科学一词的来源
科学一词,英文为science,源于拉丁文的scio,后来又演变为scientin,最后成了今天的写法,其本意是"知识","学问".日本著名科学启蒙大师福泽瑜吉把"science"译为"科学".到了1893年,康有为引进并使用"科学"二字.严复在翻译《天演论》等科学著作时,也用"科学"二字.此后,"科学"二字便在中国广泛运用.
为什么这么称呼呢 science的本来含义是系统知识,我想也许这样,科学在十九世纪已是一个非常庞大的知识体系了,它已分得非常细了,即分成许多许多专业,而这些专业知识又不象其它知识那样是互不联系的.除了专业概念外,基础概念是一致的,基本方法也是一样的,"科"的意思是分类或层次条理的意思,所以我自认为science 对应"科学"还是比较合适的.
科学的严格定义
实际上,由于科学一词从来就没有严格定义过,所以会引起一系列的混乱和无谓的争论.比如:中国古代有没有科学 中医是否是科学 科学与伪科学的区别是什么 科学与宗教的区别是什么 等等.而这些问题又是非常非常吸引人的问题.所以时代要求我们尽早地给出恰当的定义以解决这些争议.下面先看看我根据现有教科书以及有些权威性论著上的定义改进的自认为非常严格的定义,然后再来讨论一下其确切的含义,争取学术界有个一致的认同.
定义——科学是一种最逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的知识体系,且是一项社会事业
该定义中"最逼近真理的尽可能不包含自相矛盾的"该定语是自己加进去的,原因是为了明确科学的涵义,即明确科学是一个怎样的知识体系(我至今为止不明白为什么很多书上为什么不敢明确地加上它).其中"矛盾"当然是指逻辑矛盾.
"知识体系"是人们对科学的最初认识.作为一种非常实用的知识,最重要的就是有很高的条理性和结构.这一点,任何一本经典著作都多少具有这种特色,古代最著名的要数《几何原本》了.不过科学这种知识体系已不象某些知识体系那样规模那么小,讨论范围那么窄了,而是一个非常庞大的知识体系,其野心甚至企图包罗万象无所不及.这么大的体系仍要保持很强的条理和结构,这就显得与众不同了.但知识体系并不只有科学一种,所以必需明确科学是怎样的知识体系.定义中前面部分给出了限定,跳过一段再讨论.
很早有人就认识到了科学是一项社会事业.不管对巫师,宗教徒,平民还是科学家来说,知识都是指正确的陈述,正确的预见,即知识就是人认为的"真理".但只有科学家才非常严格地审视"真理".不光要看它的初始语句(常称为公理)是否来源于直觉,实验或有充分理由,而且严密地审查推导过程中的任何细节,并考查其任一导出结论是否与实验或生活经验相冲突.而这一系列工作都不是没有受过科学训练的人能做的,因此需要教育,需要许多的科学家的共同劳动,也需要广大民众的理解和各方面的支持.随着科学的越来越发达,科学的复杂程度越高,其社会性也就越强.
"最逼近真理"是强调科学的特质,与其它相比,科学最强调怀疑,因为科学是以不存在先知先觉为前提的.认为所有知识都是人对客观世界的认识,虽然科学追求的是主客观世界的统一,但毕竟主观世界与客观存在并不是一回事,知识再正确,也只是逼近对世界的描述,而不就是客观世界.比如说:理想气体模型它能非常好的描述在常温常压下的氧气,氮气和二氧化碳等气体,是因为这些气体分子的线度远小于它们之间的距离.而范德瓦尔斯对理想气体模型的修正也只是近似的描述象水蒸气那样的真实气体.科学家们懂得他们的理论一开始就是近似,所以他们从未指望从其理论导出的结论与真实世界无丝毫误差.所有的知识是人造的,是主观世界的产物,即使存在外星人,也只可能是比地球人更进化而已,他们也会有错.自然界的秘密存在于自然界本身,自然界以其自身的多样特点表现自己,但不会以文字形式借上帝之口明白地表达出来.可见用"最逼近真理"这一词项既强调科学的严密性,又强调了科学对世界的认识意义.
"尽可能不包含自相矛盾"该定语反映了科学对完美的追求,强调了科学也有个成长过程.普通人犯错误是经常的,伟人也会犯错误,罗素的著作中,经常描写伟人的自相矛盾,比如,提倡用节育手段控制人口的马尔萨斯四年内添三个孩子;提倡无为的叔本华对晚来的荣誉欣喜若狂;被称为实验科学的始祖的培根则不知道为他治病的哈维发明血液大循环理论.伟人尚且如此,那么集所有伟人智慧的科学内容要想没有一点自相矛盾的暇点则十分困难,而且体系越大越难以没有错误,特别是新学科,需要时间的检验.任何科学都有个成熟的过程.另外,随着时代的发展,原有的科学也许是某种情境下的近似,在无限推广时就可能出现矛盾,但科学决不会象伪科学那样装作没有看见,必定要去解决这一矛盾,使科学向前迈进.由迈克尔逊实验引起的相对论,由黑体辐射实验引起的量子力学以及理发师悖论引起的数学革命,正是排除了那些自相矛盾后发展起来的.
我想,科学的如上定义用了最少的文字既把经典的科学含义表达了出来,又突出了科学的特点,明确了科学与其它的分界,概括了库恩的科学范式理论和波普尔的证伪理论,强调了科学的进化特征.
科学方法
要真正理解科学,仅弄清科学的定义是不够的.但也不是要掌握许多科学知识才能理解科学,想迅速理解科学的捷径,那只有掌握一些主要的科学方法.
科学就是求真,也就是如何获得真的陈述,经典的科学方法有两大类,即实验方法和理性方法,具体的说主要就是归纳法和演绎法.
归纳法:将特殊陈述上升为一般陈述(或定律定理原理)的方法.经验科学来源于观察和实验,把大量的原始记录归并为很少的定律定理,形成秩序井然的知识体系,这就是经验科学形成的过程.可见怎样的归纳是有效的,可靠的,这是经验科学要研究的最重要的问题.自从严格意义上的科学延生以来,从未停止过这方面的探索和争论.可以看到随着深入的研究,发现这是个非常复杂的问题.远比演绎法复杂.也许正是这个原因,教育不敢注重科学方法的普及,使得大众接受科学知识和接受其它知识似乎一样,以致分不清什么是科学知识,什么是非科学的知识.这里无法严格的讨论归纳方法的完整内容,但为了说明下面的一系列问题,这里简单提些基础的归纳要点.
归纳法分完全归纳法和不完全归纳法,其中完全归纳法应用范围很小,因为对绝大多数事物,可观察的现象往往都是无穷的.所以实用的归纳法必然是不完全归纳法.其又分两种即简单枚举法和科学归纳法.简单枚举法是不可靠的,只能得到或然性真理,因此科学归纳法是科学方法讨论的中心.
所谓科学归纳法又叫排除式归纳法,这种归纳法不一定要增加原始陈述,而是排除那些可应用于特定事例的可能假说.培根的"三表法"和穆勒"五法"都是这类型的.下面简单列出穆勒"五法".注意,它们的前提是,只存在两类现象,每类只有三个元素,即a,b,c(现象)和A,B,C(原因),并都先假定了①只有一个出现a的条件(原因),②只有A,B,C是可能的条件(原因).
契合法:a与AB一起出现,也与AC一起出现.可知,A是a的充分条件.如,例1:在两块麦地上施氮肥(A),一块浇水(B),一块施钙肥(C),结果产量都增高(a).则可以猜想施肥(A)是产量增高(a)的原因.
差异法:a与ABC一起出现,但不与BC一起出现,可知,A是a的必要条件.如,例2:在一块麦地上既施氮肥(A)又浇水(B)又施钙肥(C),结果产量都增高(a);而在另一块麦地上只浇水(B)施钙肥(C)则产量不变.则可以猜想施肥(A)是产量增高(a)的原因.
契合差异法:a与AB一起出现,也与AC一起出现,但不与BC一起出现.可知,A是a的充分必要条件.如,例3:在两块麦地上施氮肥(A),一块浇水(B),一块施钙肥(C),结果产量都增高(a),而在另一块麦地上只浇水(B)施钙肥(C)则产量不变.则可以进一步肯定施肥(A)是产量增高(a)的原因.
剩余法:已知B是b的条件(原因),C是c的条件(原因),abc与ABC一起出现,可知,A是a的充分必要条件.如例4:天文学家观察出天王星的运行轨道有倾斜现象(a,b,c),已知倾斜现象a,b是受两颗行星(A,B)的吸引,于是可以猜想还有一颗行星(C)影响天王星的轨道倾斜(c).
共变法:A与a以同样方式发生变化,而BC则不以这种方式变化.可知,A是a的充分必要条件.如例5:改变单摆的摆长(A)则单摆的周期(a)随之改变,但改变摆球的质量(B)和摆球的材料(C)则周期不变.则可以认为单摆的摆长(A)决定其周期(a).
通过类似于上面穆勒五法的科学归纳,似乎能够不太费力地找到事物的因果关系,但事实上非常困难.就穆勒五法而言,最难满足的就是那两个预设的条件,第一个称决定论公设,量子力学和混沌学的出现真实世界中决定论系统并不是太多的,所以并不总能满足这预设.第二个称封闭系统公设,这在科学研究中最难满足的,比如,契合差异法虽然对决定论系统是非常有效的研究方法,但只要系统较为复杂点,其封闭性就很难满足,对单摆这样的简单系统较容易搞清楚某现象(如周期)背后有哪些可能的原因(摆长,质量,材料等),但例3就不简单.影响麦田产量的可能原因其实有很多很多,因此实际研究决不象例3那样简单.
关于归纳说了这么多,实在出于无赖,让人们懂得归纳问题是科学的最大难题,要花很多时间的,但不强调这一点就不无法让人们理解科学.关于经验问题,现代哲学可能还没有把主要精力放到归纳问题上,主要还在经验科学的最基础问题上讨论,即如何描述现象,怎样的描述才是有意义的.现象学,逻辑实证论以及非常晦涩的语言哲学都停留在这方面讨论.的确这些是非常重要的.其实实验科学的始祖培根最大的贡献也不是总结归纳法,而是强调怎样得到正确的原始陈述.原始陈述都不正确或无意义,则以后的归纳演绎就全是徒劳的.
演绎法:应用一般陈述(或公理定律定理原理)导出特殊陈述或从一种陈述导出另一种陈述的方法.乍看起来,演绎似乎不能得到新的东西,所以培根尖锐的批评亚里斯多德的三段论不是没有根据的.但如果改变观念,认真思考一下什么是"新",则就为发现演绎法的重要性.从牛顿把天上的星体运动与地上的苹果落地相联系到如今的大统一理论,可见物质现象的背后的确很可能有统一的本质,这样就完全可能用很少的陈述推导出对大千世界的各种现象的正确陈述.从这意义上说,"新"不一定指在旧体系之外的陈述,只要是另一种没见过的表述就是新,因为所有的具有现实意义的陈述都可以放在一个科学体系内.
