汤超：第三次生命科学革命为何是现在？
科技史
北大科技医史系
上个月，北京大学前沿交叉学科研究院执行院长、定量生物学中心主任汤超院士在《当代科技史》系列课程上讲授《当代科技史——生命科学革命》，本文撷取精辟论断，纵览生命科学革命，窥看自然奥秘。
生命科学革命已经发生了两次，目前是第三次，讲生命科学革命前，我们先谈谈科学革命。科学革命、学科交叉、技术进步，这三个方面互相有很深的关系和影响，它们互相联系、互相促进。
一、16-17世纪的科学革命
这是一次标准的科学革命，也是第一次科学革命，也是现代科学的诞生。这发生在16—17世纪，大概在这一两百年时间里井喷式地发生了很多事情，所以叫革命。下面列出了这些具有代表性的革命事件：
• 尼古拉斯·哥白尼，1543年出版了《天体运行论》，提出了日心说理论。
• 安德烈·维赛留斯，1543年出版了《人体构造》，解释了血液在人体内循环的过程，还从解剖尸体组装了第一副人类骨架。
• 威廉·吉尔伯特，1600年出版了《论磁石》，是物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。
• 第谷·布拉赫，对16世纪末期所认知的星体进行了详细并且准确的观测，为开普勒的研究提供了基本数据。
• 弗兰西斯·培根，企图通过分析和确定科学的一般方法和表明其应用方式，给予新科学运动以发展的动力和方向。
• 伽利略·伽利莱，改进了望远镜，并对金星和木星的卫星进行了准确的观测，于1610年发表观测结果。通过理论分析与实验推翻了被奉为圭臬的亚里士多德的力学体系并建立了近代力学。
• 约翰内斯·开普勒，1609年发表了关于行星运动的两条定律，1618年发现了第三条定律，就是后来被称为“开普勒定律”的行星三大定律，说明了行星围绕太阳旋转的理论。
• 威廉·哈维，通过解剖等手段展示了血液的循环。
• 勒奈·笛卡尔，是演绎推理的先驱，1637年出版了《方法论》。
• 安东·范·列文霍克，建造了高清晰度的单显微镜，研究了毛细管循环和肌肉纤维。他观察了血球、精子与细菌，并绘出了它们的形象。於1683年发现了细菌。
• 艾萨克·牛顿，1687年7月5日发表的《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分。
以天文学为例，这些故事的背后发生了什么？它们为什么在这个时候发生？这可能是值得思考的问题。
1. “地心说”——一个“很有道理”的旧理论以前可能我们每一个民族的各个国家的人都喜欢观测自然，观测自然的主要活动之一就是看星星，那时候也没有电，也没有手机，大家晚上只能看星星，看了星星就想解释它，所以这是最早科学的雏形，看到一个自然现象想来解释。
当时最好的解释是托勒密的《地心说》，托勒密是一个大科学家，科学不是说是对还是错，科学是说我要去解释自然界的现象，然后一步步推进，他当时做的模型非常精密，可以解释他当时观测到的几乎所有行星运动的现象，但是因为确实行星运动不是以地球为中心，而是以太阳为中心，所以他的解释必须把他的模型做很多的修正微调。
2. 日心说——一个革命性的新观点
到了哥白尼，他提出革命性的观点，他说“地心说”太复杂了，他完全从美学的角度，一个对称的角度说太阳可能是中心。哥白尼提出太阳是中心，其实并不能比“地心说”解释更多的当时的实验观测到的数据。
3. 数据的积累——用更精密的仪器做更准确的测量
到了第谷，他是一个丹麦天文学家，收集了很多很精确的数据，十几年二十几年来一直在观测，收集了大量的数据，而且非常的精确。第谷发现“地心说”不对，但他摆脱不了“地心说”的观念，提出一个模型，说地球还是中心，月亮围着地球转，太阳也围着地球转，但所有其他的行星围着太阳转。
4. 新工具发现新现象
来到伽利略，他改进了望远镜，发现了木星也有卫星，说明地球就不特殊了。
5. 定量规律的发现
开普勒从小对天文非常感兴趣，他和第谷合作，研究火星数据，发现所有的行星都在椭圆形轨道上围绕太阳转，提出了开普勒三大定律。
6. 普适性原理的发现
牛顿看到开普勒的三个定律，认为有更简单的解释，提出万有引力定律，推广到整个宇宙。
第一次科学革命的总结
第一次科学革命的总结是观测数据积累、技术进步、定量规律、普适原理、数学语言的形成，最终导致科学革命的完成。
二、科学革命对人类文明的影响
科学革命之后，人类的思维彻底改变，把自然当成可以用科学来理解的东西，发生了工业革命，推动了人均GDP的指数型增长。
三、信息革命背后的科学
信息革命的背后有电动力学和量子力学的基础，推动了现代科技的发展。
四、生物学和物理学如何交叉？
生物学和物理学的交叉体现在飞行中的流体力学、植物中的数学、细胞中的微分几何等方面。
五、生命科学为什么需要定量？
定量能够带来更精确的科学研究，推动科学的发展。
六、第三次生命科学革命为什么是现在？
现在是第三次生命科学革命的时刻，技术进步和学科交叉推动了生命科学的发展，未来将会有更多的突破。