科学：人类共同的遗产

【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】————————————————科学：人类共同的遗产［美〕K. E．鲍尔登    在人类知识领域内，科学是一个模糊的体系，科学的界限似乎可以任意划分，科学确实是一个远比许多科学家所想象的更为模糊的体系。虽然如此，在全世界范围内，还是存在着一个核心的科学社团；尽管这个“无形的共和国的公民”在很大程度上是自封的（因为连哲学博士也不一定证明他是社团的一员），但这个社团还是有其大致明显的范围，它所考虑的和所做的一切可以称之为科学。科学遗产中某些组成部分源远流长，可以追溯到古代巴比伦的迦勒底天文学、希腊和印度的数学以及中国的工艺学，甚至能够重建濒于灭绝的科学学科。但是，在科学史上堪称“伟大的加速度”的，通常自哥白尼时代开始。当然，从哥白尼到伽利略这一期间，科学的进展获得了巨大的推动力，它促使科学家的队伍几乎不断扩大，科技书刊日益增多，同时所研究的科学问题也越来越复杂。此外，由于这种推动力，科学思想和科学概念的正确性也有了不断的提高。像这样的情况，人类历史上是前所未有的，今后恐怕再也不会出现。随着这种推动力的产生，科学事业欣欣向荣，然后停滞或下降，因而出现了拱形曲线的情况。任何事物都不会永恒地发展下去，也许只有整个宇宙是例外。至于我们现在究竟处于这一发展过程中的哪个阶段，尤其是我们是否已经达到顶点，不可避免地开始走下坡路了，对这个问题，今天还存在着相当大的争论。    作为人类文化中一个分支的科学，其崛起是由于文化上的变革因而产生了强大动力的结果，而文化上这种变革基本上是由于伦理标准变革的结果——人们的评价方式（伦理标准）的变革，后来通过它所创造的文化一代代留传下来了。产生科学变革的起源至今尚未完全弄清，这与西欧的文艺复兴不是没有关系，后者又与希腊东正教的东山再起、以及土耳其征服君士但丁堡之后希腊学者从拜占廷向别处渗透有关，而且还与新教（耶稣教）的改革及随之而来的宗教运动有着一定的联系。但是至令个人迷惑不解的是，为什么科学在信奉基督教的欧洲如此迅速地发展，而不在中国，也不在伊斯兰国家。有一点值得推究，即科学之所以在信奉基督教的欧洲崛起，不是偶然的，因为基督教是由一个木匠创建而由一个造帐蓬的人和一个渔民传播的无产者的宗教，后来经过君上但丁终于在欧洲取得了统治地位，这样一来，使劳工和物质合法化了，同时也使深入科学的变革更有可能。但是，即使就当时的情况而言，科学上的变革为什么发生得如此晚呢？在这方面，科学与技术（甚至“民间技术”）之间的相互影响，也许给我们提供了一个线索。    好奇心、试验和诚实    为什么发生科学变革，我们也许还不能解释清楚。但是它毕竟发生了，这是毋庸置疑的：从十五世纪以来，一支小小的、通讯联系很差的亚文化群，在以社会精神素质异乎寻常为特点的欧洲发展起来了。它非常重视好奇心。这民间有句谚语：“好奇会招祸，”。如果有人对得到公认的宗教或统治者的合法性持怀疑态度，几乎在任何社会里都是朝不保夕，非常危险的。与好奇心相联系的是相信试验，即相信现实世界不仅存在，而且其本身还会对各种疑惑作出解答。因此对谬误进行检验，并非不相信经典著作，而是检验已有的经验和期望。与此相关的，就是用试验作为筛选因素，在理论形成过程（想象的突变）中，对逻辑推理与设想极不容易结合这一点应约特别予以注意。没有设想，科学就没有可试验的对象：没有试验，设想就无从引起异议。试验的进行，既要靠逻辑推理，又要靠有条理的信息输入，这些信息是从客观外界、直接从各个感官以及从别人可靠的记录中获得的。    相信别人的记录，对科学的发展是很重要的。所以科学社团中另一个重要的伦理原则，就是要诚实第一，即特别注意不要说假话。这个标准，在民间文化中偶尔有之，在官僚政治文化中很少见到，而在科学文化中则是最主要的。如果发现有人在对试验作总结时弄虚作假，就要将他从科学界清除出去，当然这仅仅是难得发生的少数情况之一。与诚实这一原则相关的还有另一个原则，这就是不要把威胁作为迫使别人改变自己的观点和做法的手段。要别人改变观点，应当凭证据，而不是靠警察威胁，这是科学界的一项基本原则，这就是科学界实质上不同于共它一切集团，特别是政治界和许多宗教团体的地方。    这一支小小的亚文化群及其精神素质的发展潜力，事实证明是非常大的。科学家在全人类中所占的比例非常小——也许不到千分之一，然而科学却是非常普遍的。在这个世界上，恐怕没有一个国家在其某地学校教室的墙上不挂着元素周期表，不管这个国家的社会是穆斯林的、天主教的、共产主义的或佛教的，而元素周期表则一律相同。不过，科学有他自己活动的场所——大学、实验室、研究所，这些地方存在于社会生态系统中，虽然这种生态系统（无论是教会、国家、商业部门或慈善团体）在经济上支持科学事业，但是他却不遵从科学界的准则。由于科学界有其特定的伦理标准，他与自己所处的并受到其支持的社会上各界之间，始终潜伏着一种紧张气氛。不过，这种紧张气氛很小演变成为公开的冲突，但过去也偶尔发生过，现在很难保证今后不会发生。    对科学合法地位的威胁    科学这份遗产现在非常牢靠地创立起来了，在此谈论对科学今后的发展可能产生某种程度的威胁，似乎有点荒唐。科学占居着社会生态的“神龛”，是人类社会中必要的因素，但对于这一因素重要性的认识，在很大程度上取决于非科学家们，尤其是那些预算（无论是政府机关、教育部门或工矿企业的预算）决策者们头脑中对科学如何看待，如果他们心目中对科学的看法发生不利的变化，那么科学所占据的“神龛”只好开始关闭。之所以有可能发生这种情况，或者由于有人散布一种对科学不切实际的幻想，或者由于有人对科学的本来面目加以完全相反的歪曲，这一点危害性更大。    因此，设法察觉可能出现对科学的错误看法是很重要的。有一种糊涂观念在科学界以的人士中，甚至在科学界内都有一定市场，他们认为有那么一个唯一的“科学方法”，即所谓试金石，可以用来鉴别什么是科学，什么不是科学。     我们科学界内部所使用的方法是多种多样的，而当前科学上仍然面临的问题之一，是如何制定一些合适的方法，能够符合各个不同领域的认识规律。在某一领域内行之有效的方法，不一定适用于其它领域，这就需要经常对这些方法本身加以评价和改进。目前阻碍科学界知识增长的最大障碍之一，也许是不加分析地将在某一认识领域中行之有效的方法照搬到另一个确实不合适的领域中。此外，有许多科学方法并非科学所独有的。如炼金术士需要实验，占星学家要进行仔细观察，泥土占卜者和算命先生要利用测算，神学家也懂得逻辑推理。凡此种种都不是科学上独有的方法，因而不能以此来划定科学的界限。      专门的和一般的科学方法    观察和实验是两个“专门”的方法，二者是可以同时使用的，不过在某些学科中侧重观察，在其它学科中却侧重实验。最早使用的一种专门科学方法不是实验，而是对时空关系进行观察所作的详细记录。这种方法首先在天文学中使用，后来在地理学、林奈生物学、考古学、文字记载的历史以及经济学中国民收人统计等方面都使用了。实验方法适用于研究具有大概率事件，具有不变参数以及包括独立子系统的系统。在这些认识领域内，实验方法一直是很有用的，这一点，我们在化学、物理学和分子生物学中看得格外清楚。参数是否固定不变，对于观察和实验都是重要的，因为预测能否成功，有赖于参数的恒定性。例如，天体力学之所以取得成就，主要是由于太阳系的演变过程实际上已经结束了，因而其参数是恒定的。    测量和逻辑推理是所有学科都要使用的“一般”方法，当然使用的程度不同。要使科学能够将人类对世界的认识超越人类领域之外，向着宏观世界（例如宇宙学研究的）或微观世界（如分子、原子、质子、电子及比目前更小的基本微粒结构）探索，测量是特别重要的一种科学方法。测量是一种技术手段。的确，情况很可能是这样：从历史上看，技术对科学的贡献大于科学对技术的贡献，至少在两者之间始终有着反馈作用，不断地相互促进，在试验中，测量是十分重要的，尤其是对那些宏观领域和微观领域的研究，更是如此。    然而必须强调指出，测量结果所得到的数字是人脑的产物，而不是现实世界的客观存在。现实世界中有些参数，诸如加入л、e、光速、普朗克恒量，等等，是独立于人脑之外的；有些数字可以通过计算求出，其书写形式如何取决于记数法。不过，无论采用什么记数法，这些数字只表示一定的大小，正如用任意单位的计量所推导得出的数字一样。还有一些是表示心理知觉的数字：７土２。但是，就大部分而言，现实世界不是由数字构成，而是由不同形状、不同大小的物质组成的；与其说它是定量关系，不如说它是拓扑结构。定量分析主要是人脑的一种代替方法，当然它还是很有用的。然而，要是有谁认为现实世界是由数字构成的，那他便堕入糊涂概念的迷惘之中。可惜这种错误看法目前还相当普遍。也许有人认为：由于人的神经系统有某种缺陷，不能使我们形成拓扑结构的复杂图象，因而只好使用定量分析，这种看法确实值得商榷，幸亏，拓朴结构可以映射成一系列数字这一原理，使我们能够将数字映射成拓扑结构，以理解现实世界（甚至更复杂的空间结构）中拓朴结构的相互关系。尽管如此，我们所试图理解的仍然是拓朴结构。    逻辑推理也许是人们进行探索活动必不可少的最一般的方法。现在对科学有一种很普遍的错误看法，认为科学上基本理论的原理和范例，是根据观察和实验归纳推理的结果。我认为这么说比较确切：科学是对现实世界有条理的想象的产物，它要不断受到内在必然性的逻辑和外部各种期望的公开记录的检验。所谓理论是智力在这种演变着的生态系统中突变的结果，而由内在逻辑和外部未实现的期望进行的实验乃是筛选过程。    然而，筛选过程是从内在的逻辑推理开始的，它主要包括对真实的可证实性或同一性的知觉过程，与亚里士多德相反，我们认为对真实性或同一性的感知，可以有程度上的差异。这样，我们就可以根据其真实性的程度，对科学界的设想、理论和范例进行分类。作为科学的核心的当然是从数学开始的逻辑上的可证实性，而且所有这些可证实性一旦被论证，便成为不言自明的公理。凡是最终还不能证实的假设，便不能算是数学公理。     经验之谈    科学上有许多“伟大的定律”，都是根据经验归纳出来的经验之谈。例如守恒定律说，如果任何东西都有一固定量，那么我们所能做到的只是使之互相转化，这里多一些，那里必然少一些。热力学第二定律也可以作为一般经验论的特殊例子来表述。如果我们把负嫡看作“潜能”，我们就可以表述如下：假如有某一现象发生，这是由于存在着使之发生的潜能，而这一现象发生之后，潜能也就消耗完了。甚至还可以得出更为概括的第三定律，我们越接近某物，就越难以向前进展。这看起来有点象芝诺的诡辩论，我们可以设想有例外的情况，作为物理学上许多原理基础的平方互反律是毋庸置疑的真理，它是依据下述数学逻辑命题，那球的表面面积与其半径的平方成正比，因此，当任一作用力从某一点扩展时，它都会传到整个球面。电流与电位差成正比而与电压成反比这个欧姆定律是难从否定的，如果我们对电阻下的定义是正确的话，经济学中的菲雪方程（即交易量乘成交的标准价格等于货币总额乘货币流通的速度），也是根据所购货物的价值等于所支付的货币这一经验之谈提出来的。报酬递减律是根据不能用花盘来增加全世界的食物这一经验之谈来论证的。按比例缩小和异速增长定律是以下述经验之谈为依据的，即线度增加一倍，其面积便增加三倍，而其体积则增加七倍。    与经验论略有相似之处的是那种可以称之为“美学论”的说法，即这样一种模式：将对现实世界的期望和看法加以简化，尽管这些期望和看法在逻辑上可能不成立，但从美学角度看则乐于为人们所接受。这些看法在科学上所起的作用恐怕比大多数科学家愿意承认的大得多。哥白尼对太阳系的设想，认为其中有无数的本轮，从美学角度看，较之托勒密的天动说更令人满意，元素周期表能给人以愉快的美的享受，如果我们对电子环路的稳定性了解得更早，便能据此将元素周期表作为经验之谈归纳出来，孟德尔的遗传学，从美学观点看，较之达尔文的进化论更令人满意。当我们研究近代物理学时，发现有某种富有诗意的反论，正在试图控制物理学这一领域。有这样一种说法，认为粒子是一段一段的波形，我们希望它们到哪里，它们就会往哪里。具有讽刺意味的是，科学似乎正在主动地寻觅一条途径，几乎各门学科都必须以此为归宿。    最后，还有一种所谓“经验论的规律性”，即固定的内在联系。正如休谟所指出的，“经验论的规律性”与必然的连贯性根本不同。统计学已经成为一种宏观手段，用来发现那些不是偶然产生的规律性。但是这些规律是如何产生的，通常很少加以阐明。经验论的规律性有时导致发现理论上的必然性，天体力学就出现过这种情况。但是科学决不能满足于经验论的规律性，除非通过这种规律性发现理论上的必然性。如果认为科学仅仅限于发现经验论的规律性，那纯粹是对科学方法及其威力彻头彻尾的曲解。没有逻辑上的必然性，经验论的规律性与迷信相比恐怕好不了多少。       可靠的和不可靠的科学     在整个人类知识领域内，还存在着一种更为重要的区别，即把科学分为“较可靠的”科学和“不太可靠的”科学两类。在所有传统的学科中，有些概念是可靠的，不必作大的变动，有些概念却不大可靠，要加以改变。古典物理学、化学元素、化合物结构、经济学中的古典价值理论、古典遗传学，等等，都不需作很大的变动；与此相反，所有的历史科学及其各学科是很不可靠的。这主要是因为历史记载不详：首先，这些记载是整个历史领域内根少一部分典型事例；其次，由于年深月久，一部分记载严重失真。我们对以往所了解到的全部情况只是过去记录下来的史料，而在年深月久的史料中，如果有些新发现，则可能不断地推翻我们对过去的全部认识。无论在宇宙论中、古生物学中、地质学中或人类历史中，可能都有这种情况。    如果我们所占有的资料在整个知识领域内的比例很小，如果这个领域的实际结构和相互关系又十分复杂，那么这一知炽领域很可能是不可靠的。例如，由于人的头脑和身体结构极其复杂，而且要从中取样也特别困难，所以，我们对于有关个人行为的知识是不可靠的。同样地，宇宙学也可能是很不可靠的。这主要是因为宇宙学只根据一小部分带有倾向性的样品，来研究广阔无边的宇宙。我们对它进行仔细观测的时间，仅仅是宇宙长河中极短暂的瞬刻，而所直接了解的现象也不过是沧海之一栗。我认为，研究罕见现象的任何知识领域，也可能是靠不住的，只有那些研究可以任意反复检验的普遍现象的知识领域（如实验科学），才相当可靠。但是，实验科学仅仅是人类知识宝库中的一小部分。    知识领域中的可靠性这一概念，实际上抹煞了自然科学各学科和人文学科的差别。人类历史较之古生物学几乎可以肯定是比较可靠的领域。这主要是因为史料的记载是比较完善的，并且与当时的情况也比较吻合，尽管这个领域本身比较复杂。同样我们对于文学的研究，特别是对于当代文学的研究，涉及整个知识领域的大部分，因而可能是十分可靠的。我们日常生活中的“民间知识”，也可能相当可靠。当我们研究某一科学或系统中不熟悉的领域时，人的知识变得特别不可靠了。实验科学倾向于研究人们所熟悉的课题，因为实验室显然是由厨房演变而来的。我这样说，可能对高能物理学大型实验室里的实验员有点欠礼貌，因为高能物理学是进一步研究人们不熟悉的领域（微观世界）。然而，即使是这种实验科学的领域，也只有对那些实验科学范围内常见的现象研究起来才能轻而易举，较有把握。当然，甚至在相当熟悉的领域内某些极个别的问题上，还出现一些特殊情况，如普里戈金的耗能系统就是一例，他认为这个系统远不是平衡的。发展过程本身确实是这样一个过程：凡是科学领域内不熟悉部分的罕见事件，对及时解释总体模式是极为重要的，而熟悉的科学领域则帮助较少。在规模小的科学领域内不大可能发生的事件不能在实验室里研究。也许这就是为什么社会实验心理学似乎目前正陷入一场严重危机的缘故，因为在包括具有重大意义的某些极特殊情况的领域内，实验方法可能效果有限，而且很不合适。诚然，相关统计学中不合适的效果之一，就是往往不注意某些极特殊的情况，简单地把这些情况看作误差而被否定了，然而这些极为罕见的情况也可能包括该领域内某些极个别问题的重要知识。不加分析地把适合于认识领域的统计技术硬搬到对它不适用的领域中，这是大量的浪费科研成果（特别是社会科学的成果）的根源。统计学的意义决不同于认识论的意义，而且科学上一个尚未探索的新领域，乃是如何改进统计方法学，使之适合于特定的认识论领域。      科学和技术的相互作用    科学的内动力使得科学发展成为目前这样的科学，而科学对技术（是技能而不是理论）并使技术影响社会制度的客观效果，表现在科学主要地得到了社会上各方面的支持，科学对技术和经济所产生的影响为期非常晚，在１８６０年前后，其影响甚小，因此，英国在１８世纪发生的工业革命，很少归功于科学，这场革命在很大程度上仍然是罗马帝国崩溃后在欧洲开始的民间技术长期改进的继续。例如，蒸汽机的出现不是由于有了热力学，相反，热力学则是因为大量蒸汽机出现之后而产生的。    然而在１８６０年以后，人类进入了一个非常时期，在这期间，科学理论逐渐转化为专门技能。这也许是随着苯胺染料和化学工业的出现而开始的、因为炼丹术士是不可能创立化学工业的，因为他们把元素给理解错了。只是在有了元素周期表和化合价理论之后，化学工业才不可避免地建立起来。    到十九世纪八十年代，建立了电力工业（第一个现代发电站建于１８８８年）。我认为，假如没有Ｃ?马克斯韦尔，电力工业是不可能建立起来的。同样地，从十九世纪八十年代开始，化学工业促进了钢铁生产的日益完善，从而导致了钢架的制造和摩天楼的兴建。给社会带来了许多变化的汽车，开始出现于十九世纪九十年代，虽然由于机械工艺不断改进，例如，提高了汽肛钻孔的精确度，但是汽车的出现不是由于任何伟大的科学原理。然而汽车之所以取得今日的地位，则是由石油工业所确立的，因为汽车所必需的大量石油，就是石油工业在原来生产点灯用的煤油过程中提炼出来的副产品。但是，假如没有化学和地质学，石油工业能否有这样快的发展速度，是值得怀疑的。    十九世纪八十年代发明了电话， １９２０年以后有了收音机， １９５０年以后又有了电视，凡此种种都是电力工业、物理学以及某些化学的副产品。飞机开始出现于１９０８年，假如没有航空动力学，它也是不可能创造出来的，尽管开始出现时，也有某些民间技术的基础。我们各项工业的发展，都有赖于农业，如果没有合乎科学的遗传学，例如，导致玉米同其它谷物进行杂交和家畜繁殖的改良，农业生产率的大幅度提高是不可能的，当然这也有赖于矿物燃料能源，尤其是石油能源的大量输入。石油工业的先进技术水平与煤炭工业的“民间技术”质量之间的差别，是科学对技术影响的一个明显的例子，核能的利用则是更显著的一个例子。即使民间技术力量再雄厚，也不能生产核能，因此，没有爱因斯但、玻尔和卢瑟福以及核物理学和核化学的进展，要利用核能是难以做到的。       科学的利害得失    科学技术的发展对人类的影响是很大的。由于农业、食物营养和医学等方面的进展，在十八世纪的欧洲，人口爆炸开始了。 １９５０年以后，随着滴滴涕的研制成功，因而对疟疾进行了控制，幼儿死亡率急剧下降，人口急增已成为遍及全球的现象，而在热带地区，尤其突出。 １８６０年以来人工制品显著增加，这在国民生产总值上可以大致反映出来。自１８６０年以后，在全世界人口中至少有四分之一的人，其国民生产总值按人口平均计算每３０年增加一倍。对于居住在热带地区的大部分人来说，除个别地区外，国民生产总值如此成倍增长是前所未有的。总的说来，仅就人的平均寿命和每个人的实际收入不断增加而言，科学用于技术所带来的利益似乎是巨大的。    但是随着科学给人类带来了上述利益的同时，几乎不可避免地产生一些显著的、不断增加的副作用。其中有些可能是错觉，有些则确是事实。例如，对人类借助科学生产出来的许多制品，有人怀着恐惧心理；化学和化学工业生产了成千上万种生物界只前从来未遇见过的新化合物，有人认为，总有一天这些化合物之一可能会带来灾难性的后果；对脱氧核糖核酸重新组合的极端恐惧，即害怕生物科学可能让前所未见的瘟疫到处流行，使人类大批死亡，这种恐惧也许百分之九十九是荒谬的，只有百分之一值得重视。鉴于日益扩大采用煤可能带来更大的危害，反对利用核动力的运动，从长远的观点来分析其得失，很难说是站得住脚的，人们之所以反对利用核动力，一部分是出于对复杂事物无知而产生的恐惧心理，但百分之九十是毫无根据的。然而，由于核动力与核武器有联系，人们的恐惧心理更加增强，这又不能说毫无道理。    毫无疑问，将科学用来研究武器等毁灭性的工具，从来都要使社会付出极大的代价。武器一直是人类技术的一个组成部分。以科学为基础发展起来的技术，并未割断武器与技术之间的联系，只是导致战争的性质发生深刻的变化，这主要是由于杀伤性导弹的破坏力不如其射程增加得那么显著。用武器能够防御的地区之大小，取决于导弹射程的远近，取决于所采取的防御措施使射程能够缩短到什么程度。以威胁作为讹诈手段的政治机构不得不考虑这些参数，以便采取相应的措施。在科学基础上发展起来的武器，尤其是带有核弹头的远程导弹，对一个国家造成的威胁，相当于火药对中世纪贵族造成的威胁一样。正如火药使中世纪的城堡失去防御能力一样，核导弹能够彻底摧毁一个国家，使之失去生存的能力。    我们科学界把相当一部分精力用于研究战争，而很少去研究和平，这是科学界一个极大的悲剧，之所以如此，很可能是因为科学的全面而深远的影响终于使人类濒于灭绝的未日。    尽管如此。科学还是人类最大的希望所在。我们很有可能会进入一个困难日益增多的时期，这是由于武器装备竞赛、人们生活日益政治化、廉价的矿物燃料即将消耗殆尽、水及共它物质越来越缺少、人口爆炸。在上述预兆所带来的社会、政治紧张条件下，科学家将同其他人一道，度过极其艰难的岁月。由于骚动频繁而造成政治迫害日益加剧，对科学也是一大威胁。    话虽如此，科学这份遗产仍不失为一份充满希望的财富。只要整个物理学界、生物学界、还有我们自己和整个社会都有较充分的认识，我们就能把演变的进程向着改善人民的生活、建立更幸福的人类世界推进，以摆脱重重灾祸的苦难。但是要使这一希望得以实现，科学界本身也必须向前发展。它需要对所肩负的使命和自己的伦理标准有新的认识；它需要研究出一套符合认识规律的方法论，并且要认识到人类知识的统一性，以便把自然科学各学科与人文学科这“两种文化”之间的鸿沟填平；它需要创立一个可称为“规范科学”这样一门学科，以便认真研究和评价人类本身的价值；它需要更深刻地认识到，科学作为世界性的活动是超越一个民族、一种文化，但又要保留某一民族、某种文化的特色。把它看作人类进化的关键所在。（原载美国《科学》第２０７卷）————————————————【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】