龚明物理学博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/skylark1981 用科学的思维理解每天发生的事情

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评论:科学史的研究、问题及其困境

已有 4778 次阅读 2022-6-6 10:40 |系统分类:观点评述

我是一个科学史门外汉,本来不适合讨论这个问题。我对这个问题的讨论,还是站在科学的视角来谈科学史研究存在的一些问题---可能有些观点不正确,希望大家批评。从一个大学物理老师的角度,我们很希望弄明白,我们到底可以从科学的发展史中得到什么教训或者启示?这些教训和启示一直存在,而且被历史上的某些科学家吸收,并导致他们做出了重要的发现,那么它们又是如何发生的?

概括来说,我对科学史的兴趣和目的,来自下列几个方面。首先、我想了解我们今天教材里面的科学是如何发展起来的,这样可以在教学中更彻底、更本质地讲述这些内容。目前,我们的教材几乎完全割断了科学和历史的关系;其次、我想知道为什么中国没有独立发展出科学来,或者说,为什么只有西方发展出了科学?这个问题没有一个单一的解释,但是有很多版本的说法,比如证明的李约瑟问题等。遗憾的是,我认为这些答案还不够彻底,似乎没有触摸到科学的根本规律; 最后、即如何思政教育。目前很多人所谓的思政教育,就是讲政治、讲爱国等,这是不对的。在我看来,最好的思政教育,应该是科学史教育,或者相关的通识教育,即把问题讲明白、讲透彻。这些教育,最能培养学生的批判性思维,即所谓“读史可以明智”(培根)。

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为此,我读过一些科学史的文章,看过一些哲学书,也听过一些学术报告。很快,我产生了这样一种感觉,即很多研究,历史的成分可能远远多于科学的成分。一些科学史论文,主要介绍生平、工作、奖励、荣誉、著作、报告、职务、社会活动等。那么为什么他们可以做出这些工作,他们的成功和当时的时代背景有什么关系,他们犯过什么错误,他们的研究有什么不足,等等,就不那么清楚了(这个问题可能非常难以回答)。比如一些数学史或物理史的文章,极少介绍公式,并讨论它们的具体影响等。我们知道,有时候,一篇文章中的某个符号、某个方法、或者某个观点/假设,可能比文章的主体更有价值。所以在阅读科学史论文的时候,总会有这样一种感觉,就像坐火车从一个地方到另外一个地方,目的地是达到了,可是却没有欣赏到沿途的风光。

我心中的科学史,应该主要的焦点是系统地,完全地研究科学的发展规律,讨论科学在历史上的作用和影响等,并为科学研究提供参考。相反,我认为作者的生平、轶事等,可能不是那么重要,至少不是最关键的, 不应该成为主要内容。

举个例子,这个学期我指导一个学生做毕业设计,题目是《法拉第和电磁学的诞生》。这个题目的初衷是把法拉第从书本中立起来。尽管我们都知道法拉第很伟大,但是在教材中,一般都是一些简短的介绍,所以学生都知道法拉第很伟大,却不知道为什么。杨振宁先生在很多场合,都会提到法拉第的贡献以及他的研究方法,但是估计很多人看他,还是雾里看花,似是而非 --- 这是这篇文章的主要出发点。随着阅读的深入,我们开始思考一个问题,即为什么法拉第发展不出具体的模型?我们发现主流的观点都认为法拉第数学很差。比如法拉第写信给安培,就承认自己不能用数学思考问题。但是凭着法拉第的天才,他不会去自学数学? 这一点让我们感觉奇怪。于是,我们将问题转化为为什么是麦克斯韦在1860年提出了麦克斯韦方程?我们系统回顾了矢量微积分、格林函数、Stokes定理、矩阵、四元数等的发展历史,才终于明白法拉第所处的时代,并没有发展这套理论所需要的数学。麦克斯韦作为数学系出生,他天然就具备这个能力。接着,我们进一步思考一个问题,即科学的发展规律是什么样子?比如我们都知道先有感性认识,然后是理性认识。这里,我们可以将感性认为是实验,理性认为是理论模型。我们发现,经典力学、电动力学、统计力学、量子力学、相对论等,都遵循这样的规律。为此,我们将法拉第定位为伽利略的角色,他得到了确切可信的结论,为新理论的提出提供了可靠的实验结果。最后,我们思考一个问题,即法拉第的实验的特点。为此,我们查阅了法拉第的著作,很多答案便一目了然。他除了有很强的、甚至超前的直觉能力,而且非常注重对实验细节的设计和把握。他会通过实验,排除很多的因素,最终找出关键因素,并提炼出一个模型。杨先生站的视角更高,他认为法拉第的思维是几何的(Phys. Today,  2014年)--- 这是一个极其深刻的见解,因为麦克斯韦方程、Lorentz变换、相对论以及Yang-Mills场等,都是几何的,而磁场本身就是曲率半径。当我第一次读杨先生文章的时候,没有明白几何的意思,后来才忽然想明白这个道理。目前我们的理解还很肤浅,不能形成论文,但是这些思考,我感觉更加接近科学本身,它们应该是科学史做的事情。

这是一次有趣的尝试。每次我们问一些新的问题,并努力从作者的工作、贡献、活动,以及当时的社会背景中寻求答案时,都是一件有趣的探索。这些问题加深了我们对这些人物的理解,也加深了我们对科学知识的发展过程的认识。他们提出的很多关键概念,依旧是今天科学的研究重点。

科学史的目的在哪里?可能有不同的答案。我认为,科学史应该是科学的历史,并为今天的研究提供参考。所以科学史应该以科学为中心,并思考科学的基本发展规律。所以我在上图中画了一个天平,左边是历史,右边是科学。今天的科学史研究,似乎历史的比重大了一点点,科学的比重轻了一点点。所以问题的焦点,就变成了科学史的支点到底放在哪个位置? 今天科学史的研究,应该在史和科学之间找到一个合理的平衡,尽管这个比例(或度)由研究者的兴趣决定。

如果上面的观点是正确的,那么科学史的研究则面临很大的困难。科学家极少愿意去做科学史,而历史出身的人却很少懂科学。这似乎是所有交叉学科都有的困境。这个问题是有办法解决的,比如可以在物理、数学、化学、地理等学院专门预留科学史的空间,由科学史和这些学院的导师联合培养硕士和博士生等。我们也应该鼓励本科生参与这些研究,比如本科毕业论文就是一个非常好的形式:有科学、有历史、考验学生的材料组织能力、文字能力和逻辑分析能力等。史学家的思维和具体科学事件结合在一起,可以让我们更好地理解科学发展的一般规律,并为今天的科学研究提供参考。科学家也可以“以史为镜”,既要学习他们的成功经验以及优秀品质,也要反思他们的失败教训。

总结:我认为科学史应该以科学为中心,目的是研究科学发展的一般规律,并为今天的科学研究提供经验、启示和参考。我希望科学史最终和科学教育融合,成为不可分割的整体。


补充以前发表过的一个观点:科学史很重要,但如何将科学史和具体科学结合,可能是当下的重要难题。如果把科学史当作一门专门的课,我认为收效有限。但如果把它打碎,融入每门具体的课程中,会起到很好的教学效果。目前我们的科学教育基本割裂了和历史的关系。--- 2022年5月28日


补充一个本文没有涉及的常识:

科学史研究有“内史”和“外史”之分。内史“主要研究某一学科本身发展的过程,包括重要的事件、成就、仪器、方法等”。外史“侧重于研究该学科发展过程中与外部环境的相互影响和作用,以及该学科在历史上的社会功能和文化性质”。“内史论”强调科学史研究只应关注科学自身的独立发展,注重科学发展中的逻辑展开、概念框架、方法程序、理论的阐述、实验的完成,以及理论与实验的关系等等,关心科学事实在历史中的前后联系,而不考虑社会因素对科学发展的影响,默认科学发展有其自身的内在逻辑。   科学史的“外史”则指社会等因素对科学发展影响的历史。“外史论”强调科学史研究应更加关注社会、文化、政治、经济、宗教、军事等环境对科学发展的影响,认为这些环境影响了科学发展的方向和速度,在研究科学史时,把科学的发展置于更复杂的背景中。

--- 来自https://zhidao.baidu.com/question/369433993676316692.html

所以,本文的视角,应该是属于内史的范畴,特此纠正。目前更多的老师关注的是科学外史,这也是一个有趣的视角。上海交通大学江晓原老师写过几本书,题目叫《科学外史》,读起来非常有趣。


什么时候开始对科学史感兴趣?

大约15年前,我看了一篇关于伽利略比萨斜塔的实验的论文,一般物理教材认为伽利略做过这个实验---或者老师会这样讲课。可是,科学史学家研究表明,他可能做过,但是不是第一个做这个实验的。他的伟大在于对这个实验给出了一个逻辑思辨实验的解释。这个事情的细节可以在《对话》中找到。同时期,我选修了《科学革命》课程,对科学的发展有了一些新的认识,即认识到它存在的一些普遍的/基本的规律。大约是4年前,我读了阿基米读的《论浮力》,其中就有类似的思辨实验。我忽然明白一点,伽利略肯定受到了阿基米德很多的影响。这是显而易见的事情,因为当时在意大利,阿基米德的书都被翻译了出来。我是在读马赫的《力学批判》,才开始关注《论浮力》这篇文章,并且知道它是建立在公理体系上的,而不是实验基础(当时没有精确的实验,只有个人经验)。后来,我陆陆续续读了很多科学史方面的书,并和课本、教学等融合在一起。在我的课程中,我会给学生一些科学史材料,比如罗兰的《为纯科学呼吁》,苏湛的《 论物理学中的类比方法:以汤姆森和麦克斯韦为例》等。最近几年,一些兄弟院校的老师给了我很大启发,他们非常强调对历史文献的理解和回顾,而我自己也感同身受。这些“故事”可以让我在课堂上更生动地解释物理学的关键概念。


本文以《物理学思想史》课程为基础,2022年5月25日初稿,2022年6月5日定稿。最近在本科论文答辩中遇到了一些问题,于是决定把这篇文章发表出来。未来我可能会以某种方式把这篇论文发表出来。



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