当代科学认知的结构

作者简介

内容简介

第1章科学的转变
　　1609年11月的一个夜晚，伽利略（Galileo Galilei，1564—1642）举起自制的望远镜，指向天空那遥远的明月。瞬间，起伏不平、明暗各异的月表风貌呈现在他的眼前。虽然我们无从知晓他当时的内心世界，但是，在人类文明的进化历程中，这一事件无疑具有划时代的意义：它开启了人类突破自身感官去探索大自然的新征程，同时也宣告近代科学正在降临。
　　光阴荏苒，转瞬已有400余年。科学取得了巨大的成功。其间，仰仗一代又一代探索者的热情、智慧和努力，伟大的发现和发明不断涌现，科学的演进时而加速，时而发生革命。结果，我们认识的视野拓展到了宇宙的起始阶段和实在的基本构成；我们很大程度上知晓了自己从哪里来；我们还取道技术展现了科学所蕴含的巨大力量，而这又不可逆转地改变了人类进化的轨迹。
　　那么，时至今日，科学前进的“脚步”是否依然十分矫健，抑或已经放缓甚至有些蹒跚？1996年，美国科学作家霍根（John Horgan）出版了The End of Science：Facing the Limits of Knowledge in the Twilight of the Scientific Age（《科学的终结—在科学时代的暮色中审视知识的限度》）一书。走访一群活跃在科学前沿的权威人士后，他竟得出了这样一个耸人听闻的结论：“科学（尤其是纯科学）已经终结，伟大而又激动人心的科学发现时代已一去不复返了。” 该书问世以后，在科学界内外引起了巨大的、持续的反响和争议。作为回应，当2015年该书再版时，霍根撰写了一篇很长的序言，其中，他不仅坚持原有的观点，而且认为，近20年来科学的变迁恰恰进一步印证了他的结论。
　　关心科学的读者也许立刻直觉地认定：霍根的观点颇为荒谬。当今世界，从事科学研究的人员比以往任何时候都要多，发表的科学论文数量一直处于增长甚至加速的状态，民间机构和大多数政府对科学的资金投入也逐年在增加。科学呈现的难道不是一幅繁荣发展的景象吗？怎么可能已经或正在趋向“终结”呢？然而，即使以上列举的均为事实，也不见得就能驳倒霍根的观点。这是因为，人多不一定科学发现就多，同样，论文数量多也不意味着有价值的成果就多；至于资金投入，纵观科学发展的历史，便不难看出，投入的多少与科学发现或理论创造之间也没有确定的正相关性。
　　笔者认为，要解决霍根的观点与当下科学景象之间的表观矛盾，关键在于如何理解科学和科学的变化。在一定的意义上，霍根的观点是有道理的。确实，与近代科学诞生和发展的前几个世纪相比，如今，做出重大科学发现和理论创造的资源正在衰减，也就是说，“发现的时代”似乎过去了。而在另一种意义上，霍根的观点又是夸张的和不合理的，因为就整体而言，科学并没有真正终结或趋于终结，而是开启了一个“为实用而认知”的新时代。 因此，将当代科学发生的变化理解为“科学时代的转变”而非“终结”，也许更为恰当。
　　那么，科学的这种转变是如何发生的？又何以会发生？为了回答这两个基本问题，我们需先领略一下近代科学诞生和发展的大致历程。让我们开始吧。
　　第1节 近代科学的诞生
　　当今社会中，“科学”已经成为一个广为流行的日常用词。幼儿园里，老师会对天真烂漫的小朋友说：要热爱科学，长大当一名科学家。常规的学校教学中，由浅入深的各种科学知识是必须学习的主要内容。实际工作时，常常会有人提醒：要尊重科学，要按科学规律办事，等等。科学有时被一些人视作“真理”的化身，于是乎，那些非科学乃至伪科学的东西也喜欢贴上“科学”的标签。在汉语世界里，“科学”还与联系密切但实质并不相同的“技术”合成为一个新词，叫作“科技”，而在当下，它几乎成了力量甚至财富的代名词。
　　“科学”一词被广泛使用，如果不加追问，想必使用者会普遍地心安理得。然而，倘若有人较真地发问：科学究竟是什么？恐怕不少人立刻会变得十分茫然。事实上，这是一个极难回答甚至没有确切答案的问题。历史地看，差不多一个世纪以前，一群科学背景出身的哲学家曾试图求解这一问题。 他们希望找到一条标准，能够将科学与诸如哲学中的形而上学之类的学说或信念明确地划界。然而，这种尝试并不成功，后人所做的种种努力也几乎均以失败告终。究其原因，主要在于这种明确的划界标准似乎并不存在。
　　不过，找不到明确的划界标准并不等于就无法在科学与非科学之间做出相对的区分，毕竟，从直观上我们就知道，科学异于哲学、艺术和宗教，也不同于常识。这里，我们的目的并不是专门探讨科学与非科学的划界问题，而是希望找到一条或几条可操作的标准，能够帮助说明科学实际上是相当晚近的事。
　　那么，是否存在这样的标准呢？我们的回答是肯定的。试想一下，如果在中学或大学的科学课上，一位学生向老师提问：科学究竟是什么？机智的（更确切地说是“圆滑的”）老师或许可以给出一个权宜的回答：“科学就是科学教科书中所记载的。”这里，我们不妨将其称作“教科书标准”。
　　乍一看，这一标准不过是同义反复，因而没有什么意义。然而，它却给我们一个提示：是否可以从现成的科学教科书出发，来达到关于科学究竟是什么的理解呢？下面，就让我们沿着这一思路作一番探寻。
　　对于人类而言，关于自然的科学是公共可达的。 因此，翻开世界上任何一个国家或地区的科学教科书，我们可以发现所载的基本内容大致相同，或者更具体一点说，对同一现象或问题有着相同的经验描述和理论解释。这样，我们的探寻便可从选取任何一所中学（或大学）所用的科学教科书开始。事实是，翻开物理学、化学或生物学这些属于科学的教科书，有些科学史常识的读者立刻会发现一个有趣而又重要的事实，即教科书中所载的内容（除了历史的附注）几乎都是400余年来人类探索自然的发现或发明成果，这些也就是今天的我们必须或应该掌握的科学知识。这表明，采用教科书标准，科学实际上起始于近代，而与人类差不多一万年的文明史相比，400余年就显得相当短暂。
　　不过，细心的读者也许会发现，在中学的物理学教科书中存在一个例外，那就是依然包含由阿基米德（Archimedes，公元前287—前212）在2000多年前发现的浮力定律和杠杆定律。众所周知，浮力定律的发现伴随着一个传说，据说灵感来自澡堂，而阿基米德在兴奋之际高喊出的“尤里卡！尤里卡！”（“找到了！找到了！”）早已成为通过灵感获得重大发现的代名词。与杠杆定律相关的也有一句流传至今的名言，那就是“给我一个支点，我就能撬动地球”，这夸口的自信早早预示了科学所蕴藏的巨大力量。
　　好奇的读者一定会问，为什么阿基米德发现的这两个定律能“流芳千古”，依然在当今的科学教科书中占有一席之地，而其他古代关于自然的知识却几乎都被排除在外？如果稍微细致地阅读一下阿基米德所流传下来的文献或看看关于他的传记，答案就不难找到。事实上，阿基米德是一个掌握近代科学方法的古代科学家，也许还是唯一的。也就是说，尽管生活在古代，但从认识自然的方法上说，他实际上是第一个近代科学家，而且是日后其他近代科学家效法的榜样。
　　那么，究竟什么是近代科学方法呢？概括地说，它包含两层相关的含义。一层含义是指两种具体的研究进路：①经验进路—运用观察和实验（尤其是受控实验）获取自然界中存在的所研究对象的经验信息，并以数据的形式加以表征；②理性或理论进路—通过提出关于研究对象的假设并运用形式工具（数学和逻辑）进行推演，这就是通常所说的假设演绎法。 另一层含义是，将这两种具体进路加以整合形成一个动态的过程，其中经验信息与假设所推演出的结论之间能进行比较和印证，这样，经验信息可支持、否证或修正假设，反过来，假设也能解释经验信息或指导信息的处理。例如，阿基米德利用洗澡时获得的灵感，形成“物体在水中所受浮力，等于所排开的水的重量”这一规律性假设，然后进一步对多种具体情况下（如石头和木头）浮力与重量之间的关系进行推算，再对计算结果加以实验检验。最终，他不仅发现了适用于静止流体的定量的浮力定律，而且用这一定律解决了国王的金冠中是否掺了假的问题。
　　这里，还有一个问题需要花些笔墨，那就是：为什么在近代科学方法中要包括第二层含义，即经验进路与理性进路的动态整合？其实，这才是近代科学方法的关键所在。历史地看，在人类认识世界的过程中，运用经验进路获取环境中对象的信息并形成知识由来已久。实际上，有目的地感知（一般的观察）、重复地做一些试验，是人类一开始便从事的基本认知活动。随着步入文明阶段，人类又通过发明文字和书写，将这些认知过程中获得的信息加以保存和传播。这些信息的可靠性一旦由观察、试验和实用的行动加以确认，就构成了人类的日常知识或常识。
　　对于任何一个民族或群体，如果想要在环境中更好地生存，就需要不断地获取和积累关于环境的常识，因此，对于人类而言，运用观察和试验等经验进路认知周围世界具有普适性。只是由于世界上不同地区的环境各异，所获取和积累的常识的内容不尽相同。例如，在古代，几乎每个民族都利用植物来治疗疾病，这体现了运用经验进路进行认知的共性，但由于各地植物的种类和生长环境不同，所形成的将植物作为药物的传统知识自然存在差异，于是，便形成了具有民族和地域特色的草药知识。
　　至于理性进路的出现，则或许属于意外，其主要源于古希腊的先哲。距今2500年前后，在爱利亚和雅典等地方，涌现出以巴门尼德和柏拉图等为代表的一批伟大哲人。他们认为，感官提供的经验是不可靠的，唯有超越于感觉的思想才与存在同一，因而，通过理性我们才能获得真正的知识。那么，这里的理性又是指什么呢？简单地说，是指人具有的确立自明的公理（假设）并展开有效论证的能力，而理性进路则可理解为在思维中对这种能力的运用。凭借理性进路，古希腊人在哲学（尤其是形而上学）、数学（主要是几何学）和逻辑学等领域取得了极其辉煌的成就，为日后近代科学的兴起留下了巨大的精神宝库。然而，单凭理性而不诉诸经验的进路，虽然在建构柏拉图意义上的理念世界方面能够卓有成效，但是，其固有的封闭性不仅切断了与经验世界的连接，而且所生成的知识体系隐含着无法克服的内在矛盾或悖论，结果，反而成为导致古希腊文明走向衰落的一个智识缺陷。
　　尽管在古希腊晚期，阿基米德进行了将理性进路与经验进路相整合的开创性实践，但是，他是“一只孤独的鹰”。 公元前212年的一个早上，75岁的阿基米德被罗马士兵杀害，这可以说是古希腊文化终结的一个标志。
　　之后，随着基督教在西方的兴起，理性进路有了新的用武之地。为了确立宗教的权威和增加其可信度，人们需要建立系统性的神学理论，以论证上帝的存在和上帝设计的世界之合理，而上帝并不在人们所生活的经验世界之中，故能提供这种论证的便是超验的理性思维。这样，在千余年的中世纪，理性进路主要服务于神学，也附带地推进了逻辑学和一些初等数学的发展。在这期间，人们为了解决面临的各种生存问题，总是需要运用经验进路获取常识，并基于这些常识发明实用的技术，于是，技术的进步依然持续。当然，在天文观测和航海记录等方面也积累了许多经验材料。然而，理性进路与经验进路一直是相分离的。