每个民族都曾有过辉煌的时代，都向人类文明的殿堂贡献出自己的才智，但唯有近代西方产生了不断增长、在宏观和微观两个向度上扩展着人类视界的科学。不少学者对这一独特的文化现象作出了种种不同的解释。经验主义者包括逻辑实证主义者认为科学的成功在于一种独特的实验方法，对康德推崇备至的波普断言科学的精神是一种批判的理性主义。斯宾格勒则认为世界上存在着几大独立的文化系统，每一个系统都象生物有机体一样有着自己的生命周期。每一个有机的文化系统都有自己独特的科学，如与古希腊文明相适用的是静力学，而近代科学作为近代西方文明的一种形态，与音乐诗歌绘画的发展趋向一致，是征服无穷空间的浮士德精神之表现。也就是说，在其他文化如东方文化中没有产生近代意义上的科学是一个象“种豆得豆，种瓜得瓜”一样自然的事实。然而翻看世界文明史我们见到在其他文化中并非没有类似于科学的萌芽的东西，如巴比伦与中国古代的天文观测记录、《墨经》中对波动与光现象的描述。其他文明古国都消亡了，但一直延续至今的中华文明中为什么没有科学产生？为什么那些科学的萌芽没能长成枝叶繁茂的大树并开花结果？科学的产生是西方历史上的特例还是文明发展的必然？要回答这些问题需要首先研究科学自身的特征。

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十七世纪初期，正当科学革命的序幕拉开之际，弗兰西丝·培根在《新工具》（1620年）一书中提出一种本质上是经验主义的方法，把对事实进行审慎而有条理的观察，作为解释自然或研究自然的手段。培根在科学上是落伍的，“他的天文学理论是过时的，低估了数学，不承认纳皮尔所发明的对数，几乎不道杠杆率、物体的加速度、血液循环”（注：见《简明不列颠百科全书》培根条，第6卷第第421页。）；但由于他在自然哲学上的巨大影响，人们把他比作虽跛足却以自己嘹亮的号角鼓舞了战士斗志的古希腊号角手。由此，形成了关于理论与实验之关系的一种很权威的观点：理论来源于实验（或经验观察），实验检验理论。（注：我们所说的实验或经验观察不同于马克思所说的实践，在《费尔巴哈论纲》中，马克思把实践看成是人的“感性活动”，是人的存在方式，具有本体论的地位，而我们在此讨论的是知识论问题。）

按照实践检验真理的逻辑，我们首先以自然科学中发展得最完善并成为其他科学之典范的物理学为例，来考察实际的科学活动是否支持上述论断。本世纪的两大物理学突破之一——量子理论的两种表述高度抽象，无论是波函数还是对易子都显然不能从实验中得出。而爱因斯坦的相对论是借助于马赫对牛顿力学的批判，抛弃了其中的绝对时间、空间概念而代之以操作定义，从而建立了全新的时空观。虽然迈克尔逊实验对人们接受相对论至关重要，但相对论之建立与其并无关系。普通教科书因受经验主义传统影响或为了使学生更容易理解，总是把实验和理论对应地排列在一起，这扭曲了科学的本来面目。也许有人会坚持：近代物理学是通过经典物理学间接来源于实验的。为此，我们来考察经典物理学。牛顿理论中，万有引力定律实质上只是假说，力并没有实体的性质。我们在日常生活中的确能感受到力，就象眼睛看见的物体一样真实，但有什么理由认为互不接触的太阳与地球间有作用力呢？如果我们上溯到经典物理学之父伽里略，问题就会看得更清楚。伽里略宣称他不打算象亚里士多德那样试图解释重物为什么落向地球，而只研究重物怎样运动。但他并没有在科学研究中把自己的方法坚持始终，如当有人以竖直上抛的物体落回原处对地球运动的观点提出质疑时，他提出了圆形惯性假设；当对方反驳说地球若沿太阳作圆形运动会飞逸时，他又类比绳子牵引小球的圆周运动，解释为地球受到了太阳的某种力。其实伽里略不可能把自己所说的方法坚持到底，他的运动学就建立在时间、空间的均匀性上，这在当时似乎是自明的，而相对论建立以后，我们知道这不过是假设了一种特殊情况。和伽里略同时代的开普勒，他的三定律把第谷的观察数据放进了一个数学框架，其经验定律的性质是显然的。但这是建立在哥白尼日心说的基础上，而第谷之所以没有充分利用自己的观测数据是因为他还囿于托勒密的天文学体系。哥白尼体系在当时还只是假说，其优于托勒密体系并不是由于与经验更符合，而是基于数学简单性，不仅仅是教会的顽固派坚持这一点，因为当时有许多经验观察并不支持哥白尼，如上述伽利略的反对者提出的问题——在动力学体系未建立之前提出这些异议是完全合理的。

从逻辑上讲，如果将“来源”理解成理论是从实验中归纳出来的，就要回答“怎样从一个或多个观察陈述跳跃到一种理论”这个问题，这是“个别与共相”古老问题的现代变种。休谟已经清楚而完备地证明，没有什么正确的逻辑论证容许我们确认“那些我们不曾经验过的事例类似于我们经验过的事例”，因此，“即使观察到对象时常或经常连接之后，我们也没有理由对我们不曾经验过的对象做出任何推论。”（注：休谟：《人性论》第6节，商务印书馆。）除非象亚里士多德那样将归纳法看成是“引向直觉一般原理”（注：见波普尔：《猜想与反驳》第17页，上海译文出版社。）的方法，才能回答上述问题。这种意义上的“归纳法”我们暂不讨论。

通常把科学活动分为以下四个步骤：首先，收集观察资料，第二，形成把观察资料联系起来的假说，第三，检验假说的真假，第四，利用假说来考察更多的观察资料，或重新考察那些已有的资料。（注：《大不列颠百科全书》第14版，第20卷，科学条。）如果否认理论来源于实验，如何与上述科学界公认的研究模式相协调呢？

究其实，这种菜谱式的步骤只是对科学探索过程的粗略概括。作为一种高度创造性的活动，科学发现不会像烹饪一样按部就班就能完成。在实际的科学活动中，上述四个步骤是不能截然分开的。根据波普的见解，科学家是先有了某种猜测再去寻找证据来反驳，如果没有一定的概念框架，观察就无从进行。波普的证伪主义也是把反复寻觅修正的科学发现过程简单化了，却抓住了科学活动的某些特征。即使培根已明白不能像蚂蚁一样来收集资料，科学家在收集资料的过程中有选择的，他必须根据自己的预想来确定那些资料是与自己的研究领域紧密相关的。仅仅把观察资料联系起来还不能成为科学理论，仅仅停留在“所有的司南都指向南方”此类的经验描述还是前科学的。发现观测量之间的联系当然对科学活动至关重要，但这只是科学的前奏，还远没有触到科学的主题。注意到联系以后，再进一步解释为什么有这种联系，真正的科学才得以开始，而这就需要设定一些实体、性质、或其他联系来解释观察到的联系。也就是说科学活动作为理解自然的活动，还必须引进假说对此联系进行因果解释，而假说是不能从观察资料中得出的。成熟的科学理论是以欧氏几何为范式的类公理化体系，相当于公理地位的是假说，对应于定理的是经验定律。与真正的公理化体系不同的是，在科学理论中假说不是象公理那样自明的。可以说科学是以未知来解释已知。

这样一来，就使第三步检验假说的过程成问题了。假说往往是不能直接检验的，实验检验的是由假说得出的推论。当经验观察不支持某一假说时，可以引入其他假设来解释——和经验观察一样，理论也可以作为证据。如上述伽利略对哥白尼理论就是这样作的。伽利略从比萨斜塔上扔下了两个小球就证明了亚里士多德是错误的，这个故事不过是外行的虚构。巴利安尼曾作过这个实验，他让同样大小的铁球和蜡球从同一高度同时落下，结果是铁球比蜡球先落地。当然他又解释说这个差异是由于空气的阻力；这种阻力虽然对两个小球是一样的，但对于抵抗重量较小的蜡球更为有效。（注：丹皮尔：《科学史》，第232页，商务印书馆。）就本世纪的科学来说，麦克尔逊实验能证实绝对空间、时间不存在吗？洛伦兹通过表现时间来挽救，同样可以解释麦克尔逊实验。不过既然绝对空间、时间在科学研究中不需要，我们又何必增添这个假设呢？

经验观察不是纯粹的感觉，即使日常生活中最素朴的观察如太阳升起、落山已假定了地球的静止，最简单的温度计也需要温标理论。联结理论和实验的纽带是观察陈述，而观察陈述要与理论关涉就需用理论化的概念来表述，因而就渗入了对事实的解释，这就是观察陈述的理论负荷。实验设计问题只有在基本的理论诠释问题并无根本争议的情况下，才能清楚有效地加以说明。在库仑定律建立之前，早期物理学家的著作中有这样的“观察”陈述：橡胶棒和毛皮摩擦产生了粘性（注：查尔默斯：《科学究竟是什么？》，第44页，商务印书馆。）。根据库仑定律这是异性电荷间产生了吸引力；而库仑定律已把万有引力的假设和形式引入了。再如，在牛顿理论中，物体落向地球可描述为物体受力产生加速度，而从广义相对论的观点来看，物体只是沿着短程线自然而然的运动罢了。

由于不存在中立于理论的经验观察，检验就不是理论和实验之间的两角决斗。人们认为伽利略的反对者只要用望远镜亲自观察一下天象，就会发现托勒密体系是有问题的。但在光学理论建立以前，有什么理由认为通过望远镜看到的是真实的？可以利用地面上的物体来验证一下吗？但这仍有一个问题，对于地面上的物体和望远镜造成的像差，区别开来是可以做到的，因为观察者熟悉它们，而对天体却不熟悉。在伽利略的时代，望远镜是人们用来产生视觉幻象的玩具。

上面的论述并非贬低经验观察在科学发展中的作用，事实上，科学的首要任务就是解释自然界的实际事件、过程或现象，一种由理论观念、专门术语和数学程序所组成的系统，除非以某种方式把握了这些经验事实，或有助于使这些事实更易于理解，否则就不能说这个系统是科学的。然而一种理论能解释一些经验事实并不能保证它是正确的，如托勒密的天文学体系。事实上，对于给定的一组经验事实，可以构造出多个互不相容的理论加以解释。因此对科学理论的更高要求是它能预见新的经验事实。当由理论得出的预测与经验观察不一致时，不能回避这一矛盾，可以增添新假设来解释，但不能增添特设性假设。如当天王星的运行轨道和牛顿定律的推算不一致时，若是解释为天王星这颗独特的行星就是这样运动的，那就等于放弃了牛顿定律。

科学史上常见的情形是，当由理论得出的预测与实验结果不一致时，科学家并不是随之就抛弃这个理论。根据拉卡托斯的研究，“普劳特在1815年的一篇匿名论文中断定，所有化学元素的原子量都是整数。他清楚地知道反常现象比比皆是，但他说，出现这些反常是因为在通常情况下存在的化学物质是不纯的：也就是说，当时有关的‘实验技术’是靠不住的，……因此，拥护普劳特理论的人开始了一场重大的冒险：推翻那些对他们的论点提出反证据的理论。”（注：拉卡托斯：《科学研究纲领方法论》，第73页，上海译文出版社。）拉卡托斯引用此例来证明他的科学研究纲领方法论，而科学史的研究表明，没有什么一以贯之的方法来保证研究的成功。我们感兴趣的是，为什么普劳斯和伽利略一样，面临着许多反证据仍坚持不懈？有什么信念在支撑着他们？如果不联系整个西方文化的背景，就很难说明他们的选择是合理的。

　　二

详尽的科学史研究表明，尽管早期英国皇家学会有许多成员自称遵循的是培根的方法，但真正奠定近代科学基础的是古希腊的理性自然观。

有数学神秘主义之称的毕达哥拉斯学派认为，一切都是数，一切现存的事物最终都可以归结为数的关系。也就是说，一切现存的事物根本上是由形式，而不是由物质的实体构成。这样毕达哥拉斯学派把米都利学派的问题“自然是由什么组成的？”转换为“自然的结构是什么？”（其中“结构”指的是几何形式）。我们需要知道的仅仅是世界的构成成分之数学上可描述的形式，由此就开辟了一条探索自然的新途径：研究自然界的客体在细节上是如何同它们的基本几何结构相联系。

在自然哲学中，毕达哥拉斯学派的传统经柏拉图发扬光大，推动了现代科学的兴起并最终支配了科学的发展。16世纪初期，哥白尼认为他的日心说体系属于毕达哥拉斯哲学；伽利略也被称为毕达哥拉斯主义者，在《两种新科学的对话》中，他坚持“自然科学的书籍要用数学来写”（注：见《简明不列颠百科全书》伽利略条，第3卷第249页。）。而在开普勒看来，自然表现为量的王国，表现为一个服从数学研究，服从于古希腊哲学论证过的精确研究的王国。通过把各种现象置于以数学描写的规律之下来统一科学，这就产生了人与世界关系的新问题，我们经验中那些经不住精密测量检验的方面，不再与客观实在相一致，不再与正确认识到的世界特征相一致了。

深受毕达哥拉斯学派影响的柏拉图哲学，其要义在于两个世界的差别：日常生活熟悉的世界，这是感官的对象；另一个是看不见的真正实在的世界，这是智力的对象。可变的自然——有缺陷的时空世界——是永恒不变的理念世界的摹本。柏拉图的形而上学受到现代哲学尤其是存在主义的有力批评，但其启发力是不容否认的：如果不相信共相是实在的，科学家就不会相信从而就不会去探索易变的现象背后不变的规律。

众所周知，中国古代的数学曾在世界上遥遥领先，但古人只是把数学作为一种计算工具、一种技巧。虽然偶尔也有杰出者表现出纯学理的兴趣，如祖氏父子，但数学从来就没有融入主流文化，更没有提升到世界观的高度。而在古希腊，根据波普的研究，“欧几里德的几何学并非作为一种纯几何学的运用，而是作为一种世界理论的研究原则。根据这个观点，《纲要》并不是一部几何学教科书，而是试图系统地解决柏拉图的宇宙论的主要问题。”（注：见波普尔：《猜想与反驳》第123页，上海译文出版社。）正是在这个意义上才会有人相信：上帝是一位几何学家。

对科学发展有重大影响的另一学说是德谟克利特的原子论：原子不可再分，原子之间仅在大小、形状和运动方面有定量的不同。日常所见的物质性质的一切变化都归因于空间中原子的排列，而原子本身则永远不变；因此一切变化都是运动。古希腊原子论既启发了近代科学，又为科学的发展所超越。其精髓在于它的一般自然观：繁多的现象必定以某种统一性为基础，而这些现象的不断变化不过是一个基本不变世界的一些方面。而且它提供了一种方法论原则：把自然现象分解成各类性质单一的方面，分别加以研究。分解的方法在科学研究中是必不可少的。如果不从现象的杂多中抽象出一些恒定的侧面，就不会发现规律性。

我们还可以进一步追问，自然观是否建立在经验观察的基础上呢？由德谟克利特提出的原子论应该看作是把经验资料和巴门尼德的物质不变论调和起来的一种尝试。巴门尼德根据理性的理由否认变化的可能性，因为变化不可理解。他确信，实在必定是一个整体，具有统一性；而且，作为同一的实在，它不可能有变化。巴门尼德的观点初看起来是违反常识的，但却是一切理性科学的先决条件。没有基本的统一性，普遍规律是不可能的；没有基本的不变性，就不会有适用于过去、现在和将来的规律。在此我们又一次看到，任何称得上科学的学说都要在某种程度上与经验关联，然而从经验开始并不意味着来源于经验。一个为理论思维所理解的世界，不同于表面有效经验的世界，不同于看到、听到、闻到、尝到和触到的世界。

在中国文化的自然观中，占主导地位的是把自然现象的变化看成是一种生成关系，而不是组元之间的结构关系。面对着自然现象的生灭流变，中国的哲人也是在寻找现象背后的永恒。老子的道，“独立而不改，周行而不殆，可以为天地母”（注：陈鼓应：《老子今注今译》第25章，中华书局。），“万物恃之以生而不辞，……，衣养万物而不为主”（注：陈鼓应：《老子今注今译》第34章，中华书局。）；融合了儒道两家的《易传》曰：“一阴一阳谓之道”，“天地之大德曰生”，“生生之谓易”（注：见高亨：《周易大传今注》，齐鲁书社。）。很显然，这是参照生命现象的类比。而且道本身也是变动不居的，虽然其运行有某种规律性（“反者道之动，弱者道之用”（注：陈鼓应：《老子今注今译》第40章，中华书局。）），但与柏拉图的理念或形式不同的是，道所具有的是人们据以行动的类似伦理的准则，而不是数学结构。与科学精神最接近的是五行学说，它把世界归结为金木水火土，类似于古希腊的四元素说和古印度的“四大说”，但类似是表面的，“五元素”还是被套进了相生相克的魔圈，而柏拉图却进而探究四元素的数学结构。以道家学说为代表的中国自然观是反对分解自然的，在庄子看来，世界的本体是混沌，混沌是一个整体，不能分解开来研究。我们的研究所得不是自然本身的“一”，而是“言”，言则是相对的。因此人应该顺应自然，并以审美的态度静观自然，“天地与我并生，而万物与我为一”（注：陈鼓应：《庄子今注今译》《齐物论》篇，中华书局。）。

中华文明在几千年的生活实践中积累了关于自然的很多经验知识，由于没有和理性自然观相结合，虽然在技术上的成就令世人惊叹（中医应该称为技术或艺术），却没能产生出科学。即使主要研究伦理和和政治问题的儒家也并非不关注自然，早在先秦《大学》中就提出了“格物致知”的目标，但缺少一个合适的概念框架，格物无从下手：我们熟知的王阳明“格竹子”的经历就很能说明问题。

由于量子力学的危机，玻尔到东方文明中来寻找灵感；老子关于宇宙形成的神秘洞察由于和现代宇宙学有惊人的相似也倍受推崇，这对于某些国粹论者是一种安慰。他们虽然没有象一些新儒家学者宣称“二十一世纪是儒家的世纪”那样，宣称“二十一世纪的科学是《易经》的科学”，但以《易经》、《黄帝内经》等比附现代科学的说法却时有所见。有些论述看起来似乎有道理，然而只是事后之明见，只是停留在解释科学的既有成果；迄今为止还没有人在科学研究成果公布之前从《易经》中推断出可靠的科学结论。等而下之的是以人体科学的名义推崇气功。稍具基本的科学概念的人应该知道，科学上经验是可度量可传达并且可重复的。当一种操作的效果依赖于被测试者的心理状态（所谓的心诚），并且只能做出“我感到被光笼罩着”之类的陈述时，是没有资格称作是“科学的”。在学术讨论中提到这些江湖术士类的行当似无必要，然而令人遗憾的是气功在受过高等教育、受过近代科学文明熏陶的文化人中颇为流行，校园内也时常见到青年学生在向丹田用力，甚至一些在科学上有所建树的的学者也在不遗余力地倡导。令人深思之余，不能不感叹在一个没有理性自然观的传统里提倡科学精神之难。人类心灵和感性生活中一些最精微之处的确是不能以科学解释的，科学文明也的确有弊端，但对于当代中国来说，科学理性还只是徘徊在学术圈里，以人文精神的名义来反对科学精神会不会导致蒙昧主义？从文艺复兴以来的文明史来看，科学精神是否应包含在广义的人文精神中？这些问题具有重要的现实意义，但限于篇幅我们就不再一一展开讨论了。

本文论证了，古希腊的理性自然观为科学的兴起提供了舞台背景：只有在这个舞台背景上，理论和经验观察之冲突与和解的戏剧才能上演。质言之，笔者只是论述了，理性自然观为科学的兴起提供了逻辑前提。至于理性自然观的种子为什么埋没千年后才萌发，这就要考察适于其生长的土壤与气候，也就是说需要把文艺复兴时代的精神氛围、甚至基督教文化的影响考虑在内。（注：关于基督教对科学的影响，见怀特海：《科学与近代世界》，商务印书馆。）

总之，我们不必象斯宾格勒那样认定科学是西方文化的特产。斯宾格勒联系整个文化背景来考察科学是颇具洞察力的，但他错误地类比生命有机体的规律，认为一种文化的精神不能融入另一种文化。按照斯氏的划分，近代欧洲文化和古希腊文化是截然不同的系统，而由上面的论述可知，没有古希腊的理性自然观，就不会有近代科学的兴起。科学产生于文明的交汇，科学的发展是人类的共同事业。

（原载《青岛大学师范学院学报》1998年04期）