇和有趣则是为了营造一个多样性的社会环境。我们无法刻意培养好奇心，但是可以营造一种利于好奇心生发的氛围。在这样宽容的环境下，追求新事物的人可以受到更多的尊重。（本文由清华大学科学史系博士生曹秋婷据胡翌霖此次讲座整理而成，摄影：王玥涵、浦峰等）
海外奇器部分展品介绍
六分仪
杰西·拉姆斯登，英国伦敦，约1790年
这台六分仪由18世纪英国杰出仪器制造商杰西·拉姆斯登制造。拉姆斯登的工坊开发了具有极高精度的分度机，这种机器能够为测量仪器精确地刻线，从而使得小型仪器也能达到极高的精度。六分仪可以安装在支架上使用。支架上的螺钉可将六分仪锁定在任何所需的位置。支架背面有两个辅助平衡的配重。
瓦特蒸汽机模型
约1820年
詹姆斯·瓦特（1736-1819）对蒸汽机进行了一系列改进并获得了诸多专利，如分离的冷凝器、锥形离心摆调速器、行星齿轮、平行四边形运动杆等，使蒸汽机的热效率成倍提高，在工业生产中得到了广泛应用。这件模型展现的是瓦特的双作用旋转式蒸汽机。
列文虎克显微镜
复制品
荷兰人列文虎克(1632-1723)用他自己设计与制造的单式显微镜进行了许多重要的科学观察，包括红血球、肌肉组织、虱子卵等。列文虎克的显微镜由一个小型镜头和两张金属片组成。标本针和螺钉用于将标本放置在透镜面前。列文虎克制造了超过五百件显微镜，最大放大倍数取决于透镜质量。
柯达4号折叠照相机
伊士曼-柯达公司，美国纽约，1904-1910年
1888年，伊士曼公司研制出了第一架专门使用胶卷的手持方箱式相机，将之命名为“柯达”。为进一步缩小相机的体积，公司又推出了折叠式相机。皮腔可以折叠，拍照时张开，通过滑动轨道调焦。