什么是科学:科学的目的及方法

2020-12-08 | 金十七 整理

编者按

科学是什么,这是让中国人颇为纠结的一个话题。因为科学真的很有用,而科学,似乎,是来自西方的。

著有《中国科学技术史》的英国学者李约瑟曾问:为什么古代中国人发明了指南针、火药、造纸术和印刷术,而近代自然科学却起源于西欧,而不是中国或其他文明?须知,哥伦布、麦哲伦正是依靠指南针发现了世界,用火药打开了中国的大门,用造纸术和印刷术传播了欧洲文明。这就是“李约瑟难题”。

北大哲学系的吴国盛教授在2016年出版的《什么是科学》,简明易懂地讲述了科学的发展史,并尝试着回答了“李约瑟难题”。值得一读。 

现代的中国人愿意思考与科学和技术相关的问题,因为我们相信“科学技术是第一生产力”,也因为我们在信息技术革命、生物技术革命的一次次科技革命的浪潮中,感受到了科学和技术的巨大威力。只不过,我们首先要分辨清楚科学和技术的区别。

本文的主要内容出自另一位物理科普作家卢昌海,他在他的一系列文章中,尝试归纳科学的基本性质。身为哥伦毕业大学物理学博士的他,写的东西非常“硬核”,笔者只好尝试总结其要点以飨读者。想啃原文的读者,可以前往这里 https://www.changhai.org/articles/science/misc/scientific_method.php

科学的目的

科学的数学结构是抽象的,但科学的理念却是朴素的。当爱因斯坦为指南针神秘的方向性感到惊讶时,他只有4岁,因为他不知道事情为什么会这样;他后来成为了物理学家,因为他想知道事情为什么会这样。

这个宇宙的演化是有逻辑规律的,这个宇宙间丰繁多姿的现象背后是有原因的,这是科学存在的前提,也是任何智慧存在的前提。至于这个宇宙为什么是有逻辑规律的,这并不属于科学的范畴。我们存在于这样一个宇宙之中,这是一个基本的经验事实。这个经验事实也意味着逻辑推理的有效性是一个近乎于先验的基本事实。

万物无穷而人力有限,理解事物的唯一有效的方法就是简化。把许多现象归结为一个道理,窥一隅而知全貌,就是一种最有效的简化。寻求对自然现象的这种简化是人类试图理解、预言和利用自然现象的最重要途径,也是科学朴素而优美的目标。

那么,对自然现象什么样的理解能够构成实质意义上的简化,并且具有科学所必须具有的预言能力呢?是以逻辑推理为依据的理解。从一个科学理论的基本假设出发,运用逻辑推理可以衍生出近乎于无限的推论,而且这些推论是以非常确凿并且独立于个人意志的方式存在着的。

一个科学理论一旦提出,就以一种严谨而谦虚的方式存在于学术界。任何人都有权对它的基本假定和逻辑推论进行检验。任何一个那样的检验如果得出明确的否定结果,就意味着理论被推翻,或者其局限性被发现。

科学理论的这一特征被科学哲学家波普尔(Karl Popper,1902-1994)提升到了一个很核心的地位。波普尔写过许多大部头的书,其中一个基本的观点,就是认为一个理论成为科学理论的必要条件是这个理论具有可证伪性(falsifiability)。也就是说一个理论要成为科学理论,必须明确地提出在何种情形下自己可以被推翻。这一点初看起来很出人意表,因为通常人们在思考科学理论时,往往是从证明而不是证伪的角度去考虑的。但细想一下却不难理解,因为一个科学理论的推论是无穷尽的,再多的实验也只能加强它的可信性而无法证明它的正确性。相反,由于科学理论有着明晰的逻辑结构,要推翻它却只要有一个确凿的反例就可以了。

人性有弱点,科学家是人,因而也不例外。疏忽、偏见,甚至蓄意的伪造都有可能带来谬误。科学之所以能够在探索自然的漫长征途中去芜存菁,获得卓越的发展,正是得益于科学理论严密的逻辑性和科学界这种公正、谦虚和理性的态度,这是人类智慧的骄傲。

综上所述,科学的目的可以大致地叙述为:科学寻求的是对自然现象逻辑上最简单的描述。

有关科学的基本事实:我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的科学理论。

上述事实应该是足够显而易见的,而且显然是被科学界所普遍认可的。

明确了科学的目的及上述有关科学的基本事实,我们就可以以之为出发点,来回答一个对本文来说具有核心意义的问题,即什么样的方法是我们追求科学的目的时应该采用的正确方法?这个问题的答案并不复杂。我们首先注意到:既然我们并无任何已被确认的、能理解全部自然现象的理论,那么为追求科学的目的所提出的任何东西就都存在出错的可能性。而既然存在出错的可能性,那么纠错就是必不可少的。因此,追求科学目的的正确方法所须满足的第一个基本特征就是允许纠错,并且具有纠错能力:

追求科学目的的正确方法所须满足的基本特征之一:允许纠错,并且具有纠错能力。

既然需要纠错,那么接下来的一个很自然的问题就是:以什么为依据来纠错?这个问题的答案也很简单:既然科学寻求的是对自然现象逻辑上最简单的描述,那么纠错的依据显然就是自然现象及逻辑推理。由于我们了解自然现象的基本途径是观测与实验,因此追求科学目的的正确方法就必须尊重观测与实验,尊重逻辑推理。这是纠错的依据,也是追求科学目的的正确方法所须满足的第二个基本特征:

追求科学目的的正确方法所须满足的基本特征之二:尊重观测与实验,尊重逻辑推理。

在本文的最后,我们稍稍扯远一点。科学与人类对未知世界的其它一些认知方式之间最本质的差异,在于他们对待未知及对待自身的态度迥然不同。科学的自我纠错、自我完善的能力是许多其它认知方式所不具有的。科学能够客观理性地对待自身局限性,是一种随时愿意接受证伪的认知方式。只要科学方法存在,哪怕所有具体的知识都失去了,假以时日,科学依然能够重新发展起来。

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