三经典科学的诞生及其对科学方法论的影响

回国这些年，我对掺杂在佛儒道法周边的各种神秘论和它们的变种产生了深刻的厌恶。在一个没有科学启蒙而神秘论盛行的国家，科幻和祖宗的玄学往往成了科学的障碍。近几十年国内教育关于人与自己内心世界、人与自然关系问题探究的缺失让更多本土的神秘论死灰复燃。神秘论的传播让我常常想起爱默生（Ralph W. Emerson）来。爱默生终生反对信条和体系的陈规，他主张把以宗教和道德的名义，将哲学和艺术从大众手中盗走而用于维护宗派私利的价值还给平民百姓。爱默生独具慧眼的洞察揭示出，这种贪渎破坏了质朴的真理，把真理变成了偏颇和私有之物，变成了神学家、形而上的学者的文字游戏。而绝对真理的崇拜和僵化也成为这些社会统治者的治理工具。

神秘论本来是可以进化成科学的，事实上很多最初的科学猜想也没有十足的根据。但是因为神秘论坚持于绝对真理神圣不可侵犯，要维护绝对权威的权威形象，拒绝论述，拒绝深入诉求，也拒绝对证据的考量。这跟大胆猜想、小心求证的现代科学要求有本质的不同。科学的方法在于可以求证，而神秘论是拒绝求证的，拒绝讨论的。后面我们会有大量的时间讨论神秘论和科学的区别，此处暂且放过。

科学名词在很大程度上被神秘论的传播者利用，安心于老祖宗的不可证伪的东西。虽然我说人总要有点信仰，但不等于我们该从故纸堆里翻出旧东西来证明老祖宗的丰功伟业寻求心理安慰。到这里，我们会花些时间回顾一下哲学的起源。我不是这方面的专家，只从我理解的角度来说明。

我们讲物理学是自然科学的基础，当然，有学数学的过来，我们让位给他，说你们搞人文的坐中间。在牛顿之前，我们很难给哲学内容一个清晰的判定，不管唯心的还是唯物的，只要言之成理、自圆其说，都可以存在。哲学跟物理学最初也不区分，牛顿在《自然哲学之数学原理》里描述了他的动力学定律。按牛津大学最初的分法，所有非神学的，又不归于医学、法学、音乐和文学的，都统称为哲学。因此学自然科学的专业学生，拿的都是哲学学位。

天地不仁，以万物为刍狗。对因果论的追求，是人类趋利避祸的天然心理。事实上，也许正是由于这种心理，才使得人类这个物种得以演化至今。注意，我很小心地使用“演化”这个词，因为我会很小心审视《进化论》这本书，它也许更应该回到严复的翻译《天演论》。一旦有了进化，就有了方向，就有了优劣，就有了“冥冥的”安排，以至于就有了“超越人类的思维”，有了“天地不仁”。我们不讨论那么远，先回到演化的角度。原始人发现天上下雨，淋了就会生病，病了不好治，所以就避免淋雨。下雨以后地上会长出蘑菇来，有些蘑菇能吃，有些蘑菇吃了会拉肚子。只有掌握了这些关联思维习惯的人类才能生存下来，根据因果律来趋利避害，缺乏这个思维逻辑的很难生存下来。于是原始人类根据生活经验把这些规律总结下来。但还有一些事很难这样直接总结规律，就要靠猜测、揣度和信仰。牛顿之前，人类面对自然处于一种无可奈何的可怜地位，真的揣摩不出来老天爷是怎么想的。

玛雅金字塔是玛雅人的神庙，玛雅人在这里朝拜他们的神来祈祷风调雨顺。像所有早期文明的先民一样，祭祀的时候他们要把最珍贵的东西摆出来给神，牺牲家畜，再隆重些，就把战场上抓来的奴隶当作供品杀掉。如果这样都不能平息神怒，就杀些自己人，这样够有诚意了吧，再不行，就有可能是神不再光顾这个祭坛，需要废弃掉金字塔甚至周围的城邦，择处另建。这样的玛雅文明持续了一千多年，直到16世纪葡萄牙航海者第一次到达了南美。玛雅人在海滩上看到红胡子红头发蓝眼睛的怪人骑着马。那时美洲没有马，只有“草泥马”（羊驼），玛雅人非常惊讶，以为神发怒派来了魔鬼。但葡萄牙人并没有留下来开拓殖民地，只留下了瘟疫。这些美洲的原住民完全没有对瘟疫的免疫能力，要知道这些传染病刚刚在欧洲杀死了三分之一的欧洲人。于是玛雅人成片地病倒死亡。玛雅人为了平息天神的愤怒，不断地杀人祭祀，奴隶不够就杀自己人，还不行就造新的祭坛。于是这一时期兴建的祭坛特别多，但传染病并没有减少，反而愈演愈烈。五十多年后，又一批航海者到达南美时，看到的是一座座空城，玛雅人把自己杀绝了。然而这种对未知力量的猜测也并不是一无是处，它具有积极的意义，在古代人无法对不幸事件进行解释但确实发现有关联的时候，“超自然力”就成为扮演权威的不可替代的角色。比如人们发现近亲结婚生出畸形儿的比例很大，便在宗教教义里规定兄妹不可乱伦，古人自然缺乏基因解释，但结论是不错的。

其实这个时候在世界各地，别的文明又能好到哪里去呢？且不说欧洲人不管得什么病都放血的放血疗法，据说华盛顿即死于此。你要是翻开中医盛典《本草纲目》，也是满纸荒唐言，一把辛酸泪。对于大自然，人类是没有太多办法的，只有祈求超自然力量的怜悯。人们无法归纳出背后的究竟，而这些可能的联系，又往往似是而非，不是每次都灵的。这滋生了神秘论，产生了“信则灵”。

自然和自然界的规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿去吧！

图1–2 自然和自然界的规律隐藏在黑暗里，上帝说，让牛顿去吧

天不生牛顿，万古如长夜。牛顿力学无疑是科学的奠基石，它开启了现代。牛顿力学的成功不仅奠定了经典物理学，而且确立了经典的科学方法论，人类从此有了甄别哲学思辨可靠与否的依据。这以后人们在哲学思维和自然实践中相互印证推进现代科学其他分支的建立。人们可以用数学的方法计量，用分析的方法求知。牛顿的理论建立是科学史上一次空前的综合，牛顿大量汲取了其前辈的成果：哥白尼、开普勒、笛卡儿、伽利略……但是，牛顿并不是将已经确立的知识简单地重新包装，他拓展了物理科学甚至是人类认知宇宙的雄心，更重要的，他划定了人类诠释哲学认识的方式。这件事情的深邃，牛顿本人可能都没有意识到。(www.xing528.com)

牛顿证明我们看到的周围一切物体，包括我们在夜空中所能看到的星辰万物，都服从万有引力定律。与引力相平衡的离心力结合起来，牛顿的方程式可应用于行星运动，作为基本物理学原理的自然结果，就可以得出开普勒的经验定律。有了引力定律，牛顿完成了他的划时代的工作：一切物体，从地球上的苹果到行星和恒星，统统服从由同样的三条运动定律和一条引力定律表达的普遍的力学原理。上帝精心设计的宇宙可以被人类定量地感知，日月星辰所代表的神的意志竟是数学公式就可以精确描绘的。牛顿之前，物理学定律无非是联系实验观察结果的数值关系或数学关系。当然，为了避免“一个人的伟大发现”而让读者跟神秘论联系起来，我们还是要插播一下关于实践是检验理论的标准这一思想方式的起源。当然这可以在古希腊找到影子，我们只去溯源牛顿时代的这种思潮的产生。

公元1168年，南宋乾道四年。这一年前后，在泰晤士河边的牛津城，牛津大学逐渐形成。作为牛津的早期校长，罗伯特·格罗斯泰斯特（Robert Grosseteste）认为人们应该从实践产生一般数学原理，然后利用数学的演绎推理来证明它，最后再根据实践来检验这种推理。他的主要研究方向是数学在物理学和天文学中的应用。他根据光经透镜折射的知识，研究了透镜的组合，改进了解释彩虹的理论。他的学生罗杰·培根（Roger Bacon）重视实验方法和数学方法以及二者的结合，这样的研究方法阿基米德已经使用过。培根重视实验科学，断言只有实验科学才能解决自然之谜。他在数学、光学、天文、地理及语言等方面都有丰富的知识，并进行了许多观察和实验，提出不少有价值的论述，和大胆的猜测，如对各种球面镜的焦距和性质的论述、飞行机器、机动航海船、眼镜、望远镜和显微镜的设想，推动了自然科学的发展。培根思想的唯物主义倾向和科学实验精神，对近代欧洲的自然科学和唯物主义思想发展有重大影响。

但我们更熟悉的是弗朗西斯·培根（Francis Bacon）。弗朗西斯·培根认为感觉是认识的开端，它是完全可靠的，是一切知识的泉源。他重视科学实验在认识中的作用，认为必须借助于实验，才能弥补感官的不足，深入揭露自然的奥秘。他重视归纳法，强调它的作用和意义，认为它是唯一正确的方法。在《新工具》一书中，他号召人们依靠实验调查获得知识，知识并不是我们推论中的已知条件，而是要从条件中归纳出结论性的东西。人们要了解世界，首先就必须去观察世界。培根指出要先收集事实，再用归纳推理手段从这些事实中得出结论。虽然现代科学在细节方面并不一定遵循培根的归纳法，但是他所表达的基本思想对科学的观察和实验有重大意义，构成了现代科学家一直采用的方法的核心。

我们前面讲了量子逾渗模型，当系统的成分或某种意义上的密度变化达到一定值时，系统的某种物理性质会发生突变，绝缘体变为导体，无序的结构变成有序的自组织结构，我们也可以借用逾渗模型来回溯一下信息对人类历史的推动。正如生产力对于生产关系的制约，信息的积累促进了人类认识世界的能力，而未来数据的冗余也可能成为制约人类认知世界的因素。人类的知识也是这样，先开始是局部的，没有彼此关联的发展，只散布在世界各地，人类文明长河里断断续续的小的发明创造。牛顿时代前的信息是散乱的，没有积累到可以融合关联而产生系统性方法的程度。但当这些知识的小碎片积累到一定的密度和重复程度的时候，它就会发生强烈的关联，从而性质上有突然的变化，产生新的规律，鼓动风潮造成时事。牛顿的时代是在地理大发现，人类对行星和地球的认识大量积累之后。这时即使没有牛顿，也会有别人。毕竟，一切呼之欲出，信息和信息的交流在这个时候就要连成片，产生系统性的认知，进而成为科学。

牛顿之后的两百年间，人们通过万有引力和微积分来诠释地球和月球、太阳与行星之间的运行关系，甚至猜想上帝应该是个精明的数学家，设计了精美的符合数学原理的宇宙。牛顿力学的成功迅速给了人以勇气和信心去探索未知的世界，18世纪之后欧洲掀起的对科学的渴望成为一种社会风气，贵族少爷们周末的家庭聚会都以演示新奇的实验作为吸引小姐太太们目光的噱头。这之后逐渐形成的实证主义哲学，体现了经典物理学的基因。而哲学世界不再抽象于科学之外，成为物理现象的演绎和推广。在因牛顿力学而建立的哲学基础上，形成了物理学的各个子领域，解释机械、电和热的问题，继而建立起现在的科学方法论和科学世界观。宇宙被认为是一个无穷复杂，但可以被感知和认识的精密钟表。物理学可以这样，为什么其他学科会不一样呢？

牛顿力学的成功让人们对认识自然有了充分的信心，甚至人们对改变自然也有了十分的自信。这个自信为所有别的学科提供了原始的假设，即世界是可以被无限认知的，可以中立地观察并给出修改意见，可以被独立改造。牛顿力学的直接后果在于，它使人们相信世界是由精密的零部件组成的完美运作的钟表。而谁给这个时钟上发条呢？牛顿相信是上帝。这个并不是说牛顿先做了唯物主义者，年纪大了头脑昏痴信了上帝。

牛顿生来是个基督徒，他的成长环境里，根本没有“没有上帝”这个假设。他也从来没有试图考虑过上帝是否真的存在，他的一切行为和研究都是为了证明造物主的伟大。即使牛顿力学的建立，也只证明上帝不去管理自然世界具体的一事一物而只设计规则。我们要十分注意避免用现代人的眼光去看待历史人物，因为我们生存的环境已经与那个时代相去甚远，我们无法跳脱出现在的时势而看待过去，也无法跳脱出现在时势来看待未来。

图1–3 经典的机械宇宙观

完美世界的认识是如此的迷人，以至于牛顿之后的两百年之间，人类似乎忘却了也许有不美好东西的存在。一个清晰的，可认识的世界蓝图逐渐在我们面前展开。认识和掌握宇宙的所有知识，只是个时间问题。我们甚至以为整个宇宙的历史都被确定了，所有东西未来也被安排好。我们只是舞台上的演员，到某一时刻演某一出戏。时间的画卷只是在我们眼前展开，作为人类，我们不需要有自由的意识，或者根本不会有。