科學：一種人類對自然界現(xiàn)象的滿意解釋方法

張 劼，張學英，史淑惠

（邯鄲學院 物理與電氣工程系，河北 邯鄲 056005）

當我們談論起科學的時候，我們是否要問一個問題，究竟什么是科學？科學究竟是干什么的？我們?yōu)槭裁匆叛隹茖W？

澳大利亞科學哲學家艾倫·查爾莫斯在他的《科學究竟是什么》提出了很多人關心、但許多人又認為無需討論的一個議題：我們所倡導的科學究竟是什么？或者說，什么是科學。這個問題在國際上20世紀曾出現(xiàn)了在科學哲學家中廣泛的討論，并成為許多科學哲學家研究的課題。

那么究竟什么是科學，“科學”一詞由近代日本學界初用于對譯英文中的“science”及其他歐洲語言中的相應詞匯，歐洲語言中該詞來源于拉丁文“scientia”，意為“知識”、“學問”，在近代側重關于自然的學問。科學一詞在中國古漢語中意為“科舉之學”。到了1893年，康有為引進并使用“科學”二字。此后，“科學”二字便在中國廣泛運用。就目前看，在我國存在幾種解釋，百度詞條解釋為：發(fā)現(xiàn)、積累并公認的普遍真理或普遍定理的運用，已系統(tǒng)化和公式化了的知識；尼采認為科學其實是一種社會的、歷史的和文化的人類活動，它是在發(fā)明而不是在發(fā)現(xiàn)不變的自然規(guī)律；《辭?！?999年版解釋為“科學：運用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)的規(guī)律的知識體系；它是人們實踐經(jīng)驗的結晶”。

當下科學界解釋可以表述為，科學理論是人類創(chuàng)造的、令當下人比較滿意的一種對自然現(xiàn)象的解釋，它是建立在假說基礎上的一個理論，而不是人們常說的真理。從人類歷史上第一個知識的集大成者——亞里斯多德，到現(xiàn)在已有兩千多年的時間了。科學從巫術中誕生，作為神學理論的一部分而發(fā)展，作為哲學的一部分而完善，作為人類改造大自然和征服大自然的理論和工具而茁壯成林與人類文明的今天?？梢哉f人類對科學的認識和理解曲折而漫長。

一、科學的目標就在于找出我們認為需要解釋之事的令人滿意的解釋

達爾文曾經(jīng)說過，科學解釋要以觀測、收集到的事實和測量的結果作為基礎。人類探索科學的目的是什么？是為了神學？為了宗教？為了社會的發(fā)展？還是為了人類的好奇？科學家的好奇？

波普爾認為，我們科學研究的目的，“就是找出我們需要解釋的對象的令人滿意的解釋，”即解釋我們所發(fā)現(xiàn)和觀察到的大自然的各種現(xiàn)象?？茖W家的任務就是給這些現(xiàn)象做出大家所能接受和比較滿意的解釋。

“自然規(guī)律，或者更一般地說，科學理論不管因果性的還是統(tǒng)計性的，都是關于某種存在性的假說”。既然是假說，那就像波普爾所說的那樣，科學是對人類想了解的事物的一個人們認為合理性的一種解釋。這種解釋，是人對大自然的一種說法，或者說是對大自然規(guī)律的一種人類的說法。既然科學是人類對大自然現(xiàn)象的一種解釋，那么任何一種解釋都存在著人類思維的痕跡，或者說是人類活動的產(chǎn)物。在這種對科學理論的解釋中，就不存在永遠正確的理論或者說是真理性的理論了。這種對科學本來面目的認識，亦必然導致一種對科學的重新的解釋和理解?？茖W只是人類對大自然規(guī)律的一種盡可能滿意的解釋，而不是神所創(chuàng)造的諫言，更不是一成不變的理論，它隨著人類對大自然進一步的認識，將產(chǎn)生更加深層次的理解和說明。

哥白尼理論的誕生，這一近代科學理論革命，向人們展示了新的理論是為了更為美好的解釋宇宙的存在一個典型的實例。哥白尼深受新柏拉圖主義的影響，一個畢達哥拉斯完美主義的信徒。他喜歡用數(shù)的神秘諧和或單位空間的幾何學去解釋宇宙。因此畢達哥拉斯派與新柏拉圖派總是要在自然界中尋找數(shù)學關系，關系愈單簡，從數(shù)學上看來就愈好，因而從這個觀點來看也就愈接近于自然。哥白尼認為，上帝創(chuàng)造的宇宙應該是完美的，簡潔的。當時人們認為圓是最完美的東西，所以宇宙也應該是由一系列的圓組成的。在哥白尼看來，托羅密的地心說理論，本輪加均輪達72個的宇宙模型，太復雜了，完全違背了“簡潔、完美”這一宇宙形成的原則。所以，托羅密的地心說理論對宇宙的解釋應該是錯誤的。在哥白尼看來，尋找一個以完美的圓組成的宇宙的模型，才能符合造物主的旨意，才是對宇宙理論的完美解釋。哥白尼經(jīng)過數(shù)年的思考，和對天體運行的觀察和理解，提出來有多個正圓組成的、以太陽為中心的宇宙模型。這一理論在哥白尼看來，要比托羅密的模型優(yōu)美的多。更能體現(xiàn)宇宙之精華。完美的就是真實的。

當19世紀末。當晴朗的物理學天空出現(xiàn)幾朵烏云的時候，牛頓的物理學理論對一些自然現(xiàn)象的解釋遇到了困難，解釋的滿意度下降，甚至解釋不通。從科學哲學界開始醞釀新的解釋方法，科學家們也開始探索新的理論對自然現(xiàn)象進行重新的解釋。有位年輕的物理學家愛因斯坦提出了自己的新觀點——相對論，提出了光速不變的假說和四維時空觀理論，對時空觀做了重新解釋。從而圓滿解釋了金星進動、金星映日等在牛頓理論中無法解釋的自然現(xiàn)象，同時也使人們得到了在宏觀和微觀領域中一個解釋比較圓滿的理論。使人們在整個20世紀和21世紀的今天，對微觀世界和宇宙的研究得以順利發(fā)展和成功。

愛因斯坦的理論更好的解釋了宇宙的形成和行星的運行，所以愛因斯坦的理論替代了牛頓理論，成為被人們認可的理論。其成功的關鍵在于愛因斯坦的理論對問題的解釋比牛頓理論的解釋更加滿意、更令人信服。

二、科學理論是人們建立在假說這上的一種理論

在我們的日常生活中，我們經(jīng)?？梢月牭竭@樣的說法，科學是真理，科學源于事實?；蛘咴谖覀冎虚g普遍存在這樣的認識，“科學源于實驗”。常規(guī)的教育好像告訴人們，科學知識來源于生活實踐。人們通過一系列的實驗就可以得到我們所需要的科學知識和理論。

然而，科學史和科學思想史的研究表明：“科學知識不可能從事實推導出來”。近代科學起源于建于邏輯思維之上的理性思維，而不是源于科學實驗。從哥白尼對天體運行的完美的思索從而完成《天體運行論》的近代科學革命的開始的學說，到伽利略的思想實驗，完成了從實際到理想模型的建立，從而理想斜面和慣性定理的建立，到牛頓的《自然哲學中的數(shù)學問題》一書的出版，無不體現(xiàn)了嚴謹?shù)睦硇运季S和邏輯推理在科學理論建立過程中的作用。我們大家最為關注的哥白尼理論的建立，他的所有天體運行的軌跡為正圓的思想，完全是受新柏拉圖主義的影響，畢達哥拉斯完美理論的產(chǎn)物。他們認為正圓的就是美的，完美的就是符合真理的。哥白尼憑借著對完美主義的崇拜，對托羅密地心說理論行星運行軌道不符合完美理念的追求，創(chuàng)立了太陽中心說的宇宙模型，開創(chuàng)了近代科學的革命。但我們無論如何說，天體運行論的太陽中心說模型也不是建立在科學實驗的基礎上的，無論在當時，還是在現(xiàn)在看來，它都是一個理論的假說，一個對世界的一種解釋罷了。近代理論的奠基者伽利略的所有實驗，也均為“思想”實驗，或者說是理想實驗。作為現(xiàn)代科學理論基礎的相對論，愛因斯坦以光速不變，并且是宇宙界的極限速度為假說而創(chuàng)立的，解釋了牛頓理論不能解釋的微觀和宇觀世界的問題。我們可以看到，越是接近與現(xiàn)代科學的理論，越能說明，科學理論不是建立在人們常識認為的科學實驗基礎上的。而是建立在科學家們所創(chuàng)立的假說之上?？茖W實驗只不過是對理論結果的一個驗證。波普爾曾經(jīng)說過一句話。我們無論如何也看不出牛頓的理論是建立在實驗基礎上的。

檸檬和桔子之爭，是一個很有趣科學假說的案例。當年，牛頓根據(jù)引力理論曾經(jīng)預言，地球的形狀也許不像古希臘人所相信的那樣是完全球形的。牛頓聲明，由于受不同引力的作用，諸如太陽、月亮等星球引力拉力的影響，我們的地球赤道處會鼓起，而在兩極處會變得扁平。牛頓的預言不僅為驗證他的引力理論提供了一條途徑，而且看似抽象的觀點，對人們的探險和旅游也具有實際的意義。對與當時來說，如果牛頓的理論是對的，那么當時的地圖就是錯的。事實上，關于地球的形狀之爭來之已久，到了17世紀，“扁球”之爭白熾化，成為英國和法國之間長期爭持的一部分。當然，最后多支考察隊，以各自方式如單擺的擺長、緯度測量等不同的方法，證實了牛頓“扁球說”理論的正確。也間接的證明的牛頓引力理論（被人們稱之為無法解釋的神秘力）的正確。

三、科學不等于真理。隨著人類的認識能力的增強，科學理論在不斷地更新、并不時的發(fā)生科學革命

縱觀數(shù)千年人類科學的發(fā)展，經(jīng)歷了古代科學思想萌芽期、亞里斯多德時期、牛頓時期和近代科學時期等多個發(fā)展階段，尤其是近300年來，科學在人類面前更加呈現(xiàn)出多姿多彩與絢麗輝煌。

但我們看到一個我們多不愿意承認的東西，那就是，今天人們所談論的科學知識和科學理論，絕不是古人們所談論科學知識的一種重復。今天的科學知識也不是一種人類知識的堆積，而是今天人們創(chuàng)造理論。雖然有些名詞自古代以來一直在使用著，但今天的含義已完全不同于當時的含義。如我們今天所說的“原子”，絕不是古希臘時期的“原子”；我們今天所講的“進化論”也不是達爾文時期的“進化論”。人們對宇宙的認識，也就是說天體模型演變史，大概是人們最關心和最為熟悉的一個例子了。人們從蓋天說、托羅密的地球中心說、哥白尼的太陽中心說、到今天的宇宙大爆炸模型?，F(xiàn)在好像又有了一個什么宇宙的終結時間問題，說50億年之后，宇宙的時間將終止。隨著人們對宇宙認識程度的加深、對宇宙的理解和解釋逐漸的變化著，逐漸地把一個永恒不變的宇宙模型變成了一個有始有終的宇宙的演變。這些理論從科學定義的角度來說，他們都是科學，而且在他們當時的歷史時期，人們也都認為他們是正確的理論，并解決了很多人們生產(chǎn)實踐問題。有些淘汰的理論所得出的結論，我們至今還在使用，如地心說所產(chǎn)生的天空星圖，依然在野外考察、航海、歷法等場合使用。

雷·斯潘根貝格在他的《科學的旅程》中說的那樣“到17世紀末，科學家已經(jīng)成功的掙脫了對古代和中世紀那些權威的盲從，無論那些權威的來頭有多大。科學家們滿懷新的反叛熱情，徹底顛覆了托勒密在天文學、蓋倫在生理學、亞里斯多德在物理學以及幾乎所有其他領域中的地位。這種反叛最終被稱為‘科學革命’”。每一次的科學革命，都給人類帶來一種新的科學范式，一種新的科學理論，使人類對自然界又有了更深層次的認識和了解。因為有了牛頓的引力理論，人們算出了天王星、海王星、冥王星。因為有了原子理論，人們算出了“反物質(zhì)”。因為有了對發(fā)光的理論，人們算出了“激光”。因為有愛因斯坦理論，人們算出了我們宇宙的邊界。

我們今天認為正確的東西，也許過了多少年之后，人們會像我們用牛頓理論替代亞里斯多德理論、用愛因斯坦理論代替牛頓理論；用哥白尼理論代替托羅密理論、用大爆炸宇宙模型代替哥白尼太陽中心模型一樣，將用一個當時人們認為更好、更完美的理論來代替我們今天認為正確的理論。

今天又有歐洲的科學家聲稱發(fā)現(xiàn)比光還快的粒子，引來許多人的思索，愛因斯坦對世界的解釋是否要更新了，人們是否又要創(chuàng)立一個新的理論，來對我們所發(fā)現(xiàn)的世界進行重新的解釋和描述。這就是科學，或者說是科學的革命。我們從不惋惜舊理論被推翻，因為新的理論會給我們帶來更加滿意的對我們世界的解釋。