《布朗运动的启示》，杨静、龙正武著，科学出版社，定价：58. 00元

    本书探讨了布朗运动如何从生物观测现象变成了数学研究对象的历程，并且通过研究布朗运动与其他随机过程、其他数学分支、应用领域的关系，阐述了其在随机过程理论发展中的作用和影响。同时，通过研究随机过程理论的科学思想背景，发现社会、文化对科学进步的促进因素。
  
    凡是介绍布朗运动历史的文章或书籍几乎都要提到布朗在1828年发表的一篇文章，题目是“简要介绍 1827年 6、7、8月间用显微镜观察植物花粉中的微粒及观察有机物和无机物中普遍存在的活跃分子”。这是他在1828年私人印刷的小册子，之后被刊登在1828年的爱丁堡科学杂志上。虽然布朗文章的非正式风格使人们有幸看到他是如何进行科学研究的，但是他的初步猜想后来却使人们对他关于运动原因的观点产生了误解。

    通过布朗的生平，我们知道，他去澳大利亚的探险经历使他在植物分类方面做出了重要贡献，那么又是什么促使他研究微粒运动的呢？布朗给出了简短的理由，下面来介绍布朗那篇著名的论文。

    为了使观测保持一致，所有的观测都是用同一个简单的显微镜，有两个相同的透镜，焦距大约为 1／32in（1in=2.45cm）。接着说明了促使他研究花粉运动的原因：“对未受精植物的胚珠的观测结果发表于 1826年，这引导我比以前更精密地注意花粉的结构，并研究显花植物的花粉在雌蕊上的运动模式。”因此，布朗观察的目的是为了研究植物的受精过程，他计划继续自己在有花植物的受精机制方面的工作。在研究了卵细胞后，自然注意到花粉的结构及它与雌蕊的相互关系。 1827年6月他首先注意到的是克拉花属植物雄蕊花粉中的微粒，并用显微镜观察它们在水中的行为。由于这种花粉微粒是非球形不规则状，容易跟踪它们向着雌蕊行进的方式。他尤其仔细地观察了花粉粒的结构。这些花粉粒并不是取自开着的或裂开的花药，而是从完全形成但没有裂开的花粉囊中取出的。

    17世纪，随着显微镜和显微技术的出现，诞生了植物解剖学。其中英国植物学家格鲁利用显微镜研究植物的构造，在显微镜下发现植物叶面有气孔，它们可使植物体内的水分蒸发并吸入空气。他发现植物的组织是由多孔的小胞（即细胞）所组成，但他经常描述的只是小胞的壁。他认识到花是植物的生殖器官，可区分为萼、花冠、雄蕊与雌蕊，并指出雌蕊、雄蕊和花粉分别相当于雌性器官和雄性器官，而且植物一般是雌雄同体的。 1691年，德国植物学家卡梅拉里乌斯发现雌性桑树及移植的一年生山靛在附近没有雄树情况下不能产生种子。1694年他根据详细观察和移去雄花实验，证明花药是植物的雄性器官，子房与花柱是雌性器官。德国植物学家克尔罗伊特于 1761～1766年认识到昆虫对传粉的重要作用，他用实验证明当用同种花粉与异种花粉同时向一种植物的柱头传粉时，一般只有前者能起受精作用。因此，当时的植物学家关注点之一就是花粉如何运动引起植物受精。

    在了解了别人的工作后，布朗发现有些地方与自己所掌握的情况不大一样，这使得布朗开始怀疑60多年前一些人所做观测的正确性，以及目前关于花粉在受精过程中的运动方式的论述。于是，他决心自己进行实验观察。

    1827年6月，布朗最先观察的植物是克拉花属植物，花粉取自完全成熟的花药，但是在花药的花粉囊破裂之前。布朗发现包含在花粉粒中的粒子形状清晰可辨，而且形状不是球形的，而是椭圆形的，他相信以后能碰见在其他方面更利于研究的植物。由于这些粒子形状的独特性，可以在整个过程中跟踪它们。因此这一问题可能决定了它们是否最终到达胚珠的顶点，或者它们的直接运动是否受到雌性器官的其他部分的限制。把这种花粉浸入水中，布朗用显微镜观察到花粉的运动：“许多微粒有明显的运动；它们的运动不但是在液体中的位置发生变化，明显地改变了相互间的相对位置，而且粒子的形状经常改变。反复地观察这些运动后可以说，产生运动的原因不是液体的流动，也不是缓慢地蒸发，而是粒子本身。”

    本文摘自《布朗运动的启示》


    来源：新华书目报 2015年07月02日