論科學審美規范的經驗基礎

呂仕儒

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同037009）

論科學審美規范的經驗基礎

呂仕儒

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同037009）

科學研究作為認識客觀事物內在本質和運動規律的活動，首先是以求“真”為目的，可事實表明，科學的發展又與“美”緊密聯系在一起，許多科學理論就是沿著“美”的指引建立起來的?？茖W審美規范的建立離不開經驗基礎的支撐和積累，然而，科學審美規范與經驗并非始終一致，通常在科學常規發展時期經驗基礎對審美規范起著鞏固和強化作用；在科學革命時期，新理論的審美特征與原有的審美規范發生著激烈的碰撞和沖突，結果會導致原有審美規范的轉變。文章對科學審美規范和經驗在科學理論不同發展時期的表現和關系進行了分析和探討。

科學常規發展時期；科學革命時期；審美規范；經驗效績；科學圖景

科學研究是以探求和揭示隱藏在客觀事物背后的運行變化規律及其物質結構為目的的創新活動。作為科學研究的認識主體，諾貝爾物理學獎獲得者湯川秀樹（Yukawa Heidiki，1907-1981）稱之為是一群“不帶地圖的旅行者”，他們目標明確，但是不知路在何方。也許循著“美”的指引向前，不失為一種行之有效的途徑。而事實也表明，科學雖然是求“真”的，但卻與“美”緊密聯系在一起，甚至許多人認為美是探索真理的光輝，即“……探索者最初是借助于這種光輝,借助于它的照耀來認識真理的。”[1]愛爾蘭哲學家弗蘭西斯·哈奇森（Frantis Hutcheson，1694-1746）認為：“在人類探索自然中獲取的有關某些偉大原理或普遍力的知識中存在與美同類性質的東西。”[2]人們之所以會產生這樣的認識，并在實際的科學研究過程中付諸行動，是因為“事實上結果常常是吸引人的那種可能性就是那個具有真實性的可能性”[3]所以彭加勒（Jules Henri Poincare，1854-1912）說：“科學家研究自然, 并非因為它有用處；他研究它，是因為他喜歡它，他之所以喜歡它，是因為它是美的?！盵4]而事實表明，有許多科學理論就是科學家沿著“美”的指引建立起來的。那么，作為科學研究成果的科學理論的評價標準是什么呢？或者說具備怎樣特征的科學理論才是一個好的理論呢？雖然，不同的科學哲學學派的觀點不盡相同，但是，科學研究作為一項求真的活動，一個好的科學理論首先應該是一個和經驗數據相吻合的理論；可事實表明，僅僅具備這樣條件的理論還不一定是一個好的理論，或者說不一定是一個能夠被人接受的理論。由于審美規范保守性以及審美標準差異性的存在，不同的認識主體會對相同的科學理論作出不同的反應，而且這種反應可能還會隨著主客觀條件的變化而發生改變。

關于科學審美與經驗之間的關系，自律論認為兩者之間不存在任何關系，是不可能相互歸約的，就是說，持這種觀點的人認為審美與經驗數據是兩種完全不同的估價標準，“一組是功利的，由邏輯的和經驗的標準組成，適于確定理論的經驗價值；而另一組則是審美規范，它完全不理會功利價值?！盵5]而歸約論的觀點則正好相反，認為審美與經驗僅僅是科學估價的兩個不同的方面，持這種觀點的人把“科學家是否把審美價值歸給一個理論完全取決于該理論的經驗成功的程度?！币驗樗麄冋J為“事實上，一個科學理論成功的程度就是對該理論的審美價值的一種量度，因為一個科學理論成功的程度是對在以前是混沌的東西中引入的和諧的程度的一種量度?！盵6]實際上，科學家給予科學理論的經驗判斷與審美判斷兩者之間的關系，并不是這樣的簡單和絕對，而是以一種較為復雜的方式相互關聯著。

下面就這兩種不同因素在科學研究過程中的關系和表現進行分析和探討，看看它們以怎樣的方式相互作用和聯系的。

1 科學常規發展時期經驗與審美規范的鞏固

按照美國著名的科學哲學家托馬斯·庫恩（Thomas Samuel Kuhn，1922-1996）的觀點，所謂科學常規發展時期指的是科學共同體在“范式”支配下的一種“解難題活動”。而“范式”指的是科學共同體共同的信念、傳統、理論框架、理論模式及其基本方法等。很明顯審美規范就包含在科學共同體所尊崇和堅守的信念以及傳統之中。在這一時期，科學共同體的任務就是不斷地驗證和發展范式，使范式漸趨成熟和完美。

當一個科學理論體系在經驗上不斷地取得成功時，這個理論體系的美學思想與風格就會被科學共同體作為“范式”的因素之一確定下來，他們希望其他的科學理論也應該具有相同或者相似的特征；或者說他們認為只有具有這種美學特征的科學理論才可能是在經驗上取得成功的理論。機械論的形成就是典型的例子之一。由于牛頓建立的經典力學理論在經驗上的巨大成功，科學共同體就把牛頓的經典力學理論的風格和特征，作為一種審美層面上的“范式”確定下來。正如亥姆霍茲（Hermannvon Helmholtz，1821-1894）于1847年在其一篇論文中寫道：“我們終于發現，所有涉及到的物理學問題都能歸結為不變的引力和斥力”，“整個自然界的最終目的熔化在力學之中”[7]。于是在整個物理學領域出現了這樣的局面：聲學首先被納入到了力學的框架之中，聲音被作為是在彈性介質中傳播的機械振動；熱學的宏觀物理量也被歸結為與之對應的微觀粒子運動的統計平均值，產生了“熱力學”和“統計力學”；光也被看作是具有彈性的微粒，在“以太”——一種特殊的彈性媒質傳播的機械波；電磁場理論同樣如此，一開始就是從“電流體”和“磁流體”的力學模型出發，期間又以與萬有引力定律相類似的形式給出的庫侖定律，乃至到后來麥克斯韋對電磁波的預言，都是在“電磁以太”的力學模型基礎上作出的。緊接著為了讓電磁波能夠在以太中傳播，湯姆森（William Thomson,1824-1907）又極力去為以太構造既具有足夠的彈性又不能有較大粘滯性的力學微觀結構；……。1884年在巴爾的摩的一次演講中湯姆森說：“我的目的是要表明如何去構造一個力學模型，它要滿足我們正在考慮的物理現象所要求的各種條件，而不管我們在考慮的可能是什么物理現象?！瓕τ谖宜坪蹩梢哉f，檢驗‘我們究竟理解了還是沒有理解物理學的一個特定主題’的試金石是‘我們能夠為它構造一個力學模型嗎？’”[8]。很顯然在一些物理學家眼中，為一個理論構造力學模型，已經成為他們在精神上的審美訴求，正如艾倫菲斯特（Paul Ehrenfest，1880-1933）對玻爾茲曼所描述的那樣：“玻爾茲曼讓自己的想象馳騁在尚處于一片混亂之中的相互糾纏著的運動、力和反作用之上，直到能夠實際把握這些運動、力和反作用。顯然他從這中間得到了強烈的審美愉悅?！盵9]而隨著這些理論在經驗上的不斷成功，進一步又強化了人們原有的概念和認識。乃至后來，人們又企圖把經典力學模型搬到物理學領域之外的化學和生物學中，從而得出“運動是機器”、“人是機器”、……等觀點。到19世紀末，在許多物理學家心目中甚至產生了這樣的錯覺：自然界中所發生的所有現象都應該能夠用力學來描述。就像1894年邁克爾孫(Albert Abraban Michelson,1852-1931)在一次演講中說的：“……絕大多數重要的基本原理已經牢固地確立起來了，……一位杰出的物理學家指出‘未來物理學的真理將不得不在小數點后第六位去尋找?！盵10]這種守舊而盲目樂觀的認識對當時物理學理論的發展是非常不利的。從哲學的層面上看，機械論為自然界的因果關系提供了一種絕對的、精確的力學模式，抹煞了自然界客觀存在的必然性和或然性的兩種因果關系的區別和聯系，影響巨大。

與科學共同體“審美規范”的保守性相對立，人類對物質世界的認識是不斷地深入和發展的，特別隨著科學技術手段的不斷改進和升級，人類探知世界的深度和廣度在與日加深和擴展。這樣，就會在科學探索中不斷有新事物和新信息和現象涌現出來。而一旦當新的事物、現象、發現無法用原有的理論規范給予解釋和說明的時候，就出現了所謂的“反?！保敺闯４罅坑楷F時，就到了所謂的“危機”時期，這時就會引起科學共同體對原有理論規范的懷疑。緊接著就會有一些思想先進、具有批判精神的成員去嘗試著建立新的理論規范?？茖W革命時期來了。那么在科學革命時期科學理論的經驗與審美規范又將發生怎樣的變化呢？

2 科學革命時期經驗與審美規范的轉變

科學革命就是指的由科學新發現和全新的基本概念與理論導致的整個科學理論體系的根本變革。按照英國學者詹姆斯·W·麥卡里斯特的觀點，新理論與原有理論體系最大的區別就是新理論雖然具有較高的經驗效績，同時與原有理論又具有截然不同的審美特征。這樣，就會在科學共同體中出現兩種不同的態度和觀點：一部分對原有理論體系的審美規范無法舍棄的思想守舊的科學家，對新理論表現出的是質疑、舍棄乃至否認；而另一部分思想開放、勇于創新的科學家，對新理論表現出的則是接納和贊美。因為在前者看來，一個看上去美麗（用原有的審美標準判斷）的理論比一個缺乏美的理論應該是一個更接近真理的理論；而在后者看來，在對理論的選擇中經驗效績要比審美規范重要的多，雖然一個科學家訴諸理論的優雅和美麗是允許的，但是前提是“只要在理論選擇中只是在實效標準并未指定相反結果的情況下才訴諸它”。[11]如果新理論在經驗上不斷獲得成功，隨著時間的推移，原來那些從審美標準出發對新理論的抵制情緒便會慢慢減弱、消失、乃至完全接納，美國著名物理學家惠勒（John A.Wheeler，1911-2008）認為科學家對一個新理論的態度就像人們對一件創新的藝術作品理解的變化：“它看上去令人陌生，它看上去很奇怪，它看上去非常怪異，然后突然地它看上去完全不再令人陌生并且你不能理解是什么使得它先前看上去令人陌生?！盵12]

發生在16-17世紀的以“日心說”為標志的科學革命，由于哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473-1543）的學說與數理天文學長期存在的理論要求相一次，天體的運動就應該被看成是圓周及其組合的勻速運動。因此，哥白尼的理論在許多科學史家眼中并不是革命性的，相反，哥白尼的理論則被認為是向亞里士多德原理的回歸。而開普勒(Johannes Kepler,1571-1630)的橢圓理論才是革命性的因素，因為開普勒把行星運行的軌道描述成了橢圓，否定了數理天文學一直堅守的勻速圓周運動的承諾。在當時橢圓一直在人們眼中被看做是扭曲了的不完美的圓周。所以盡管開普勒的理論有很高的經驗效績，仍然遭到了包括他的老師第谷（Tycho Brahe,1546-1601）在內的許多科學家的反對，第谷說：“行星軌道必須無例外地由圓周運動組成；否則它們就不能以均勻和恒久不變的形式循環往復，永恒延續就是不可能的；而且，軌道就不會是簡單的，就會顯示更大的不規則性并且就會不適于科學處理和實踐?！盵13]德國天文學家法布里修斯（David Fabricius，1564-1617）針對開普勒的橢圓理論說：“你用你的橢圓廢除了天體運動的圓周性和均勻性，我越深入思考，我越覺得這種情況荒謬?！绻隳苤槐Ａ粽龍A軌道并且用另外的小本輪證明你的橢圓軌道的合理性，那情況會好得多。”[14]后來一直到開普勒的《魯道爾夫星行表》出版后，人們便于對開普勒的理論進行檢驗時，才使人們對他的理論的抵制和非難態度開始轉變，譬如，數學家克魯格（Peter Crüger）1624年在給繆勒（Philipp Müller）的信中說：“我不同意開普勒的假設?！钡?629年態度就發生了明顯的變化，同樣在給繆勒的信中說：“我不再理會行星軌道的橢圓形式帶給我的困擾……”[15]因為開普勒的理論在經驗上不斷獲得成功，這樣隨著時間的推移，人們便會慢慢放松對原有審美標準的堅守。

同樣，量子理論作為革命性的理論起初也遇到了與開普勒相類似的遭遇。由于長期以來科學家和哲學家一直信奉的是一切自然過程都是連續的，就像萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716），的那句名言所說的：“自然界沒有飛躍”。所以普朗克（Max Planck 1858-1947）在提出“能量子”假說之前自己就一直處于矛盾之中，因為普朗克清楚量子論不連續性所呈現出的科學圖景與經典的自然科學理論圖景相比，從審美規范的角度出發，簡直可以說是大逆不道。因為量子論的不連續性嚴重破壞了經典物理學所一貫遵守的嚴格的因果律。正因如此，普朗克把自己所做的事情叫做“一個絕望的行動”。在量子假說提出的最初幾年里，一直沒有引起物理學界的積極響應。其中有一大批物理學家對此表示反對，譬如，瑞利（Strutt R J）、金斯(Jeans H)、馬赫(Ernst Mach)、龐加萊(Jules Henri Poincaré)和洛倫茨（Lorentz H A）等，而普朗克本人則一直在猶疑、動搖、徘徊、乃至倒退的情緒中痛苦了15年之久。后來他后悔地說：“我企圖無論如何都得將作用量子列入經典物理理論范疇里，結果是枉費心血。我的這種徒勞無功的嘗試延續有好幾年；我連續地這樣搞了好些年，浪費了我許多勞力。一些同行在這里面看出有一種悲劇性存在?！盵16]

1925年，當海森堡（Werner Karl Heisenberg 1901-1976）從量子概念出發建立起一個系統化的關于亞微觀領域的理論——量子力學，把微觀粒子看作成抽象實體，而且這些抽象實體沒有精確的位置、速度、動量以及能量，這種與傳統的、形象化的經典物理學圖景格格不入的理論，同樣遭到了對經典物理學懷有深厚審美情結的物理學家們更加強烈的抵制。針對量子力學的非決定性特征，愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）在給M·玻恩的信中這樣說：“量子力學固然是堂皇的。可是有一種內在的聲音告訴我，它還不是那真實的東西。這理論說得很多，但是一點也沒有真正使我們更加接近于‘上帝’的秘密。我無論如何深信上帝不是在擲骰子。”[17]因為在愛因斯坦看來物理學理論就應該像牛頓所建立的經典力學那樣，遵守嚴格因果律的理論。為此，愛因斯坦從19世紀20年代開始，一直堅持著與量子理論的不確定關系的戰斗，他設計出了一系列的思想實驗，對量子理論的這種“不完備性”企圖給予反駁，結果均被玻爾他們一一駁回。法國物理學家郎之萬(Paul Langevin 1872-1946)針對量子理論的非決定性甚至說：“……這些思想來自敵視科學知識的舊哲學，他們就是要把這種哲學重新硬塞到科學中來?！盵18]由于審美規范的保守性，“一種完全新穎的藝術形式或者科學觀念初看起來幾乎肯定是丑陋的。”[19]但是，隨著時間的推移和新理論在經驗上不斷地成功，通過審美歸納，共同體最終是會放棄最初的審美標準，就像彭羅斯(Penrose diagram,1931-)所言：“也許人們的審美判斷會發生改變[……].不管怎樣,這種判斷在相當程度上是習得的鑒賞能力。由于這種情況的存在，人們就只能直到對某個東西有所熟悉才能真正欣賞它的美——人們必須真正對它思考一番?！盵20]譬如，量子力學理論在當今人們的眼里再也不是“丑小鴨”，而是美麗的“大天鵝”了，就像佳姆爾(Jammer)給予的評價是“壯麗的具有偉大的美的智識結構”。[21]

3 結語

科學研究作為以探求自然界物質結構和運行變化規律為目的的事業，同時與美又密不可分；但是，審美規范的保守和滯后以及不同個體審美標準的差異，在有些時候和領域又對科學的發展起著阻礙和干擾作用，特別在科學革命時期這種現象尤為突出。因此，分析和梳理審美規范與經驗之間的關系，無論是從認識論的角度還是從方法論的角度出發均具有深遠的價值和意義。

[1]海森堡：精密科學中美的含義[J].自然科學哲學問題叢刊,1982(1)：44.

[2]Peter Kivy.The seventh sense：a study of Francis Hutcheson's aesthetics and its influence in eighteenth-century Britain[M].New York：Burt Franklin，1976：97-99.

[3]Penrose R.The role of aesthetics in pure and applird mathematical research[J].Bulletin of the Institute of Mathematics and Its Applications,1974,10：266-271.

[4]李醒民.論科學審美的功能[J].自然辯證法通訊,2006,28(1)：8-15.

[5][6][8][9][11](英)詹姆斯·W·麥卡里斯特.美與科學革命[M].李為譯.長春：吉林人民出版社,2000：75,80,105,106,159.

[7][10]劉莜莉，仲扣莊.物理學史[M].南京：南京師范大學出版社,2001：238-239

[12]Wheeler John A，Zurek W H.Quantum Theory and Measurement[M].Princeton：Princeton University Press,1983：182-213.

[13]Mittelstrass,Jürgen.Method ological Elements of Keplerian Astronomy[J].Studies in History and Philosophy of Science,1972,3：203-232.

[14]Koestler,Arthur.The Sleepwalkers：A History of Man’s Changing Vision of the Universe[M].Lonodon：Hutchinson,1959.

[15]Russell,John L.Kepler’s Laws of Planetary Motion：1609-1666[J].British Journal for the History of Science,1964,2：1-24.

[16](德)普朗克.科學自傳[M].林書閔譯.上海：龍門聯合書店,1955：21-22.

[17]愛因斯坦文集(第一卷)[M].許良英,李寶恒,趙中立等譯.北京：商務印書館,1983：221.

[18](俄)薩契柯夫.論量子力學的唯物主義解釋[M].李寶恒譯.上海：上海人民出版社,1951：138.

[19]Bernstein,Jeremy.Experiencing Science[M].London：Burnett,1979.

[20]Penrose,Roger.The Role of Aesthetics in Pure and Applied Mathematical Research[J].Bulletin of the Institute of Mathematics and Its Applications,1974,10：266-271.

[21]Jammer,Max.The Conceptual Development of Quantum Mechanics[M].New York：McGraw-Hill,1966.

The Experience Base of Scientific Aesthetic Standard

LV Shi-ru
(School of Physics and Electronics Science,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

As an activity of knowing intrinsic nature and movement rule of objective things,the goal of scientific research is pursuing reality at first,however,the fact is that development of science is connected with beauty tightly,many science theories are built up under the direction of beauty.The foundation of scientific aesthetic standard cannot be separated with the support and accumulation of experience base.But scientific aesthetic standard does not always keep pace with experience,generally,experience base consolidates and strengthens aesthetic standard in the period of development of science;In the period of scientific revolution,aesthetic characteristics of new theory conflicts with old ones fiercely,it turns out to translate the old aesthetic characteristics.This article contains analysis and discussion of performance and relation of scientific aesthetic standard and experience in different development periods of scientific theory.

normal development period of science;the period of scientific revolution;aesthetic standard;experience effect achievement;scientific view

N09

A

1674-0874(2015)04-0092-05

2014-12-12

收稿日期：山西省高校哲學社會科學研究項目[2012249]

呂仕儒（1963-），男，山西懷仁人，碩士，副教授，研究方向：科學技術史。

〔責任編輯 高海〕