漫談科學與科學方法

張鴻翼

今天是科學身價高漲的時代，不少人都愿意談論“科學”，可是認真追究起來：什么是科學？能答得完整的人就不多了。興趣所近，讀了十幾本談科學的著作，不免覺得有些話可說。首先覺得我們應當弄清楚科學與科學方法的基本概念，才不致在根本上弄錯。

“科學”一詞在外文里來自拉丁文scientia，意思就是知識。那么科學是一種什么樣的知識呢？一般的解釋如下：1.與直覺、信仰有別。2.根據觀察、研究、實驗來決定研究對象本質或原則的有系統知識。3.某項個別研究，特別是以假設與實驗為手段來建立某種有系統的事實、原則與方法，如音樂科學。4.有關大自然或物質界的有系統知識。5.通過訓練與經驗而獲得的技巧或能力，如拳擊科學。用一句話來綜合以上的解釋，可以說：科學是客觀的、邏輯的、有系統的分析方法，用以分析種種現象，并借以累積可靠的知識。

這里我們要注意幾個字眼：客觀、邏輯、有系統、累積、可靠。首先是客觀。客觀在這里有兩層意思：一層是沒有個人的幻想、偏見攙雜其間，另一層就是沒有價值判斷在內。價值判斷簡單說就是平常所說的“好”“壞”。科學領域里只有真假，沒有好壞可言(至于科學為誰服務，那是另一問題)。誰也說不上3十2＝5是好是壞；或者聲音在空氣里的速度331m／sec是好是壞。同理，假如有人說，進步的社會里重力加速度要比反動的社會里重力加速度來得快，那就要鬧笑話。茍子說過：“天行有常，不為堯存，不為桀亡。”正好說明客觀這個意思。

其次是邏輯。科學不只是事實的堆砌，也不是公式手冊。一本食譜寫得再精確(用什么料，用量多少，等等)也不是科學。因為那里面沒有邏輯的推理與分析。換言之，知其然而不知其所以然的事情談不上科學不科學。那種神農嘗百草式累積下來的豐富經驗，當然十分寶貴，但還不能視為嚴格的科學。這樣說，并不是否定豐富經驗的價值，而是說這些豐富經驗只能作科學研究的出發點或參考資料，絕不能稱之科學或取代科學。第三是有系統。這也就是說科學對問題的提出與解決有其一定的方式，而不能隨興所至，想到哪一步就做哪一步。科學過程嚴格要求由資料收集經過邏輯推理而達到結論的順序。不能反其道而行：先有結論再收集有利于結論的資料來證明結論的“正確性”。那種做法不屬于科學范疇。

第四是累積。科學是累積性的。因此科學的園地里只有“后來居上”而沒有“止于至善”。科學上的“真”永遠是相對的。科學界后人推翻前人定律的史例甚多。李政道、楊振寧推翻了物理上的守恒律就是一個例子。科學之所以能夠不斷進步，正是由于它具有這種開放性與動力性。“此言一出，萬世遵行，毋庸再議”，絕不屬科學范疇。

第五點就是可靠。可靠此處的意思是就預測性而言。科學上特別強調精確原因即在此。多少量的氰化鉀能致人于死；水在常壓下多少度會開，多少度會結冰；金的熔點是多少；這些都有一定。張三去量如此，李四去量也如此；今天量如此，明天量也如此；在中國量如此，在外國量也如此。這種可靠性也就是科學最能服人的地方。科學和走江湖賣膏藥不同，走江湖賣膏藥可以說得天花亂墜，到時候全不兌現。科學絕不能搞這一套。所以可靠性也是判斷是否是科學的一個試金石。

對什么是科學有了大致的認識以后，現在讓我們談一談科學方法。科學方法大體來說包括下列諸步驟：1.問題的提出。2.假設。3.資料收集。4.科學分析。5.結論(經過科學分析必然會導致某種結論，所以結論實際上是科學分析的延續，而不是一個特定的步驟)。這些步驟適用于一切科學研究。

先談問題的提出。我們知道科學只不過是人類各種活動其中之一，其他活動諸如宗教、藝術、哲學、政治等等既不屬科學的范疇，于是他們的問題也就無法用科學方法解決。要用科學方法研究問題，首先就要提出科學上能解答的問題。這一點不搞清楚就很容易走上迷信科學萬能的歧途，然后失望之余又覺得科學一無是處。

科學上能解答的問題有幾點特征：第一，問題要很明白，很具體。其次是要在現有手段，現有資料能解答的范圍之內。象“生物體如果完全免疫可以活多久？”就都不是科學問題。因為我們現有手段、現有資料都不允許我們創造問題中的假想情況。這種問題也許能從哲學或玄學里找到答案，但和科學無關。第三點就是科學問題必須要能用客觀的術語回答。而這種術語要以公定者為準。換言之科學用語不能搞標奇立異、與眾不同那一套。譬如說，如果甲心目中的原子和乙心目中的原子是兩種不同的東西，那就不必談什么科學不科學了。當然，現有用語不夠用時，絕對有創造新用語的必要。

現在談假設。假設有兩類：第一類是人所共知但未經實證的事實或關系，包括“鉛比錫重？”，“男人比女人容易得感冒？”諸如此類的問題。第二類假設是有關變數之間的關系。中國俗語說“牽一發動全身”，這一類假設的目的就是要看看牽某一根毛發的時候，到底全身是怎么個動法？有沒有什么規律？

有了假設再下一步就是收集有關資料。這一步包括文獻檢閱，取樣以及儀器、工具的設計與制作(包括購買，如果市面上買得到)。先談文獻檢閱。我們上面曾提過，科學知識是累積性的。許多我們想研究的問題前人也曾想過或研究過。檢閱文獻能使我們踏著前人研究的基礎繼續前進，不必另起爐灶重頭來起；同時也可以使我們避開前人走過的死路，以免白花力氣。說到這里大家一定能體會到，編排周全詳盡的文獻對科研工作是多么重要。這項工作，前人不做，我們這一代吃虧；我們不做，下一代更吃虧；因為知識愈積愈多。國外比較先進的國家，各行各業都有詳盡的文獻，這無疑有助于他們多快好省地更上一層樓。

取樣主要是由于研究對象數量太龐大，一一研究起來太不經濟，時間或財力都不允許。取樣要取得成功最要注意的就是樣品對整體的代表性。舉個簡單的例子來說：籃子里有一百個紅球，一百個白球，一百個黑球，要從中選三個球作樣品。如果你能選一個紅球，一個白球，一個黑球，這就最具有代表性。如果你選了三個都是同色的或兩個同色一個異色，那就不具代表性或代表性很差。關于取樣的詳細技巧，那是統計學上的一個專題，此處從略。這里我們要強調的是：取樣和搞宣傳是兩回事，絕不能專挑風光活鮮的作代表。

儀器、工具的設計與制作。“工欲善其事，必先利其器”，干那一行都一樣，科學研究也不例外。科學愈先進所需要的儀器、工具往往就愈要精密。靠瘸驢破磨磨不出大量優質面粉。關于如何設計、如何制作，我們此處也從略。我們只要知道科研工作上不能“又要馬兒好，又要馬兒不吃草”就行了。

資料收集這一步完成以后，再下去就是科學分析了。明眼人一看就知道這一步才是科學研究的核心，而前述幾項都是準備性工作。科學分析分析什么呢？主要還是分析因果關系。從事科學的人經常要問的一個字就是“為什么”？而這些“為什么”在普通人看來也許是不值一問的事：譬如蘋果成熟了為什么往地上掉？當然，哲學、宗教、政治也探討因果關系，不過那種探討與科學探討不同，科學上的探討限于能由實證解答的范圍之內，不能有“冥想”的成份。至于科學分析所用的手段則不外乎演繹、歸納等等邏輯推理。因此我們特別要強調：培養邏輯推理能力才是發展科學的治本之道。

最后要特別提一下：科學不過是一個高層次的抽象觀念。它和其他種種觀念之間的界限并不是那么黑白分明。而世間事物也不必純然只屬于某個特定觀念(要是能那樣，事情就簡單了)。這里面總還是有“橫看成嶺側成峰”的余地的。

拉雜寫來，疏漏之處甚多，尚希高明不吝一一指正，借收拋磚之效，于愿足矣。

一九八三年四月一日