科学的历程

“在教科书中纷至沓来的新概念、新术语、新公式、新定理面前，学生逐渐形成了这样的观念：这就是真理，学习它，记住它。久而久之，历史性的，进化着的科学理论被神圣化、教条化。人们不知道这个理论从何而来，为什么会是这样，但我们仍旧相信它是真的，因为它是科学的。这种教条的态度明显与科学精神格格不入，但却是目前的科学教育导致的一个普遍的态度。学生不知道一个理论源于哪些问题，有多少种解决问题的方案，以及为什么人们选择了其中一种并称之为科学理论；学生也不知道这种理论是可质疑的，并非万古不变的教条，也许自己经过思考就能对伟大科学家的解决方案提出异议。”

作为一个普通学生，一直读到研究生，我才体会到这样的一个事实：科学是可被质疑的，科学是发展的。从小一直被灌输将课本知识作为真理，通过反复解题练习来巩固知识。甚至到本科，初衷为重复那些惊奇发现的物理化学实验课程，也因为课程作业压力和讲解的繁复，使得原本充满好奇与有趣的实验也变相成为了记住知识的方法。但正如黑格尔曾经说过“熟知”往往并非“真知”。一切理所当然的东西都逃避了理性的反思，反而成为一种盲目的东西。在研究生的科研过程中，我意识到，那些我曾“熟知”的知识，并不能作为我的基础支撑我的研究，我仍旧需要重新学习理论知识并理解其不断发展的核心，我才能有底气进一步的研究。在计算机的领域里，知识更新迭代尤为快速，质疑也成为了必要的品格，实验的结果虽然漂亮，但如何提出疑问，对其进行解释，又如何证明解释，则是科学精神的重要部分。本科的学习并未让我们对科学精神有所了解，那些教科书上的设问只会增加课后的作业。不知有多少和我一样的同学，在上完基础课程的大二下学期，终于长出一口气，好似摆脱了繁重的劳役。

失去了历史根基的科学知识，如同阴云一般笼罩在长期以来接受灌输知识的学生头上。我一直在想，是哪里出现了问题，教育中少了哪一环，如何才能将科学知识更为有趣地传递出来？有幸上过一些老师的课，课堂上会将科学知识与实际生活联系起来，电磁学和“北高峰天线”，我至今还记得。神经科学解释：“这是巧妙地利用了记忆的机制，将知识与地点，与已有知识建立关联，有效地增加了知识出现的频率。”科学知识与日常生活这样的联系并不总是能够找到。但是作为知识出现的必然条件，历史却是总能挖掘的。相比于建立和日常事物的联系，历史中更多地包含了知识发展的过程，包含了对科学知识的质疑与批判，这恰恰是现有教育中缺少的重要一环。

对于科学史的研究，国内著名的学者有清华大学的吴国盛教授，他出版的《科学的历程》是科学史方面的巨作，同时讲述了东西方文明和科学的发展历程，不仅包括了物理学的发展史，还涵盖了许多化学、生物学以及其他自然科学的历史。由于更偏向于讲述历史，书中的人物和故事相较于专科的教科书更为丰富和有趣。

科学最初始于好奇心，是对世间万物及现象所构建的理解框架。这一点与哲学相通，形而上学、伦理学和逻辑学是对人类本身的理解，自然哲学，1833年后称为科学，则是对自然的理解。这其中包含了两种动机，一是好奇心，是对自然的好奇，是爱智慧的外在表现；另一种是生产需要，是为了满足人类物质生活需要而进行的科学研究。前者更倾向于哲学，后者则更像是技艺。

推动科学发展的两种动力相辅相成。科学仪器始于工匠传统，并不断推动科学知识的发展。比如书中所列，望远镜和显微镜的发明都是由工匠传统推动的，而天文学、生物学和医学应归功于这些工匠发明。科学发展的两种动力之间又存在着如此紧密的联系。

科学是在不断发展的，一种伟大的科学理论，在科学史上能够找到其在不同领域中的发展与其表现出来的统一性。书中讲到的热力学第一定律，即能量守恒定律，其从古代的能量不灭原理到力学的能量守恒等等，从一个统一的观念到在各个学科中专门的研究与发展，直到最后又归于统一。科学即是如此，在不断的创造出新的意义。

“中国的先民是朴实的农业民族，他们不喜玄想，勤务实利，在极为艰苦的条件下踏踏实实地从事农业劳动，使自己的民族不断繁衍壮大。与其他几大古老文明形成鲜明对照的是，中国先民的宗教意识极为淡薄。”中国的神话更多是人神统一的神话，神没有超越性。这样无神论的民族注重现实世界，遵从生活经验。这种民族特性决定了中国科学的实用性、经验性。中国科学的发展在世界科学史中表现得相对更为独立，这是因为中国政治在较大的时间尺度上是相对稳定的，同时地理上的相对隔绝，使得中国古代所创造的科学技术具有独特的风格和体系。其独立发展的科技文明，在农、医、天、算四大学科和陶瓷、纺织、建筑三大技术有着独特建树。

哲学和科学最早可以追溯到希腊，希腊人崇尚理性和智慧，热爱真理，对求知有一种异乎寻常的热忱。“正如亚里士多德所说，东方人发展科学知识和技术主要是出于实用的目的和宗教的需要，只有希腊人首先试图给出理性的理解，试图超越具体个别的现象进入一般的认识。这是希腊思想的特质，也是希腊人对人类独特的贡献。”亚里士多德还给出了为什么是希腊的原因。“这样的一种求知活动，必须要等到社会出现闲暇阶层才有可能产生。”希腊的城邦制、奴隶制，提供希腊人以“自由”和“闲暇”；民主制的城邦有利于科学和哲学的繁荣和发展；同时，希腊人有着强烈的求知欲和好奇心，对智慧无比的崇尚。“希腊理性自然观的发源希腊神话有两大特征，人神相异同构和完备的诸神谱系，反映了对象性和逻辑性。这正是自然科学赖以产生的基本前提。”但由于手工等轻工业都由奴隶完成，希腊人不重视实验观察，这也是希腊科学的一大特点。

对比中国和希腊，中国古代的科学技术体系，其突出的特点是极强的实用性，在封建社会表现为直接满足封建王朝的各方面的需要，因此，它有着自身的一个发展的极限。希腊人不讲实用，为理论而理论，这为科学的发展奠定了无限的空间。

这里回归到马克思主义中，“闲暇阶层”是哲学与科学发展的前提，因此在科学发展的过程中，一直是闲暇阶层占据主导地位，并没有人将视线放在构建这些物质基础的阶层上，导致社会的根本问题被埋藏。这个问题逐渐暴露出来主要是工业革命推动的生产力与生产关系方面的巨大变革。马克思深入社会的无产阶级，参与工人运动，逐渐揭示了一种社会中生产关系导致的剥削现象。这是有别于自然科学与哲学的另一种学问，是社会学的范畴，讨论的是人与人关系，生产关系的学问。是当时社会并未触及到的部分，却是社会存在必然需要研究的学问。

自希腊文明后，在罗马的统治下，犹太人诞生了对世界历史有重大影响的耶稣基督，继而基督教文化的兴起。宗教在科学史的意义大概是反面的，因为信仰和天启取代了对事物的钻研，探索自然的热情被打压。13世纪欧洲最伟大的两位学者托马斯·阿奎那和罗吉尔·培根。作为近代实验科学精神的先驱，培根发出了中世纪从未出现过的独特的大胆怀疑的科学精神的声音。“他说人们之所以常犯错误有四个原因：一是对权威过于崇拜，二是囿于习惯，三是囿于偏见，四是对有限知识的自负。所以培根反对按照书本和权威来裁定真理，主张靠‘实验弄懂自然科学、医药、炼金术和天上地下的一切事物’”。

“近代科学诞生的时代也是世界历史上发生巨大变革的时代。恩格斯说：‘这个时代，我们德国人由于当时我们所遭遇的民族不幸而称之为宗教改革，法国人称之为文艺复兴，而意大利人则称之为五百年代（16世纪），但这些名称没有一个能把这个时代充分地表达出来......’”宗教的改革，使得人们与上帝和解，与自然和解，并重新将视线放在了对自然的兴趣以及人的自我解放上。

由中国人的四大发明所推进的技术上的进步也成为了欧洲产生近代科学的动力之一。“罗盘使航海事业如虎添翼，促使全球一体化；枪炮既摧毁了欧洲古城堡的封建割据，也打开了世界每一角落的大门；印刷术使知识不再为少数人所垄断，而真正成了全人类的财富；钟表则使人类的生活进入了一个快节奏、人工化的时代。”

到近代科学，不得不提到伽利略。爱因斯坦评论说：“伽利略的发现以及他所引用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。”伽利略的成就在于其创造了新的科学实验传统，在实验的基础上建立数学关系。这种实验与数学结合的科学方法一直延续至今。近代科学中，还有一个不得不提的人，牛顿。非常神奇的是，在伽利略去世后的次年，牛顿出生。牛顿在各个方面都做出了巨大的成就，尤其是1686年完成的《自然哲学的数学原理》，“这是牛顿对前人工作的一种空前的系统化，也是牛顿力学的概念框架。”这本书的意义是划时代的，引书中的评价“《原理》开辟的全新的宇宙体系是那样明澈和有条理，使守旧分子毫无抵抗的勇气和能力。说它开创了理性时代也不过分，因为正是从这里，人类获得了可以用理性解决面临的所有问题的勇气和自信。”相比于伽利略的直观分解直、数学演绎、实验证明的方法论，牛顿的方法则为“归纳-演绎”。

“在17世纪行将结束的时候，这样一套崭新的自然观和方法论确实建立起来了，而且在飞速增长的自然知识领域发挥作用。它们就是机械自然观和实验-数学方法论。近代的自然科学家和哲学家共同铸造了这个新的知识传统。”

文艺复兴时期炼金术的实用化发展，直接促成了医药化学与矿物学的发展。生命科学的发展扎根于希腊罗马时代的博物学成就，近代新兴的机械论传统影响下的近代生理学则代表了生命科学新的发展方向。

18世纪，英国的工业革命和法国大革命造就了一个光辉的18世纪，实用化的目的推动了科学的快速发展。工业革命表现为机器替代人力，以大规模的工厂生产代替了个体作坊式的手工生产，在生产力和生产关系方面发生了巨大的变革。蒸汽机和钢铁冶炼的发展是当时代表的技术发展。启蒙运动和大革命一起把理性的科学精神传播到了更为广泛的领域。随着科学精神的传播，力学的分析化、热学和电学都迎来了早期的发展。天文学也在牛顿力学的基础上迎来了数理天文学的又一高峰，同时天文观测方面也有新的发现。18世纪基础理论方面最大的突破发生在化学领域，这都始于对燃烧和气体问题的研究。生物学在18世纪也逐渐由经验走向理论概括，生物进化的思想开始了由萌芽状态不断走向成熟的历程。

“19世纪被誉为科学的世纪。在这个世纪里，自然科学的各个门类均相机成熟起来，形成了人类历史上空前严密和可靠的自然知识体系。”19世纪的科学不再区分理论和实践，抽象的理论应用于实用技术，物质世界的内在力量为人类所用，成为了文明人的驯服工具。18世纪末，电学达到了其最高成就——库仑定律，但是电与磁之间的关系仍未被正确认识。19世纪电磁学的大发展是从认识到电磁的内在统一性开始的。从法拉第总结得出电磁感应定律到麦克斯韦用精确的数学语言表述电磁理论，麦克斯韦方程。电磁学迎来了其高峰。19世纪的生物学与医学中，细胞学说以及微生物学是实验生物学19世纪最伟大的成就，它们使实验医学成为可能。

为了解决上世纪遗留的种种科学危机，20世纪的理论科学经历了一系列的革命，最为著名的就是物理学的理论革命。1900年4月27日，英国著名物理学家威廉.汤姆生在英国皇家学会发表了题为“在热和光动力理论上空的十九世纪的乌云”的演讲。后来相对论、量子力学出现，逐渐取代了牛顿力学成为物理世界更为普适的基础理论。“粒子物理学中的夸克模型、宇宙学中的大爆炸模型、分子生物学中的DNA双螺旋模型和地质学中的板块模型，被认为是20世纪理论科学中最重要的四大模型。”20世纪的重大科学成就很快就转变成了相应的实用化技术。原子能、航空航天、电子信息技术快速发展，成为了人类生活中必不可少的部分。

21世纪科学家们所研究的问题已经超出了大众的想象，科学的发展造就了诸多奇迹的同时也带来了诸多负面影响，我们如何平衡科学与生活，科学是否忽略了生活，进入了哲学的范畴？