吳國盛：學習科學史的意義

　　今天，不大可能有人問科學有什么用了。約四百年前，科學的作用遠未像今天這樣彰顯，但英國哲學家弗蘭西斯·培根提出了“知識就是力量”這樣一句膾炙人口的名言。近代自然科學已經(jīng)一步步向世人顯示了這句名言的真理性。其實，這位哲人還有另外一句關于知識的名言同樣值得引用：“讀史使人明智�！痹诳茖W已經(jīng)無孔不入地滲透在人類生活各個層面的今天，我們不再對身邊的科學表現(xiàn)出驚奇，甚至已經(jīng)對科學無動于衷，而恰恰在此時，我們需要回顧科學的歷史，因為讀史使人明智，閱讀科學的歷史可以使科學時代的人們變得深思熟慮、深謀遠慮。

　　科學是引人入勝的

　　學習科學史可以增加自然科學教學的趣味性，科學史有助于理科教學。歷史故事總是使課堂教學變得有趣。我們在兒時誰沒有聽過幾個科學家的傳奇故事？阿基米德在浴盆里發(fā)現(xiàn)了浮力定律后，大喊大叫著跑上街道，赤身裸體地告訴每一個人他終于發(fā)現(xiàn)了；
伽利略為了證明落體定律，把一個木球和同樣大小的一個鐵球從比薩斜塔上扔下，結果是同時著地的，于是反駁了亞里士多德派哲學家認為重者先落的理論；
牛頓在一個炎熱的午間躺在一棵蘋果樹下思考行星運動的規(guī)律，結果一個熟透了的蘋果掉下來打中了他，使他茅塞頓開發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律；
瓦特在外祖母家度假，有一天他偶然發(fā)現(xiàn)燒水壺的壺蓋被正在沸騰的開水所掀動，結果發(fā)明了蒸汽機……

　　這類科學傳奇故事確實誘發(fā)了兒童對神奇的科學世界的向往。但我們也應該看到，能夠誘發(fā)兒童熱愛科學、向往科學事業(yè)的傳奇故事，對于正規(guī)的理科課程學習并不見得有很大的幫助。倒是相反，某些以訛傳訛的傳奇故事對于深入理解科學理論還是有害的。傳奇故事往往過于強調(diào)科學發(fā)現(xiàn)的偶然性、機遇性，使人們?nèi)菀缀雎钥茖W發(fā)現(xiàn)的真實歷史條件和科學工作的極端艱苦性。

　　除了傳奇之外，科學史所能告訴人們的科學思想的邏輯行程和歷史行程，對學習科學理論肯定是有益的。當我們開始學習物理學時，常常為那些與常識極為格格不入的觀念而煩惱，這時候，如果了解一下這些物理學觀念逐步建立的歷史，接受這些觀念就變得容易多了�？茖W家們并不是一開始就這樣“古怪”地思考問題，他們建立“古怪的”科學概念的過程很好理解而且引人入勝。

　　以“運動”為例。物體為什么會運動呢？希臘大哲亞里士多德說，運動有兩種，一是天然運動，一是被迫運動。輕的東西有“輕性”，如氣、火，它們天然地向上走；
重的東西有“重性”，如水、土，天然地向下跑。這是天然運動，是由它們的本性決定的。世間萬物都向往它們各自的天然位置，有各歸其所的傾向，這個說法我們是容易理解的。輕的東西的天然處所在上面，重的東西的天然處所在下面，在“各歸其所”的傾向支配下，它們自動地、出自本性地向上或向下運動。一旦物體到達了自己的天然位置，就不再有運動的傾向了，這時候只有外來的力才能迫使物體運動，這樣的運動是被迫運動。地面上物體的運動都是受迫運動，因為它們已經(jīng)達到了最低處所。受迫運動依賴于外力，外力一旦消失，受迫運動也就停止了。

　　亞里士多德關于運動的這些觀念當時從常識的角度似乎覺得很自然，很有道理，可是近代物理學恰恰首先要破除這些觀念�！斑\動”觀念上的變革首先是由伽利略做出的。伽利略從一個邏輯推理開始批評亞里士多德的理論。他設想一個重物（如鐵球）與一個輕物（如紙團）同時下落。按亞里士多德的理論，當然是鐵球落得快，紙團落得慢，因為較重物含有更多的重性�，F(xiàn)在，伽利略設想把重物與輕物綁在一起下落會發(fā)生什么情況。一方面，綁在一起的兩個物體構成了一個新的更重的物體，因此，它的速度應該比原來的鐵球還快，因為它比鐵球更重；
但另一方面，兩個不同下落速度的物體綁在一起，快的物體必然被慢的物體拖住而不再那么快，同時，慢的物體也被快的物體所帶動比從前更快一些，這樣，綁在一起的兩個物體最終達到一個平衡速度，這個速度比原來的鐵球速度小，但比原來紙團速度大。究竟哪種說法更合理呢？各有各的道理！但它們之間卻不一致。伽利略據(jù)此推測落體速度與其重量有關系的說法值得懷疑，從邏輯上講，解決這個矛盾的惟一途徑是：下落速度與重量無關，所有物體的下落速度都相同。

　　科學的進步并不完全是靠邏輯推理取得的，伽利略這位近代實驗科學精神的創(chuàng)造者，并未滿足于邏輯推理，而是繼續(xù)做了斜面實驗。他發(fā)現(xiàn)，落體的速度越來越快，是一種勻加速運動，而且加速度與重量無關；
他還發(fā)現(xiàn)，斜面越陡，加速度越大，斜面越平，則加速度越小，在極限情況下，斜面垂直，相當于自由下落，不同物體的加速度是一樣的。當斜面完全水平時，加速度為零，這時一個運動物體就應該是沿直線永遠運動下去。斜面實驗表明，物體運動的保持并不需要力，需要力的是物體運動的改變。這是一個重大的觀念更新！

　　伽利略沒有能夠直接對落體運動進行實驗，因為當時準確的計時裝置還未出現(xiàn)。伽利略發(fā)現(xiàn)擺的等時性時是用自己的脈搏計時的，足可以說明當時科學儀器的缺乏。斜面可以使物體下落的加速度減小，因而可以對其進行觀測，在此基礎上，伽利略最終用“思想實驗”由斜面的情形推到自由落體和水平運動的情形。所謂的比薩斜塔實驗是沒有根據(jù)的，因為在伽利略本人的著作里并沒有提到這件事情。

　　這個關于“運動問題”的科學史故事，對讀者深入學習牛頓力學知識是有好處的，因為在回顧這個觀念更替的過程中，我們自己的觀念也不知不覺地發(fā)生了改變，這比直接從概念、定律和公式出發(fā)去學習牛頓力學當然要生動有趣得多，而且印象也深刻得多。

　　追究科學史的作用，使我們有必要在“知道”（Knowing）和“理解”（Understanding）之間做出區(qū)別。為了掌握一門科學知識，我們大多不是從閱讀這門學科的歷史開始，相反，我門從記住一大堆陌生的符號、公式、定律開始，然后是在教師和課本的示范下，反復做各種情形下的練習題，直至能把這些陌生的公式、定律靈活運用到處理各種情況為止。但我們真地“理解”這些知識嗎？那可不一定。我知道一位非常年輕的大學生，他高考的物理成績幾乎是滿分，但是在興高采烈地去大學報到的旅途上，他卻一直在苦苦思考一個問題：為什么人從輪船和火車上跳起來時，仍能落回原處，而輪船或火車在他跳離的這段時間中居然并沒有從他腳底下遛走一段距離，他在輪船上試了好幾次，輪船一點兒也沒有遛走的意思。然后他又想起，地球時時刻刻都在轉動，而且轉速極大，也從來沒有發(fā)生過跳起來落不回原地的事情，這是怎么回事呢？后來，直到他讀了一本有關科學史的書，懂得了牛頓第一定律的真實含義，他才恍然大悟，痛罵自己愚昧無知。

　　這個故事可以說明“知道”與“理解”的區(qū)別。這是一個真實的故事，因為這位年輕大學生的故事正是我自己早年的經(jīng)歷。有了知識并不等于理解，在深入理解物理定律的本質(zhì)方面，科學史是有作用的。不幸的是教科書大多不談歷史，如果有也只是歷史知識方面的點綴，諸如牛頓的生卒年月等等，很少史論結合，以史帶論的。

　　科學是懷疑和批判的

　　也許是文化傳統(tǒng)的關系，中國教育界盛行的依然是分數(shù)教育、技能型教育，這種教育的一個消極后果是培育了不少科學神話，樹立了不正確的科學形象，形成了對科學不正確的看法。首先是將科學理論固定化、僵化，使學生以為科學理論都是萬古不變的永恒真理；
其次是將科學理論神圣化、教條化，以為科學的東西是毋庸置疑的、神圣不可侵犯的；
最后是將科學技術化、實用化、工具化，忽視了科學的文化功能和精神價值。破除科學神話，糾正不正確的科學形象正是科學史的重要使命。

　　當代科學的專門化、專業(yè)化帶來了高等教育嚴重的分科化，學問先分文理，理科再分成數(shù)理化生，還有更細致的二級學科、三級學科等等。分科教育很顯然是為了造就專門人才，但在中學和大學低年級，通才教育是更有實際意義的。只有少數(shù)人將來會成為科學家，但即使對于他們，狹窄的專門訓練也不利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造潛力。在教科書中紛至沓來的新概念、新術語、新公式、新定律面前，學生逐漸形成了這樣的觀念：這就是真理，學習它、記住它。久而久之，歷史性的、進化著的科學理論被神圣化、教條化，人們不知道這個理論從何而來，為什么會是這樣，但我們還要相信它是真的。這種教條的態(tài)度明顯地與科學精神格格不入，但在科學教育中產(chǎn)生這樣的態(tài)度又是相當普遍的，因為學生不知道一個理論源于哪些問題，有多少種解決問題的方案，以及為什么人們選擇了其中一種并稱之為科學理論，學生也不知道這種理論是可錯的，并非萬古不變的教條。結果是它不自覺地剝奪了學生的懷疑和批判精神，而懷疑和批判精神對于科學發(fā)展恰恰是不可或缺的。

　　在我的印象中，達爾文的進化論一直享受著真理的位置，達爾文之后生物學上對進化論的發(fā)展在普通教育界一直是模糊的，仿佛它已進入了絕對真理的行列。久為傳頌的是達爾文主義所經(jīng)受的詰難以及對這些詰難所做的成功駁斥。那是在1860年的英國牛津，達爾文的《物種起源》剛剛在上一年出版并引起廣泛的注意和爭論，學術界內(nèi)部亦有分歧，達爾文主義的著名斗士赫胥黎堅定地捍衛(wèi)進化論，遭到牛津大主教威爾伯福斯的譏諷。他責問道：赫胥黎先生，我懇請指教，你聲稱人類是從猴子傳下來的，這究竟是通過您的祖父，還是通過您的祖母呢？面對這樣的惡意中傷，赫胥黎從容不迫地進行了成功的駁斥。這段故事一直作為捍衛(wèi)真理的典范來傳頌，然而，如果從進化論本身的缺陷以及面臨的發(fā)展角度看，威爾伯福斯主教的責問有相當重要的科學意義，他實際上表達了這樣一個問題：是否“存在一種通過特殊遺傳而積累有利變異的能力，它與競爭規(guī)律以及所出現(xiàn)的有利變異一起在自然界中積極地起作用�！边_爾文其時，細胞學說剛剛建立，遺傳學尚未開始，這樣的“能力”也就是在進化中起作用的遺傳因子尚未出現(xiàn)，主教的譏諷中所包含的有意義的問題實際上無法回答。今天，進化論已經(jīng)過了新達爾文主義進入了綜合進化論時期，威爾伯福斯的問題可以回答了，其作為惡意中傷已變得毫無力量，而這恰恰是生物學的進步和進化論本身的發(fā)展所帶來的。

　　科學理論不是一成不變的，它是發(fā)展的、進化的。幾乎沒有什么比科學史更能使人認識到這一點了。自然科學各個分支領域相互聯(lián)系的方面，在按學科分塊的教科書中肯定得不到體現(xiàn)，而科學史卻能夠給出一個綜合。我舉熱力學第一定律為例，說明科學史何以能夠體現(xiàn)科學的統(tǒng)一性。這個定律又稱為能量守恒定律，就我自己的經(jīng)驗，從教科書中始終未能獲得關于這個定律的完整理解。從歷史上看，它首先來自運動不滅原理，經(jīng)過長時間的爭論和力學本身的發(fā)展，人們在18世紀即發(fā)現(xiàn)了機械能的守恒定律。能量守恒原理的最終確立有賴于許多領域里相關研究的出現(xiàn)。首先是熱與機械運動相互轉換的研究。然后是化學和生物學上的研究。第三是電學和磁學的研究。各路人馬都在奔向一個偉大的原理，在提出或表述能量守恒原理的科學家行列中，有美國物理學家本杰明·湯姆遜，德國化學家李比希，俄國化學家赫斯，德國物理學家楞次和赫爾姆荷茲，英國物理學家焦耳，法國工程師卡諾，英國律師格羅夫，丹麥工程師柯爾��；
還有德國醫(yī)生羅伯特·邁爾，他幾乎是從哲學上明確地導出這個原理的。這么多人大致在同一時間里提出同一科學原理，真是科學史上罕見的事情。

　　如果不是科學史，我們肯定無法理解“能量”這一概念對于人類理解自然現(xiàn)象的意義�！澳芰俊备拍钐嵝盐覀冏匀豢茖W的統(tǒng)一性，提醒我們不要深陷在各門學科的技術細節(jié)中，忘記了自然科學的根本任務是為人類建立一個關于外在世界的統(tǒng)一的整體圖像。在學科分化愈演愈烈的今天，人們尤其需要這種統(tǒng)一的圖像。

　　科學是最富人性的

　　今天，我們對許多科學的東西耳熟能詳，我們覺得許多科學道理理所當然。但正如黑格爾曾經(jīng)說過的，“熟知”往往并非“真知”。一切理所當然的東西都逃避了理性的反思，反而成為一種盲目的東西。這應該引起高度警醒�？茖W史可以幫助理解科學的社會角色和人文意義。

　　在諸種科學神話中，關于科學家的神話也許是流傳得最廣的。很長時間以來，科學家被看做在某一方面有驚人的天才，掌握了與自然界進行對話的神秘鑰匙，但在日常生活中完全是低能兒，而且表現(xiàn)得離奇古怪。有些故事也許是真的，但不可把這看做科學家的本質(zhì)特征。由于專注于某件事情而忘了周圍的一切，這種情況并不罕見，并非只有科學家如此。另一方面，科學家在結束他的研究工作時，他與常人一樣，而且在參與社會文化生活和從事藝術宗教活動方面，(點擊此處閱讀下一頁)

　　并不比一般人遜色。這一點有必要大大強調(diào)，因為我們已深深陷入了這類科學家神話中，不僅歪曲了科學家的形象，而且對培養(yǎng)自己的科學家相當不利——年輕人往往照公認的科學家形象規(guī)范自己。危害倒不在于年輕人將來會在日常生活中表現(xiàn)得無能、生活不能自理，而在于他可能不再關心社會、關心他人，不再關心道德和藝術，而甘于做一個對世事不聞不問、對人類漠不關心、缺乏同情、只在某一狹窄領域當熟練工匠的人。實際上，真正的科學家不僅增長人類的自然知識，而且傳播一種在思想上獨立思考、有條理的懷疑的科學精神，傳播一種在人類生活中相當寶貴的協(xié)作、友愛和寬容精神，是最富有人性的。真實的人性的科學家形象只有在科學史中才能得到恢復。

　　說到科學家的形象，不免會想起科學的技術化和科學的實用化、工具化問題。無疑，科學是有實用意義的，特別在當代，這種實用意義相當顯著，但是科學不只是有實際用途，它既有物質(zhì)的方面，也有精神的方面，它有改造世界的方面，也有認識世界的方面。在古代，科學的實際用處還未表現(xiàn)出來，注重實用的羅馬人就對科學不加重視，剛剛由希臘人創(chuàng)造出來的科學馬上斷送在羅馬人手里。今天，科學正發(fā)揮著從前無論如何也意想不到的作用，科學召喚出來的力量已經(jīng)大到令人類無法駕馭的程度。原子能的開發(fā)是一個偉大的科學成就，但造出的原子彈令人擔憂，當今世界各國存有的原子武器足夠把地球炸毀好幾次。此外，科學帶來了經(jīng)濟的高速增長，物質(zhì)財富的極大豐富，但也帶來了環(huán)境污染和能源短缺。大氣污染有可能破壞數(shù)萬年來保護人類和地球生命的大氣層，陸地和海洋污染破壞了生態(tài)平衡，水污染危及人的生命之源。這一切的根源均在于過分把科學工具化、實用化。惟有激活科學的精神方面，樹立健全的發(fā)展思路，才有可能最終克服這些問題。

　　固然，技術上的不良后果只有通過更新技術來解決，但技術上的解決并不能觸及根本的問題，那就是究竟為什么發(fā)展科學？要發(fā)展什么樣的科學？要回答這些問題，我們首先要回溯科學的本質(zhì)�？茖W是一種文化，它既面對自然，以理性的態(tài)度看待自然，它也深入人性，在科學活動中弘揚誠實、合作，為追求真理而不屈不撓的獻身精神。其次，不能僅將科學視做一種為達到他種目的而采取的手段，相反，科學自身就可以作為目的�！盀榭茖W而科學”長期以來受到批判，現(xiàn)在應該承認它有合理之處。誠然，生產(chǎn)上的需要將促進科學的產(chǎn)生和發(fā)展，同樣，為了求知，為了解開自然界的奧秘，人類也致力于發(fā)展科學。亞里士多德提到科學和哲學產(chǎn)生的原因時說：“古往今來人們開始哲理探索，都應起于對自然萬物的驚異；
······他們探索哲理只是為想脫出愚蠢，顯然，他們?yōu)榍笾�而從事學術，并無任何實用的目的。”

　　受中國傳統(tǒng)文化中實用理性的支配，中國人不大能接受“為科學而科學”的提法，不過，對我們中國人而言，比較缺乏的也許恰恰是“為科學而科學”的精神。從科學的歷史中我們將看到，觀念的探險如何成為科學發(fā)展的原動力。為了搞懂這些問題，我們需要求助于科學的歷史。

　　科學是有實用意義的，特別在當代，這種實用意義相當顯著，但是科學不只是有實際用途，它既有物質(zhì)的方面，也有精神的方面，它有改造世界的方面，也有認識世界的方面。

　　真正的科學家不僅增長人類的自然知識，而且傳播一種在思想上獨立思考、有條理的懷疑的科學精神，傳播一種在人類生活中相當寶貴的協(xié)作、友愛和寬容精神，是最富有人性的。

　　吳國盛,1964年9月生于湖北省武穴市（廣濟縣）�，F(xiàn)任北京大學哲學系教授、博士生導師。北京大學理學學士（1983）、哲學碩士（1986），中國社會科學院哲學博士（1998）。曾任職于中國社會科學院哲學研究所（1986－1999），1997年被破格晉升為研究員。主要研究方向科學思想史與科學技術哲學。主要著作有《自由的科學》（福建教育2002）、《追思自然》（遼海1998）、《現(xiàn)代化之憂思》（三聯(lián)1998）、《時間的觀念》（中國社科1996）、《科學的歷程》（湖南科技1995）、《希臘空間概念的發(fā)展》（四川教育1994）等。

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