科學(xué)的目的、精神和方法

張雙南

關(guān)于科學(xué)研究的一個(gè)故事

多年前，時(shí)任俄羅斯總理的普京聽取了一個(gè)俄羅斯與德國(guó)聯(lián)合研究的項(xiàng)目報(bào)告。這項(xiàng)研究的目的，是研制一個(gè)以暗能量為主要研究目標(biāo)的空間天文衛(wèi)星。報(bào)告結(jié)束后，普京提出兩個(gè)問題：暗能量有用嗎？暗能量危險(xiǎn)嗎？當(dāng)時(shí)一個(gè)科學(xué)家是這么回答的：“我不知道。100年前如果你問愛因斯坦相對(duì)論是有用還是危險(xiǎn)，愛因斯坦也一定回答不知道。但是今天我們知道相對(duì)論既有用也危險(xiǎn)?！焙四堋⒃\斷和治療癌癥的加速器、GPS等都離不開相對(duì)論的應(yīng)用，同樣，核武器也是相對(duì)論的應(yīng)用。

暗能量的研究和相對(duì)論的研究一樣，很顯然都是科學(xué)研究。上面這個(gè)故事本質(zhì)上是關(guān)于“什么是科學(xué)”這個(gè)問題。這個(gè)問題看似簡(jiǎn)單，但在中國(guó)的教育體系里基本沒有涉及，因此很多人不能回答?；卮饐栴}需要明確科學(xué)的三個(gè)要素，也就是科學(xué)的目的、精神和方法，這就是本文的主題。

科學(xué)的三要素：目的、精神和方法

要素一：科學(xué)的目的

事實(shí)上，如果我們問科學(xué)的目的是什么，很多人都會(huì)回答：科學(xué)的目的是造福于人類。這個(gè)回答并不完全正確，或者可以說完全不正確?？茖W(xué)的確可以造福于人類，事實(shí)上很多科學(xué)研究的成果都已經(jīng)被用來造福于人類，人類的生活品質(zhì)和水平也由于科學(xué)成果的應(yīng)用而不斷得到快速提升。但是科學(xué)的目的本身并不是造福于人類，是人類出于各種目的，在很多情況下利用了科學(xué)成果造福了人類。科學(xué)成果同樣可以給人類造成災(zāi)難，這樣的例子不勝枚舉。

科學(xué)的目的就是刨根問底，也就是發(fā)現(xiàn)各種規(guī)律，比如通過天文學(xué)的研究所發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律奠基了經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)兩大基礎(chǔ)物理學(xué)科，然而如何應(yīng)用這些規(guī)律卻并不是科學(xué)本身的目的。因此，科學(xué)家在研究科學(xué)的時(shí)候只關(guān)心這些規(guī)律本身，并不需要關(guān)心它是否有用、是否危險(xiǎn)，當(dāng)然這并不排斥科學(xué)家選擇開展自己認(rèn)為是否有用、是否危險(xiǎn)的科學(xué)研究工作。

需要進(jìn)一步說明的是，科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律并不限于自然科學(xué)研究的自然規(guī)律，也包括其他各種規(guī)律，比如社會(huì)科學(xué)所研究的各種規(guī)律。自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)所研究的對(duì)象不同，所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律當(dāng)然也不同，但是它們的目的都是揭示“規(guī)律”，而且它們也都符合科學(xué)的另外兩個(gè)要素。然而，并不是所有揭示規(guī)律的學(xué)術(shù)研究都是科學(xué)研究，因?yàn)楹芏鄬W(xué)術(shù)研究都不完全符合科學(xué)的另外兩個(gè)要素。

要素二：科學(xué)的精神

科學(xué)的精神包括三個(gè)內(nèi)容：質(zhì)疑、獨(dú)立、唯一。

“質(zhì)疑”其實(shí)是最基本的科學(xué)精神，也就是對(duì)于以前的結(jié)果、結(jié)論甚至廣泛得到證實(shí)和接受的理論體系，都需要以懷疑的眼光進(jìn)行審視。但是“質(zhì)疑”并不完全等同于“懷疑”，更不是全面否定。“質(zhì)疑”實(shí)際上是評(píng)判地學(xué)習(xí)和批評(píng)地接受，其目的是揭示以前工作的漏洞、缺陷、不完善，沒有經(jīng)過檢驗(yàn)或者不能完全適用的地方。比如愛因斯坦對(duì)牛頓力學(xué)和牛頓引力理論的質(zhì)疑的結(jié)果是發(fā)現(xiàn)了牛頓力學(xué)和牛頓引力理論只有在低速（相當(dāng)于光速）和弱引力場(chǎng)（空間扭曲可以忽略）的情況下才是正確的，否則就需要使用狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。

“獨(dú)立”有兩層含義，一方面指的是科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律“獨(dú)立”于研究者以及研究手段和研究方法；另外一方面指的是科學(xué)研究者必須具有獨(dú)立的思想，科學(xué)研究工作也是獨(dú)立進(jìn)行的，只有獨(dú)立做出的科學(xué)研究成果才有科學(xué)價(jià)值，當(dāng)然這并不排斥學(xué)術(shù)交流和學(xué)術(shù)合作，因?yàn)榻涣髋c合作往往是激發(fā)研究者個(gè)人創(chuàng)造力的有力途徑，創(chuàng)造力是最終產(chǎn)生高度原創(chuàng)性的獨(dú)立研究成果的根本原因。

“唯一”指的是科學(xué)規(guī)律的唯一性，勿用過多的解釋。在這里僅僅引用彭桓武先生2005年4月15日在“世界物理學(xué)紀(jì)念大會(huì)”上的講話：物質(zhì)世界雖然千變?nèi)f化，但卻十分真誠(chéng)，“在同樣條件下必然出現(xiàn)同樣現(xiàn)象”。由于科學(xué)的目的就是揭示科學(xué)規(guī)律，離開了“唯一”的科學(xué)精神，也就無所謂“刨根問底”，科學(xué)的目的也就不再存在，當(dāng)然科學(xué)研究也就無法進(jìn)行，因?yàn)榭茖W(xué)研究方法基本上就是通過天文學(xué)的研究圍繞著科學(xué)規(guī)律的唯一性發(fā)展出來的。

要素三：科學(xué)的方法

科學(xué)的方法也就是科學(xué)研究方法，包括三個(gè)內(nèi)容：邏輯化、定量化和實(shí)證化。

科學(xué)研究顯然起源于哲學(xué)，而哲學(xué)研究所建立的邏輯化正是科學(xué)方法的一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。在使用哲學(xué)的邏輯化開展科學(xué)研究的過程中，定量化是必不可少的。沒有定量化，就無法通過歸納建立模型，也無法對(duì)模型進(jìn)行演繹來作出預(yù)言，并被進(jìn)一步的觀測(cè)或者實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。數(shù)學(xué)的研究所建立的各種計(jì)算方法和工具，使得科學(xué)研究和現(xiàn)在一般意義上的哲學(xué)研究分道揚(yáng)鑣。而科學(xué)研究的定量化又使得科學(xué)研究的成果能夠得到實(shí)際應(yīng)用，這是科學(xué)和哲學(xué)徹底分離的最顯著標(biāo)志。

實(shí)證化則是最需要被強(qiáng)調(diào)的科學(xué)研究方法。從天文學(xué)的發(fā)展可以看到，每一次重要的進(jìn)展都源于舊的模型的預(yù)言和新的觀測(cè)結(jié)果矛盾，或者舊的模型完全沒有預(yù)言的觀測(cè)結(jié)果無法再用舊的模型進(jìn)行解釋。舊的模型可以被新的觀測(cè)或者實(shí)驗(yàn)所推翻或者修改，但是這些舊的模型都是科學(xué)理論，是追求“唯一”正確的科學(xué)理論的歷程中所必須經(jīng)過的階段。例如，愛因斯坦在建立了廣義相對(duì)論理論之后，他不但解釋了水星近日點(diǎn)的反常進(jìn)動(dòng)，而且還預(yù)言了光線的引力偏折將是區(qū)分廣義相對(duì)論和牛頓引力理論的關(guān)鍵。正是光線的引力偏折觀測(cè)結(jié)果確立了廣義相對(duì)論理論的正確性。

科學(xué)和其他學(xué)術(shù)研究

關(guān)于科學(xué)和其他學(xué)術(shù)研究的關(guān)系，討論較多的問題可能就是哲學(xué)是不是科學(xué)、數(shù)學(xué)是不是科學(xué)，以及博物學(xué)是不是科學(xué)。

如前所述，現(xiàn)代科學(xué)的確起源于哲學(xué)，哲學(xué)的邏輯化是科學(xué)研究方法的重要內(nèi)容，數(shù)學(xué)是科學(xué)的定量化方法的基礎(chǔ)，博物學(xué)則對(duì)有些科學(xué)研究提供了實(shí)證的基礎(chǔ)。但是，我們現(xiàn)在一般意義上的哲學(xué)研究不但缺乏定量化，而且哲學(xué)理論的實(shí)證化也幾無可能。實(shí)際上，我們很難說哲學(xué)研究的目的是揭示什么唯一的規(guī)律，所以哲學(xué)的目的和精神也和我們討論的現(xiàn)代科學(xué)有很大的差異。既然哲學(xué)的目的、精神和研究方法都和現(xiàn)代科學(xué)有很大的不同，那么嚴(yán)格地說，哲學(xué)并不是科學(xué)。

數(shù)學(xué)和科學(xué)的劃分則困難得多。其實(shí)國(guó)外在正式的場(chǎng)所往往把我們國(guó)內(nèi)所稱的“理科”寫為“科學(xué)和數(shù)學(xué)”，也就是把科學(xué)和數(shù)學(xué)并列，說明數(shù)學(xué)不能被簡(jiǎn)單視為科學(xué)的一個(gè)分支。也許數(shù)學(xué)和科學(xué)的唯一區(qū)別就是實(shí)證化。數(shù)學(xué)是定量化的邏輯推理，只要推理過程沒有錯(cuò)誤，就是正確的數(shù)學(xué)理論，原則上并不需要通過觀測(cè)或者實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。所以實(shí)證化和我們前面強(qiáng)調(diào)的證偽問題對(duì)于數(shù)學(xué)研究并不是最重要的，盡管科學(xué)研究的證偽幾乎總是需要進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。因此嚴(yán)格地講，數(shù)學(xué)不是科學(xué)，但是和科學(xué)關(guān)系非常密切。

盡管哲學(xué)、數(shù)學(xué)在嚴(yán)格意義上都不是科學(xué)，但是哲學(xué)和數(shù)學(xué)也都是嚴(yán)肅的學(xué)術(shù)研究，而且顯然是非常重要的學(xué)術(shù)研究，并不能說科學(xué)比哲學(xué)或者數(shù)學(xué)重要，它們之間沒有高低貴賤之分。

最后簡(jiǎn)要地討論一下博物學(xué)。著名的科學(xué)哲學(xué)家吳國(guó)盛教授在其專著《什么是科學(xué)》里提出，應(yīng)該把博物學(xué)納入科學(xué)譜系。由于中國(guó)古代的博物學(xué)相當(dāng)發(fā)達(dá)，從這個(gè)意義上講，吳國(guó)盛教授認(rèn)為中國(guó)古代有科學(xué)。那么博物學(xué)是不是科學(xué)？達(dá)爾文的進(jìn)化論很顯然來自以達(dá)爾文為代表的西方博物學(xué)的研究，西方博物學(xué)研究整體上完全滿足科學(xué)的三個(gè)要素并且最終導(dǎo)致達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)了進(jìn)化論這個(gè)科學(xué)規(guī)律，因此以達(dá)爾文的博物學(xué)為代表的西方博物學(xué)是科學(xué)。然而中國(guó)古代的博物學(xué)研究?jī)H限于觀察、記錄、整理和分類，并沒有揭示這些現(xiàn)象背后的規(guī)律，當(dāng)然也無從進(jìn)行實(shí)證，所以中國(guó)古代的博物學(xué)雖然很發(fā)達(dá)，但也只能說是在往科學(xué)研究的方向上走了一步，最終并沒有發(fā)展成為科學(xué)。這個(gè)情況頗為類似中國(guó)古代天文學(xué)的情況，盡管做了很多觀測(cè)、記錄、整理和分類的工作，最終也沒有發(fā)展成為科學(xué)。

因此學(xué)術(shù)研究不一定都是科學(xué)研究，也并不是所有的學(xué)術(shù)研究最終都會(huì)導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。只有滿足科學(xué)的三個(gè)要素的研究才是科學(xué)研究。

中國(guó)傳統(tǒng)文化和科學(xué)

中國(guó)古代并不缺乏思想家，也不缺乏對(duì)整個(gè)宇宙的思考。但是中國(guó)傳統(tǒng)文化強(qiáng)調(diào)的是人和自然、人和宇宙的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)天人合一，中國(guó)的傳統(tǒng)思想家滿足于形成一套可以自洽的思想體系，中國(guó)古代的學(xué)術(shù)研究并不重視探索統(tǒng)治自然和宇宙的基本規(guī)律。既然不尋找基本規(guī)律，實(shí)用主義就主導(dǎo)了中國(guó)社會(huì)的發(fā)展。

中國(guó)古代的農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、天文學(xué)、數(shù)學(xué)、博物學(xué)等都曾經(jīng)世界領(lǐng)先，但強(qiáng)調(diào)的都是實(shí)用性，都是在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一些實(shí)用的知識(shí)，而沒有對(duì)這些知識(shí)作出進(jìn)一步理性和系統(tǒng)的整理和抽象概括，探索內(nèi)在規(guī)律成為系統(tǒng)的科學(xué)理論。中國(guó)古代的造紙術(shù)、指南針、火藥和活字印刷術(shù)非常偉大，但它們都不是科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而只是技術(shù)發(fā)明。由于我們的祖先沒有刨根問底地去研究這些技術(shù)背后的規(guī)律，當(dāng)時(shí)先進(jìn)的技術(shù)不但沒有發(fā)展成為化學(xué)、電磁學(xué)、地球物理、自動(dòng)化等科學(xué)學(xué)科，還逐漸被西方超越。

因此，中國(guó)古代沒有產(chǎn)生科學(xué)理論的一個(gè)重要原因在于中國(guó)傳統(tǒng)文化導(dǎo)致的實(shí)用性。實(shí)用性眼光不夠遠(yuǎn)大，設(shè)定的發(fā)展空間極小，一旦現(xiàn)實(shí)不提出直接要求，它就沒有了發(fā)展的動(dòng)力?？茖W(xué)研究本質(zhì)上不以實(shí)用為目的，為追求規(guī)律而追求規(guī)律，不受發(fā)展空間的局限，形成了一次又一次的科學(xué)革命，而科學(xué)革命最終（可能是幾十年甚至上百年之后）帶來了一次又一次的技術(shù)革命。

中國(guó)社會(huì)的科學(xué)現(xiàn)實(shí)與未來

幾十年來，通過科學(xué)教育和普及，中國(guó)公民的科學(xué)素養(yǎng)已經(jīng)有了一定提高，但前路依舊漫長(zhǎng)。試問，中國(guó)社會(huì)上有多少人能夠回答出“科學(xué)的目的、精神、方法”的哪怕一條或者一條中的一個(gè)內(nèi)容？但是同時(shí)，我們又把所有好的或者有道理的東西都說成是“科學(xué)的”，所有不好的或者沒有道理的東西都說成是“不科學(xué)的”，這其實(shí)是誤解了“科學(xué)”的真正內(nèi)涵，是實(shí)用主義的體現(xiàn)。

事實(shí)上，我們大多數(shù)人無論在學(xué)校還是在社會(huì)上接受的所謂“科學(xué)”教育（包括科普宣傳），就是教我們科學(xué)知識(shí)，也就是告訴我們已有的科學(xué)規(guī)律是什么、如何使用這些規(guī)律以及科學(xué)有什么用，幾乎從來不教科學(xué)的三要素：科學(xué)的目的、精神和方法。我們只學(xué)到了科學(xué)知識(shí)，而不知道科學(xué)是什么。因此，科學(xué)教育不僅要普及科學(xué)知識(shí)，更需要讓人們認(rèn)識(shí)到什么是科學(xué)的目的、精神和方法。

（作者為九三學(xué)社中央科普工委副主任，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心主任；文章轉(zhuǎn)載自“果殼科學(xué)人”）

責(zé)任編輯：馬莉莎