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论科学的发展规律

已有 833 次阅读 2021-9-22 09:45 |个人分类:科技史|系统分类:论文交流

吕乃基

讨论科学发展规律的成果汗牛充栋。本文试图在更广的视野——从古希腊前到眼下所说的“后现代”,以及在较完整的意义上(科学,作为知识、方法和活动)——全面考察本体论、认识论和方法论,以及历史观——理解科学史,以期对科学发展规律有新的认识。

从研究对象也就是本体论的视角来看,科学知识的发展经历古代与对象也就是自然的演化保持原始的一致,经近代与自然的演化相反,再到现代与自然的演化相一致,以及由混沌经确定再到混沌。

从研究方法也就是认识论的视角来看,科学认识的发展经历由原始的综合经分析,再到辨证的综合,由主客体不分经分离,再到相互作用,以及由直觉经逻辑再到自觉。

从科学本身含义和从科学与社会的关系来看,科学经历原始时期与社会之间的浑然一体,经独立发展并提出默顿规范,再到成为社会系统中的要素和提出宽容、理解以及自律和他律。

上述三个角度的科学发展规律,彼此间密切相关。

原文刊于《科学技术与辩证法》20045,主要观点依然适用,此处略有补充和文字改动。

一、科学发展规律的本体论视角

在本体论上,科学的发展经历由与自然史原始的一致,经相反再到一致1,以及由混沌经确定再到混沌。

1.

A.

在古代,希腊的自然哲学试图描绘自然的由来与发展的图景。中国古代的思想家们认为,万物的始基是元气或五行,由阴阳的矛盾运动发生变化以形成万物,其规律谓之“道”。他们大致都是先构思出本原或始基,然后由此经各种变化发展形成现有自然界中的一切。无论古人的这些构思如何离奇,没有科学根据,然而他们毕竟是在思考自然史。普林尼于世纪初写的《自然史》中,从总的宇宙理论开始一直讲到地球,然后是地理,最后是动物,植物和人。这确实是自然史。

B.

文艺复兴之后情况发生了变化,实证科学兴起。科学家们不再从虚构的始基出发来推演出万物,而是着手研究眼前感官所能触及的现存的事物。生物学家进行人体和动植物的解剖,凭藉显微镜和物理、化学方法,一步一步地探索生物的组成。化学家则从空气、水、土、矿石等开始,分析无生命界物质的内部组成。天文学家,考察太阳系的现状;地质学家观察地貌,挖掘化石,他们都试图由现状回溯来推测它们的由来,如此等等。换言之,这些学科分别是由自然演化发展所达到的若干阶段——人,动植物、化合物、地球与天体等开始,然后回溯。科学探索的方向正与自然界演化的方向相反。

科学前进的方向如此,相应地,科学的概念体系也是对自然史相反过程的描述与反映。如人体,动植物皆由种种器官或部分组成,生物由细胞组成,细胞则由细胞核、细胞质、细胞膜,以至蛋白质,核酸组成。本世纪又进一步发现后两者分别由氨基酸与核苷酸组成。化学家则告诉我们,分子由原子组成。

这些概念体系反映了自然史的逆过程,表达方式的总的特点是:对象A由a、b、c…组成,但对于a、b、c…如何形成A则不能回答:或只能猜测设想,不能作确切的回答,如化学中的亲合力,天文学,地质学和生物学中的进化思想;或虽在实践中由a、b、c…得到了A,却不明其中奥秘,未能从理性上得到说明。

物理学的情况有所不同,在二十世纪前主要研究力,实际上是不考虑物质内部组成的若干基本运动形式,如声光电热,并不是对自然史的描述。

总之,在文艺复兴后的数百年内,自然科学确实的是自然史的逆过程,自然科学的概念体系是对自然史逆过程的描述和反映。简言之,自然科学是逆自然史。

C.

跨入二十世纪来,情况再次发生革命性的变化。首先,化学在沿着自然史回溯揭示物质的组成方面达到了自然演化的一个关节点----核与电子,将继续沿自然史上溯的接力捧交给物理学。化学与物理学相结合,研究原子的形成,原子形成分子的过程,和生物学共同探察化学分子形成生物大分子的机理。

跨世纪来,物理学家开始涉及各种物质形态,三十年代发现核由质子和中子组成,接着便建立了核物理,讨论质子和中子如何形成核,五十年代后又逐步认识到质子、中子由夸克组成,目前正在探讨夸克又是由什么组成;随之,相应地建立起量子色动力学、量子味动力学,研究夸克如何形成强子等。物理学在二十世纪后的发展过程与二十世纪前其它学科的情况一样,也是逆自然史向上,在分别揭示了原子、核、强子……是由什么组成之后.认识再倒过来。

其它学科也相继发生类似的变化。分子生物学正试图理解如何在DNA和蛋白质的基础上组成细胞。在为生物找到共同祖先后,进化学说则要揭示由低等生物进化到人的过程。在完成了一系列分析之后,现代生态学认为,目前的生态与环境是历史地形成的,由此才能理解现有的生态与环境。

近来对意识起源的研究越来越引起注意,《原始思维》成为畅销书,皮亚杰则通过个体发育与系统发育的关系,由儿童的心理发生着手来确实人类意识的起源。二十世纪来各个学科先后的发展表明,它们分别在达到了一些关节点的相继发生转折,认识回过头来,沿着自然史的发展方向,研究自然史的一个或若干阶段。

科学发展到今天,各门自然科学正日益形成一个延续的统一体,科学的整体即是全部自然史的抽象和概括。物理学和天文学结合起来讨论宇宙的起源、夸克的生成。关于恒星与元素的起源已大致了解。地质学正在扩展它的研究领域,讨论太阳系与地球的起源和演变。化学接着研究在地球与星际发生的化学进化。

现在对生命起源的研究则试图连接由无生命的化学分子到生物大分子到最原始的生命组织的环节,在生物界与无机界的鸿沟中虽已填补了从尿素一直到胰岛素和核酸片断等各种物质,但尚未从理性上逾越障碍。目前,众多学科的学者们正在共同追踪自然发展史上所迈出的这巨大的一步。

尔后,分子生物学、进化论、生态学探索一直进化到人类的过程。接着,人类学、心理学讨论人类与意识的起源与发展,逐步进入社会科学的领地、涉及家庭与社会的起源和变化。

D.

总之,在今天的科学家看来,自然不仅是存在,而且是一由低级到高级,由简单到复杂的演化过程。古代哲学家天才的揣测,经过漫长的认识过程,到今天正再成为科学的理论。自然科学又一次成为自然史。

自然科学与自然史关系的发展,经历了由一致到相反再到一致的否定之否定的道路,而这两个否定环节,即是发生于十七世纪与二十世纪的两次科学革命。

2.

A.

把视野向两端扩展,一端由古希腊回溯到远古时期,另一端由20世纪初延伸至今。回溯,由欧几里德几何回到古埃及尼罗河畔的丈量土地,由阿基米德力学回到3千年前的杠杆取水,由托勒密天文学回到游牧民族仰观天象,一句话,回到日常生活和生产实践之中。由于各民族的自然地理条件迥异,所以日常生活和生产实践中得到的经验各不相同。正是这些细微的、变动不居的以及互不相通的个别经验构成了科学最初的源泉,科学萌芽于混沌之中。在如此扩展的视野中,这就是科学的第一个阶段。参见原始科学的n种形态(上)原始科学二、原始科学的n种形态(下)

B.

于是,从古希腊一直到20世纪的大部分时间就是第二阶段。虽然在这一阶段中又可进一步区分为上面所分析的三个环节,但这三个环节有一个共同点:那就是秩序和规律。

早在第一个环节,古希腊人就为整个第二阶段确立了目标和规范——探寻不变的存在,在自然哲学中就是始基和本原。无论是目的论、因果论,还是循环,强调的都是秩序和规律。至于日后的科学,则“应当从经验客体的现象上去寻找背后的本体,从而达到认识自然界本质规律性的目标。这正是亚里士多德的本体论之作为古希腊本体论最高成就的最重要之点所在”。2欧几里德、阿基米德和托勒密等人的成就就是这一努力的结果。

中世纪虽然经历曲折,但近代科学革命又回到这条道路上。虽然在与自然史的关系上由一致转为回溯,但目标和规范是相同的,所获得的丰硕成果正体现了秩序和规律。19世纪末,气体分子杂乱无章的运动经由概率论也被纳入到有序和规律之中。

现代科学革命以来,在20世纪的大部分时间内,科学家们依然在寻找规律,并进一步把规律由宏观低速扩展到微观高速,由无机物和有机物延伸到生命。有序王国攻城略地所向无敌。

C.

然而也是在19世纪末,庞加勒发现了一些难以驯服的现象,他将之归于非线性。这一极其重要的发现在当时淹没于量子力学和相对论的光环之中,庞加勒本人也感到太离奇而束手无策,之后科学家们又发展出种种线性近似作为保护带来解决非线性问题。随着协同学、耗散结构理论、突变论和分形理论等的向世,人们逐步发现,始于彭加勒在非线性旗帜下开展的各项研究对整个科学所产生的震撼丝毫不小于20世纪初的量子力学和相对论。

这一方向的研究从根本上改变了偶然性与不确定的地位。几百年来,偶然性与不确定性一直被认为是外部的扰动,应该避免或忽略不计,至多是“为必然性开辟道路”,而新的观念则认为,蝴蝶扇起的气体会在几千公里外引起风暴,正是这种随机涨落创造了世界。分形理论的创始者芒德勃罗断言,欧几里得几何学是“呆滞”的,不规则性却是活跃的, 不是噪声,而是自然界创造力的标志。还有如混沌、随机涨落、突变和协同,等等,所有这些正在汇成所谓“后现代科学”。

后现代科学正在动摇科学的本体论地基。早在两千多年前,古希腊哲学家就为这一本体论地基垒起第一块基石。自然不是杂乱无章的,而是有其秩序或规律.在变化后面有不变的存在物,在现象后面有本质。近代科学和现代科学的成果坚定了这一信念。然而后现代科学告诉我们,自然界充满着混沌、紊乱、涨落和不确定因素。所有存在物都在彼此关系中创生、消亡。

问题在于两个方面。

其一,科学本来应该告诉我们具有普遍性的知识,然而后现代科学认为,每个对象,它所处的环境或包括的主客体关系在内的“关系”,以及它的由来和“记忆”都不相同,不具有明确的边界或时段,对它们的研究会有各自的环境和游戏规则。于是科学的普遍性受到了挑战。

其二,科学本来应该告诉我们事物未来的发展趋势,由此我们方得以“把握”、“控制”事物,这就是科学的预见功能。然而蝴蝶效应会引起风暴,初始测量所不可避免的误差和计算中舍去的尾数将在迭代中放大,还有各种扰动、涨落,这一切使未来是如此不确定而不可预言。于是科学失去了普遍性后又失去了预言功能。两千年前,苏格拉底睿智地说:“我知道我不知道”。后现代科学是否也会说:“我预言我不能预言?”。

会聚这些思考就引向一个深层的问题:究竟什么是“真”,什么是“规律”?自古希腊至今的理解是它们意味着客观、普遍、永恒。正是这样一种先验的本体论,赋予“真”这样一些属性,然而这只是一种不真实的简单抽象。

在后现代科学看来,“真”是混沌、模糊、分岔、突变、非线性、对称性破缺、不可逆…,是不确定、变化、关系和个性,是主客体交融。我们看到的是不同个体,是处于不同发展阶段和不同环境(语境)之中的个体。后现代科学正在否定自古希腊以来的科学,朝着更遥远过去的混沌作辨证的复归。

由于这种复归是建立于第二阶段有序和规律的基础之上,拥有共同的平台,因而在个性之间不是远古时期的不可通约,而是彼此交流和兼容。实际上,交流和兼容正是后现代个性存在和发展的基础。

D.

这就是从本体论来看科学发展的第二条规律,由远古的混沌——显然,相对于后现代正在趋向的混沌而言,远古的混沌只能说是混乱,因为个体与个体之间没有相关。

同时,这些互不相关的个体却是与各自所处的特定的原始的自然生态环境协调一致,因而是一种“自然”的混沌。自然的混沌,经近现代的秩序而走向未来的混沌。相对于远古自然的混沌而言,未来的混沌是一种“自然-人工自然-人类”共存的混沌,这是另一个大的课题。



1  吕乃基,论科学史与自然史的关系,《科学技术与辩证法》1992.2

2  周昌忠,西方科学的文化精神,P15,上海人民出版社,1995



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