“知识就是力量”这句口号的提出者、现代实验科学的鼻祖弗兰西斯·培根于1561年出生于英国。他提出的“归纳法”和“实验法”,强调了实验方法在科学中的重要地位,并为近代科学找到了有力的方法论。
自现代科学的先驱伽利略以来,自然科学就像安装了加速引擎,开始以一种势不可挡的势态突飞猛进。相比于伽利略之前几乎停滞的一千年,近四百年间科学的发展速度变得越来越快,理论更新的周期越来越短,对自然的认识也越来越深入。新的发现,新的成果层出不穷,科学看似具有无限进步的可能性。这种乐观信念从牛顿时代起就已深入人心。
这种转变源自一场科学方法的革命。16与17世纪之交是现代科学的起点。培根【1561—1626】、伽利略【1564-1642】、笛卡尔【1596~1650】是现代科学起飞时期最重要的三位思想家。他们确立了现代科学的基本方法,其中培根与伽利略两位实验科学的鼻祖,提出了实验科学的经验主义原则,强调实验观察的重要性。而唯理主义的奠基人笛卡尔提出了唯理主义的方法论,强调逻辑推导的重要性。四百年来奠基于两种方法论的坚实基础之上,科学才高歌猛进,飞速前进。
不过对于他们生活的启蒙运动时期来说,实验科学的经验主义原则在科学方法论上更有革命性的意义。在培根与伽利略之前的一千年中,亚里士多德的形而上学(主要是形式逻辑)方法一直是科学的圭臬。与笛卡尔的唯理主义一样,形而上学也轻视经验和实证(柏拉图主义更加极端)。对于科学的进步,尽管重视逻辑推导的唯理主义对后来的科学来说至关重要,但在现代科学始创的17世纪之初,唯理主义的极端反经验研究,反倒是科学进步的思想障碍。
笛卡尔有句名言“我思故我在”。按照他的方法论,“科学家只需要逻辑规则并相信上帝存在“,也就是说,他认为科学家只需呆在家中,通过理性思考就可以推导出自然规律。显然这一信条与实验科学的基本原则相悖。与之形成鲜明对照,经验主义者培根则重视经验事实和归纳逻辑,他说:所有一切都基于对自然现象的无尽观察。按照培根的经验主义原则,科学家应该尽力去收集大自然的事实,然后根据事实推导出自然定律。显然这更符合现代科学的特征。培根这一思想在17世纪具有划时代的革命性。罗素尊称培根为“给科学研究程序进行逻辑组织化的先驱”。
17世纪的玻意耳【1627一1691】与霍布斯【1588~1679】之争,可以说明当时唯理主义方法论在科学上的反进步特征。近代化学的始创者玻意耳是当时英国著名的化学家,马克思有言曰:“玻意耳把化学确立为科学”,而霍布斯则是位影响深远的哲学家。当时玻意耳研究了气体的体积与压强之间的关系,从他的数据得出了我们现在熟知的玻尔意耳定律。他所用的方法正是实验法。
在他的实验室中,玻意耳用空气泵产生得以进行气体实验的真空,从而允许他在不同的压强下进行实验。这种实验遵照一定的步骤和程序,可以被其他任何人所观察,同时其他人只要有他那样的仪器,也可以重复玻意耳的实验。正如现在我们所熟知的,这正是现代科学所遵循的可检验性与可重复性原则,有效地排除了个人主观价值偏好的影响,为科学研究建立起客观基础。
诉诸经验事实来确立自然规律,并且实验是检验真理的唯一标准,这种经验主义的方法论在当时却遭到了哲学家霍布斯的猛烈抨击。
在此有必要指出,我们今天称之为科学的东西在启蒙运动时期(17世纪)仍属于哲学的范畴,科学在当时也称作自然哲学。所以毫不奇怪,诸如灵魂的存在,意志的自由,上帝的存在之类的哲学问题,在17世纪也是科学家所关注的领域。而物体的运动,宇宙的构成,生命的本质这些科学问题,在当时也是哲学家研究的主题。哲学家霍布斯把自己的方法论应用到自然科学上,也就不难理解了。事实上,霍布斯对物体的运动很有兴趣,他确实曾构想出一套物理运行的原理。
但霍布斯的方法论却像亚里士多德的形式逻辑一样古老,与玻意耳的实验原则截然不同,在霍布斯看来,“真空”是一个形而上学概念,玻意耳确立自然定律的做法(经验主义方法论即实验法)没有哲学上的合理性,并且指责玻意耳的实验依赖精心构造的仪器和其他人的见证,而不是合理的思考。霍布斯在这点上与笛卡尔一样,认为只有合理的推理才是重要的,经验事实不可靠而且瞬息万变,不能从它们之中得出自然真理。科学方法论上的这种唯理主义观念继承自古希腊哲学,尤其是柏拉图。而经验主义,实验方法在启蒙运动早期则是新生事物。
经验现象确实给人一种瞬息万变的印象。针对于此,唯理主义方法论认为要想发现自然真理,只能依靠理性思考,而不能依靠不可靠的经验。而经验主义方法论则认为,自然的真理藏于经验现象的深处,只靠逻辑推导不能发现自然规律。唯理主义彻底排斥经验,而经验主义则为了克服经验现象的多变性,借助了适当的观察程序,比如要求实验的可检验性和可重复性,从而最大可能地排除干扰变量,发现背后的因果规律。由此可见,在科学方法论上,唯理主义与经验主义的根本分歧在于:前者认为科学发现来自于理性推导,而后者认为科学发现来自于对自然现象的客观观察。
经验主义也绝不会反对理性推导、数学方法是科学研究最重要的工具,但就像唯理主义所主张的那样,单凭数学推导就能发现自然定律这却不是科学研究的事实。绝大多数的科学研究都是建立在实验观察的基础之上。关于此,物理学家杨振宁有这样一个模型【见下图】。他认为物理发现通常自实验(1)开始,即自研究现象开始,经过唯象理论(2),再到理论架构(3)。虽然从数学(4)直接到理论架构(3)的情况也存在,最著名的恐怕就是狄拉克方程(在其构造电子波动方程中,几乎完全是从数学出发最终导出了惊人的物理结论)与麦克斯韦方程了,但这却是科学研究中极少的特例。
图转自杨振宁《美与物理学》16与17世纪之交的这场方法论之争,最终的结果是确立了实验观察在科学研究中的重要地位。培根,这位与腊肉同名的科学思想先驱在这次科学思想的革命中,起到了至关重要的作用。最后,让我用一个经验主义式的名言结束本文:真理从错误中比从混乱中更容易出现。
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