科學的目的、精神和方法

張雙南

關于科學研究的一個故事

多年前，時任俄羅斯總理的普京聽取了一個俄羅斯與德國聯合研究的項目報告。這項研究的目的，是研制一個以暗能量為主要研究目標的空間天文衛星。報告結束后，普京提出兩個問題：暗能量有用嗎？暗能量危險嗎？當時一個科學家是這么回答的：“我不知道。100年前如果你問愛因斯坦相對論是有用還是危險，愛因斯坦也一定回答不知道。但是今天我們知道相對論既有用也危險。”核能、診斷和治療癌癥的加速器、GPS等都離不開相對論的應用，同樣，核武器也是相對論的應用。

暗能量的研究和相對論的研究一樣，很顯然都是科學研究。上面這個故事本質上是關于“什么是科學”這個問題。這個問題看似簡單，但在中國的教育體系里基本沒有涉及，因此很多人不能回答。回答問題需要明確科學的三個要素，也就是科學的目的、精神和方法，這就是本文的主題。

科學的三要素：目的、精神和方法

要素一：科學的目的

事實上，如果我們問科學的目的是什么，很多人都會回答：科學的目的是造福于人類。這個回答并不完全正確，或者可以說完全不正確。科學的確可以造福于人類，事實上很多科學研究的成果都已經被用來造福于人類，人類的生活品質和水平也由于科學成果的應用而不斷得到快速提升。但是科學的目的本身并不是造福于人類，是人類出于各種目的，在很多情況下利用了科學成果造福了人類。科學成果同樣可以給人類造成災難，這樣的例子不勝枚舉。

科學的目的就是刨根問底，也就是發現各種規律，比如通過天文學的研究所發現的自然規律奠基了經典力學和量子力學兩大基礎物理學科，然而如何應用這些規律卻并不是科學本身的目的。因此，科學家在研究科學的時候只關心這些規律本身，并不需要關心它是否有用、是否危險，當然這并不排斥科學家選擇開展自己認為是否有用、是否危險的科學研究工作。

需要進一步說明的是，科學研究所發現的規律并不限于自然科學研究的自然規律，也包括其他各種規律，比如社會科學所研究的各種規律。自然科學和社會科學所研究的對象不同，所發現的規律當然也不同，但是它們的目的都是揭示“規律”，而且它們也都符合科學的另外兩個要素。然而，并不是所有揭示規律的學術研究都是科學研究，因為很多學術研究都不完全符合科學的另外兩個要素。

要素二：科學的精神

科學的精神包括三個內容：質疑、獨立、唯一。

“質疑”其實是最基本的科學精神，也就是對于以前的結果、結論甚至廣泛得到證實和接受的理論體系，都需要以懷疑的眼光進行審視。但是“質疑”并不完全等同于“懷疑”，更不是全面否定。“質疑”實際上是評判地學習和批評地接受，其目的是揭示以前工作的漏洞、缺陷、不完善，沒有經過檢驗或者不能完全適用的地方。比如愛因斯坦對牛頓力學和牛頓引力理論的質疑的結果是發現了牛頓力學和牛頓引力理論只有在低速（相當于光速）和弱引力場（空間扭曲可以忽略）的情況下才是正確的，否則就需要使用狹義相對論和廣義相對論。

“獨立”有兩層含義，一方面指的是科學研究所發現的規律“獨立”于研究者以及研究手段和研究方法；另外一方面指的是科學研究者必須具有獨立的思想，科學研究工作也是獨立進行的，只有獨立做出的科學研究成果才有科學價值，當然這并不排斥學術交流和學術合作，因為交流與合作往往是激發研究者個人創造力的有力途徑，創造力是最終產生高度原創性的獨立研究成果的根本原因。

“唯一”指的是科學規律的唯一性，勿用過多的解釋。在這里僅僅引用彭桓武先生2005年4月15日在“世界物理學紀念大會”上的講話：物質世界雖然千變萬化，但卻十分真誠，“在同樣條件下必然出現同樣現象”。由于科學的目的就是揭示科學規律，離開了“唯一”的科學精神，也就無所謂“刨根問底”，科學的目的也就不再存在，當然科學研究也就無法進行，因為科學研究方法基本上就是通過天文學的研究圍繞著科學規律的唯一性發展出來的。

要素三：科學的方法

科學的方法也就是科學研究方法，包括三個內容：邏輯化、定量化和實證化。

科學研究顯然起源于哲學，而哲學研究所建立的邏輯化正是科學方法的一個關鍵內容。在使用哲學的邏輯化開展科學研究的過程中，定量化是必不可少的。沒有定量化，就無法通過歸納建立模型，也無法對模型進行演繹來作出預言，并被進一步的觀測或者實驗檢驗。數學的研究所建立的各種計算方法和工具，使得科學研究和現在一般意義上的哲學研究分道揚鑣。而科學研究的定量化又使得科學研究的成果能夠得到實際應用，這是科學和哲學徹底分離的最顯著標志。

實證化則是最需要被強調的科學研究方法。從天文學的發展可以看到，每一次重要的進展都源于舊的模型的預言和新的觀測結果矛盾，或者舊的模型完全沒有預言的觀測結果無法再用舊的模型進行解釋。舊的模型可以被新的觀測或者實驗所推翻或者修改，但是這些舊的模型都是科學理論，是追求“唯一”正確的科學理論的歷程中所必須經過的階段。例如，愛因斯坦在建立了廣義相對論理論之后，他不但解釋了水星近日點的反常進動，而且還預言了光線的引力偏折將是區分廣義相對論和牛頓引力理論的關鍵。正是光線的引力偏折觀測結果確立了廣義相對論理論的正確性。

科學和其他學術研究

關于科學和其他學術研究的關系，討論較多的問題可能就是哲學是不是科學、數學是不是科學，以及博物學是不是科學。

如前所述，現代科學的確起源于哲學，哲學的邏輯化是科學研究方法的重要內容，數學是科學的定量化方法的基礎，博物學則對有些科學研究提供了實證的基礎。但是，我們現在一般意義上的哲學研究不但缺乏定量化，而且哲學理論的實證化也幾無可能。實際上，我們很難說哲學研究的目的是揭示什么唯一的規律，所以哲學的目的和精神也和我們討論的現代科學有很大的差異。既然哲學的目的、精神和研究方法都和現代科學有很大的不同，那么嚴格地說，哲學并不是科學。

數學和科學的劃分則困難得多。其實國外在正式的場所往往把我們國內所稱的“理科”寫為“科學和數學”，也就是把科學和數學并列，說明數學不能被簡單視為科學的一個分支。也許數學和科學的唯一區別就是實證化。數學是定量化的邏輯推理，只要推理過程沒有錯誤，就是正確的數學理論，原則上并不需要通過觀測或者實驗進行檢驗。所以實證化和我們前面強調的證偽問題對于數學研究并不是最重要的，盡管科學研究的證偽幾乎總是需要進行數學計算。因此嚴格地講，數學不是科學，但是和科學關系非常密切。

盡管哲學、數學在嚴格意義上都不是科學，但是哲學和數學也都是嚴肅的學術研究，而且顯然是非常重要的學術研究，并不能說科學比哲學或者數學重要，它們之間沒有高低貴賤之分。

最后簡要地討論一下博物學。著名的科學哲學家吳國盛教授在其專著《什么是科學》里提出，應該把博物學納入科學譜系。由于中國古代的博物學相當發達，從這個意義上講，吳國盛教授認為中國古代有科學。那么博物學是不是科學？達爾文的進化論很顯然來自以達爾文為代表的西方博物學的研究，西方博物學研究整體上完全滿足科學的三個要素并且最終導致達爾文發現了進化論這個科學規律，因此以達爾文的博物學為代表的西方博物學是科學。然而中國古代的博物學研究僅限于觀察、記錄、整理和分類，并沒有揭示這些現象背后的規律，當然也無從進行實證，所以中國古代的博物學雖然很發達，但也只能說是在往科學研究的方向上走了一步，最終并沒有發展成為科學。這個情況頗為類似中國古代天文學的情況，盡管做了很多觀測、記錄、整理和分類的工作，最終也沒有發展成為科學。

因此學術研究不一定都是科學研究，也并不是所有的學術研究最終都會導致發現科學規律。只有滿足科學的三個要素的研究才是科學研究。

中國傳統文化和科學

中國古代并不缺乏思想家，也不缺乏對整個宇宙的思考。但是中國傳統文化強調的是人和自然、人和宇宙的關系，強調天人合一，中國的傳統思想家滿足于形成一套可以自洽的思想體系，中國古代的學術研究并不重視探索統治自然和宇宙的基本規律。既然不尋找基本規律，實用主義就主導了中國社會的發展。

中國古代的農學、藥學、天文學、數學、博物學等都曾經世界領先，但強調的都是實用性，都是在總結經驗的基礎上產生一些實用的知識，而沒有對這些知識作出進一步理性和系統的整理和抽象概括，探索內在規律成為系統的科學理論。中國古代的造紙術、指南針、火藥和活字印刷術非常偉大，但它們都不是科學發現，而只是技術發明。由于我們的祖先沒有刨根問底地去研究這些技術背后的規律，當時先進的技術不但沒有發展成為化學、電磁學、地球物理、自動化等科學學科，還逐漸被西方超越。

因此，中國古代沒有產生科學理論的一個重要原因在于中國傳統文化導致的實用性。實用性眼光不夠遠大，設定的發展空間極小，一旦現實不提出直接要求，它就沒有了發展的動力。科學研究本質上不以實用為目的，為追求規律而追求規律，不受發展空間的局限，形成了一次又一次的科學革命，而科學革命最終（可能是幾十年甚至上百年之后）帶來了一次又一次的技術革命。

中國社會的科學現實與未來

幾十年來，通過科學教育和普及，中國公民的科學素養已經有了一定提高，但前路依舊漫長。試問，中國社會上有多少人能夠回答出“科學的目的、精神、方法”的哪怕一條或者一條中的一個內容？但是同時，我們又把所有好的或者有道理的東西都說成是“科學的”，所有不好的或者沒有道理的東西都說成是“不科學的”，這其實是誤解了“科學”的真正內涵，是實用主義的體現。

事實上，我們大多數人無論在學校還是在社會上接受的所謂“科學”教育（包括科普宣傳），就是教我們科學知識，也就是告訴我們已有的科學規律是什么、如何使用這些規律以及科學有什么用，幾乎從來不教科學的三要素：科學的目的、精神和方法。我們只學到了科學知識，而不知道科學是什么。因此，科學教育不僅要普及科學知識，更需要讓人們認識到什么是科學的目的、精神和方法。

（作者為九三學社中央科普工委副主任，中國科學院高能物理研究所粒子天體物理中心主任；文章轉載自“果殼科學人”）

責任編輯：馬莉莎