从达芬奇身上学到的新教训

本文改编自弗里乔夫·卡普拉 (Fritjof Capra) 的一次演讲，他在演讲中讨论了他最新著作《 向达芬奇学习：解读天才的笔记》 （2013 年：贝雷特-科勒出版社）中描述的一些发现。

文艺复兴时期的伟大天才列奥纳多·达·芬奇发展并实践了一种独特的艺术、科学和技术的综合，这不仅在理念上非常有趣，而且与我们这个时代也息息相关。

我们意识到，我们的科学技术日益狭隘，无法从跨学科的角度理解我们面临的多方面问题，因此，我们迫切需要一种能够尊重和珍视所有生命统一性、认识到所有自然现象之间根本相互依存关系、并重新将我们与生机勃勃的地球联系起来的科学技术。我们今天所需要的，正是达芬奇500年前所描绘的那种综合性理论。

生命形式的科学

达芬奇综合艺术的核心在于他毕生对自然界生命形态本质的探索。他反复强调绘画是对自然形态和特性的研究，并着重指出艺术表现形式与对其内在本质和基本原理的理性理解之间存在着密切联系。达芬奇认为，为了描绘自然界的生命形态，他需要对它们的内在本质和基本原理有科学的理解；而为了分析自然形态，他又需要具备绘画的艺术能力。他的科学离不开他的艺术，反之亦然。

探寻生命的奥秘

我一直对列奥纳多·达·芬奇的天才着迷，过去十年间，我一直在研读他著名笔记的影印本，研究他的科学著作。在我的新书中，我深入探讨了列奥纳多科学研究的主要分支——流体动力学、地质学、植物学、力学、飞行科学和解剖学。他在这些领域的大部分惊人发现和成就鲜为人知。

我对达·芬奇所有科学分支的探索最终让我意识到，在最根本的层面上，达·芬奇始终致力于理解生命的本质。我的主要论点是，达·芬奇的科学是一门关于生命形式的科学，这与200年后出现的伽利略、笛卡尔和牛顿的机械论科学截然不同。

这一点常常被早期的评论家忽略，因为直到最近，生物学家对生命的定义还仅限于细胞和分子层面，而生活在显微镜发明前两个世纪的达芬奇，根本无法接触到这些。但如今，一种全新的生命系统性理解正在科学前沿兴起——这种理解着重于代谢过程及其组织模式；而这恰恰是达芬奇毕生探索的现象，无论是在地球的宏观世界，还是在人体的微观世界中。

在宏观层面，达芬奇的科学研究主要集中在水的运动、地球的地质形态及其演变，以及植物的多样性和生长模式。在微观层面，他则主要关注人体——人体的美感和比例、运动的力学原理，以及对生命本质和起源的理解。下面我将简要概述他在这些不同科学领域取得的成就。

水的运动

达芬奇对水的各种形态都着迷不已。他认识到水作为生命媒介和生命之液，以及所有有机体基质的根本作用：“它是所有生物体的扩张和活力，”他写道，“没有它，任何事物都无法保持其原有形态。”现代科学完全证实了水在生物生命中至关重要的作用。如今，我们不仅知道所有生物都需要水来输送营养物质到组织，而且还知道地球上的生命起源于水中，数十亿年来，构成生物体的所有细胞都在水环境中持续繁衍生息。因此，达芬奇将水视为生命的载体和基质的观点是完全正确的。

在达·芬奇的一生中，他研究流体的运动和流动，绘制并分析流体的波浪和涡旋。他不仅研究水，还研究血液、葡萄酒、油，甚至沙子和谷物的流动。他是第一个提出流体流动基本原理的人，并且认识到这些原理适用于所有流体。这些观察使达·芬奇成为如今被称为流体动力学的学科的先驱。

达芬奇的手稿中充满了描绘水和空气中螺旋涡旋及其他湍流模式的精美图画，这些图画此前从未被详细分析过，因为湍流的物理学向来极其复杂。本书中，我基于与加拿大皇后大学流体动力学教授乌戈·皮奥梅利（Ugo Piomelli）的深入探讨，对达芬奇的湍流图画进行了深入分析。皮奥梅利教授慷慨地帮助我分析了达芬奇所有关于湍流的图画和描述。

生机勃勃的地球

达芬奇认为水是地球表面形成的主要因素。他对水与岩石之间持续相互作用的认识促使他广泛研究地质学，这为他画作中经常出现的奇特岩层提供了灵感。他的地质观察不仅以其高度精确性令人惊叹，更重要的是，这些观察使他总结出一些普遍适用的原理，这些原理直到几个世纪后才被重新发现，至今仍被地质学家所运用。

莱昂纳多是第一个提出地球形态是由漫长地质时期内缓慢过程形成的。

从这个角度来看，达芬奇的思想领先于他所处的时代数个世纪。地质学家直到19世纪初才通过查尔斯·莱尔的研究认识到地质时间的漫长，莱尔通常被认为是现代地质学之父。

达芬奇也是第一个发现岩层褶皱的人。他对岩石如何在漫长的岁月中通过沉积层形成，并最终在强大的地质力量作用下被塑造和褶皱的描述，与进化论的观点非常接近。他比查尔斯·达尔文早300年就提出了这种观点，而达尔文也从地质学中汲取了进化论思想的灵感。

植物的生长

达芬奇的笔记本中包含大量树木和开花植物的素描，其中许多是精细植物图像的杰作。这些素描最初是为绘画而作的习作，但很快便演变为对构成所有植物形态基础的新陈代谢和生长模式的真正科学探究。达芬奇尤其关注植物如何利用阳光和水分进行滋养，以及汁液如何在植物组织中运输。

他正确地区分了树皮的死亡外层和活着的内层树皮，植物学家称之为韧皮部，他非常贴切地将其称为“穿在树皮和木质部之间的衬衫”。他也是第一个认识到树龄与其树干横截面上的年轮数量相对应的人，更令人惊叹的是，他还发现年轮的宽度可以指示相应年份的气候。如同在许多其他领域一样，达芬奇在植物学方面的思想远远超越了同时代的人，使他成为第一位伟大的植物学理论家。

运动中的人体

每当达芬奇探索宏观自然形态时，他也会寻找人体中与之相似的模式和过程。为了研究人体的有机形态，他解剖了大量人类和动物的尸体，仔细检查它们的骨骼、关节、肌肉和神经，并以前所未有的精确度和清晰度将其绘制出来。达芬奇用无数精美绝伦的图画展现了神经、肌肉、肌腱和骨骼如何协同运作，使身体能够活动。

与笛卡尔不同，达芬奇从未将人体视为机器，尽管他是一位杰出的工程师，设计了无数的机器和机械装置。他清楚地认识到，动物和人类的解剖结构都包含机械功能。“如果没有机械装置，自然界就无法赋予动物运动，”他解释道，但这并不意味着他认为生物体就是机器。这仅仅意味着，为了理解动物的运动，他需要探索力学原理。事实上，他认为这是这门科学最“崇高”的使命。

力学原理

为了深入了解自然界的“机械装置”如何协同运作以驱动人体运动，达·芬奇潜心研究与重量、力和运动相关的问题——这些力学分支如今被称为静力学、动力学和运动学。在研究与人体运动相关的力学基本原理的同时，他还将这些原理应用于众多新式机械的设计。随着他对力学的兴趣日益浓厚，他探索的课题也愈发复杂，其提出的抽象原理甚至超越了他所处的时代数个世纪。

这些成就包括他对运动相对性的理解、他对如今被称为牛顿第三运动定律的原理的发现、他对能量守恒的直觉把握，以及——或许最为卓越的——他对能量耗散定律（即热力学第二定律）的预见。尽管关于达·芬奇机械工程的著作汗牛充栋，但至今尚无关于他理论力学的专著。本书最长的章节将对达·芬奇科学的这一重要分支进行深入分析。

飞行科学

从达·芬奇解剖图的文字说明中我们得知，他像今天的生物学家一样，将人体视为动物的身体；因此，他将人类的动作与各种动物的动作进行比较也就不足为奇了。在所有动物的动作中，最令他着迷的是鸟类的飞行。这激发了他一生中最伟大的激情之一——飞翔的梦想。

像鸟儿一样飞翔的梦想与人类历史一样悠久。但没有人比列奥纳多·达·芬奇更投入、更坚持不懈地追求这个梦想，也没有人比他更注重严谨的研究。他的飞行科学涉及众多学科——从空气动力学到人体解剖学、鸟类解剖学，再到机械工程学。

在我关于达·芬奇飞行科学的章节中，我详细分析了他关于这一主题的图纸和著作，并得出结论：他对空气动力升力的起源有着清晰的理解，他完全掌握了滑翔和扑翼飞行的基本特征，并且他是第一个认识到风洞原理的人——物体在静止空气中运动相当于空气流过静止物体。这确立了达·芬奇作为空气动力学伟大先驱之一的地位。

在达芬奇众多的飞行器设计中，他试图模仿鸟类复杂的拍翅和滑翔动作。这些设计大多基于合理的空气动力学原理，文艺复兴时期材料的重量限制才是他无法制造出真正实用模型的唯一原因。

生命的奥秘

正如我之前提到的，贯穿达·芬奇对宏观和微观世界探索的宏大主题，是他对生命本质的执着追求。这种追求在他六十多岁时于米兰和罗马进行的解剖学研究中达到了顶峰，尤其是在他对心脏——这个自古以来就被视为人类存在和情感生活最重要象征的器官——的研究中。他不仅以前所未有的方式理解和描绘了心脏，还观察到了心脏运作中一些微妙之处，而这些微妙之处几个世纪以来都未能被医学研究者发现。

在生命的最后十年，达·芬奇对生命奥秘的另一个方面——生殖和胚胎发育过程中的起源——产生了浓厚的兴趣。在他的胚胎学研究中，他以惊人的细节描绘了胎儿在子宫内的生命过程，包括通过脐带获取营养的过程。达·芬奇的胚胎学绘画作品优美动人，揭示了生命起源的奥秘。

达芬奇非常清楚，无论他的科学头脑多么卓越，生命的本质和起源最终都将是一个谜。“自然界充满了无数我们从未体验过的原因，”他在四十多岁时如此宣称。随着年龄的增长，他对神秘的感知也愈发强烈。在他晚期的画作中，几乎所有人物都带着那种难以言喻的微笑，常常伴随着指向黑暗的手指。“对达芬奇来说，”著名艺术史学家肯尼斯·克拉克写道，“是一道影子，一个微笑，以及指向黑暗的手指。”