黑暗中的烛光：1000 年来的科学发展及 20 世纪社会中的科学（二）
雅典学院，图片选自hudong.com
撰文 | 王鸿飞（复旦大学化学系教授）
科学的归科学，技术的归技术
——“产权问题已成为中关村高技术产业发展的制约因素。”
科学或纯粹科学关心的是发现真理;而技术关心的则是发明新的东西和工艺或者改进旧的工艺。
虽然我们中国人似乎已习惯于把科学和技术联系在一起，并且为这种解读生造了一个简化的术语，称作科技。然而这实在是对科学和技术之间关系的一大误读。这种误读，在西方的语言中是不存在的。在西方，科学家（scientist）是科学家，工程师（engineer）是工程师，虽然有时候他们的工作中有不少共同和交叉之处，然而毕竟是不同的两类人，是合成不出科技工作者这个“后现代”的词来。清楚区分科学和技术之间的传统区别，对回答我们前面提出的问题将大有裨益。
科学的首要目标是发现事物和事件的现象的本质和规律，从而使人们能够理解、解释并预测。提出普遍性问题是哲学和科学的开始，长久不衰的好奇心以及热烈而不带偏见的探询是科学发展的源泉。虽然这种关于事物和事件的科学知识总是可能带来高度的实利，改变和丰富人类的生活；但是，人首先要生存，然后才能去认识。在人类文明史的初期，人们早在了解很多事物之前，就已经 学会利用它们了。也就是说，技术的存在，是先于科学的。历史中科学和技术之间的关系，往往受到误解。技术常常被说成是“应用科学”，好像一定是人们先认识到某些现象的科学知识，然后才把它应用于实用的目的。实际上，人类有许多实用的技术知识，一开始几乎都建立在非常不科学的关于事物的观念之上。
历史事实表明，科学和技术的发展，一开始基本上是各自沿着自己的路线发展。事物的工艺和发明，与它们的本质和规律的发现在很大的程度上可以相互独立地进行活动。正因为科学和技术之间的这种相对独立性，我们才可以理解为什么中国古代虽然有大大领先于西方的技术成就，却仍然无法同西方一样发展出近代科学的知识体系。
尽管在两千多年前古希腊时代，科学有过短暂的科学萌芽，但是人类称得上科学或近代科学的知识，却是在近五、六百年里逐渐认识和发展起来的。西方历史上，在科学的发展上存在着近代和古代之间一千多年的断裂。公元前212 年，当一位罗马士兵一剑刺死了阿基米德之后，西方的科学就开始和哲学思想的其它部门一起停滞不前。知识没有进步，人们唯一的工作只是写些注释和撮要。
罗马人也是热爱知识的民族，当然对希腊文明赞叹不已，但从另一方面他们显然从注重思辨和智慧的希腊社会的灭亡命运中吸取了教训。在聪明的罗马人看来，归根结底，古希腊人拥有的科学的思辨和哲学的智慧并不能保存自己的国家和文化，没有什么大用处。罗马帝国更加专注于军事技术和实用技艺的发展。他们在法律和工艺技术上的进步，至今仍是西方和世界文明的宝贵遗产。然而，除了穷兵黩武的实用技术之外，罗马人并没有形成能够真正维系庞大帝国的思想和文化。所以在它走向衰落的时候，就连东方一个小小部落的宗教也抵挡不住。发源于中亚的基督教文化为罗马帝国的这个难题提供了一条出路。罗马帝国的崩溃，伴随了基督教的兴起。基督教是西方历史上第一次以一种理念和对天国的理想作为维系国家的基础。也正如儒家思想之于中国历史一样。当然， 西方世界也由此陷入了知识上黑暗的中世纪。历史似乎总是告诉我们，当一种思想和理想占据了绝对的统治地位以后，人类在知识上总是陷于黑暗。当然，这种黑暗，是相对于今天所知道的知识而言的。每个时代都有每个时代的优秀人物，只不过他们所奉献智慧和精力的对象各不相同而已。今天的人们，并不能否定在中世纪科学的空白年代里，能工巧匠们的技艺得到相当的发挥，技术和工艺的发展也同时得到了相当的积累。西方历史上技术和科学之间的这种相对独立性保持了相当长的 时间，直到近代；而对中国，就更不用说了。
科学的逐渐发展，是近代五百多年里的事。其中最初的三个多世纪里，虽然科学进展有时促进了实际应用，但更经常发生的是已经发展出来的技术方法为科学发现提供了经验的资料。自罗马帝国以来，技术发明和改进大都是在根本没有纯粹科学的帮助下进行的。农业、建筑、矿业、玻璃与 陶瓷制造以及纺织工业等重要技术在十八世纪末以前，从科学得到的帮助微乎其微。伽利略是用望远镜而不是肉眼观察到了伴随土星的环状结构，这正说明科学进步在很大程度上取决于适当的科学仪器的发明。无可否认，技术在科学重新萌芽过程中起到了非常重要的作用。
近代科学的胜利和科学在人类知识中的崇高地位的建立，也主要是通过科学对于实用技术和工艺的贡献而达成的，这是技术对于科学重要贡献。科学以前的巫术、迷信或宗教，也总是通过对各自一系列人们可感知的实用问题的解决，以解决人们心灵上的某种求知的愿望，从而在社会中确立 自己作为知识方法的地位。比如基督教相信的耶酥基督的神绩，包括水变酒，瘸子走路，瞎子从见光明，死人复活等等。看来，实践是检验真理的标准这一普遍原则在人类历史上简直是百试不爽，不管这种真理是巫术的、迷信的还是宗教的，甚至是科学的。当然，什么是实践的问题并没这么简单，不过，在历史上科学主要是通过外在的技术成就而获得大众的信任，总是事实。
精密和定量的科学：静悄悄的革命
——《从一到无穷大》
然而，故事并非如此简单。我们应该看到，早期的科学对事物的认识，并不比巫术、迷信或宗教中任何一个能更合理地解释世界上的事物。同时，科学不仅在当时，甚至在现在，也不能为人类生活的根本目的提供一个明确的答案，更不能回答人们关心的关于上帝和彼岸的问题。科学是如何在历史上与巫术、迷信分离而别树一帜，并将基督教推下来统治的神坛这个问题，仅凭科学的合理性乃至其实用性还无法作出令人信服的解释。实际上，我们可以看到，即使在现代社会，在争取大众的信仰方面，科学仍然难以与大多数巫术、迷信或宗教一比高下。我们常常可以看到，如果人们没有从小受到系统的基础科学教育，他们一般会对科学及科学思想有很好的“免疫力”。所以，科学如何发展起来，并使它几百年来威加海内，仍然是一件让人费解的事。
人们有时以为中世纪的哲学和神学没有充分运用理性，这应该说是大谬不然。中世纪的经院哲学之所以能够通过思想而不是武力统治欧洲，正是因为它建立在极端的思辨理性主义之上。中世纪里人们信服的是亚里士多德、圣奥古斯丁以及托马斯·阿奎那的伟大思想和精妙逻辑。教会以思想和理想征服欧洲，最主要地是恰恰是以“理”服人。当然，思辨的前提是首先肯定上帝的存在。在与中世纪里蛊惑人心的巫术、占星术和迷信的斗争中，伟大的基督教哲学家托马斯、阿奎那等，用彻底的辩证唯理主义和古希腊托勒密的地球为中心的天文学，以及亚里士多德的物理学所阐明的经院哲学，不仅能够定性地为当时绝大多数的人类经验找到合理的解释，而且为教会描绘了如但丁的《神曲》中所描绘那种“完美而合理”的宇宙体系。经院哲学给后世科学发展留下了思辨理性主义的宝贵遗产。同时，经院哲学也断言上帝和宇宙是人的心灵所能把握及部分理解的，这也为近代科学思想所继承，形成坚信自然可以被人类理解的信念。
然而，极端的理性思辨下必然有极端的专制。任何拥有终极真理的人，都不会对愚夫愚妇和敢于有不同意见的异端客客气气。今天，人们普遍认为中世纪宗教统治非常专制而不理性，然而对其本质的看法却不那么准确。布鲁诺被宗教裁判所烧死的事件，今天常常被看作宗教专制反对科学进步的证据。但在这个问题上人们忘记了两个基本事实。一是布鲁诺所信奉的哥白尼日心说后来虽然被广泛接受，但在当时教会看来只是巫术和迷信的一种。布鲁诺的执着而不肯悔改，并不源于他有充足的证据和理由。他受难的原因，与其说是因为忠于科学，还不如说是执着于玄想。其二，宗教裁判所用巫术的罪名所烧死或用其它方法处死的成千上万的人，都跟科学毫无关系。可以作为对比的是像伽利略这种真正称得上科学家的人，教会反而只是让他口头认错就算了事。因而，中世纪的黑暗和专制，不能简单说成是科学思想没有自由，而应该说是一切与教义不同的异端的思想和玄想都没有自由。与巫术、迷信和玄想不同的是，科学的发展是知识和发现逐渐积累的过程，早期的科学家们虽然开启了一扇革命性的未来之门，但他们并没有试图去解决宇宙的终极真理问题，所以与宗教之间在并没有你死我活的正面冲突。至少，历史上的科学革命，是一种静悄悄的革命，而不是一场你死我活的意识形态斗争。从开普勒、伽利略、牛顿等人的生活历史中，以及从欧洲近代的科 学协会和组织的演变历史中都可以清楚地看到这一点。
那么，避开了终极真理这一类问题，近代科学到底是要解决什么问题呢?
近代科学的先驱们更为深入的信念是相信新的科学知识赋予人类力量，使人类成为自然界的主人。他们期待着科学与技术之间能够建立某种极端密切的实在的关系。这种信念集中地表现在弗兰西斯·培根的“知识就是力量”这句名言中。这与圣经中的教导不矛盾，因为圣经认为自然是上帝赋予人类的。科学的发展，只是人类找到了重复发生的事物或现象中的实证的规律。这与历史上其它的认知方法有本质的不同，其它的认知方法也同样可以帮助人们摸索出某种类型的实证规律，并促进实用的技术或工艺的发展，比如中国古代的阴阳五行学说对中国传统医学的发展就有很大的指导作用。但是，中医确没有独自发展成为现代意义上的医学科学，往往只是经验的技艺。新的科学方法在实验、归纳和演绎方法的基础上，通过对量的精确关系的测量和观察，来确定事物及其现象之间的关系。这远比其它各种认识方法更为接近自然的规律。
哥白尼在16 世纪初提出的“日心说”，是为了解决“地心说”与逐渐获得的天文观测数据之间的越来越大的观测误差。“地心说”也有早期的天文观测和几何知识作基础。如果没有可以定义并可以定量观测的天文数据，那么“日心说”和“地心说”之间从纯思辨的角度上没有办法加以区别。哥白尼所描绘的太阳系中，各大行星围绕着太阳做圆周运动，经过第谷和开普勒更精确的观测，逐渐发现大行星所做的其实是椭圆运动。可见哥白尼的图像并不完全正确，但在定量的观测数据上，比起“地心说”时代，是实际的科学进步；而在定性的方面，则与“地心说”相比，是完全不同的宇宙观了。17 世纪末，牛顿通过自己发展出来的力学三大定律、引力定律和数学方法，对开普勒从经验数据中总结出来的定量规律进行了成功的定性和定量解释。对牛顿力学的真正信服，却是到了19 世纪，当亚当斯和勒维烈分别利用牛顿力学通过对天王星轨道摄动的精确计算，预言出一颗新的行星(海王星)的存在，并为天文观测所证实之后。今天，在牛顿的力学知识基础上，人类可以准确地将载人飞船送上三十八万公里之外的月球并使之返回地球，还有谁能否定现代自然科学对自然客观性的准确认识呢?
这些历史事实，今天受过一般现代教育的人大都耳熟能详。简要地回顾，是要说明近代科学的发展是建立在一种当时历史上新的定量和精密的科学方法之上的。这种新的方法包括理性的归纳、演绎及其它的思维方式，利用数学作为认识的工具，并对自然事物进行反复的实验和观察。新的科学方法的本质在于，在认识的最后环节完全离开理性的体系，而诉诸于无情的定量事实的裁判。定量的研究方法应该说是唯一能使科学摆脱中世纪神学的极端理性主义，并使自己与巫术、迷信和玄想彻底地划清界线的手段。离开量和数量关系来谈论事物或现象，将很快进入巫术、迷信、宗教和玄想的领地。人类的历史经验表明，在这样的领地里，辩证的理性主义是永远的胜利者，无论它相信自己是用头，还是用脚立在地上。
我们知道，欲通过人类有限的实践经验对具有无限可能性的事物或现象进行认识，逻辑上必然会遇到所谓经验知识的确定性问题。早期的科学对于自然的经验所提出的理论解释，往往并不比巫术、占星术和迷信高明和正确到什么地方去。经验确实应该是科学的基础；但是，只有测得的定量数据可以看作是科学上“真实的”或“可靠的”经验，而任何不能测量的东西应排除在科学题材之外。虽然数量的标准有不同定义，然而，只要不同的标准和其测量手段在各自系统内是有章可循的，数量之间的关系应该是确定的。无论是相信上帝的开普勒或牛顿，还是不相信上帝的巫师或现代科学家，在用同一方法所进行的实验中，并不会对同一事物或现象有绝然不同的定量结果。现代科学的基础，牢牢地扎在定量关系的这种客观性之上。这也正是开普勒也是伽利略他们倡导的科学新思想，也正是今天精密科学的思想。
科学和科学精神
——“知道一个问题被解决与否并不重要，重要的是一个问题在多大程度上被解决了。”
科学史会告诉我们，精密和定量科学的思想从17 世纪以来，攻克了一个又一个的知识堡垒。其中可圈可点的重大发现包括上个世纪物质守恒定律和能量守恒定律的发现，电磁波理论的建立和电磁波的发现，以及本世纪相对论和量子理论的发现。精密和定量科学的成功，在直接窥探上帝和天国秘密的天文学上迈出了成功的第一步之后也向其它一些起初难于定量的学科发展，先是化学，后是生物学，等等。
上个世纪以来，人们基于对精密和定量科学方法的信念，开始把它们推进到人文学科的领域，希望将其很多的分支学科进行量化研究。自然科学对人文学科的这种侵入，自然会遇到一些根本性的挑战。除开主观的因素之外，其中最关键的是量化的可能性，可能会受到事件或现象的重复性的限制。对于完全不能重复的事物或现象，原则上量化研究是不可能的，也没有太大的实际意义。在完全不可以重复和完全可以重复两个极端之间，存在着可以有限重复的事物和现象。对于这类事物和现象，研究和确定或然性的方法被发展了出来。即使不能完全定量地了解一个事物或现象，至少我们可以较定量地研究一件事物或现象发生或变化的可能性。凡是可以对其或然性进行定量研究的事物或现象，也就被纳入成为科学研究的对象。这就使定量科学的方法可以扩展到了人文学科的领域，并使它们成为现代意义上的社会科学。但这是以对确定性在一定程度上的牺牲为代价的。社会科学中存在大量定量上的灰色领域，它们既可能是科学研究可以扩展进入的新的研究对象，也可以是让人们对科学方法的普遍有效性产生怀疑的依据。科学与人文的张力也在于此。
其实，所谓更为精密的自然科学，也是建立在有限的经验基础之上的。所以，精密的自然科学中也必然存在着或然性。所幸的是，精密科学的成功，正是因为它对这种或然性的认识，并总是试图用定量的方式去确定它。精密科学的目标是定量和精密的数量关系，所以，科学家们总是试图尽可能定量地确定科学中的不确定性因素。精密科学中的不确定性的存在，并非科学的弱点。正是因为科学从来承认科学中的不确定性，所以科学没有成为武断的知识体系；正是因为科学往往对一个事物或现象的不确定性有非常精确的定量知识，所以，能够帮助人们正确地进行判断。最重要的是， 对或然性的这种了解和认识，使科学在思想上摆脱了对终极真理的追求，也使科学家们摆脱了哲学上形而上学对他们追求实证知识过程的干扰。
在此基础上，我们试图用定量科学方法去研究的客观世界的对象，包括自然科学和社会科学的各个分支，都被称作科学。同时，我们必须承认，在科学的不同分支学科中，研究的定量化程度各不相同：在同一学科的不同领域，研究定量化程度也各不相同。通过对不同研究对象的可研究定量化程度的区分，也就区分了不同科学分支或领域的科学性的程度。只有在对不同的事物和现象之间 的关系和不确定性有一定的定量了解后，才能说对这一事物或现象已有了科学的知识。基于这种认识的精神，才是科学的认识精神。定量关系于科学的重要性的一个直接结果，就是使表达事物及现 象之间定量逻辑关系的数学，成为科学的语言。
在这里，我们很明白地给科学下了一个非常严格的狭义的定义。这个定义认为，科学是对事物或现象的确定性和不确定性的定量的了解和认识。只有在这个范围之内，我们才能保证科学知识的客观性；只有在这个范围之内，我们才能信任和相信科学。这是一种非常有自知之明的定义。试想有哪一个非科学的知识体系，对事物和现象的判断能拥有这样一种审慎的态度?
我们应当进一步了解，科学的这一严格而且保守的定义所给出的，是科学作为关于实在的知识 体系的内核。从这个内核出发，所形成的知识体系、社会活动和实用技术，等等，才是我们今天所 说的整体上的科学。在个科学内核的基础上，科学家和社会才产生出一种科学的普遍性的价值观念。这种观念，相信科学的客观性不随个人的信仰和价值观念，以及社会文化和制度而转移。科学的普遍性的价值观念，使得科学活动真正成为一种全人类都可以认同的社会活动。科学的普遍性的价值观，也使科学活动成为一种可以在自由、平等的基础上进行普遍参与的人类活动。
更进一步，从这个内核出发，我们能够了解为什么科学能够成为一个不断前进和扩展自身范围的知识体系。科学中新的发现是建立在旧的已知的知识基础上的，这就使科学的发展成为了一个历史的过程。在一个历史的过程中，终极真理是没有立足之地的。这也是为什么科学上的新发现，普遍为科学所欢迎。因为它会是对科学的推进，对科学大厦基础的巩固，对人类科学知识的进步的促进。当然，这种欢迎必须是审慎的欢迎，是带着怀疑的欢迎，科学家对于任何新的科学进展，都要求有直接的定量的证据。爱因斯坦在 1915 年前后提出的广义相对论，在1919 年的日食通过定量观 测到广义相对论所预言的光线引力弯曲现象之后，才开始普遍为科学家们接受。人类的其它知识体系，往往不具有这样的开放特性。在这些体系之中，新的发现或新的现象，常常是对整个知识体系 的合理性基础的威胁，所以导致精神上的恐慌。新的发现对科学来说，则是对以往知识的涵盖和补充。二十世纪量子理论和相对论的发现，是对牛顿以来发展出来的经典力学体系的修正和补充，而不是否定。这正是对科学的这一开放性的最好注脚。
人们可能会把科学的开放性错误地简化成为一种态度问题。科学中已知的知识总是被未知的知识所包围着。一旦跨越边界，就从科学进入了探索的境界。所以，科学知识和科学活动中的开放性，实际上是科学的内在本质的一种要求。因为从本性上来说，人往往是固执和坚持于已经了解的概念的。没有理由假设科学家在这个问题上就有别于常人。他们个人往往可能非常固执。如果他们不固执，便免不了人云亦云。实际上，科学家在科学问题上比一般的人更有理由固执，因为他们所了解的科学知识，更具有其它知识所缺乏的确定性，他们当然会更坚持于这些已有的认识。然而，不管一个科学家多么固执，他却明白地持一种对新的科学知识开放的、审慎的批判态度。因为科学的原则告诉他，他自己或者任何人都不拥有任何终极的答案，而且新的知识也不会使他所已经确切了解的事物和现象成为完全错误的东西。所以，开放的态度，是科学内在的要求。
科学并不要求信徒，只需要信任。科学的这种对新知识的审慎的开放态度，其它的知识体系似乎也同样可以采取。但是，科学之外的知识体系里面，由于本质上缺乏关于量的规律，即使采取某种开放的态度，也还是必须坚守几个无法用实验证实的不可改变的教条，所以在本质上仍然是相当封闭的。例如，在宗教上谈论上帝存在的可能性是 90%，是不能被允许的，这将让整个教义失去根基。然而，这却是科学所用 的语言。
