十三
睡眠療法 醫學應用
巴甫洛夫的睡眠學說是他的條件反射學說的一個重要組成部分。高級神經活動是以興奮和抑製這兩個基本神經過程為基礎的大腦皮層的活動。在正常情形下，睡眠的發生、發展與終結是與大腦皮層的興奮與抑製過程緊密地關聯在一起的生理過程。在巴甫洛夫的條件反射實驗室裏，狗有時會在實驗架上打瞌睡，甚至進入酣睡狀態。當抑製過程占領了全部大腦皮層之後，就向大腦皮層以下的部分繼續擴散，於是狗閉著眼垂著頭，全身肌肉舒張無力，身體吊在實驗架上，進入完全睡眠狀態。巴甫洛夫認為睡眠的本質就是一種抑製過程，這種抑製又叫做睡眠抑製。
對大腦皮層的神經細胞來說，睡眠抑製有重要的保護作用。大腦皮層裏的神經細胞有高度的敏感性，它們進行著精細的信號活動，它們的機能比較容易受到損耗，如果損耗過度，這些非常敏感的神經細胞可能會受到不可恢複的操作。但是由於抑製的發展，減少了神經細胞的工作，可以得到休息，並可恢複它們的工作能力。所以睡眠抑製的發展可以保護大腦皮層神經細胞的正常機能，保護高級神經活動的順利進行。這就是睡眠療法的理論根據。
睡眠療法就是利用藥物或其他辦法來促進睡眠，加深睡眠，並延長睡眠時間。加深睡眠就是加強抑製過程，使大腦皮層神經細胞能得到充分休息，因而能恢複它們的正常機能。它不僅對神經症有效，對許多疾病，如消化性潰瘍等也有一定的療效。
巴甫洛夫高級神經活動學說在醫學上的應用是多方麵的，在神經醫學、內科學、外科學、婦產科學、小兒科學、皮膚科學、眼科學、耳鼻喉科學、口腔科學、預防醫學、治療學等等方麵，都有重要的作用，所以巴甫洛夫的高級神經活動學說，也即條件反射學說是現代醫學的發展基礎。
二十世紀偉大的科學發現
愛因斯坦的相對論學說
19世紀末20世紀初，物理學上無法解釋的新現象接踵而至。以太漂移實驗，光電效應，黑體輻射、元素放射性，都成為充滿矛盾的難題。物理學家企圖在經典理論的框架裏添枝加葉或修修補補來解決這些矛盾，但都無濟於事，麥克斯韋電動力學應用到運動物體上就會引起不對稱，為解決這些不對稱提出“以太”學說，可邁克爾的以太漂移實驗，又否定了“以太風”的存在。為此，又相繼提出了“拖曳理論”，“發射理論”和“收縮理論”，企圖在保留以太學說的前提下解釋實驗結果。一切跡象表明，物理學家走不出“以太風”的死胡同，因為他們的頭腦被牛頓經典力學的絕對時空觀念束縛住了。
牛頓認為，時間是“絕對的，純粹的數學時間就其本身和本性來說，均勻流逝而與任何外在的情況無關。”牛頓還認為，空間也是絕對的，亦即宇宙中存在著一個絕對靜止的空間，它是容納一切物質容體的容器。這樣，在牛頓力學裏，絕對空間成了一個絕對靜止的坐標係，其他坐標係都須與它比較。在絕對空間坐標係裏的運動規律也適用於相對於絕對空間作勻速直線運動的慣性坐標係。所以麥克斯韋電動方程式變換到運動物體上就必須要有靜止以太來作為參考係。而這些牛頓力學的觀念，與人們日常生活中形成的看法一致，因而很難懷疑它們的正確性，尤其是經過經典力學200年熏陶的物理學家們更是難以放棄這些“真理”。
突破牛頓時空觀 提出狹義相對論
在科學界經過短暫的“削足適履”之後，年僅26歲的德國科學家阿爾伯特?愛因斯坦(1879～1955年)於1905年，創作並發表了他的《論動體的電動力學》，建立起嶄新觀念的狹義相對論。愛因斯坦首先指出，既然麥克斯韋電動力學的種種實驗都沒有證明以太的存在，那就應該放棄這種“絕對靜止”的參考係；既然在所有慣性係中所有方向上都測不出光源運動對光速有什麼影響，那就可以接受光速恒定的這個新事實。所以，他把兩個基本原理作為狹義相對論的基礎。
相對性原理：物理學定律在所有慣性係中是相同的，不存在一種特殊的慣性係。
光速不變原理：在所有慣性係內，真空中光的速度具有相同的值。
從這兩個基本原理出發，很自然就推出了慣性係中新的變換關係，稱洛侖茲變換。利用新的變換關係，愛因斯坦得出了狹義相對論的幾個重要推論：
同時性是相對的；運動著的尺子要縮短；運動著的時鍾會變慢；運動中的物體的質量會變大；在任何慣性係中，物體的運動速度都不能超過光速，亦即光速是物質運動的極限速度；物體的質量是該物體所含能量的量度。這就是著名的質能關係式：E=mc2。(E表示能量，m表示質量，c為光速)狹義相對論的建立，從根本上改造了經典物理學。它突破了牛頓的絕對時空觀，把空間、時間和物質的運動聯係了起來。狹義相對論還揭示了時間與空間的統一性，從而得出許多經典物理學中意料不到的、也無法得到的結論。至此19、20世紀之交所出現的物理學危機也就化險為夷了。
拓展狹義相對論原理 提出廣義相對論預言
建立狹義相對論後，愛因斯坦看到這個理論的局限性，因為它把相對性原理限製在兩個作相對勻速運動的慣性係裏，否定了靜止的以太作為特殊的坐標係，這是一大進步，但實際上還沒有真正解決經典力學中的古老難題，即為什麼慣性係在物理學中比其它坐標係都特殊，都優越?這從經典力學的理論中是找不到任何回答的。愛因斯坦尖銳地意識到這是經典力學和狹義相對論所“固有的認識論上的缺陷”。因此，擴大相對性原理的應用範圍，自然就是他下一個努力的目標。如果從相對性原理來看非勻速運動(加速運動係統或稱非慣性係)會產生什麼結果呢?他對這個問題進行認真的思考，繼續探求一種更普遍的物理理論。他相信相對性原理的普遍性，相信在自然界中，任何實驗都無法找到絕對運動。從1905—1906年，為了把相對性原理推廣到加速運動係統，他接受了馬赫觀點，將研究重心轉移到引力上，因為對自然界的美、協調性和普遍性的直覺告訴他，一定有一個更普遍的理論能夠解釋所有的現象和情況。他思維的始點是人造引力現象。這種現象我們偶有經曆並且習以為常了。當升降機突然向上加速時，我們會瞬間感覺較高一些。從本質上講，加速係統可以人工製造引力。加速度和引力之間的聯係以等效原理來描述。此原理是廣義相對論大廈的基石。
等效原理認為，在加速係統中觀察到的現象和做的實踐與引力場的很相似。換而言之，加速度和引力的效果是相同的。愛因斯坦斷定，等效原理不僅對機械現象，而且對所有自然現象——光學的、電子的、甚至生物的都合適。”
愛因斯坦通過大量的論證和研究提出了廣義相對論預言的三個效應。
其一水星軌道近日點的進動。按照牛頓的引力理論，行星的運動軌道是橢圓形的，太陽位於橢圓的一個焦點上。天文學家早已發現，牛頓理論所得的計算值與精確的觀測值是有出入的，在計入其它行星對水星的全部影響後，1859年法國天文學家勒威耶發現水星軌道近日點運動的觀測值與理論值相比每世紀快38″。1882年美國天文學家紐康重新測定這個值為每世紀快43″。(今：今測值為42″6。)按照廣義相對論，行星繞太陽運動的橢圓軌道是很緩慢地在它自己的平麵上旋轉，使得行星每運行一周，行星軌道的近日點便移動一個角度，其數值以水星為最大，計算數值為每世紀43″03，與觀測數據相當接近。這就證實了廣義相對論所預言的第一個效應。
其二光線在引力場中的偏轉。按照廣義相對論，一光線穿過引力場時，其路徑要發生偏轉。1915年愛因斯坦預言，光線經越太陽表麵時要偏轉1″7，他希望天文學家利用日全食的有利條件進行觀測以證實他的預想。1919年英國皇家學會和皇家天文學會對這個重要推論進行審查，為此派出了兩個遠征觀測隊，一個到巴西的索布拉爾，一個到西非的普林西比島，其任務是拍攝1919年5月29日的日全食照片，從而確定恒星發出的光是否受到太陽引力場的作用而發生偏轉，並且比較觀測的數值與相對論預言數值的差別。兩地的觀測結果於1919年11月6日公布，它們證實了廣義相對論的預言。
其三光譜線的紅向移動。因為在強引力場中，時鍾要變慢，所以對以太陽為中心的引力場來說，太陽光從太陽表麵傳到地球，其光譜線的譜率應有紅移現象。(即頻率變低，波長變長)1925年美國天文學家亞當斯通過對天狼星的密度很大的伴星的觀測，確認了光譜線的紅向移動，證實了愛因斯坦的預言。
這3個預言的效應在科學上得到了充分證實，充分說明了愛因斯坦的相對論是科學的、正確的理論。
愛因斯坦相對論 科學殿堂之支柱
相對論被稱之為受到教育的心智所能取得的最偉大的勝利，1905年，《相對論》被首次提出時，它就將時間、空間、能源和物質這些傳統的概念擊得粉碎。12年後，其擴大的形式向牛頓的重力理論提出了嚴峻的挑戰，結果用彎曲的空間概念將其取而代之。它的數學表達式揭開了自然界一些最本質的秘密。它其中的一個方程式已成為原子時代的中樞神經。
物理學家們特別稱道相對論，是因為它不像其他的理論那樣隨
著歲月的流失而黯然失色，恰恰相反，相對論隨著時間的推移變得愈加光彩照人。
相對論的影響遠遠超出了物理學，已滲入到藝術、哲學甚至政治這些領域之中。
相對論作為物理學中的一個引力理論，可以說在理論形式的優美、內容的深邃、邏輯的合理上都是其他引力理論所無法比擬的，即使在所有物理學理論範圍內作此評價也不為過。英國物理學家狄拉克把廣義相對論稱之為人類曾經作出的最偉大的科學發現。
廣義相對論作為一個引力理論對20世紀天體物理學和宇宙學的研究起著重大作用。愛因斯坦本人成為現代宇宙學研究的先驅。現在，由於可將相對論和基本粒子理論大統一理論結合在一起來研究宇宙學，所以宇宙學已成為當今物理學前沿最活躍的課題之一。
相對論對現代物理學起的巨大的推動作用現在越來越明顯了。廣義相對論中關於物理學問題的數學處理方法、物理學方程的協變性要求日場的速度規模論等在當前的物理學理論研究中已作為一種基本的方法或思想接受下來。可以說，相對論已與量子力學理論一起成為20世紀物理學的兩大支柱，矗立在偉大的科學殿堂之內。
相對論除了在物理科學領域內具有理論的指導外，還把人類對時空的認識推向了新高度。時間和空間不僅作為一個統一體不能分割，而且時間、空間和物質也是緊緊聯係著的。從廣義相對論的引力場方程可以明顯看到，物質決定了時空的性質又決定了物質的分布。
愛因斯坦的相對論理論，提出和證實了一種新的科學精神，即打破傳統勇於創新的精神。為了推動科學發展，必須擺脫傳統觀念的束縛，破除對於權威意見的迷信，堅持嚴格的實事求是的態度，堅持自然界的統一性觀點。相對論不僅是20世紀科學理論的一項重大發展，它也體現了20世紀人類在世界觀方麵的許多基本概念的激烈變革。這種革命精神的出現是從物理學開始的，但隨後就傳播到各種科學領域，促成了各門科學理論的迅速發展。廣義相對論成了現代宇宙學理論的基礎之一。總之，相對論的建立使人們的思想產生了又一飛躍，它是人類認識微觀和宏觀世界的有力武器。相對論是人類思想史上最偉大的成就之一。
地學的偉大革命 魏格
納的大陸漂移學說
1910年德國的魏格納(1880～1930年)在閱讀世界地圖時偶然發現大西洋兩岸輪廓極其相似。這個現象引起了他的注意。不久，從一份古生物研究的綜合報告中，魏格納了解到南美洲和非洲之間曾存在過大陸通道的可能，對於這件事情他做了兩種設想，第一是一個起連接作用的大陸沉沒了；第二是兩者被一個大斷裂分離開了。魏格納從此投入地質學研究。他以非凡的毅力窮搜博覽，從洲際間及全球範圍的聯係中進行考察和追索，終於在浩繁的地學資料的整理和對比中發現了一係列說明大陸漂移的重要證據。他廣泛地總結地球物理學、地質學、古生物與生物學以及古氣候學等方麵的成就，用以全麵論證他的發現，從而建立了係統的大陸漂移理論。
著《海陸的起源》 提大陸漂移說
經過艱苦的探索研究，魏格納於1912年發表了大陸曾經彼此連接和漂移的見解。到1915年魏格納寫成《海陸的起源》一書，魏格納係統地論述了大陸漂移問題。
大陸漂移說的主要結論是：大陸是由較輕的剛性的矽鋁質組成，它漂浮在較重的粘滯性的矽鎂質大洋殼之上，全球大陸在晚古生代石炭紀以前是連接在一起的原始泛大陸或稱世界洲，可能由於潮汐力和地球自轉時的離心力作用，原始大陸在中生代末期分裂成幾塊，在矽鎂層上分離，產生了離極漂移和向西漂移。南美洲和非洲是在白堊紀開始分離的，北大西洋的分裂到第四紀才全部形成；印度洋裂開始於侏羅紀。在始新世時，澳大利亞——新幾內亞與南極大陸分離並向北移動，深入到太平洋，經過班達弧，止於它的東端。這些移動就逐漸造成了世界諸大洋、諸大洲今日的麵貌。魏格納的理論成功地解釋了今日大西洋兩岸的輪廓、地形、地質構造與古生物群落的相似性，闡明了長期令人困惑不解的南半球各大陸古生代後期冰磧層的分布、流徙問題，澄清了諸大洋的起源、演變以及環太平洋山係、島弧帶及其他褶皺山係的分布與成因。