科学史

接下来，我们继续讲讲科学史的一个比较详细的发展过程。可以说这里的“科学”并不是英汉词典对“Science”的定义那么简单就能说明白的，也不是只限于我们所学过的物理、化学和生物等，可以说这本书的科学指的是自然现象中各种概念之间比较理性的关系研究。 这就涉及到很多东西了，我们先从我们熟悉的两大学科开始讲起，比如物理学，一般起源于人类看星星或对天体运行规律的观察，像是最早的北斗七星以及西方流行已久的星座说，还可以追溯到人类对于器具的使用，比如敲石头的杠杆和运东西的滚木，这些都是物理学最早的应用；生物学可以说更贴近我们的生活，比如我们周边的动植物，还有人类受伤了，需要治疗所采用的最原始的医学以及处于探索阶段的外科技术。 正如前一篇我说的，人类最初都相信自然和人类一样，可以通过言语沟通并且可以感知，所以就出现了交感巫术和所谓的仪式，试图使自然为土壤肥沃而降雨，也有些人把自然具体化为某人，比如精灵或天神，例如西方的太阳神阿波罗，雷神宙斯和索尔，东方的补天仙子女娲以及追日巨人夸父等，后来信奉的人越来越多，这些神仙的分支也就越来越多，从而演变出了巫术、占星术以及宗教，我们不得不承认这是最初科学的起源。 原始时期的科学在现在看来都太过异类，谈点现实的，最早出现比较类似于现在科学的是在古埃及和巴比伦，我们都知道他们早年就建起了非常宏伟的建筑，比如埃及的金字塔和狮身人面像，巴比伦的空中花园和通天塔，这些建筑都需要精准的计算，因此这两块地域的数学相当发达，就比如他们把丈量土地的经验规律总结成为一门学问，现在这叫几何学，可以说直到三百年后著名的数学家欧几里德才将其系统化。这里说点题外话，我们都知道许多发达的文明起源于河水旁，比如中国的长江、印度的印度河、埃及的尼罗河以及巴比伦的幼发拉底河和底格里斯河，发达的文明是由聪明的人手里诞生的，显然挨着河就会吃鱼，这正好可以间接解释为什么吃鱼聪明了，我想这里面不一定都是巧合吧。 显然每个地方自然都没有四大文明古国的文化，因此他们对世界的认识也是不同的，比如留基伯的基本元素说和德谟克利特的原子论，还有当时比较著名的数学家毕达哥拉斯所认为的形式与数，这是从数学的角度来认识世界，可以说当时大家还都是以自然为崇拜对象，但是在希腊则不然，在那里人们对自然失去了耐心与信心，转而把研究对象转为自己的心灵，因此形而上学也就取代了之前人们以自然为研究主体对世界的看法。亚利山大大帝的入侵与帝国的建立使得希腊的文化传播开来，当时由于人们过多的精灵是放在对自身的研究，从而他们对世界的观察以及方法也就停滞不前了，比如当时的天文学依旧认为地球是宇宙的中心，他们还用了当时并不发达的数学来解决地球与日月的几何问题，试图使其简化并更能自圆其说。 罗马人把柏拉图的哲学带到了西方，使得整个宗教文化来了一次大融合，其中规定以柏拉图的哲学以及奥古斯丁（忏悔录的作者）的神学作为主导。诚然这遏制了当时科学的发展，只有少数人从东方的阿拉伯学派才获取了更先进的自然知识，就比如阿拉伯数字。十三世纪是科学史的一个重要的转折点，亚里士多德的出现使得科学与哲学融合为一个完整而又理性的知识体系，我们知道当时科学-哲学-科学是完全不同的三大学问，但是他竟然巧妙地完成了融合这个极其困难的任务。显然亚里士多德的科学论并不准确，比如他对“力是维持物体运动状态的标准”这一命题的认识。因此当时大部分人还是更倾向于接受比较亲近他们的哲学而不是抽象的科学，文艺复兴让大家更加深化了人文主义的含义，因此当时的教学主体哲学就做了统一，称为经院哲学。不过我们仔细想想会发现，哲学并不是非理性的，它同样需要进行演绎与推理，只不过它们是先想象出一个基本体系，再根据这个体系推理出你生活应该怎么过，而不是和科学一样有观察作为前提，有实践作为检验标准那么可靠，但是哲学的思想和思维方式是好的，它们都具有一定理性思想的价值，这一点柏拉图和亚里士多德功不可没。可能在那个哲学泛滥的时代，思考力成了当时的主流，可以说每个人都不缺思考，也都会思考，要不然牛顿也不会去想“为什么苹果会从树上掉下来”这么蛋疼的问题，然而这一思考便出了事儿，可以说亚里士多德的著作是当时科学的经典权威，但是伽利略和哥白尼分别发现了漏洞，比如运动需要不断施力以及轻重不同的物体会以同样的速度落地。 这个问题都后面细化研究会更加严重，比如拿唯物与唯心主义来说，我们能感受到的只是事物的表面，比如声光热、真善美，但我们很难看到事物的本质，比如当时认为世界只不过是运动中的颗粒罢了，因此科学与哲学进行了碰撞，由此产生了一个难题，那就是：一个非物质、无展延的心灵如何才能了解运动着的物质。因此直到牛顿和伽利略的出现，许多人才慢慢开始重视早已被他们遗忘的科学，牛顿通过万有引力解释了哥白尼的日心说以及太阳系中各类行星的运动状态，但是牛顿自己却也没办法自圆其说他的理论根基，但由于成功显著，人们忽略了他那严谨的精神，转而把牛顿的科学变成了机械性的哲学，他们妄想以这种方式解释过去，预测未来，他们当时所想的就是整个世界从古至今都是设计好的，都是机械化的，这种思想也导致了当时的人也就渐渐变成了一台机器。显然，聪明的人还是会把他们分开，毕竟这样太过悲观了些，因此他们一边利用科学在工作上的便利，一边私下信仰着他们的宗教。当时的人们也为逃避机械论作出了挣扎，比如德国唯心主义，从康德的《纯粹理性批判》到《实践理性批判》就可以看出他的心路历程。对于这种思想的诞生，我们自然认为他是好的，人们试着摆脱了形而上学那种孤立、片面、静止的方法看问题，他们试着将事物彼此间联系来得出答案，比如牛顿的站在巨人的肩膀上看问题，以及借助哲学的思想来解释力与物体的关系，还用运用神学推测出了宇宙第一推动力的存在和以太介质的假说，可以说那时人们的思想已经是联系、全面、发展的了。以此为诞生的方法论使得当时的科学有了很大的发展，比如拉瓦锡把物质不灭定律推广到化学变化，道尔顿根据古代对世界的猜测从而建立的原子论，还有焦耳也由拉瓦锡对宏观物体的定律推广到微观能量的守恒定律，生物学方面，达尔文搜集了地质学上的物种变异样本从而提出了自然选择假说，这也是基于古代进化论的一个肯定。人们渐渐意识到在神学中地位仅次于天使的人类只不过是宇宙万千恒星中旋转着的一颗偶然小行星上的有机生物的一环和生物链的组成部分。 生物学也开始借助物力和化学进行研究，他们发现有些东西是可以用其他学科的原理来解释的，但是生物学还存在这伦理上的问题，这也就不得不借助哲学的知识来进行研究了。生命是神奇的，我们很难通过分析和抽象的科学来对他进行解释，也不能用物理术语来对他进行表述，可以说这也在一定程度上改变了人们对科学是机械的这种看法。 科学的发展逐渐在西方普及，由于受到唯心主义的影响，十九世纪的德国的唯物主义才成熟，当时他们把目光都放在力与物质的基础上，但是其他各地很多的物理学家都已经认识到力只不过是质量-加速度的一个抽象化的方面，可以说德国还是没有彻底脱离唯心思想那种孤立的方法论，因此德国的哲学思想非常好，比如代表人物康德和黑格尔，我们信仰的马克思也同样出生在德国，本国文化造就了传承已就的政治立场，从而出现了希特勒这样的政治家，我们可以通过我们学的知识来推测，比如都德《最后一课》中普鲁士对法国的攻占，掀起一战的魏尔玛共和国和希特勒引领的纳粹德国，可以说德国这个国家的政治波动性非常强，归根结底在于他们的哲学或者思考力，哲学出政治家，思考力出科学家，比如爱因斯坦。我们都会发现相对论有些偏向于哲学的思考了，有些类似于思维与本源的存在问题。好我们撤回正题，由于当时人们看到了科学的成果，所以他们的发展动力也就来了，然而有些东西是超越了那个时代出现的，比如牛顿继续解释他的理论，解释不通只好触类旁通引用神学里的以太，还有由托马斯杨和弗雷内尔发现的机械波，麦克斯韦也强行解释为某种位置物质中的电磁波，我们表面上看这个问题简单了，是进步的，但是对于实验家来说它更难操作和理解了。为了追求简单的进步，科学家只在原有的领域进行研究，并且只是增加量度的精度，而很少思考此领域的正确性。 拯救这种思想的是后来居上的生物学家，由于生物学是借助其他学科已有的知识来解决问题的，所以他们根本就没有其他学科应用的基石—唯心主义哲学。随着时代的变迁，读过哲学的科学家越来越少了，他们又恢复了那种勤于思考和观察的好习惯。到1900年，他们又发现了一个亚里士多德—达尔文，而这个伽利略正是孟德尔，他偶然探究了自然选择是否是新品种诞生的充要条件，然而今天，大家都知道自然选择只对变异起到很小的作用。此时物理学也有了新的突破，汤姆孙把原子分解成了更小的质点，并且发现了带电单位，而卢瑟福的α-粒子散射实验也推翻了他的假设。光到底是波还是粒子？为什么经典力学解释不了量子层面的问题，一个个问题扑面而来，但幸好有人及时站了出来，普朗克解释了量子能量的辐射单位，爱因斯坦的相对论澄清了牛顿的万有引力是四维时空连续区域中类似曲率一类东西的必然结果，这个曲率界定了空间界限，光如果一直前进，那么在亿万年后还会回到它原来的出发点。从科学的角度说，质量坚硬的质点消失了，从哲学上来说，物质在空间重视延展的、连绵不断的那种形而上学的思想是错误的。随着量子力学的出现，相对论也加强了原子物理学的结论。在卢瑟福的原子模型上，波尔和海森堡都提出了自己的见解，薛定谔通过德布罗意的波动力学提出了波粒二象性，同时借助海森堡的方程式成功地解释了原子模型。很快一系列科学疑难暂时解决了，科学家很快就把他们运用到了生活中，比如麦克斯韦证明电波与光波具有同样的性质，因此我们就制造出来了雷达。卢瑟福的原子核式模型，再加上阿斯顿的同位素，我们制造出了原子弹。 总的来说，科学和哲学有过分离的时期，一边的朴素唯物主义，另一边的德国唯心主义，但在这之后，科学与哲学又一起在各种进化论思想中相互融合，后来依靠彼此的深刻分析和数学与物理学的新发展再度达成共识。科学与哲学都遇见过类似的问题，即研究有限的哲学/科学问题。哲学最反感的就是科学的决定论，这点在生物学家那里已经被推翻，比如生物机体的物理机能和化学机能所表现出的协调和一体性仍然是纯机械论今天所无法解释的，但是我们现在又不得不依靠它进行研究，因此薛定谔预言也许会有一些目前还不得而知的新的物理和化学定律可以从根本上解释生命现象，而且现在机械论也会在物理学中的一条测不准原理中被毁灭，比如概率波和电子的运动轨迹。说回哲学与科学的联系，当我们拿力学的抽象观点看宇宙时，它可能是完全机械性的，但当我们从心灵方面来看宇宙时，它会是精神性的。具体举个例子，哟星体而来的一条光线，物理学可以从它遥远的发源地一直追寻到它的感光神经的效应，但是当意识领悟到它的明亮、色彩和感受的美的时候，视觉的感觉及对美的认识肯定是存在的。然而它们既不是机械的，也不是物理的。可以说哲学与科学之间彼此区分而又相互联系，我们不能从单一学科大类来看问题，要用联系、全面、发展的方法论来对问题进行研究。 物理学是可以预测的，有时候还可以控制大自然，当人们越来越能站在巨人的肩膀上时，各种孤立的概念也由某一个伟大的科学家开始融合了起来，像是牛顿创立的天体演化学，麦克斯韦统一了光和电，爱因斯坦把万有引力归结为空间和时间的共性。我们甚者还可以预测未来相对论，量子力学以及波动力学都会融入到某一个或者多个基本概念中去。在这样一个具有伟大历时意义的时刻，物理科学似乎至高无上，但是只要我们根据现代哲学来洞察它的意义，我们就会发现，就物理学的本性和定义来说，他只不过是一个抽象的体系，无论怎样它都不可能反映存在的整体。当然在这样一个互相联系的时代，科学可以突破自己的领域，来对哲学和神学进行批判。但对于三大学问研究的主体—生命，我们想要研究它，不但需要科学，还需要伦理学、艺术和哲学；同时我们也要领悟同属人类的那种一脉相通的感觉，也就是所谓的神学宗教的根本基础。

自然如果不能被目证就不能被征服 想说一下我想看这本书的原因。原因很简单，就是想把我从小学的自然课到大学的理科必修课整个连起来，从而站在一个新的角度看人类，看科学。我们都喜欢刨根问底，你可以认为那是较真儿，但是我想正是因为有了这些“较真儿”，才有了伽利略推翻了亚里士多德的力学假说，才使哥白尼创立了日心说，才使人类的科技发达、文明进步，问问题不光是为了解决，更是为了下一步的发展，从而创立下一个问题，依次循环，这就是人类的历史，也是科学的进步。 绪论可以说是一本书的精髓，作者会将他整本书的大致想法简化到绪论中去，所以对于我们来说读懂绪论很重要，可以说绪论有着提纲挈领的用处。我们先讲讲丹尼尔的这首小诗“自然如不能被目证就不能被征服”，这个题目即长又怪，很是头疼，但你读懂了这首诗后会发现其实题目起的真的很好。讲一下诗的大致内容，诗的开头是以人类起源为主的，我们选择的科学节点是以400万年前南方古猿变成人类开始的，也就是说那个时候的人们不懂得科学，不会种粮食，但是他们看到大自然是神奇的，下了一场雨，种的粮食就能继续生长，不下雨，粮食就会干旱枯萎，而且大自然还会从天空降下闪电，来使树木着火。我们都知道，动物是最怕火的，当然也包括人类，所以他们很崇拜大自然，他们希望大自然能保护他们，能让他们的粮食丰收，能给他们火种。我们知道如果你想让一个人做一件事，那你最起码就要与他沟通，所以当时的人类设法与大自然沟通，于是就出现了魔咒和咒语。 我们知道这个方法是行不通的，后来随着人类的发展，智商和情商也不断提高，人们知道如果你想让一个人为你做一件事，至于他沟通是不行的，最起码也要给他一点好处才可以，因此人类通过类比的方法想让大自然服从他们的意愿，因此就给了大自然祭品，这也就是祭祀的来历。 很显然这种方法与念魔咒没有什么区别，因此人类对自然也渐渐的失去了信心，他们换了一种角度思考问题，那就是与其相信他人不如相信自己。他们认为有的时候自己的眼睛骗了自己，就好比把一根筷子放进水里，你会看到筷子是弯的，通过光学原理你会明白，这是光发生了折射，但具体的结果是，我们的主体—笔，并不是弯的，而是直的。所以古人也类比得出我们的眼睛是欺骗自己的，只有我们的内心才是真实的，因此就有了思维与存在，唯心学说和形而上学。 对于这些人，他们觉得只有自己的内心才是真实的，因此他们按找自己的内心想法制定了一套规律，从而推广实现，当然这种规定并不是谁都能定的，定规矩的人只能是当地的领导和统治者才可以，因为这些规律是人凭空想象出来的，并没有科学依据，因此想要大众信服，只能是规律由统治者发布才可以。 很显然，唯心主义并没有什么用，很快这些“大胆的哲人和圣贤”的规律就统统失效。但是有那么一些人，他们的地位很卑贱，卑贱到什么地步呢，就是自己家里连地都没有，自己只有被雇佣的份儿。我们知道在文艺复兴前，只有贵族才可以学习经院哲学，所以他们根本上不起学，但是在他们无聊的工作中，他们会时常观察身边的事物，因为他们实在是闲的无聊。可以说大部分人都会观察，但是很少有人会去想为什么，幸好那是一个哲学横欲天下的时代，只要接触过一点哲学的人都会思考，所以就有了牛顿与苹果的故事。这一次他们又相信了大自然，只不过并没有与他沟通，而是通过观察，幻想和检验摸清了大自然的规律，从而有了近代科学。 近代科学虽然有一些研究理论是错误的，但是并不妨碍科学的发展，可以看出在文艺复兴之前，中国是最厉害的国家，但是在工业革命后，中国的地位就岌岌可危了，这就是近代科学的力量，因为他们学会了如何利用人类自古以来都认为最神奇的事物—大自然。可以说近代科学只是人类摸清了大自然规律的开始，随着现代科学的发展，人类慢慢对自然有了更正确的认识，虽然这些认识到现在我们也不知道是否都是对的，但至少我们的科技在发展，人类也过上了更好的生活。 这就是科学的来历，不管怎么说，没准是巧合造就了那些懂观察，会思考的人们，才有了正确的科学。我在这里不批判魔咒、祭祀和唯心，因为那也是另一种科学，只不过并没有被证实，我们大部分人相信科学是因为它所带来的成果，然而现今的科学依旧有它解释不了的问题，但是其他的伪科学就可以解释，比如说星座。就如诗结尾所说“大自然最终还是没有展开它神秘的面纱”，所以我们的科学依然没有发展到尽头，我们现在看过去，都认为过去的一些想法是错误的，那等到我们未来再看现在，也有可能会认为现在是错误的，消极点说，我们只是在慢慢描绘大自然的轮廓，但永远看不清，只能是趋近，但却不可能到达，它可能需要一种新的方法，打破常规，才能使“科学”有新的进步，我承认这需要一定的巧合，当然这只是个预言，我还是坚信只有“观察，幻想，检验”才能发现真正的科学，因为它的收益真的很大，这也就解释了为什么我们要目击自然，才能将它征服，因为这是目前为止我们认识到最真的科学的源头。我们已经用了科学的方法论来预测天气，但我们无法预测地震，但我相信终有一天我们一定会摸清自然规律的，到那个时候，科学史将会展开新的一页，我们都期待着，也许那就是人类历史上最辉煌的时刻。

勘误：“这是人类由希腊思想和罗马统治的高峰......”此处“人类”应指西方思想界，丹皮尔原文中亦指出此时阿拉伯世界的科学发展，译者此处译为“人类”以偏概全，值得商榷。

勘误：P114，“热中”应作“热衷”。

Notes