关于科学

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    科学是我们这个时代绕之不去的话题，因此，明确科学之概念、廓清科学之范畴，对我们进一步的思考无疑非常必要。当然，对这一问题最有发言权的，应属科学家本身，因此，我们不妨沿着科学发展的脉络，以及科学演进的历史，结合科学家对科学的评价来加以分析吧。是为关于科学的思考。

    德国科学哲学家H•赖欣巴哈在其名著《科学哲学的兴起》中说了这么一段话：这是一件奇怪的事实，那些从外边注视并赞叹科学研究的人往往比那些在科学的进步中有所贡献的人对科学成果具有更大的信心。科学家知道他能建立他的理论之前必须消除的困难。他感到帮助他发现与所给予的观察相适应的理论，并使以后的观察适应他的理论的，乃是一种幸运。他清楚看到，矛盾和困难随时都会发生，他也永远不能要求找到终极的真理。一如门徒比先知更为狂信一样，科学的哲学家便有对科学成果寄予太多信心的危险；而这是渊源于观察和概括的科学成果所不能保证的。（《科学哲学的兴起》，H•赖欣巴哈著，伯尼译，商务印书馆，2004年，P38）从这段话中我们可以发现，赖欣巴哈对科学的看法似乎与一般所理解的科学有所出入。那么，赖欣巴哈为什么会这么说呢？在回答这个问题前,有必要对科学的涵义作一番梳理。

一，科学之概念（科学是什么？）

    古汉语中的科学，原指“科举之学”。科，有分类、条理、项目之意;学有知识、学问之意，因此近代日本在翻译西方著作的时候，将英文science一词翻为“科学”，指各种不同类型的知识和学问。这一译法沿用至今。

    通俗而言，科学之概念，如《科学史----及其哲学和宗教的关系》中，定义为：对自然现象的有条理的知识，是对于表达自然现象的各种概念之间的关系的理性研究。（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，W.C.丹皮尔著，李珩译，张今校，广西师范大学出版社2001年6月第一版，P8）简言之，科学是知识，是理性的研究。

    由科学的概念，我们不难得知，科学是一个知识体系，是理性思考的结果。这意味着，科学是一个认识过程，因为人类理性的思考没有终结；同时，还意味着，科学并非没有错误，因为这是认识过程中必有的经历。它或许代表了相应阶段理性认识的最高成就，但无论如何，它都没有宣称自己认识到了终极的实在，代表了真理。而明智之如爱因斯坦者则说：谁把自己当作是真理和知识领域的法官，谁就会在众神的哄堂大笑中毁灭。卓越的科学家从不掩饰他们对自然的敬畏之情，而且，随着认识的深入，这种情感有增无减。

二，科学认识之构成及性质

    那么，科学结论或科学理论是怎么得出来的呢？

   “在早期阶段，洞察力与想象必定先发生作用；然后根据事实形成一个初步的假说，这个心理过程就叫做归纳；然后再用数学的或逻辑的推理演绎出实际的推论，并用观察或实验加以检验。如果假说与实验的结果不相符合，我们必定要重新猜度，形成第二个假说，如此继续下去直到最后得到一个假说，不但符合于（或如我们常说的能够“解释”）最初的事实，而且符合于为了检验这个假说而进行的实验的一切结果。这个假说于是可升格到理论的地位。”（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P109）

    简而言之，将我们观察到的现象，通过归纳与演绎，得出与事实及实验相符的概括或描述，是则为一般意义上的科学理论或结论。

   “现代意义的经验科学是数学方法和观察方法的成功结合”。（《科学哲学的兴起》，P27）

    科学上的归纳和演绎，源于我们感官的觉受。而其结论之能否成立，则须由后续之观察予以确认。所谓源于观察而终于观察。而在这里，即便剔除我们感官以及意识上的主观因素（实际上根本不可能完全剔除。因为对观察事实之陈述，不是由感官刺激直接决定的，而是以知识为先决条件的----所谓“人只看到他所知道的”，观察对象之发现，正与主体的认知状态相对应），也还存在诸如观测方式以及所得结果之精确度的问题----这直接影响到所得结论之正确度。对同样事物之观察，因时代条件等诸多因素之影响，其结论也会大有不同。譬如天文学上的地心说，如今略具常识者即已知其错谬，且因神学之滥用而导致人们对它并无好感，但是，我们不能忽视这样一段事实：“它对现象给予量的解释，在当年，的确比以往的见解大大前进了一步。”（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P32）日心说的情况与之相似。而牛顿经典物理学体系中的所谓万有引力定律，在今天看来，也只是对爱因斯坦相对论体系的一种一级近似……。所以，“物理学理论总只能作出它们那个时代的观察知识的说明，它们不能自称为永恒的真理。”（《科学哲学的兴起》，P132）事实正是如此：“一个解释必须从某种事实出发。科学只能把事实往后推到能提供最大量解释的某一个逻辑地点。”（《科学哲学的兴起》，P165）

    这是科学的真实境况；但问题却不仅仅如此。这里还有概率的因素在内。

    可以明确的是：绝对的因果性是不存在的。经典物理学中的因果律是对分析客体的理想化，但即便如此，结果的原因也并非总是能予以确认，实际问题显然比假设的要复杂得多。由此而有概率论的出现。

    对概率的认识源于帕斯卡对赌博机遇的研究。这一理论对现今之科学、哲学以及社会统计等问题都具有重要之指导意义。

    无需否认，“现代科学在本质上是经验的”，而“一切经验知识的心智基础都可以说是概率问题，都可以用赌博的术语去表达。”（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P122）科学理论源于对自然现象的发现与观察这一基础之上的归纳与演绎。而“一切归纳形式都可以化为列举归纳”（《科学哲学的兴起》，P187），现实世界的无穷变化性，而有可观察事件的无限多样性，则所谓归纳，永远都属于不完全归纳。由此，基于归纳基础上的所谓结论，也必然只具有概率上的正确性，它必须随新的观察对象的出现而加以修正乃至改变。所谓“认识的原理随内容而变化”。所以，“一切知识都是概率性知识，只能以假定的意义被确认。”（《科学哲学的兴起》，P190）也是基于这样的原因，我们对：“科学家与其说象先知，不如说象是赌博者。他只能告诉你他的最好的假定，他绝对不能事先知道这些假定是否将是真的。”（《科学哲学的兴起》，P192）这一说法就不难理解了。

三，现代科学产生的历史背景（科学与宗教的关系）

    现代科学无疑是理性认识达到一定高度后的产物。无论是对现象的观察，还是归纳与演绎，以及为了检验理论正确与否而设计的实验，都离不开理性的考量。而这种对理性的诉求，其来源却是宗教神学的唯理论。

    “经院哲学在托马斯•阿奎那手里达到了最高的水平。这种哲学深入人心牢固而持久。文艺复兴之后残存的经院哲学家是反对新的实验科学的，但是，他们的学说的彻底唯理论却造成了产生近代科学的学术气氛”。（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P76,77）

“经院哲学的代表人采取了解释者的态度；创造性的实验研究是与他们的观念不相合的。可是他们理性的唯知主义，不但保持了而且还加强了逻辑分析的精神，他们关于神与世界是人可了解的假设，也使得西欧聪明才智之士产生了一种即使是不自觉的也是十分可贵的信心，即相信自然界是有规律的和一致的；没有这种信心，就不会有人去进行科学研究了。文艺复兴时代的人，一旦摆脱了经院哲学权威的桎梏，就吸取了经院哲学的方法给与他们的教训。他们本着自然是一致和可以了解的信念，开始进行观察，用归纳的方法形成假设以便解释他们的观察结果，然后又用逻辑的推理演绎出推论，再用实验去加以检验。经院哲学训练了他们，结果反而叫这些人把它摧毁”。（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P82—83）

    所谓两级相反亦相通。理性一方面向人们灌输对神的信仰，另一方面又启开了现代科学的大门----而后者与经院哲学的唯理主义的结论是相违背的。科学与神学的分水岭在于对面临之事实所采取的态度以及是否采用数学语言加以描述。对事实的肯定是科学解释赖以建立的前提----无论这一事实是否符合原有之认知体系。这是科学之所以能走出中世纪唯理主义泥潭的事实因素，也是关键之因素；而数学的应用让科学的预言在某种程度上成为可证之事实，这是科学解释之所以能冲破神学的牢笼而为人们所认可并接受乃至信任的基础。但是，为什么是用数学语言而不是用其它方式来解释呢？以发现行星运动三大定律而闻名的开普勒道出个中原委：“对外部世界进行研究的主要目的在于发现上帝赋予它的合理次序与和谐，而这些是上帝以数学语言透露给我们的”。(《数学，确定性的丧失》M·克莱因著，李宏魁译，湖南科学技术出版社，第一推动丛书，第二辑，P22)因为他们----文艺复兴后的思想家和科学家们，认为上帝是以数学的方式创造的世界，所以为了更好的理解上帝，接近上帝，就必须借助于数学语言。这种对数的信仰，其源来自古希腊毕达哥拉斯学派的“万物皆数”的理念，经柏拉图吸收转变为理想世界的构成要素，在这里，文艺复兴后的思想家和科学家们则将其作了进一步的发挥----上帝是以数学的方式构造的世界。科学家们正是以其对上帝的狂热与虔诚而用上帝构造世界的语言进行纂释自然的工作的----尽管这种纂释的进一步发展在后来形成让人们远离宗教神学附会的事实，但二者在对上帝的信仰上无疑是一致的。科学与神学系出一源，而科学却背叛并摧毁了提供其思考基础与信心并培养了其思考方式与能力的神学----虽然这种背叛依然是理性思考的结果，并且使科学的描述超越了神学的解释，但历史的事实不容我们无视。理性为了宣示上帝的神力，创造了宗教神学；而当理性认为上帝创造的世界存在数的和谐统一，并可以通过数学语言去描述和解释时，创造了科学。在这里，神学的宣说与科学的解释，对应着理性的不同表达方式，它们都是理性的产物。科学既为理性之结晶，神学亦不妨为理性所创造。只是，人们往往满足于创造之结果，而忘失了创造之根本。

四，对数学的思考

    康德说：在任何特定的理论中，只有其中包含数学的部分才是真正的科学。这话道出了数学在科学中的作用和地位。今天，“科学的目的就是为了寻求数学描述而不是物理解释”。（《数学，确定性的丧失》P16)或者，如爱因斯坦所说：“一切科学，不论是自然科学抑或是心理学，其目的都在于使我们的经验互相协调并将它们纳入一个逻辑体系”。（《相对论的意义》P1）数学或逻辑对科学的重要性不言而喻。

    数学是科学的基础。对数学的分析，有助于我们对科学的本质有更清晰的认识。

    然而，在对数学加以了解之后，我们却发现，数学充满自相矛盾之处，它本身即是不确定的。

    数学是严谨的，对这点，我们丝毫不用怀疑。在严格的数学证明中，如前所述的为经验科学所广泛采用且行之有效的归纳法因为存在事实上的不完整性，因而不被采用，取而代之以所谓演绎法。演绎法根据的是逻辑上的矛盾律。欧几里得几何则以大约二十条公理演绎出一座几何大厦。伴随文艺复兴，对自然的数学解释获得空前的成功。许多自然现象，通过数学模型的构造与建立而得到发现和解释。一切似乎完美。

    然而，有一点是我们所不能忽视的：所谓答案与问题相终始。在人们通过数学方式解决大量物理问题的同时，数学自身也得到了迅速发展。而这一发展的结果却出乎人们的意料之外。

    首先是非欧几何的出现。与欧氏几何一样，它同样可以准确地描述物理空间的性质。这让人们意识到欧氏几何并不是物理世界所必然的空间描述。对于习用欧氏几何二千余年且以之为必然真理的人们而言这无疑是令他们震惊的。“然而更令人震惊的是你不再知道哪个是正确的，或者究竟有没有正确的。显然，数学家们将基于有限的经验显得正确的命题作为公理，并错误地相信了它们是自明的”。（《数学，确定性的丧失》P82,83)非欧几何的出现，动摇了欧氏几何公理体系大厦的基础，让人们认识到，那些所谓的公理只是有限经验下的结论，而非不证自明的真理。同时，既然有不同而有效的几何存在，也意味着对物理空间的描述将会有不同的方式 ，结果不再是唯一和确定的。

       算术的发展也出现了问题。哈密尔顿对四元素的引入同样引起数学家的震动。它具有实际用途，却不具备实数和复数的基本性质；随后更多的奇怪的代数被发明。而亥姆霍兹（Hermann vonHelmholtz）通过对算术的细致思考，认为“数学的主要问题是算术对物理现象的自适应性的证明，……只有经验能告诉我们算术的法则能用在哪里，我们并不能肯定一条先验公式是否在任何情况下都适用”。 （《数学，确定性的丧失》P86) 这一认识颠覆了算术是普遍真理的观念。进而，人们认识到：“数学中没有真理，即作为现实世界普适法则意义上的真理。算术和几何基本结构的公理是受经验启发得出的，因而这些结构的适用性是有限的，它们在哪里是适用的只能由经验来决定。希腊人试图从几条自明的真理出发和仅仅使用演绎的证明方法来保证数学的真实性被证明是徒劳的”。（《数学，确定性的丧失》P89)

    严肃的数学家们对这些问题当然不会视而不见，于是他们从不同角度，提出各种理论，如逻辑主义、直觉主义、形式主义等理论体系以尽力修补大厦业已动摇的根基，一度卓有成效。然而，随着认识的深入，事实却粉碎了他们的梦想。

    这一转变，是与一个叫哥德尔的名字联系在一起的。哥德尔不完全定理表明，形式逻辑的公理系统在完整性和一致性上是不能同时兼顾的，即是不完全的，这就否决了形式主义和逻辑主义试图从其自身的角度证明数学的完整性和一致性的企图；同时，由“存在真而在该满足一致性条件下的公理系统内不可证明”之断言，得知，可证明之真，并不等于实在之真----实在之真，必大于可证明之真。真与可证明之间，不仅不是等价的，而且二者间的距离是超穷的。事实是，理性之分析，既不能全然判定存在之事实，亦无法把握存在之整体，这种认识方式是有其深层的根本性局限的！这对那些认为只有理性认识才是获得正确完整而无矛盾知识的唯一途径的人而言无疑是当头棒喝----而这却是自古希腊以来人们所坚执的信念，从来没有人对此怀疑过。哥德尔则以理性自己特有的方式证明了它的内在缺陷，他让人们明确认识到，理性的认识并不能代替真实，它只是、也只能在它所能确定的范围内尽量逼近真实，但绝非真实。不过，需要说明的是，在这点上，中国先哲的认识无疑是超前的，他们对所谓理性认识具有天然的排斥感：譬如老子要人们“绝圣弃智”，庄子也说“吾生也有涯，而知也无涯，以有涯随无涯，殆矣”，----这表明了他对真实与所知二者间的区别具有清醒的认识，因之转而追求超越一切所谓知识的“同于大通”境界。而被尊之为群经之首的《易》，则是高度的直观抽象与理性分析相结合的产物。至于由东汉开始正式传入中国之佛教，其如“是法，非思量分别之所能解”诸语，当然也表明了对理性认识的超越。与超前的思想认识相对应的，则是整个古代，传统中国在文化及技术方面的绝对领先地位，乃至诸多器具，以今日之科技手段，亦无法全然仿制。这点也反映出东西方文化差异背后的认知方式上的本质区别。当然，超前归超前，这并不代表它不存在问题----否则，亦不会有其后之败落。在某种程度上，可以认为，哥德尔定理及其蕴涵，是对中国传统思维方式的某种现代诠释。当然，应当明确的是，他们各自的出发点及解决方式是迥异的。

    毫无疑问，数学并非先验真理，理性的推论，也并非没有错误，那种将数学当作先验真理的观念在事实面前已不再具有任何说服力。正如M•克莱因所言：“一切限制人们思维的易缪性和不确定性，逻辑都具备”。（《数学，确定性的丧失》P324)既然逻辑是如此，那么建立在这个基础之上的科学认识，当然也无可避免地会存在这些缺陷。所以，科学之结论绝非终极答案，它本身即需不断发展以纠正因认识上的局限所带来的各种问题。当然，从更根本的角度考虑，我们会发现，数学和科学，都是人类思维的产物，所谓心灵的创造，因此，它们带有人类思维的特性也是必然的。而科学，代表的是思维方式的数学化以及思维结果的数字化。科学之所谓进步，则是基于数学方法论基础上的范式的转换。从这个角度看，科学，或许根本就与本质无关----因为它既无需、也无力考虑像本质这样的概念----这是超出数学描述之外的。

因为，这个世界并非如毕达哥拉斯或者柏拉图以及开普勒等之所认为的那样！

    回顾数学的历史，我们不难得出这样的结论：数学是基于经验的人为的创造，是人类心智的杰作----但这却非逻辑推理之所能达到。所谓“心有其理，非理之所能知”（帕斯卡语）。事实告诉我们：“数学上最重要的进展不是通过完善逻辑形式而是通过变革其基本理论得到的”。（《数学，确定性的丧失》P238)----所谓变革，其本身即已超出逻辑推理所能处理的范围；事实也正是如此：“数学的前进主要是由那些具有超常直觉的人们推动的，而不是由那些长于做出严格证明的人们”。（《数学，确定性的丧失》P323)是超常的直觉----说超验的直观顿悟也许更恰当些，推动了数学的发展，理性或经验则对此加以证明和确定。尽管，对于思维的认识原理人们已作了诸多之研究，但已知的理论解释显然不能令人满意。不过，这并不奇怪，因为认识自我远比认识世界要困难得多。同时，还应看到，超常人物的天才直觉，固然能超越时代之认识，不过，既然超常，必是少数。而普遍的一般人的所谓直觉，虽未免流于臆测与武断，但却往往更易为人们所认同与接受。这二者之分际何在？正如命题之判定并不能事先知道其是否有解一样，伟大与平凡，神圣或荒谬，我们也并不都能事先知晓。所以，基于理性的审慎抉择，依然有其必要。

五，小结

    试图以一篇小文概括全部科学的想法显然是不明智的，但这并非意味着我们因此就可以放弃自我的思考。现代科学以其广泛的应用而展现出其旺盛的生命力，引起人们对它的强烈关注，然而，基于理性的反省精神却不得不让我们正视其中所包含的问题。诚然，“科学是合理化的虚构，而正是数学使之合理化”。（《数学，确定性的丧失》P349)但数学是矛盾而不确定的；因此，所谓合理化的基础是大有问题的。既然基础存在问题，那么构筑于这一基础之上的所谓科学，或者仅剩虚构。

    科学是一个自洽的闭合系统。“物理学构成一个逻辑上严密的知识体系的闭合圈子，其中仅包含一些互相联系的物理概念”。（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P409）然而，逻辑的所谓严密只是它的自我推许；同时，世界也并不因科学的闭合而收敛其五彩斑斓的本性。尽管科学对自然的解释成就斐然，但这种基于数学的抽象描述，就能代替真实的世界吗?显然不能。还是爱因斯坦，对数学与实在，有如下之断语：只要数学的命题是涉及实在的，它就不是可靠的；只要它是可靠的，它就不涉及实在。这似乎是一个悖论，然而却是理性无可避免的两难选择，也是理性认识与实在世界悬隔的真实写照。

    因此，理性的科学并不讳言它的局限且坦承它的问题：“科学按其本性来说就是研究自然界的规律性的，只有在它找到这种规律的地方，它才可以起作用。……科学的概念只不过是模型而已，并不是实在”。（《科学史----及其哲学和宗教的关系》，P 418）科学的模型是有效的，但也是有限的；唯其有限，方才有效----因为这种有效，正是以严格界定其适用范围而得到的。所以，任何忽视乃至无视科学的局限性，而对其结论予以泛化和无限扩张的思想行为，本身即已背离了科学与理性。因此，那种罔顾事实的泛科学主义，实质已违背了一切科学皆以事实作为其理性分析基础的根本原则，从而质变为唯理主义的死灰复燃----只不过换上了件科学的新外套而以。所谓真理往前一步就是谬误----何况，科学并未宣称、也没有认为它已掌握或认识了真理。

    当然，人类自我的反省早已不再拘泥于所谓科学的界定。人类学的研究，也让人们“终于意识到过去被奉为圭皋的西方知识系统原来也是人为‘建构’出来的，从价值上看与形形色色的‘地方性知识’同样，没有高下优劣之分，只不过被传统认可（误认）成了唯一标准的和普遍性的”。（叶舒宪《“地方性知识”》《读书》2001第5期P123）而一般对科学的认识，却只是延续着传统的定式。但“自然并未给我们指定一种专用的描述；真理并不限于一种语言”。（《科学哲学的兴起》，P 140）五彩斑斓的世界，当然不会吝啬她的语言，更不会限定人类只能使用那种矛盾而不确定的语言去描述她的斑斓色彩。

    对此，我们不应感到意外。

    《易•系辞下》：天下同归而殊途，一致而百虑，则知所能致之者，固不限于一也。而现实世界之所以能够引导人类不断前进之动力，正在于有无限之可能让人类去认识。生命之意义，或正在于他能在这无限的可能中，找到切合他自身的可能之途罢。

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