现代科学兴起的阐述,漫步科学史

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该书回答了现代科学为何于欧洲兴起的问题,并详细解释了现代科学兴起面临的困难以及取得的成就。

弗朗西斯·培根(Francis Bacon,1561一1626年),经验主义的奠基人

引言

现代科学;科学史;Explained;伽利略;Modern

“知识就是力量”这句口号的提出者、现代实验科学的鼻祖弗兰西斯·培根于1561年出生于英国。他提出的“归纳法”和“实验法”,强调了实验方法在科学中的重要地位,并为近代科学找到了有力的方法论。

在刚刚接触科学史之初,读过几本有趣的书,主要有日本大沼正则的《科学的历史》,英国W.C.丹皮尔的《科学史——及其与宗教、哲学的关系》,美国雅·布伦诺斯基的《科学进化史》。毋庸置疑这三本书都是科学史领域的倾心之作,前两本都是在纵观历史学,社会学,人类学,宗教学等等学科的基础上,对科学的发展做了一番梳理,并且不约而同地采用了以时间顺序为主线的叙述方式——“古代科学——中世纪科学——文艺复兴——近代科学——现代科学”,并对重点领域,重点人物进行了着重的说明。布伦诺斯基的这本书是在BBC电视系列节目的基础上改编而成的。它以一种全新的视角呈现给读者一部科学发展的全景史。三本书各有千秋,读来如同漫步于科学进化的历史长河,有目不暇接之感,更有蓬勃踊跃之情。科学起源于人的生产劳动,这是一种唯物主义的科学观。科学史是一部人类在变革自然的范围内认识自然的历史。

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自现代科学的先驱伽利略以来,自然科学就像安装了加速引擎,开始以一种势不可挡的势态突飞猛进。相比于伽利略之前几乎停滞的一千年,近四百年间科学的发展速度变得越来越快,理论更新的周期越来越短,对自然的认识也越来越深入。新的发现,新的成果层出不穷,科学看似具有无限进步的可能性。这种乐观信念从牛顿时代起就已深入人心。

H.弗洛里斯·科恩/著

这种转变源自一场科学方法的革命。16与17世纪之交是现代科学的起点。培根【1561—1626】、伽利略【1564-1642】、笛卡尔【1596~1650】是现代科学起飞时期最重要的三位思想家。他们确立了现代科学的基本方法,其中培根与伽利略两位实验科学的鼻祖,提出了实验科学的经验主义原则,强调实验观察的重要性。而唯理主义的奠基人笛卡尔提出了唯理主义的方法论,强调逻辑推导的重要性。四百年来奠基于两种方法论的坚实基础之上,科学才高歌猛进,飞速前进。

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英国剑桥大学出版社将于11月出版荷兰乌得勒支大学比较科学史教授H.弗洛里斯·科恩
(H. Floris Cohen)的新书《现代科学兴起的阐述:比较科学史》(The Rise of
Modern Science Explained: A Comparative History)。

不过对于他们生活的启蒙运动时期来说,实验科学的经验主义原则在科学方法论上更有革命性的意义。在培根与伽利略之前的一千年中,亚里士多德的形而上学(主要是形式逻辑)方法一直是科学的圭臬。与笛卡尔的唯理主义一样,形而上学也轻视经验和实证(柏拉图主义更加极端)。对于科学的进步,尽管重视逻辑推导的唯理主义对后来的科学来说至关重要,但在现代科学始创的17世纪之初,唯理主义的极端反经验研究,反倒是科学进步的思想障碍。

科学的历史

科恩在书中结合数十年的实证研究以及最近的学术研究,为广大读者介绍现代科学的兴起,论证了现代科学兴起的变革实质,并且说明每个先驱者,从伽利略、笛卡尔、培根到牛顿等在科学变革成就中扮演的重要角色。

笛卡尔有句名言“我思故我在”。按照他的方法论,“科学家只需要逻辑规则并相信上帝存在“,也就是说,他认为科学家只需呆在家中,通过理性思考就可以推导出自然规律。显然这一信条与实验科学的基本原则相悖。与之形成鲜明对照,经验主义者培根则重视经验事实和归纳逻辑,他说:所有一切都基于对自然现象的无尽观察。按照培根的经验主义原则,科学家应该尽力去收集大自然的事实,然后根据事实推导出自然定律。显然这更符合现代科学的特征。培根这一思想在17世纪具有划时代的革命性。罗素尊称培根为“给科学研究程序进行逻辑组织化的先驱”。

科恩提到,中国、伊斯兰国家和欧洲的思想家、哲学家不断思考自然界是如何结合在一起的。尽管他们的见解具有独创性,但从现代科学的角度来看,他们的研究方法和结论仍存在误区。然而,直到17世纪,许多思想家,例如伽利略、开普勒、笛卡尔、培根等人的研究成果才引起传统思想和实践发生革命性的转折,并且半个世纪后,艾萨克·牛顿在自然科学领域的成就达到顶峰。该书回答了现代科学为何于欧洲兴起的问题,并详细解释了现代科学兴起面临的困难以及取得的成就。

17世纪的玻意耳【1627一1691】与霍布斯【1588~1679】之争,可以说明当时唯理主义方法论在科学上的反进步特征。近代化学的始创者玻意耳是当时英国著名的化学家,马克思有言曰:“玻意耳把化学确立为科学”,而霍布斯则是位影响深远的哲学家。当时玻意耳研究了气体的体积与压强之间的关系,从他的数据得出了我们现在熟知的玻尔意耳定律。他所用的方法正是实验法。

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在他的实验室中,玻意耳用空气泵产生得以进行气体实验的真空,从而允许他在不同的压强下进行实验。这种实验遵照一定的步骤和程序,可以被其他任何人所观察,同时其他人只要有他那样的仪器,也可以重复玻意耳的实验。正如现在我们所熟知的,这正是现代科学所遵循的可检验性与可重复性原则,有效地排除了个人主观价值偏好的影响,为科学研究建立起客观基础。

科学史——及其与宗教、哲学的关系

诉诸经验事实来确立自然规律,并且实验是检验真理的唯一标准,这种经验主义的方法论在当时却遭到了哲学家霍布斯的猛烈抨击。

在此有必要指出,我们今天称之为科学的东西在启蒙运动时期(17世纪)仍属于哲学的范畴,科学在当时也称作自然哲学。所以毫不奇怪,诸如灵魂的存在,意志的自由,上帝的存在之类的哲学问题,在17世纪也是科学家所关注的领域。而物体的运动,宇宙的构成,生命的本质这些科学问题,在当时也是哲学家研究的主题。哲学家霍布斯把自己的方法论应用到自然科学上,也就不难理解了。事实上,霍布斯对物体的运动很有兴趣,他确实曾构想出一套物理运行的原理。

但霍布斯的方法论却像亚里士多德的形式逻辑一样古老,与玻意耳的实验原则截然不同,在霍布斯看来,“真空”是一个形而上学概念,玻意耳确立自然定律的做法(经验主义方法论即实验法)没有哲学上的合理性,并且指责玻意耳的实验依赖精心构造的仪器和其他人的见证,而不是合理的思考。霍布斯在这点上与笛卡尔一样,认为只有合理的推理才是重要的,经验事实不可靠而且瞬息万变,不能从它们之中得出自然真理。科学方法论上的这种唯理主义观念继承自古希腊哲学,尤其是柏拉图。而经验主义,实验方法在启蒙运动早期则是新生事物。

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经验现象确实给人一种瞬息万变的印象。针对于此,唯理主义方法论认为要想发现自然真理,只能依靠理性思考,而不能依靠不可靠的经验。而经验主义方法论则认为,自然的真理藏于经验现象的深处,只靠逻辑推导不能发现自然规律。唯理主义彻底排斥经验,而经验主义则为了克服经验现象的多变性,借助了适当的观察程序,比如要求实验的可检验性和可重复性,从而最大可能地排除干扰变量,发现背后的因果规律。由此可见,在科学方法论上,唯理主义与经验主义的根本分歧在于:前者认为科学发现来自于理性推导,而后者认为科学发现来自于对自然现象的客观观察。

科学进化史

经验主义也绝不会反对理性推导、数学方法是科学研究最重要的工具,但就像唯理主义所主张的那样,单凭数学推导就能发现自然定律这却不是科学研究的事实。绝大多数的科学研究都是建立在实验观察的基础之上。关于此,物理学家杨振宁有这样一个模型【见下图】。他认为物理发现通常自实验(1)开始,即自研究现象开始,经过唯象理论(2),再到理论架构(3)。虽然从数学(4)直接到理论架构(3)的情况也存在,最著名的恐怕就是狄拉克方程(在其构造电子波动方程中,几乎完全是从数学出发最终导出了惊人的物理结论)与麦克斯韦方程了,但这却是科学研究中极少的特例。

一、原始科学与巫术

图转自杨振宁《美与物理学》

原始人类无法解释自然现象,对世界怀有朦胧、敬畏、神秘的感觉,巫术在这种情况下滋生出来,并在很长一段时间里广泛地影响着人们生活的方方面面。有些人类学家以为,巫术一方面直接导致宗教,另一方面又直接导致科学。巫术与原始科学似乎有着一种神秘的联系,有一种观点认为原始社会的方方面面都与巫术有直接或间接的关系,比如说原始信仰(原始崇拜)。在旧石器时代晚期,在原始人所居住的洞穴的墙壁上发现了素描和绘画的最早例子,其中许多都有高度的艺术价值,有一些经常不断出现的雕刻,描写了丰产崇拜和丰产巫术,也可以说明原始人的信仰。

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