壹個用科學打敗傳統觀念的例子

科學的方法與精神(竺可楨，1941)yansf 19919912018-03-30 19:52:47現代科學的起源在於。在16世紀之前，壹本《聖經》和亞裏士多德的著作控制了歐洲人的壹切行動和思想。這時候歐洲的人生觀認為宇宙萬物都是上帝創造的，人造的作為萬物之靈，地球在宇宙之中，太陽五星，月亮，恒河沙都圍著地球轉。任何人如果懷疑這種人生觀，認為它違背了聖經和亞裏士多德的思想，那就是極大的越軌。從公元二世紀到十六世紀，地球是萬物中心的理論成了牢不可破的信仰，沒有人敢說壹句話。直到16世紀初，波蘭人哥白尼才創立了“太陽是中心”的學說。當時，宗教和神權的影響遍及歐洲。哥白尼直到去世都不敢出版《天體運行論》這本書，但哥白尼並沒有確鑿的證據打破地球是萬物中心的理論。他得出地球繞著太陽轉的結論，這是壹種推測，也是壹種理論。推翻“地球是萬物中心”的理論，在歐洲思想界掀起壹場革命，靠的是16、7世紀幾位先知先覺的科學家。最重要的四個是開普勒、培根、伽利略和牛頓。在描述上述科學先驅的工作之前，我們不得不說壹下現代科學的方法。所謂科學方法，就是科學地推斷事物的分類。亞裏士多德把推理分為三類，即(1)從個體推理到個體推理。如果這個東西有重量，就推斷那個東西也有重量，這叫類比。(2)從個體到普遍。如果這個東西有重量，那個東西有重量，就推斷出所有物體都有重量，這就叫歸納。(3)從壹般推論到個別。如果我們斷定任何事物都有重量，那麽我們就推斷出某樣東西壹定有重量，這就叫演繹。這三種推論中，第壹種不需要太多的理由，第二種和第三種因為概念壹般，必須用理由。高等動物，比如貓狗，幼兒都可以類比，但是不能演繹，不能概括。十九世紀的英國哲學家密爾已經向我們指出了它們之間的區別。科學方法可以說僅限於歸納和演繹。壹般來說，數學中多采用演繹法。然而，大多數實驗科學如化學和生理學使用歸納法。二加二等於四，兩點之間最短的距離是壹條直線，統壹是壹個顯而易見的原理，從中我們可以推斷到個別的事物。亞裏士多德和他的追隨者幾千年來壹直使用演繹推理來推斷壹切。這種方法壹從數字推斷出來，自然就復雜了，也就是難。比如亞裏士多德認為天上所有的行星都是天使，它們將能夠無休止地運動，沿著正確的軌道運行，但只有在圓周上運行，才能無休止地循環。從以上兩個原理得出，所有恒星的軌道壹定是正圓。亞裏士多德的追隨者得出結論，太陽、月亮、五星等圍繞地球運行壹周，就是用這種演繹法推導出來的。培根是第壹個提倡歸納法的人。他還主張在觀察之外進行系統的實驗、詳細的記錄和發表，這就是培根所謂的新定律。培根主張歸納和實驗，但不實際。開普勒首先用歸納法證明亞裏士多德是錯誤的。他的老師第谷壹生都在丹麥和波蘭的天文臺工作，以確定恒星的位置。第谷死後，開普勒繼續他的教師工作。從他們師生30多年來觀測火星的位置來看，火星的軌道不是正圓而是橢圓。太陽不在軌道的中心，而是在橢圓的壹個焦點上。這使得開普勒懷疑亞裏士多德的缺點，成為哥白尼的太陽是中心學說的信徒。開普勒的行星運行三定律即將成立。與此同時，在當時科學的發源地意大利，伽利略正在用自己的望遠鏡考察天體，發現木星外有四顆衛星，與金星合二為壹，與古代傳統理論完全不符。他在比薩斜塔上的實驗更加轟動。根據亞裏士多德的理論，壹切都是從天上掉下來的，重要的快，輕微的慢。伽利略的實驗證明，壹磅鉛球和壹百磅鉛球從179米高的塔頂落下，同時到達地面。伽利略的實驗不僅證明了亞裏士多德的錯誤，還發現物體下落的加速度有壹定的規律。這種收獲完全是歸納和應用實驗的結果。牛頓更進壹步，在1682年，他把開普勒的行星運動三定律和伽利略的冪律結合起來，建立了萬有引力定律。毫無疑問，亞裏士多德的很多理論是不可信的，地球是萬物中心的說法是不能成立的。兩千年來傳統觀念的遺產，應該在這裏壹掃而光。然而，思想革命和政治革命壹樣，需要相當長的時間才能取得成果。從哥白尼的《天體運行論》發表(1541年)到牛頓萬有引力定律的建立，歐洲人的宇宙觀大白於天下用了141年，近代科學的基礎就是在這個時候奠定的。現代科學也被稱為歸納科學或實驗科學，但科學家在工作中必須同時使用演繹和歸納。有很多結果，必須通過推導得出。比如說日食的預報。從歸納中我們可以得出結論，壹個不透明的物體來到暗體和光體之間，會在暗體上投下陰影。但是幾百年前天文學家就可以推算出，9月21日中午前後，在福建福鼎到西北蘭州、西寧壹線可以看到日全食，應該是演繹法計算出來的。再比如開普勒如何知道火星的軌道不是正圓而是橢圓，牛頓如何從開普勒三定律中發現萬有引力定律，這些都是推導出來的。相反，數學中有很多簡單的方程，比如A加B等於B加A，必須用歸納法證明。從此我們可以知道，現代科學必須與歸納和演繹兩種方法相結合，才能達到相得益彰的效果。至於有計劃的實驗，歸納法是最有效的工具，這是我們國內沒有的。實驗不同於簡單的觀察。單純的觀測要靠自然機遇，比如日全食。中國的黃河和長江流域，自明朝嘉靖二十年(公元1542年)以來就沒有出現過，今年是400年來的第壹次。如果完全依靠自然機遇，天文學家要等400年，或者要走遍世界，但最多兩三年才能見壹次面。天文學家經常旅行數千英裏來獲得幾分鐘的觀測。遇到日全食時，恰好太陽被陰影遮住，它們又回來了，這是常有的事。由於侯莉幾年前發明了加冕儀，日全食可以手工制作。人為實驗不僅可以隨意增加次數，還可以控制整個環境。比如證明瘧疾是蚊子傳播的，就要控制環境，這樣不僅可以確定所有產瘧人群都被某壹種瘧蚊叮咬過，還可以知道瘧蚊攜帶的細菌從蚊子到人體血液的循環、發展步驟和生理作用。這樣才能確定病源，對癥下藥。自從19世紀中期幾位細菌學家帕斯特和科克闡明了幾種重要傳染病的禍根，再到李斯特發明了消毒方法，以及近三四十年來人工藥物的發現，歐美死亡率大大降低。華盛頓時代，美國人的平均壽命是36歲，1850年是40歲，1900年是48歲，1940年增加到65歲。英國、法國和德國的平均壽命在過去的壹百年裏也增加了。如果我們相信長壽是壹種幸福，那麽這就是實驗科學對人類幸福最顯著的影響之壹。但是，倡導科學，不僅要知道科學方法，還要關心現代科學的目標。現代科學的目標是什麽？就是尋求真相。科學方法隨時隨地都可以改變，而這個科學目標，求真，也就是科學的精神，永遠不會改變。知道了科學精神就是求真，我們也就能緊緊抓住科學家應該采取的態度。按照我們的理想，科學家應該采取的態度應該是:(1)不盲從，不認同，靠理性。遇有抗命，卻不屈不撓，不畏強禦，只問是非，不問利害。(2)心胸開闊，不武斷，不傲慢。(3)壹心壹意，實事求是，無病不呻吟，嚴於律己，不折不扣。這三種態度，有幾個科學先進的人可以證明。十六七世紀，地球萬物中心論被推翻，經過激烈的爭論才得以成功，犧牲了許多仁人誌士。公元1600年，布魯諾因為公開承認哥白尼的太陽是中心的學說，被燒死在十字架上，就是壹例。伽利略為了寫壹本關於兩種世界觀之爭的書，偏向哥白尼的理論，在弗羅林被教皇囚禁，七十歲失明而死。開普勒認為太陽是中心，他壹輩子窮，死無葬身之地。這是現代科學先驅探索真理的代價。這種不問利益只問對錯的精神，和我們孫中山先生的革命精神很像，在確定了革命的對象後，我持之以恒，雖然赴湯蹈火，也毫不猶豫。這種求實精神，明代王陽明先生也講過。他說:“學習很費錢。求從心而不從心，雖說孔子不敢以為真，不如孔子。發自內心的尋求，也。他的話雖是老生常談，卻不敢認為是錯的，而是出自孔子。”他在給陸元箐的信中曾說:“在過去，君子身上覆蓋著那些無視世界、無視千百年的人。他也是自找的。不要以壹時的名聲動他的心。”這就是凡事靠理的精神。但是陽明先生既然有這種科學精神，為什麽對近代科學沒有貢獻呢？這是因為他把認識事物的方法完全弄錯了。換句話說，他不知道科學方法。他曾說:“人們只說事物是建立在無知的基礎上的，從來沒有用過他所說的。我確實用了功夫。早年與錢友為賢。主宰世界，現在我有如此大的權力。看亭子前面的竹子。乾子之所以晚上早早去窮竹。三天累死累活會導致過勞。當初說他精力不足，就因為自己窮了，早晚不講理，第七天還生病了。不能與聖賢同嘆。沒有很大的力量去電網。”從現在來看，好像不了解實驗科學的技巧，憑空想是不可能的。然而，與科學精神相比，科學方法容易傳授，而精神卻不易獲得。如果陽明先生生在這個世界上，那他只能是個竹物。科學家的態度，壹方面不怕傳統觀念的強勢和束縛，但同時又不武斷、主觀、不偏不倚，所以有豁達的樣子。被譽為世界化學鼻祖的波義耳說，他真正知道的東西是獨壹無二的。有人問牛頓，他的哪項科學發明最有價值。他回答說，在自然中，他似乎是壹個孩子。他無意中在海邊撿到壹塊晶瑩美麗的石頭，卻愛不釋手。在自然界，他只是滄海壹粟。但是壹些科學家的態度並不那麽開明。19世紀後期英國物理學家的權威開爾文就是壹個例子。當時，開爾文和他的同行們認為在物理學中很重要的理論和事實已經被普遍發現。在未來，物理學家的工作只是做壹些搜索和填補空白。在這篇他認為是自己代表作的論文《地球的年齡》中，他通過太陽輻射的功率來估算太陽和地球的年齡。如果太陽加熱的力量像煤壹樣強大，地球的年齡不會超過4000萬年。當時地質學家是通過海水中所含的鹽分來估算地面上水巖的厚度，而生物學家是通過動植物的緩慢進化來估算的，壹般認為地球的年齡沒有幾千萬年。凱爾文武斷地藐視他們的論點。x射線是倫琴在1895年發現的，鐳是居裏夫人在1898年發現的。很快，物理學壹片光明，新發明的事實層出不窮。最近，物理學家估計，如果可能的話，原子的能力比等量的煤大500萬倍。所以地球的年齡可以盡量延長，開爾文的估計不得不認為是錯誤的。自負的心態，在那個科學並不繁榮的年代，各民族都有。我們自稱中國，卻把鄰近民族稱為南夷、北帝、東夷、西戎，他們跟蟲狗。統壹意味著蔑視。歐洲和西方的羅馬人也有這種對傲慢的蔑視。至今歐洲民族中仍有斯拉夫、塞爾維亞等名稱。古代文化中的先進民族看不起學了才知道的人也就不足為奇了，他們狂妄自大。但在人類學繁榮的今天，仍有人埋沒了科學事實，創造了人種優越論，如德國納粹領導下鼓吹的諾提物種論，仍有科學家附和，這是對科學精神的大倒退。科學家的態度應該是，知道的就是知道的，不知道的就是不知道的。現代科學工作特別昂貴和細致，以期精益求精。而在中國，壹直讀書不求人解，不病呻吟的學者的態度是相反的。這和中國古代科學為什麽發展不起來有很大關系。如果就詩歌而言，詩人只求文字的作品，而不求事實的正確，這並不奇怪，在中國也壹直是司空見慣的。例如，杜工部的古柏“有古柏，有綠青銅的樹幹和石頭的根，其白色樹皮的周長可達四十人，其翠魚藍色的頂端在孔明廟前的兩千英尺高的天上”。我認為杜甫壹生中從來沒有用過過分的尺子。錢起《黃鸝二月飛林》詩。長安是唐朝的都城，黃鸝是候鳥。它至少在農歷四月底才到達長安。這首詩中的風景無疑是虛構的。唐詩如此，近體詩也是如此。詩歌是艱苦的工作，但偉大的作品，無論是詩歌、音樂還是雕塑，都必須是真善美的。法國科學家弗朗索瓦·邦克雷說過，“只有真理才是美”。按照這個標準，明清八股文沒有壹篇可以稱之為美的。中國的八股害人不淺。時至今日，各地政府對戶口、農產品都做了調查，各機關的地圖調查也往往是敷衍了事的法律，尤其是明清八股的態度。如果不消除這種態度，現代科學將永遠無法在中國生存。看看西方科學家的態度有多謹慎就知道了。卡普拉對亞裏士多德的懷疑只是火星的軌道不是正圓而是橢圓，而中國沒有這種區分。牛頓萬有引力定律，1665，胸有成竹。但由於當時測量地球經緯度的誤差，認為每度只有60裏。所以他估計地球直徑只有3436英裏，地球吸引月球的力只有13.9英尺每分鐘，而不是理想的16英尺每分鐘，所以不敢發表。直到1682年法國人皮卡爾確定地球上的距離為69.1英裏，使得牛頓估算的月球引力與他的理想不謀而合，他才敢將萬有引力定律公之於眾。好在這幾年教育重視理工科，經過科學訓練洗禮的人也慢慢轉變了時尚。大學和科研院所的科學著作很多，特別是可以提煉的。因為只有這樣才能消除我們固有的八股習氣，只有這樣才能樹立真正的科學精神。