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科学的起源

2020-11-18 作者 : 波普尔 阅读 :

 希腊,有着碧海蓝天的爱琴海风光,有着诸多宏伟壮观、富于美感的古希腊建筑遗迹。除此之外,热爱希腊的人们念念不忘的,还有古希腊无数的哲学家和科学家。正是他们,令那个时代人类理性的天空群星荟萃、熠熠生辉。

 
G·E·R·劳埃德所著的《早期希腊科学——从泰勒斯到亚里士多德》这本书,带我们在古希腊的哲学家和科学家中做了一次漫游,该书全面而严谨地介绍了公元前6世纪到公元前4世纪这段时间内,包括数学、自然哲学、医学、天文学、物理学以及生物学等诸多方面在内的早期希腊科学成就。这是一本平实严谨的科学记述,作者的审慎态度贯彻始终,展现了早期希腊科学的真实图景。更为重要的是,劳埃德爵士在书中总结道,希腊被公认为现代科学发祥地的原因,源于古希腊科学研究中的两个基本特点:第一,早期希腊哲学与科学尝试中对自然的发现和对神灵的放弃,即不再借助于超自然的或神的力量来解释,而是在自然内部寻找原因;第二,古希腊哲学家与科学家们对自然现象提出了各自不同的观点和理论,对同一自然现象进行解释的不同理论互相竞争,并运用希腊政治管理中最常用的辩论手段,对各种理论进行理性的批判和筛选。
 
随着叙述的展开,可以发现,古希腊科学对现代科学发展,最重要的成就,在于三个关键的方法:
 
一、这一阶段的科学,开始探讨普遍的、本质的事物,而不是特定的、偶然的事物。这样的基调,使古希腊的科学研究能够摆脱原始观察和描述的局限,以规律的归纳为科学发展的基础;
 
二、数学,在理解自然、进行科学研究的过程中得到深入运用,例如天文学。这主要归功于毕达哥拉斯学派和柏拉图,他们把数学和抽象思考提到了无可企及的高度,从而奠定了现代科学定量研究的基础;
 
三、进行经验研究的主张,为科学理论和假设的选择提供了依据。
 
数学证明方法的应用,据可靠的资料解读,是公元前5世纪末或公元前前4世纪初的事。最有名的是毕达哥拉斯学派,该学派深信万物皆数,并且在对音乐和声的研究中得到以下结论:在给定张力作用下,一根给定弦的频率与其长度成反比;弦长之比越简单,和声越和谐。比如,八度音程、五度音程和四度音程可以分别用数字1:2、2:3和3:4来表达。在看似与数没有关系的音乐中发现这样简洁明了的数学关系,使得该学派更加将“万物皆数”奉为圭臬。柏拉图发扬了毕达哥拉斯学派的数学精神,坚持科学研究的最终目标是要发现隐藏在经验资料背后的抽象规律,坚定倡导宇宙的数学规律。此后,公元前300年左右,古希腊数学家欧几里得的《几何原本》问世。在《几何原本》之前,古希腊积累的数学知识,是零碎的、片段的,《几何原本》吸取前人成果,用定义、公理和逻辑方法,对诸多命题进行推导和证明,将逻辑推导的过程记录下来,为数学构建了一个严密的系统,成为记录和反映古希腊数学成就的不朽篇章,古希腊的数学成就在此达到顶峰,并且对此后整个数学的发展史产生了深远影响。
 
以现代科学哲学家库恩的观点来看,一门科学,其作为独立、意义严谨的学科的确立,以该学科内范式的确立为基本标志。没有一个共同范式的话,该学科内的研究者的交流都会存在问题,这门学科恐怕就连“科学”都称不上。数学为其他学科对本学科的探讨对象进行描述提供了工具,而逻辑学是进行推理演绎的方法。由此,古希腊的数学以及相关的逻辑学成就,不单单成就了数学本身的发展,还为各门科学的发展提供了利器,奠定了自然科学的第一块基石。
 
此书对亚里士多德的介绍,也颇可玩味。在我国八九十年代的初中级教育教科书中,亚里士多德作为伽利略的反驳对象,其出场都以伽利略著名的斜塔实验为背景,成为不注重试验的反面典型。《早期希腊科学》告诉我们,这样一个亚里士多德的形象实际上有失公允。柏拉图确实有重理论抽象、轻经验验证的特点,亚里士多德作为柏拉图的弟子,在这一点上与柏拉图分道扬镳,“吾爱吾师,吾更爱真理”即是亚里士多德用来回敬那些批评他背叛老师的人的名言。除了逻辑学方面的重要贡献,亚里士多德对于现代科学发展的贡献,还在于他倡导进行经验研究这一方法。的确,由于未能进行一些简单的试验,亚里士多德的动力学理论中存在某些谬误,但是,这种错误与其归结于不注意经验数据,不如归结于不够抽象——他不能想象虚空,始终假定运动必须在介质中发生。而在生物学中,他坚持仅观察动物的外部特征还不够,要用解剖来补充。
 
1963年,科学哲学家波普尔的《猜想与反驳》出版。波普尔在其中提出,理论必须能够被经验反驳,可证伪的因素越多,该理论的精确度和适用范围就越高,经受住的考验越多,该理论就越成功。这与我们过往的“实验是用来证实理论”在表面上完全不同,两者有着内在的继承性,但是不得不承认,由于证实本身的不可穷尽,“证伪”说的确实超越了“证实”,令我们对于理论的评判更加客观严谨,更具可操作性。而其实无论证实还是证伪,其依据都无非是实践经验,实践经验既包括相对被动的经验观察,也包括主动的设计并进行实验。经验观察及实践实验的现代科学传统,恰恰始于亚里士多德。
 
无怪劳埃德爵士在书中说:“……亚里士多德根本的而且具有持久影响力的贡献则是他既在理论上主张,又在实践中确实证明,进行具体经验研究是有价值的。”说亚氏不重试验,正所谓差之毫厘,谬之千里。
 
反观我国古代科学技术的发展,偏重于实用技术,偏重于发明解决问题的工具,而对具体事物进行抽象归纳上有所不足。中国最早的一部数学著作《周髀算经》的开头,记录了周公与商高在公元前1100年左右的西周时期的对话,谈到大禹治水时总结出“勾三股四弦五”,此话语描述的是一个特例。在《九章算术》中,其表述为:“把勾和股分别自乘,然后把它们的积加起来,再进行开方,就可以得到弦”,这是由特例向普遍规律的进步。多数认为,《九章算术》成书于公元1世纪前后。而直到公元222年,三国数学家赵爽在《周髀算经注》中对此数学规律进行了证明。由此,该数学定理在我国被称为“勾股定理”。
 
在西方,该定理被称为“毕达哥拉斯定理”,为毕达哥拉斯于公元前550年发现并证明,在公元前300年左右问世的《几何原本》中,该定理被表述为:“如果在一个三角形中,一边上的正方形等于这个三角形另外两边上的正方形的和,则夹在后两边之间的角是直角”,并且给出了欧几里得自己的证明。
 
据此,无论是从表述的普适性还是从有记录为证的证明方法来看,该定理的命名,我国古代数学家都无法掠古希腊数学家之美。
 
所幸,科学的进步,从来都不是为了在不同的国家、民族之间进行争强好胜的攀比,而是以对自然或者人类社会切实且卓有成效的理解和解释推动整个人类文明的发展。无可否认,古希腊的科学成就是人类历史上富有成效、极其重要的组成部分,成为现代自然科学的起源。
 
古希腊科学那理性的光芒,虽已久远,但依然璀璨夺目。
 
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