西方科学：思想、方法和精神.ppt

西方科学 思想 方法和精神中国科学院研究生院孟建伟 一 西方科学的历史根源二 西方科学的社会文化背景三 西方科学革命及主要成就四 西方科学方法论的内涵 变革及作用和局限五 西方科学精神的内涵及历史沿革六 西方科学对社会的影响 一 西方科学的历史根源 一 科学主要有两个历史根源 首先是技术传统 它将实际经验与技能一代代传下来 使之不断发展 其次是哲学传统 它把人类的理想和思想传下来并发扬光大 梅森 我们今天所知道的科学 是人类文明普遍进程中一个比较晚的成果 在近代历史以前 很少有什么不同于哲学家的传统 又不同于工匠传统的科学传统可言 一直要到中古晚期和近代初期 这两种传统的各个成分才开始靠拢和汇合起来 从而产生一种新的传统 即科学的传统 从此科学的发展就比较独立了 科学的传统中由于包含有实践的和理论的两个部分 它取得的成果也就具有技术和哲学两方面的意义 这样一来 科学就反过来影响它的根源 而且实际上后来科学对于那些离开它的直接根源最远的领域也都产生了作用 二 现代科学导源于希腊 同时也导源于罗马 怀特海在探讨现代科学的起源问题时 更进一步揭示了科学之所以产生的人文根源 他认为 现代科学导源于希腊 同时也导源于罗马 希腊代表着重理论的哲学传统 它是欧洲的母亲 在那里可以找到现代观念的源头 希腊天才人物富于哲学思辨 思路明晰 擅长逻辑 并对数学很感兴趣 他们充满了对一般原则的热忱 要求得到清晰而大胆的观念 并用严格的推理方法把这些观念加以推演 罗马人代表着重实际的工艺传统 意大利在6世纪时有两个为未来的时代奠定基础的杰出人物 一个是圣 本笃 另一个是大格黎哥里 希腊人过于偏重理论 对他们来说 科学仅仅是哲学的衍生物 格黎哥里和圣 本笃都是重实际的人 重视平凡事物的意义 他们把这种实际的精神和自己的宗教与文化活动联系起来 尤其是由于有了圣 本笃的努力 当时的隐修院才成了实际农艺家 艺术家 圣哲与学者的家园 也正是由于有了重实际的精神 科学与技术 学术与事实才能结合起来 现代科学和实际世界保持密切联系 因而在思想上增加了动力 这一点就是从罗马这一派源流得来的 三 需要是技术 发明 之母 而好奇心则是科学之母 萨顿 科学从何时开始 它从哪儿开始 它开始于人们试图解决无数的生活问题的那个时候和那个地方 最初的解决办法纯粹是权宜之计 但是开始时必须这么做 这些权宜之计大概后来逐渐地通过比较 概括 合理化 简化 相互联系和一体化 于是 科学之网便慢慢地被编织而成了 好奇心 人类最深刻的品性之一 的确比人类本身还要古老 在过去如同在今天一样也许是科学知识的主要动力 需要称之为是技术 发明 之母 而好奇心则是科学之母 与需要和好奇心相对应 构成两种科学的动机和目的 一种是追求实用和功利 另一种则是追求知识和理想 二 西方科学的社会文化背景 从科学的外部环境看 推动科学进步的主要动因有两个 一是社会需要 二是人文背景 如果说 前者主要触及科学的技术层面 并与科学的技术传统密切相关的话 那么 后者则主要触及的是科学的文化层面 并与科学的精神传统密切相关 科学进步既有其经济的和技术的根源 同时又有其思想的和文化的根源 一 西方科学的文化背景 1 文艺复兴 近代自然科学是人文主义的女儿 人的发现和世界的发现人的发现导致世界的发现 加林 围绕各种问题和研究工作的呼声是 艺术家 科学家 传教士和政治家们在工作中运用人的尺度 这样 人的尺度也就显得多种多样 时而表现为政治演说 时而表现为文艺创作 时而表现为科技论文 在任何研究中 人的尺度已必不可少 神学化的哲学框架已经破碎 一般概念的科学已在学院体系的空谈里消失 而仅在一切具体的研究中保持着活力 从这里升起了现代思想的曙光 如果说人文主义真的重新发现了对人 人的能力和人对各种事物的理解力的信念 那么科学试验的新方式 革新了的世界观 企图征服和利用自然的新努力也应当归功于人文主义的影响 文德尔班 人文主义哲学运动内在的推动力也就是对崭新的世界知识的迫切需求 此种需求最后在自然科学的建立和自然科学按原则而扩展的过程中获得了实现 但是此事发生的方式和赖以完成的思想形式 在所有重要观点上 都表现出依赖于由于吸收了希腊哲学而产生的刺激因素 近代自然科学是人文主义的女儿 萨顿则侧重于强调文艺复兴中的工艺和实验精神对近代科学的影响 文艺复兴如果只是简单地回到古代 就不是一场真正的革命 远不止此 文艺复兴是回到自然 人文主义者已经为此铺平了道路 因为古代典籍的发现加强了人类的批判观念 但革命本身却只能由实验哲学家完成 在他看来 这场革命发生在此时 基本原因就是将这种工艺和实验的精神用于探求真理 这种精神突然由美术界扩展到科学界 这正是列奥纳多以及他的同行们所做的工作 此时此地 现代科学才得以诞生 2 启蒙运动 卓越的哲学世纪 文艺复兴运动是如此 启蒙运动也是如此 法国数学家达朗贝尔 我们的世纪被称为 卓越的哲学世纪 新的哲学化方法的发现与应用 与各种发现相伴随的那种热情 宇宙奇观在我们身上引起的理念的某种提升 所有这些原因造成了心智的强烈骚动 就像冲破了堤坝的江河一样从各个方向蔓延穿透大自然 这场革命终于被叫做科学革命 一个与伽利荣 伽利略 约翰内斯 开普勒 勒内 笛卡儿以及艾萨克 牛顿这样的伟大名字相联系的文化事件 启蒙运动的意识形态倾向于把自然哲学家变成英雄 而在法国最伟大的英雄是牛顿 于是 启蒙运动的科学就是 牛顿的 其哲学就是 牛顿主义 的哲学 二 西方科学的社会背景 资本主义的兴起及其生产的发展强有力地推动了西方科学的产生和发展 自然科学和技术 从来就是由于生产的需要 随着生产的发展而发展起来的 近代自然科学和近代技术的产生及其在生产过程中的应用 进一步密切了科学和生产的关系 也改变了科学和生产的性质 1 社会的经济需求是科学技术发展的最重要的推动力量 2 社会的经济支持是科学技术发展的最重要的基础 3 社会的经济竞争是科学技术发展的最重要的刺激因素 三 西方科学革命及主要成就 一 近代自然科学革命 1 摆脱神学统治 为真理而斗争 第一个用科学为武器向宗教神学提出挑战的是伟大的波兰天文学家哥白尼 他于1543年出版了 天体运行论 提出了日心说 意大利天文学家布鲁诺在哥白尼日心说的基础上提出了无限宇宙论 彻底否定了基督教的地球中心论 1600年2月17日 他被罗马教廷在罗马百花广场活活烧死 为真理而英勇献身 近代实验科学之父伽利略以自己的天文观察实验支持与宣传哥白尼学说 遭终身监禁 比利时医学家维萨留斯1543年完成 人体结构 一书 他由于违背基督教会不许进行人体解剖的禁令 提出与盖仑学说 教会奉为经典 不同的人体结构理论而惨遭迫害 1564年困死于地中海的赞加岛 西班牙青年医生塞尔维特在从事血液循环的研究中 发现了盖仑学说的错误 并以自己有关血液循环的理论批判基督教三位一体的教义 结果 因反对三位一体教义和宣传灵魂即血液这两大异端罪状 被新教加尔文派判处火刑 1553年10月27日英勇献身 英国生理学家哈维发现血液循环的规律 彻底推翻了提出医学一千多年的盖仑的血液潮汐理论 哈维在其科学活动中 因为违背教会的观点 曾遭受种种打击与迫害 2 近代自然科学体系的建立 经过16 17世纪摆脱神学统治的斗争 自然科学走上了独立发展的道路 经过16 19世纪近400年的努力 初步建成了近代自然科学的体系 数学近代数学是从解析几何的产生而开始的 解析几何把几何与代数结合起来 并把数学的研究从常量推向变量 为数学在科学技术中的应用开辟了道路 解析几何的思想 最早出现在笛卡尔 方法论 1673年 一书中 与笛卡尔大致同时 法国数学家费尔玛也独立地创立了解析几何 微积分是近代数学的基础与核心 它的出现是近代数学最重要的成就 牛顿和莱布尼兹的微积分实际上是不严格的 微积分理论的严格化是由法国数学家达兰贝尔及法国数学家柯西完成的 在微积分基础上 建立和发展了无穷级数 微分方程 微分几何及变分法 这就形成了近代数学最重要的一个分支 数学分析 物理学物理学是近代自然科学的带头学科 它对于近代科学技术的发展及其在生产过程中的应用起了主导性的作用 在伽里略 开普勒 笛卡尔 惠更斯 胡克等人对机械运动研究成果的基础上 牛顿进行了伟大的综合 1678年 牛顿的 自然哲学的数学原理 一书出版 标志着经典力学体系的建立 成为物理学进一步发展的基础 在机械运动研究的基础上 物理学开始了对热运动的研究 于19世纪上半叶 相继建立了热运动的宏观理论 热力学及热运动的统计理论 进入19世纪 物理学研究的主攻方向转向电磁运动 1820年 奥斯特发现电流磁效应 1831年 法拉第发现电磁感应定律 1864年 麦克斯韦在前人工作基础上建立了电磁场理论并预言 1865年 电磁波的存在 1888年 赫兹用实验证明了电磁波之存在 成为科学理论指导科学发现最生动的事例 化学1661年 英国科学家玻义耳出版了 怀疑的化学家 一书 根据大量实验事实 批判了亚里士多德的 四元素论 与医药化学家的 三元素说 建立了自己的元素概念 从而为化学的发展奠定了基础 并把化学从炼金术的影响下解放出来 1777年法国化学家拉瓦锡关于燃烧的 氧化学说 驱散了长期在化学中占统治地位的燃素说 为化学的进一步发展扫清了道路 1808年 道尔顿在 化学哲学新体系 一书中 把古代原子论与化学实验定律结合起来 建立了新的原子学说 阿伏加德罗和康尼查罗等人 澄清了道尔顿原子学说的某些混乱 提出了分子概念 从而确立了科学的原子 分子学说 元素周期律的发现 门捷列夫 1869年 是近代化学发展的伟大成就 它为人类认识突破原子界限 进入微观领域做了准备 19世纪后期 在化学上另一重大成就则是 化学结构 概念的提出 布特列洛夫 1861年 生物学生物学的研究对象是生命的运动 这是较之物理运动 化学运动更为高级 更为复杂的运动 因此 从科学的严格规范 数学运用 公理化体系 来说 生物学成熟得较晚 近代生物学是从突破中世纪奉为权威的盖仑学说而开始的 其中 人体的构造 一书的出版 维萨留斯 1543年 与血液循环理论的创立 哈维 1616年 作出了重大贡献 生物进化论的建立是近代生物学的最重大成就 这是几代人共同劳动 研究 创造的成果 其中 布丰关于生物进化论的思想 拉马克的早期进化学说 赖尔的地质渐变学说都起了重要作用 到了19世纪60年代 达尔文与华莱士同时创立生物进化论 其标志则是1859年 物种起源 一书的出版 1838 1839年 施赖登与施旺建立的细胞学说是近代生物学的又一重大成就 它揭示了动植物之间在结构上及生命活动的基础上的统一性 为生物学与化学 物理学的联结架起了一座桥梁 3 近代自然科学的哲学基础科学体系的内核 世界的机械图景 16 19世纪建立起来的近代科学体系构画了一幅世界的机械图景 它是近代自然科学体系的内核 也可以说是近代自然科学的哲学基础 原子是宇宙的基石 原子在牛顿时空中运动 整个自然是一架巨大的机器 拉普拉斯决定论 二 世纪之交 的科学革命 突破原子不可分的观点 把人类的认识引入微观世界 X射线 放射性 电子的发现 强烈地冲击着原子作为宇宙基石的传统观念 揭开了人类对于原子内部世界研究的序幕 开辟了现代科学发展的道路 微观粒子运动理论之建立1900年普朗克引入了能量子概念 这是一种革命性的概念 因为在经典物理学中 能量是连续变化 而现在的能量可以非连续变化 1905年 爱因斯坦把能量子的概念推广到处理光与物质相互作用 光的吸收 的问题 提出了光的能量子 光子 概念 1924年 法国物理学家德布罗意在光的二象性概念的启发下 提出电子具有二象性 这又是一个革命性的观点 在1926 1930年之间 经过海森堡 波恩 薛定谔 狄拉克等物理学家的努力 导致量子力学的建立 从而找到了微观粒子运动的规律 这种微观粒子运动的规律 与描绘宏观物体运动的牛顿定律不同 它不是确定性的 而是一种统计规律 微观粒子的二象性及其统计规律给人提供了一个全新的世界 在这个全新世界 人们建立起原子物理学 原子核物理学 量子化学 分子生物学 量子生物学 粒子物理学等一系列新兴学科 这样一来 物理学 化学 生物学找到了统一的基础 微观粒子运动的规律 使人类有可能从微观层次来理解物质宏观运动的现象及规律 并在此基础上来发展各项技术 从而极大地提高了人类认识自然与改造自然的能力 并最终导致生产力的大幅度提高 新的时空理论的诞生1905年 爱因斯坦提出了光速不变性原理 这又是一个革命性的观念 正是这个光速不变性原理的引入最终导致狭义相对论的诞生 狭义相对论突破了牛顿时空观中时间与空间分离的传统观念 把时间与空间联系起来 成为一个四维时空 1915年爱因斯坦提出广义相对论 研究了在引力场中的时空特性 突破了自古以来平直空间 欧几里得几何之基础 的传统观念 提出了时空弯曲的观点 并最终建立起时空与物质相互联系的科学理论 三 20世纪中叶的科学革命 20世纪中叶的科学革命是世纪之交科学革命的延展 主要指系统科学的产生与发展 世纪之交 的科学革命 主要把人类的认识延伸到微观世界 并从微观世界来理解宏观世界的现象及规律 与上述过程并行进行的是人们对宏观世界的认识从简单性向复杂性的发展 即系统科学的产生及发展 系统科学产生的标志 主要是1945年贝塔朗菲的一般系统论 1948年申农的信息论及维纳的控制论的先后问世 这一阶段的系统科学主要是研究要素 结构 系统 环境 功能 信息 控制等之间的关系 系统科学把人类的认识从追求基础简单性 即统一性 引向探索复杂性 20世纪60年代末 以普里高津的耗散结构理论之诞生为先导 接着协同学 超循环理论 突变论 混沌学和分形学等一系列系统自组织理论先后出现 使科学从静态存在研究向动态演化研究深化 系统科学的产生与发展 使科学认识从传统的理想化模型 无结构质点 线性相互作用 可积空间 确定性的规律等 走向现实的物质世界 有结构的系统 非线性相互作用 随机性 混沌状态等 从而也把认识世界与改造世界提高到一个新的水平 新的阶段 四 西方科学方法论的内涵 变革及作用和局限 一 西方科学方法论的内涵 1 经验科学与思辨哲学的分离古希腊自然哲学 主要是在直观的基础上 运用理性思维力量 对自然现象进行笼统的 模糊的 肤浅的 思辨性的哲学概括 这样 古代的自然哲学方法论就必然地带有时代的局限性 质朴性 思辨性 猜测性 沃尔夫 在近代之初哲学和科学是彼此不分的 哲学这个术语广义上用来泛指所有世俗的知识 包括一切今天所称的科学 科学著作包含很多我们今天所称的哲学 科学家还常常作出形形色色的纯粹哲学假设 通过近代科学先驱者们的不懈努力 在科学与哲学之间终于作出了一种区别 即经验上可证实的自然知识同无法证实或不能充分证实而令人可疑的思辨区别开来 2 数学方法和实验方法的结合笛卡儿以数学为模型 从知识的可靠性 清晰性和明确性出发 以 普遍数学 作为方法论 开辟了近代唯理论认识论的先河的话 培根则是以实验科学为模型 建立起一套称之为 新工具 的归纳 实验方法 开辟了近代经验论认识论的先河 因此 培根也往往与笛卡儿一起被列为近代哲学的始祖 培根主张科学研究从 命题金字塔 的底部经验观察和事实出发 通过逐步的 渐进的归纳和排除法 发现一般规律 最后上升到金字塔的顶端即最一般的原理 而笛卡儿则试图从不可怀疑的和确定的最一般的原理即金字塔的顶端出发 通过演绎尽可能一步一步地往下研究 最后到达金字塔底部即经验观察和事实 这两种方法对于自然科学来说都是至关重要的 正是由于数学和实验方法的确立 近代科学才得以产生 笛卡儿和培根所做的研究 不仅对科学方法论来说具有开创性 而且对于哲学方法论来说同样具有开创性 他们首先从方法论的角度 摧毁旧的经院哲学体系的基础 同时证明新兴的自然科学的合法合理性 3 实证科学方法论的确立实证科学方法论传统的特点 实验的受控性近代科学与古代科学不同 它所取得的感性资料不是直观的经验 而是科学的实验事实 推理的逻辑性近代科学吸取了古代希腊科学重视逻辑的传统 并且在许多成熟的学科把形式逻辑推理提高到严格的数学推导 逻辑推理数学化 形式逻辑的高级形式 水平 严格的实验检验近代科学另一个特点是它的最终结果都必须经受严格的实验检验 要求理论的预测必须全部与实验结果相符 如果不符 就必须修改理论之前提 直到相符为止 实验的受控性 推理的逻辑性 或数学化 严格的实验检验 这三者之结合构成实证科学方法论的传统 这是近代科学的成果能够取得全人类共识的保证 也是近代科学能蓬勃发展并经过技术转化成为生产力的重要原因 二 西方科学方法论的变革 1 17 18世纪上半叶 带有浓厚的机械论色彩从1543年到18世纪 许多自然科学学科都先后诞生 其中发展最快的是力学 1687年 牛顿的 自然哲学的数学原理 的出版既标志着以力学为中心的科学知识的第一次大综合 也标志着经典力学理论体系的大厦已完全建成 恩格斯 那时在所有自然科学中达到了某种完善地步的只有力学 而且只有刚体 天空的和地上的 力学 简言之 即重量的力学 化学刚刚处于幼稚的燃素说的形态中 生物学尚在襁褓中 对植物和动物的机体只作过极粗浅的研究 并用纯粹机械的原因来加以解释 与自然科学只有初步发展的状况相适应 形成了形而上学的自然观 恩格斯 这个时代的特征是一个特殊的总观点的形成 这个总观点的中心是自然界绝对不变这样一个见解 2 18世纪下半叶 19世纪 历史的观点及演化思想的兴起 恩格斯认为 把历史的观点引入对自然界的研究 是人类自然观上的一次重大变革 它是同18世纪中叶以后近代自然科学发展中所兴起的历史演化思想分不开的 天文学康德 星云假说 地质学赖尔 渐变论 生物学施莱登和施旺 细胞学说达尔文 进化论物理学能量守恒与转化定律化学无机物中合成有机物 恩格斯 事实上 直到上一世纪末 自然科学主要是搜集材料的科学 关于既成事物的科学 但是在本世纪 自然科学本质上是整理材料的科学 关于过程 关于这些事物的发生和发展以及关于把这些自然过程结合为一个伟大整体的联系的科学 3 20世纪科学的发展 导致承认科学的思辨性质 爱因斯坦 科学不能仅仅在经验的基础上成长起来 在建立科学时 我们免不了要自由地创造概念 而这些概念的适用性可以后验地用经验方法来检验 这种状况被前几代人疏忽了 他们以为 理论应当用纯粹归纳的方法来建立 而避免自由地创造性地创造概念 科学的状况愈原始 研究者要保留这种幻想就愈容易 因为他似乎是个经验论者 直到十九世纪 许多人还相信牛顿的原则 我不做假说 应当是任何健全的自然科学的基础 近来 改造整个理论物理学体系 已经导致承认科学的思辨性质 这已经成为公共的财富 三 西方科学方法论的作用和局限 1 实证科学方法论的确立 对于科学本身的发展 乃至整个人类文化的发展 都具有决定性的意义 随着近代自然科学的逐步独立 科学也在不断地强化本身的独特性 排他性和自身发展的逻辑 近代自然科学谋求独立和追寻自身发展的逻辑 这一步不仅有其充分的合理性 而且也是非常必要的 它对于科学本身的发展 乃至整个人类文化的发展 都具有决定性的意义 试想 为什么在近代以前极其漫长的历史岁月里 人类文化的发展如此之缓慢 以至可以说一直停留在比较原始的状态 而到了近代以后 在短短的几百年间 整个人类文化特别是科学文化的发展又如此之迅猛 以至已经发展到了被称作知识爆炸的年代 追根究源 绝对不能说与近代自然科学谋求自身独立 追求自身发展的逻辑这一事件无关 2 对实证科学方法论的过度强调 导致实证主义和逻辑实证主义 也是后来科学与人文两种文化之间分离和对立的重要根源之一 世界被分裂为二 自然世界和心灵世界 按照笛卡儿的 普遍数学 的理念以及伽利略 对自然的数学化 人类文化实际上开始被切割成截然不同的两个世界 一个是理性世界 这种理性是 几何式的 可以数学化的 由公理和演绎的方法来保证其必真的自明性 因而具有最高程度的客观性 确定性 严密性和精确性 是别的文化不可避免的榜样 而另一个世界显然并不具有这种理性 培根对作为 新工具 的归纳 实验方法的强调和对科学的工具或功利价值的强调 实际上更进一步强化了上述两个世界区分 一个世界不仅是通过 新工具 即系统的归纳 实验得来的 又是人类征服和控制自然的强有力的工具 而另一个世界则显然既没有作为 新工具 的系统归纳 实验方法做保证 因而缺乏硬性的实证支持 又不能充当人类征服和控制自然的强有力的工具 3 逻辑实证主义的科学观强调了科学的实证性 逻辑性和客观性这一本质特征 但忽略了科学的思想性 创造性和文化性的另一个本质特征 因而具有很大的偏颇性 首先 以实证主义否定科学的创造性 实证性的确是科学最重要的特征之一 因而实证精神也的确是科学精神最重要的因素之一 但是 仅仅强调实证性和实证精神是远远不够的 除了实证性以外 科学还有另一个最重要的特征 那就是批判性和创新性 因而除了实证精神以外 批判精神和创新精神也是科学精神最重要的因素之一 逻辑实证主义的偏颇性就在于 当它将 经验证实原则 宣布为科学最根本的原则的同时 实质上以科学的一个伟大特征即实证性掩盖并取代了另一个伟大特征即科学的批判性和创新性 以科学的实证精神掩盖并取代了科学的批判精神和创新精神 其次 以逻辑主义掩盖科学的思想性 逻辑性的确也是科学最重要的特征之一 因而逻辑上的严谨精神的确也是科学精神最重要的因素之一 任何理论在逻辑上都要求是自洽的 一致的和严谨的 否则 就谈不上是真正意义上的科学 但是 仅仅强调逻辑性及其严谨精神还是远远不够的 除了逻辑性以外 科学还有另一个最重要特征 那就是思想性及其思想的深刻性 后者显然也同批判精神和创新精神密切相关 逻辑实证主义的偏颇性在于 它不仅以实证主义掩盖了科学的思想性以及批判精神和创新精神 而且还以逻辑主义遮蔽了科学的思想性以及批判精神和创新精神 最后 以客观主义抹煞科学与人文之间的深刻关联 强调科学的客观性无疑是很有必要的 离开客观性 就不可能有真正意义上的科学 事实上 科学也的确比人文文化更强调客观性 但是 无论对科学的客观性有多么严格的要求 都不能否认科学更是一种人所创造的文化 即它与人文文化一样 也具有人文性 逻辑实证主义的偏颇性在于 它在强调科学的客观性的同时 实质上对科学做了客观主义的理解 即倾向于将科学理解为纯粹的客观事实或外在世界的逻辑 从而否认了科学的文化性和人文性 五 西方科学精神的内涵及历史沿革 一 西方科学精神的内涵 1 从方法论的角度看 西方科学体现着一种极强的理性精神和实证精神 数学方法 理性精神实验方法 实证精神最大限度地保证科学的确定性 合理性和客观性 2 从认识活动的角度看 西方科学体现着一