往古來今謂之宙,四方上下謂之宇,人類對時間與空間的探索從未停止,科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與驗證讓人們更加清晰地認(rèn)識世界,認(rèn)識自己?茖W(xué)的進(jìn)步與發(fā)展并非一路凱歌,直線向前發(fā)展,而是經(jīng)過曲折、艱難甚至巧合的過程,這些復(fù)雜而有趣的過程賦予科學(xué)豐富多彩的文化底蘊(yùn),本書集科學(xué)發(fā)現(xiàn)與驗證為一體,為讀者講述科學(xué)理論發(fā)展背后的精彩故事。
科學(xué)與科學(xué)精神
什么是科學(xué)與什么是科學(xué)精神都是非常難以確切回答的問題。下面是當(dāng) 代學(xué)者對科學(xué)的較為可取的特征描述:
A. 與現(xiàn)有科學(xué)理論的相容性:現(xiàn)有的科學(xué)理論是一個宏大的體系,一個成功的科學(xué)學(xué)說,不能和這個體系發(fā)生過多的沖突。
B. 理論的自洽性:一個學(xué)說在理論上不能自相矛盾。
C. 理論的可證偽性:一個科學(xué)理論,必須是可以被證偽的。如果某種學(xué)說無論怎么考察,都不可能被證偽,那就沒有資格成為科學(xué)學(xué)說。
D. 實驗的可重復(fù)性:科學(xué)要求其實驗結(jié)果必須能夠在相同條件下重復(fù)。
E. 隨時準(zhǔn)備修正自己的理論:科學(xué)只能在不斷糾正錯誤不斷完善的過程中發(fā)展前進(jìn),不存在永遠(yuǎn)正確的學(xué)說。在此基礎(chǔ)上,對于科學(xué)精神比較完整的理解也可以包括:
理性精神堅持用物質(zhì)世界自身來解釋物質(zhì)世界,不訴諸超自然力。
實證精神所有理論都必須經(jīng)得起可重復(fù)的實驗觀測檢驗。
平等和寬容精神這是進(jìn)行有效的學(xué)術(shù)爭論時所必需的。
所有那些不準(zhǔn)別人發(fā)表和保留不同意見的做法,都直接違背科學(xué)精神。
不能將科學(xué)精神簡單歸結(jié)為實事求是或精益求精,盡管在科學(xué)精神中確實可以包含這兩點,但實事求是或精益求精僅是常識。
并不是每一個具體的科學(xué)家個體都必然具有科學(xué)精神。
現(xiàn)代科學(xué)的源頭在何處
答案非常簡單:在古希臘。
如果我們從今天世界科學(xué)的現(xiàn)狀出發(fā)回溯,我們將不得不承認(rèn),古希臘的科學(xué)與今天的科學(xué)最接近。恩格斯在《自然辯證法》中有兩段名言:
如果理論自然科學(xué)想要追溯自己今天的一般原理發(fā)生和發(fā)展的歷史,它也不得不回到希臘人那里去。
隨著君士坦丁堡的興起和羅馬的衰落,古代便完結(jié)了。中世紀(jì)的終結(jié)是和君士坦丁堡的衰落不可分離地聯(lián)系著的。新時代是以返回到希臘人而開始的。否定的否定!
這兩段話至今仍是正確的。考察科學(xué)史可以看出,現(xiàn)代科學(xué)甚至在形式上都還保留著濃厚的古希臘色彩,而今天整個科學(xué)發(fā)現(xiàn)模式在古希臘天文學(xué)中已經(jīng)表現(xiàn)得極為完備。
歐洲天文學(xué)至遲自希巴恰斯以下,每一個宇宙體系都力求能夠解釋以往所有的實測天象,又能通過數(shù)學(xué)演繹預(yù)言未來天象,并且能夠經(jīng)得起實測檢驗。事實上,托勒密、哥白尼、第谷、開普勒乃至牛頓的體系,全都是根據(jù)上述原則構(gòu)造出來的。而且,這一原則依舊指導(dǎo)著今天的天文學(xué)。今天的天文學(xué),其基本方法
仍是通過實測建立模型在古希臘是幾何的,牛頓以后則是物理的;也不限于宇宙模型,例如還有恒星演化模型等然后用這模型演繹出未來天象,再以實測檢驗之。合則暫時認(rèn)為模型成功,不合則修改模型,如此重復(fù)不已,直至成功。
在現(xiàn)代天體力學(xué)、天體物理學(xué)興起之前,模型都是幾何模型從這個意義上說,托勒密、哥白尼、第谷乃至創(chuàng)立行星運動三定律的開普勒,都無不同。后來則主要是物理模型,但總的思路仍無不同,直至今日還是如此。法國著名天文學(xué)家丹容在他的名著《球面天文學(xué)和天體力學(xué)引論》中對此說得非常透徹:自古希臘的希巴恰斯以來兩千多年,天文學(xué)的方法并沒有什么改變。
而這個方法,就是最基本的科學(xué)方法,這個天文學(xué)的模式也正是今天幾乎所有精密科學(xué)共同的模式。
有人曾提出另一個疑問:既然現(xiàn)代科學(xué)的源頭在古希臘,那如何解釋直到伽利略時代之前,西方的科學(xué)發(fā)展卻非常緩慢,至少沒有以急劇增長或指數(shù)增長的形式發(fā)生?或者更通俗地說,古希臘之后為何沒有接著出現(xiàn)近現(xiàn)代科學(xué),反而經(jīng)歷了漫長的中世紀(jì)?
這個問題涉及近來國內(nèi)科學(xué)史界一個爭論的熱點。有些學(xué)者認(rèn)為,近現(xiàn)代科學(xué)與古希臘科學(xué)并無多少共同之處,理由就是古希臘之后并沒有馬上出現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)。然而,中國有一句成語枯木逢春當(dāng)一株在漫長的寒冬看上去已經(jīng)近乎枯槁的樹木,逢春而漸生新綠,盛夏而枝繁葉茂,我們當(dāng)然不能否認(rèn)它還是原
來那棵樹。事物的發(fā)展演變需要外界的條件,中世紀(jì)歐洲遭逢巨變,古希臘科學(xué)失去了繼續(xù)發(fā)展的條件,好比枯樹在寒冬時不現(xiàn)新綠,需要等到文藝復(fù)興之后,才是它枯木逢春之時。
科學(xué)不等于正確
在我們今天的日常話語中,科學(xué)經(jīng)常被假定為正確的同義語,而這種假定實際上是有問題的。
比如,對于托勒密天文學(xué)說是不是科學(xué)這樣的問題,很多人會不假思索地回答不是,理由是托勒密天文學(xué)說中的內(nèi)容是不正確的他說地球是宇宙的中心,而我們知道實際情況不是這樣。然而這個看起來毫無疑義的答案,其實是不對的,托勒密的天文學(xué)說有著足夠的科學(xué)資格。
因為科學(xué)是一個不斷進(jìn)步的階梯,今天正確的結(jié)論,隨時都可能成為不夠正確或不正確的。我們判斷一種學(xué)說是不是科學(xué),不是依據(jù)它的結(jié)論,而是依據(jù)它所用的方法、它所遵循的程序。不妨仍以托勒密的天文學(xué)說為例稍作說明:
在托勒密及其以后一千多年的時代里,人們要求天文學(xué)家提供任意時刻的日、月和五大行星位置數(shù)據(jù),托勒密的天文學(xué)體系可以提供這樣的位置數(shù)據(jù),其數(shù)值能夠符合當(dāng)時的天文儀器所能達(dá)到的觀測精度,它在當(dāng)時就被認(rèn)為是正確的。后來觀測精度提高了,托勒密的值就不那么正確了,取而代之的是第谷提供的值,再往后是牛頓的值、拉普拉斯的值等,這個過程直到今天仍在繼續(xù)之中這就是天文學(xué)。在其他許多科學(xué)門類中(比如物理學(xué)),同樣的過程也一直在繼續(xù)之中這就是科學(xué)。
有人認(rèn)為,所有今天已經(jīng)知道是不正確的東西,都應(yīng)該被排除在科學(xué)之外,但這種想法在邏輯上是荒謬的因為這將導(dǎo)致科學(xué)完全失去自身的歷史。
在科學(xué)發(fā)展的過程中,沒有哪一種模型(以及方案、數(shù)據(jù)、結(jié)論,等等)是永恒的,今天被認(rèn)為正確的模型,隨時都可能被新的、更正確的模型所取代,就如托勒密模型被哥白尼模型所取代、哥白尼模型被開普勒模型所取代一樣。如果一種模型一旦被取代,就要從科學(xué)殿堂中被踢出去,那科學(xué)就將永遠(yuǎn)只能存在于此時一瞬,它就將完全失去自身的歷史。而我們都知道,科學(xué)有著兩千多年的
歷史(從古希臘算起),它有著成長、發(fā)展的過程,它取得了巨大的成就,但它是在不斷糾正錯誤的過程中發(fā)展起來的。
科學(xué)中必然包括許多在今天看來已經(jīng)不正確的內(nèi)容,這些內(nèi)容好比學(xué)生作業(yè)中做錯的習(xí)題,題雖做錯了,卻不能說那不是作業(yè)的一部分;模型(以及方案、數(shù)據(jù)、結(jié)論,等等)雖被放棄了,同樣不能說那不是科學(xué)的一部分。
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