20世纪后期目睹了一场技术爆炸，这是自伽俐略和范列文虎克震撼了17世纪的智力基础以来的空前未有的事件。

20世纪后期，天文学推出它的大爆炸、黑洞和重力波理论，无疑是在作一种极为微妙的理论冒险。然而，让我们来思考一下哈佛大学天文物理学家帕特里克 · 撒迪厄斯（Patrick Thaddeus）这个深知内情的人的看法吧！他总喜欢这样说，“在天文学的每一项伟大的发现背后，都站着一个手持焊枪的小伙子”。在这一点上，如今有一种在科学研究发展的许多（如果说不是每一种场合的话）角落都适用的说法。现以斯蒂芬 · 希克特曼（S · A Shectman）的想法作为这方面的一个例子。他花费了巨大的精力而研制成的“二维弗鲁蒂探测器”2-D Frutti Detector）有助于测量物质在宇宙中的分布。

当希克特曼到智利的拉斯 · 卡蒙帕拉斯天文合作一次例行观测时，许多重要的工作已经在南帕萨迪纳的希望街的一个机工车间里完成了。一手策划了华盛顿卡内基学院天文台的帕萨迪纳总部的希克特曼，在那里视察了一种就像归功于天文物理学理论一样也归功于工艺水平的方法 · 一套套12磅重的铝盘（直径3呎，厚1/8时）用螺栓固定在一台用计算机驱动的铣床上。然后将每一块“插板”钻成满是小孔。

露天采剥天空

每一个小孔的直径为2.3毫米。典型地，希克特曼在每块板上钻500个小孔，然后用彩色线条画出一系列的连线，其最终的产品类似隐蔽的绘制图表。插板的尺寸同拉斯 · 卡蒙帕拉斯的宽视野2.5米3远镜的光学视野相匹配，而且每一个小孔都对应于一个特定的星系将于数月后在南美上面的夜空中出现的部位。

希克特曼将铝盘固定在望远镜上，并开始将光学纤维插进每一个小孔中，将靠近望远镜的光学纤维的工作端埋进自行车闸钢丝之中，在它的整个长度上用不锈钢的皮下注射管保护起来。这些光纤就像金属绝缘套管那样从插板上漏下来，将遥远的星系的古老的光从望远镜传递到光谱仪的狭缝处，而在它的背面装有一个二维光子计数器，可将光增强并加以测量。由于这种特殊的电子探测器叫作“二维弗鲁蒂”，因此希克特曼便将整个东西称为“费鲁蒂和光纤”系统。在文献中，更严谨地将这种技术称之为光纤光谱法。

在这一“新发明”背后的概念并非是“他的”，而是科学技术具有的一种美好的东西：它并不属于某一个人所有，而可以被K何一个人加以改进。早在1979年，亚利桑那大学的约翰希尔（J?Me Hill）就尝试过多纤维光学法，然而可能是希克特受将这一想法比在这领域内的任何一个人都发展得更进了一步。当他的“新发明”日趋完善的时候，一个单一的望远镜方位就可以在2小时内记录下多达112个新的红移（redshifts），这些红移可提供有关星系在宇宙的三维空间中的位置的极紧要的信息。据希克特曼称，现在他已能在一个晚上测量大约400个红移，他将这种方法称为“露天采剥”天空（strip-mining the sky）。希克特曼可以在8个典型的夜晚测得2，200个红移谱，这可能要比全球的天文学家们在1925—1975年间测得的红移谱还要多，从这一点就可以得到一个关于这些技术的综合运用如何改变着天文学的概念。“在70年代中期，只测量了几千个红移，”他说，“而到今天，在最大的数据库中收集到的红移数目大约已有46，000个。它们正以每年约10，000个的速率不断增加，而我们的印象是：单是我们这种仪器测得的数据就占整个测得的红移数目的1/3到1/2”。

在数据采集方面的速度明显加快，已经使知识方面的巨大进展成为可能：首次得到宇宙的三维图像。“从照相板到固体探测器，而现在又从固体探测器发展到了光纤系统，从而使目前正在进行的对银河系的观测成为可能，”天文学家马格丽特，盖勒（M-Geller）这样说。她同她在哈佛-史密斯索尼安天文物理中心工作的同事约翰 · 赫奇拉（J · Huchra）一起，在1986年得到了一张最令人吃惊的宇宙图像。而那些带有气泡和“长城”以及难以想象的巨大的空洞的观测结果，已在近年来引起了天文物理学巨大的震撼，一些具有挑战性的理论敢于对物质的本质和宇宙的演化作出前所未有的推测。

希克特曼的“新发明”：——实事求是的工程学同一个重大的智力问题联姻，表明技术如何清楚地同高超的科学理论的超结构联系在一起。而“费鲁蒂和光纤”系统只不过是迅速发展的方法、仪器和技术诀窍库存中的一项小小的发明，它正在使当代的科学发生变化。事实上，在20世纪末期，科学正在享有技术创造力的飞跃，这可能是自伽俐略发明望远镜和范例文虎克发明显微镜从智力基础上震撼了17世纪的世界观念以来的一个无比的事件。

“在生物学方面”，分子生物学家悉尼 · 布伦纳（S. Brenner）在谈论所有的科学时也这样说，“我在以前已经说过，在很大的程度上，全部问题的答案均存在于自然界之中。而所有我们需要的则是将它们寻找出来的手段，这正是技术所能为我们提供的”。今天，技术正在帮助科学家们在多得令人吃惊的领域中寻找答案。

改造能力

这里仅举几个例子加以说明。布伦纳自己的分子生物学领域已经因基因克隆和序列测定的发明而发生了革命性的变化；这两种技术已使生物学家能生产出诸如也生产激素和干扰素这样的药物，而且已在开始绘制一套完整的人类遗传图表集。欧文 · 内尔和伯特 · 萨克曼在1976年引入的膜片钳已使神经生物学家能够研究离子穿过细胞膜的关键的流通情况和获取神经组织中的突触流的整－细胞记录。物理化学和物理学正在因扫描隧道显微镜及其后代仪器的令人吃惊的功能和灵敏度而发生着急剧的变化。这些仪器可以瞥见原子的形貌，甚至能使科学家们用来巧妙地处理单个的原子。

但是，并非每一个人都欣赏技术的重要性。事实上，许多科学家都是“理论势利小人”，他们将技术看成是科学的一种“兰领近郊”而不屑一顾。但是，诺贝尔奖金委员会却并不同意这样一种看法：所有提及的技术（基因克隆除外）已得到了科学的最大限度的嘉奖。其原因清楚地在于技术的巨大改造能力。在没有一种必不可少的技术在手的情况下，就发展一种可能被决定性的接受或拒绝的一流的理论而言，无论是一个研究工作者或是一个学科领域都只能是步履蹒跚地行走。不管有多少引人兴趣的环境观测结果可供利用，情况都是如此。但是，如果手中掌握着一种关键的技术，那么一个人和一个学科领域就会以惊人的速度向前迈进，并且可以找到正确的手段来验证一个个的假说。相反地，新的技术往往会揭露出那些需要用新的理论去解释的新的现象。几乎所有重大的技术都是被人们在急于想在科学的其它方面占有某种地位的时候发明的，而一个研究工作者在成功地回答重要的科学问题方面的能力，往往取决于理论与技术联系在一起的紧密程度。

放射免疫测定法（RIA）如何为测定胰岛素的存在提供了一种方法的故事，就是新技术能为接受或拒绝一种特定的假说提供机会的方式的一个典型例子 · 这种验证方法被DNA结构的发现者之一的费朗西斯 · 克里克（F · Crick）称之为一种“决定性的试验”。如同在很多情况下一样，在技术革新之前就已经有一个假说先行，但是它却不能轻而易举地被证实或者被否定。特别地，阿瑟 · 米尔斯基医生曾提出过这样一种假说，患有第Ⅱ类糖尿病的人能产生出足够量的胰岛素，但是不晓得什么样的缘故在它能发挥作用之前血流中的关键性的激素就降低了，从而引起了人体中的糖尿病症状。

高度灵敏的放射免疫测定法，是在50年代中期偶然地由布朗克斯退伍军人管理局医院的罗莎琳 · 耶鲁和萨洛蒙 · 贝尔森的工作的基础上发展起来的。在将一种放射性同位素加到胰岛素中去的时候，他们发展了一种试管方法，它可以以比当时所有的方法高1，000倍的灵敏度测量血流中的胰岛素浓度。这种技术表明：米尔斯的假说是不对的。第Ⅱ类糖尿病并不会使胰岛素迅速减少，它们能制造大量的胰岛素，但却不会有效地利用它。这一发现导致在竞争性的测定方法中采用放射性同位素示踪抗原来测定许多在生物学上敏感的分子的浓度。“让我们来看看米尔斯基原来的假说，”在1977年因发展了放射免疫测定方法而荣获诺贝尔奖金的耶鲁（R、Yalow）说，“他有一个十分完善的理论，但这种理论的问题在于它得出了错误的结论。在我看来，基本点在于：如果你想研究生理学上发生的事情，你就必须测定这些正在发生的事情。从理论上看来是正确的，但除非你能够加以测定，否则理论也可能会出错。”

正如耶鲁的评论所指出的那样，没有任何一种东西能够像－ · 种决定性的试验那样可以将一种假说置于对它合适的位置上一处在受人尊敬的地位或是被扔进废纸篓。这种力量的另外一面是，正在期待着它的关键性技术的某种假说或某个领域陷入了一种智力上暂时的困惑之中：不定性、推测、急躁……。

目前在加利福尼亚州拉约拉的素尔克学院工作的克里克认为，神经生物学当前正处于这种情况。正如他所指出的那样，视觉研究工作者已有了一幅包含在猕猴的视觉中的各种皮质领域的图像和有关他的内部神经连接的日益增多的信息，但是却没有关于人类的相当的图像和信息。克里克称：“直到最近，还没有一种方法，我们可以把它用来获得有关人类的视觉系统的那种图像。”

实际上，克里克认为，一般说来神经生物学是一个仍在寻找一种正确的技术以便将其理论假设和硬数据之间的鸿沟联系起来的学科。“理论离实际情况是如此之遥远，以至没有办法来验证这种理论，”他说，“如果遇到困难，他们并不想通过对问题的症结有针对性的试验来加以检验。他们只是在自己的模型里钻牛角尖。而我们在分子生物学领域中却并不是这样做的、当我们有了某种想法时，我们就想知道什么东西是这种想法的最重要的特征，以及我们如何才能想出一种决定性的试验方法，通过它可以知道你的想法是对还是错，当然，”他补充说：“有时候你的想法完全是错误的。”

使研究人员能够进行一种决定性的试验，这并不仅仅是科学技术的创新能帮助某一学科领域脱颖而出的一种方法。一个与此相关的好处是，新的一组技术能使那些过去仅仅停留在抽象的概念之中的整个知识框架具体化。而且，这样一来，便有可能对那些在早些时候单单是由于技术上的限制而不能证明的基本的科学的直觉知识得到证实。托马斯 · 亨特 · 摩根（T. H. Morgan）的想法提供了一个鲜明的例证，他是20世纪初期哥伦比亚大学的一位杰出的遗传学家。

摩根花了许多年的时间，用来研究影响青蛙的胚胎和其他器官的早期的、有规则的立体发育的因素。他怀疑有成梯度排列的生物物质存在，正是它们决定了头－尾的极性。但是，由于缺乏分子手段来将这些因素加以分类，使摩根对这些物质的理解只能停留在被称之为“头要素”和“尾要素”上，他受到的挫折在于不能够深入到分子水平的细节以便澄清他的模糊不清的术语 · 在过去的10年中，摩根遇到过的问题被用分子生物学技术武装起来的新一代科研工作者所克服。

许多研究人员对此作出了贡献，他们对包含在胚胎的立体组织中的基因宿主进行克隆处理和顺序测定。使他们能做到这一点的技术之一，是采用以荧光或化学标志为标记的抗体，它使研究人员能对初期胚胎中的特种核酸和蛋白质的出现进行定位和定时。借助于一种复杂的，被称做激光－扫描共焦的荧光显微技术，研究人员如像威斯康星大学肖思 · 卡罗尔（S. Carroll）便能够辨认和简直是“照亮”那些开始在胚胎的发育过程中起作用的关键的发育基因和蛋白质。

所得到的表明在胚胎中基因和蛋白质在那里起作用的图像，显示出了那些在过去从未被形象地表现过的美丽的带状物和区域。通过采用相关的免疫历史技术和光学技术，找到了使摩根的直觉知识具体化的途径。德国杜平根马克斯普朗克研究所的发育生物学家克里斯琴 · 聿斯莱因－沃尔哈德（C · Nüsslein-Volhard）表明，mRNA分子由母果绳转移到极中的卵清集合体内，结果必然会变成头部；这种核糖核酸对称作bicoid的蛋白质进行编码，使它扩散成一个梯度，并决定了胚胎的前部－后部轴。简言之，摩根的“头要素”是一个由bicoid基因产生的蛋白质梯度。

使抽象的观念具体化，并不是技术发明给科学带来的唯一好处。改善技术带来的另一个后果，是明显地加快了采集数据的速度堪称对科学发展趋势最锐利的观察家之一的克里克评论说：通过研究人员使用“近来”这个术语的方式，可以看出在某一领域中的工作进展速度，“在神经生物学中‘最近’这个词是指最近的2或3年”，他说：“然而在分子生物学中，它往往是指最近的2或3星期。”

随着数据采集速度的加快，不仅使整个领域发生变化，而且它的影响还会很快地在单个的研究人员的工作历程中反映出来。以X－射线结晶学为例。在一代人以前，一个在这一徒劳无功的领域内工作的科学家，不得不听命于这样的事实，即他的整个科学生命可能会献给阐明一个单个的三维分子结构。在X－射线结晶学中，“近来”这个词被用指过去的20年。“而现在在许多情况下，由科研项目开始到完成所需要的时间大体上不到12个月，”霍华德 · 休斯医学研究所研究员和俄勒冈大学分子生物研究所所长布赖恩 · 马修斯（B. Matthews）说：“我并不是说事情总是那样，但是确有不少这方面的例子。”马修斯的研究小组在最近几个月内解决和改善了成纤维细胞生长因子的结构，而耶尔大学的托马斯 · 施泰茨研究小组在大约一年内解决了一种大的病毒酶的多肽主链，这是一种逆向转录酶。

马修斯把这种变化归功于技术的一种配合使用。“没有一种单一的重要的新技术能产生重大的影响，而许多各不相同的技术配合起来的效能却有很大的提高。”他说。基因克隆就是那种普遍适用的方法，它能使科学家结晶获得大量的以前十分罕见的明显纯的生物分子；另一种方法是采用二维电子探测器，它可记录被晶体衍射后的X－射线束。还有另外一种办法，那就是计算机的功能和速度，它能进行为弄清衍射花样的含义所需要的大量的计算工作。最后，许多结晶学家的注意力已转向同步加速器束的更高的强度，以用来研究衍射本领较弱的生物材料。“采用一种同步加速器源，”马修斯说：“主要的优点在于，这种源的强度要亮几个数量级，因此有可能在较短的时间内测定出衍射花样。”

在大大增加分子的全色三维图像方面的效果是明显的，从而使许多杂志的内容更富有生气，就像在一张灰色的桌子上放上鲜花一样。

伟大的校平器

当技术改变着一个学科领域面貌的时候，它不仅会改变个别研究人员的研究工作历程，而且也会对各个研究小组之间的竞争关系产生重大的影响。例如一种新的技术可以起一种民主的影响作用，将平等引进某一学科领域，在那里个人被他们的技术技能远远地分隔开。过去曾经是极为困难的，只有一些最有素养的科学家才能做到的事情，而今几乎每个人都能办到。“克隆的确是一个伟大的校平器，”位于达拉斯的得克萨斯西南医学中心大学的约瑟夫 · 桑布鲁克（J. Sambrook）这样评论说：“所有这些重要的技术都是些校平器。不管是那些极聪明而又有创造性的人，还是那些附合者和愿意在2年以后做重复性工作的人，当一种新的技术如像克隆问世时，每一个人都会一起回到起跑线上。而且足以令人相信的是，好的试验室和优秀的科学家会在这一领域中领先，直到下一个伟大的校平器出现为止。”

但是，也许技术创新的最难于捉摸的影响并非是对某一学科领域或者科研人员起作用，而是对某些更实在的而且往往不那么自觉地得到赞赏的事物所起的影响，这一事物就是自然界的形象。一种很少同技术联系在一起的但肯定又与技术有关的有益的东西，这就是美。“美丽的”和“优美的”可能正是最为人们所渴求的对科学的形容词，有时似乎要比“精确的”或“真实的”更为人们所渴求。

那些形容词往往被用于观念和理论。然而，在一个物理学范畴内的任何可以测量的东西，也可以被形象地表现出来或者被绘制出来，而计算机已使由数据到图像的距离缩得更短。近来将测量技术同形象显示技术结合在一起，已产生出未曾预料到的美丽的形象。让我们来考虑一下在硅或锗的表面上驾束的扫描隧道显微镜的量子记录探针的情况。这些表面上的单个原子触点概率地反弹到电子云上，而每一次碰撞都会馈给出一个微弱的然而可以放大的信号回到计算机中去。通过数字处理和信息，可以由这些微弱的信号中使密排原子的壮观的、富有生气的景象显示出来。

研究一下由叫做Landsot-5卫星上的主题制图仪的遥感仪器上测得的碰撞波，这种仪器分7种波长测量高度在705公里以下的地理景象，每秒钟发出85兆位的数据到以地面为基的计算机。经过人机工程师们的操作和处理，这些计算机就能将熟悉的地形汇编成还不为人们所熟悉的信息美——在衣阿华州受到枯萎病肆虐的玉米和使科威特的自然景色受到污染的油井大火。

这种美就其自身而言尚未臻完善，而对科学而言还仅仅是一部分。这些图像中值得注意的花样使研究人员感兴趣的并不单单是它的美，而是它们表明了规律性、主题，甚至物理学定律和一些新的问题。这些形象会激发对人类的独创性的赞美，而且还会引起对自然借以构成她自己的内在美的敬畏。但是，可以相信，它们也会激发起一种乐观主义：未知可以而且将继续可以变成已知。当然，这类似于激发起对科学事业的基本的乐观主义精神。

〔Science，1992年7月，第257卷〕