科学：一种人类对自然界现象的满意解释方法

张 劼，张学英，史淑惠

（邯郸学院 物理与电气工程系，河北 邯郸 056005）

当我们谈论起科学的时候，我们是否要问一个问题，究竟什么是科学？科学究竟是干什么的？我们为什么要信仰科学？

澳大利亚科学哲学家艾伦·查尔莫斯在他的《科学究竟是什么》提出了很多人关心、但许多人又认为无需讨论的一个议题：我们所倡导的科学究竟是什么？或者说，什么是科学。这个问题在国际上20世纪曾出现了在科学哲学家中广泛的讨论，并成为许多科学哲学家研究的课题。

那么究竟什么是科学，“科学”一词由近代日本学界初用于对译英文中的“science”及其他欧洲语言中的相应词汇，欧洲语言中该词来源于拉丁文“scientia”，意为“知识”、“学问”，在近代侧重关于自然的学问。科学一词在中国古汉语中意为“科举之学”。到了1893年，康有为引进并使用“科学”二字。此后，“科学”二字便在中国广泛运用。就目前看，在我国存在几种解释，百度词条解释为：发现、积累并公认的普遍真理或普遍定理的运用，已系统化和公式化了的知识；尼采认为科学其实是一种社会的、历史的和文化的人类活动，它是在发明而不是在发现不变的自然规律；《辞海》1999年版解释为“科学：运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质的规律的知识体系；它是人们实践经验的结晶”。

当下科学界解释可以表述为，科学理论是人类创造的、令当下人比较满意的一种对自然现象的解释，它是建立在假说基础上的一个理论，而不是人们常说的真理。从人类历史上第一个知识的集大成者——亚里斯多德，到现在已有两千多年的时间了。科学从巫术中诞生，作为神学理论的一部分而发展，作为哲学的一部分而完善，作为人类改造大自然和征服大自然的理论和工具而茁壮成林与人类文明的今天。可以说人类对科学的认识和理解曲折而漫长。

一、科学的目标就在于找出我们认为需要解释之事的令人满意的解释

达尔文曾经说过，科学解释要以观测、收集到的事实和测量的结果作为基础。人类探索科学的目的是什么？是为了神学？为了宗教？为了社会的发展？还是为了人类的好奇？科学家的好奇？

波普尔认为，我们科学研究的目的，“就是找出我们需要解释的对象的令人满意的解释，”即解释我们所发现和观察到的大自然的各种现象。科学家的任务就是给这些现象做出大家所能接受和比较满意的解释。

“自然规律，或者更一般地说，科学理论不管因果性的还是统计性的，都是关于某种存在性的假说”。既然是假说，那就像波普尔所说的那样，科学是对人类想了解的事物的一个人们认为合理性的一种解释。这种解释，是人对大自然的一种说法，或者说是对大自然规律的一种人类的说法。既然科学是人类对大自然现象的一种解释，那么任何一种解释都存在着人类思维的痕迹，或者说是人类活动的产物。在这种对科学理论的解释中，就不存在永远正确的理论或者说是真理性的理论了。这种对科学本来面目的认识，亦必然导致一种对科学的重新的解释和理解。科学只是人类对大自然规律的一种尽可能满意的解释，而不是神所创造的谏言，更不是一成不变的理论，它随着人类对大自然进一步的认识，将产生更加深层次的理解和说明。

哥白尼理论的诞生，这一近代科学理论革命，向人们展示了新的理论是为了更为美好的解释宇宙的存在一个典型的实例。哥白尼深受新柏拉图主义的影响，一个毕达哥拉斯完美主义的信徒。他喜欢用数的神秘谐和或单位空间的几何学去解释宇宙。因此毕达哥拉斯派与新柏拉图派总是要在自然界中寻找数学关系，关系愈单简，从数学上看来就愈好，因而从这个观点来看也就愈接近于自然。哥白尼认为，上帝创造的宇宙应该是完美的，简洁的。当时人们认为圆是最完美的东西，所以宇宙也应该是由一系列的圆组成的。在哥白尼看来，托罗密的地心说理论，本轮加均轮达72个的宇宙模型，太复杂了，完全违背了“简洁、完美”这一宇宙形成的原则。所以，托罗密的地心说理论对宇宙的解释应该是错误的。在哥白尼看来，寻找一个以完美的圆组成的宇宙的模型，才能符合造物主的旨意，才是对宇宙理论的完美解释。哥白尼经过数年的思考，和对天体运行的观察和理解，提出来有多个正圆组成的、以太阳为中心的宇宙模型。这一理论在哥白尼看来，要比托罗密的模型优美的多。更能体现宇宙之精华。完美的就是真实的。

当19世纪末。当晴朗的物理学天空出现几朵乌云的时候，牛顿的物理学理论对一些自然现象的解释遇到了困难，解释的满意度下降，甚至解释不通。从科学哲学界开始酝酿新的解释方法，科学家们也开始探索新的理论对自然现象进行重新的解释。有位年轻的物理学家爱因斯坦提出了自己的新观点——相对论，提出了光速不变的假说和四维时空观理论，对时空观做了重新解释。从而圆满解释了金星进动、金星映日等在牛顿理论中无法解释的自然现象，同时也使人们得到了在宏观和微观领域中一个解释比较圆满的理论。使人们在整个20世纪和21世纪的今天，对微观世界和宇宙的研究得以顺利发展和成功。

爱因斯坦的理论更好的解释了宇宙的形成和行星的运行，所以爱因斯坦的理论替代了牛顿理论，成为被人们认可的理论。其成功的关键在于爱因斯坦的理论对问题的解释比牛顿理论的解释更加满意、更令人信服。

二、科学理论是人们建立在假说这上的一种理论

在我们的日常生活中，我们经常可以听到这样的说法，科学是真理，科学源于事实。或者在我们中间普遍存在这样的认识，“科学源于实验”。常规的教育好像告诉人们，科学知识来源于生活实践。人们通过一系列的实验就可以得到我们所需要的科学知识和理论。

然而，科学史和科学思想史的研究表明：“科学知识不可能从事实推导出来”。近代科学起源于建于逻辑思维之上的理性思维，而不是源于科学实验。从哥白尼对天体运行的完美的思索从而完成《天体运行论》的近代科学革命的开始的学说，到伽利略的思想实验，完成了从实际到理想模型的建立，从而理想斜面和惯性定理的建立，到牛顿的《自然哲学中的数学问题》一书的出版，无不体现了严谨的理性思维和逻辑推理在科学理论建立过程中的作用。我们大家最为关注的哥白尼理论的建立，他的所有天体运行的轨迹为正圆的思想，完全是受新柏拉图主义的影响，毕达哥拉斯完美理论的产物。他们认为正圆的就是美的，完美的就是符合真理的。哥白尼凭借着对完美主义的崇拜，对托罗密地心说理论行星运行轨道不符合完美理念的追求，创立了太阳中心说的宇宙模型，开创了近代科学的革命。但我们无论如何说，天体运行论的太阳中心说模型也不是建立在科学实验的基础上的，无论在当时，还是在现在看来，它都是一个理论的假说，一个对世界的一种解释罢了。近代理论的奠基者伽利略的所有实验，也均为“思想”实验，或者说是理想实验。作为现代科学理论基础的相对论，爱因斯坦以光速不变，并且是宇宙界的极限速度为假说而创立的，解释了牛顿理论不能解释的微观和宇观世界的问题。我们可以看到，越是接近与现代科学的理论，越能说明，科学理论不是建立在人们常识认为的科学实验基础上的。而是建立在科学家们所创立的假说之上。科学实验只不过是对理论结果的一个验证。波普尔曾经说过一句话。我们无论如何也看不出牛顿的理论是建立在实验基础上的。

柠檬和桔子之争，是一个很有趣科学假说的案例。当年，牛顿根据引力理论曾经预言，地球的形状也许不像古希腊人所相信的那样是完全球形的。牛顿声明，由于受不同引力的作用，诸如太阳、月亮等星球引力拉力的影响，我们的地球赤道处会鼓起，而在两极处会变得扁平。牛顿的预言不仅为验证他的引力理论提供了一条途径，而且看似抽象的观点，对人们的探险和旅游也具有实际的意义。对与当时来说，如果牛顿的理论是对的，那么当时的地图就是错的。事实上，关于地球的形状之争来之已久，到了17世纪，“扁球”之争白炽化，成为英国和法国之间长期争持的一部分。当然，最后多支考察队，以各自方式如单摆的摆长、纬度测量等不同的方法，证实了牛顿“扁球说”理论的正确。也间接的证明的牛顿引力理论（被人们称之为无法解释的神秘力）的正确。

三、科学不等于真理。随着人类的认识能力的增强，科学理论在不断地更新、并不时的发生科学革命

纵观数千年人类科学的发展，经历了古代科学思想萌芽期、亚里斯多德时期、牛顿时期和近代科学时期等多个发展阶段，尤其是近300年来，科学在人类面前更加呈现出多姿多彩与绚丽辉煌。

但我们看到一个我们多不愿意承认的东西，那就是，今天人们所谈论的科学知识和科学理论，绝不是古人们所谈论科学知识的一种重复。今天的科学知识也不是一种人类知识的堆积，而是今天人们创造理论。虽然有些名词自古代以来一直在使用着，但今天的含义已完全不同于当时的含义。如我们今天所说的“原子”，绝不是古希腊时期的“原子”；我们今天所讲的“进化论”也不是达尔文时期的“进化论”。人们对宇宙的认识，也就是说天体模型演变史，大概是人们最关心和最为熟悉的一个例子了。人们从盖天说、托罗密的地球中心说、哥白尼的太阳中心说、到今天的宇宙大爆炸模型。现在好像又有了一个什么宇宙的终结时间问题，说50亿年之后，宇宙的时间将终止。随着人们对宇宙认识程度的加深、对宇宙的理解和解释逐渐的变化着，逐渐地把一个永恒不变的宇宙模型变成了一个有始有终的宇宙的演变。这些理论从科学定义的角度来说，他们都是科学，而且在他们当时的历史时期，人们也都认为他们是正确的理论，并解决了很多人们生产实践问题。有些淘汰的理论所得出的结论，我们至今还在使用，如地心说所产生的天空星图，依然在野外考察、航海、历法等场合使用。

雷·斯潘根贝格在他的《科学的旅程》中说的那样“到17世纪末，科学家已经成功的挣脱了对古代和中世纪那些权威的盲从，无论那些权威的来头有多大。科学家们满怀新的反叛热情，彻底颠覆了托勒密在天文学、盖伦在生理学、亚里斯多德在物理学以及几乎所有其他领域中的地位。这种反叛最终被称为‘科学革命’”。每一次的科学革命，都给人类带来一种新的科学范式，一种新的科学理论，使人类对自然界又有了更深层次的认识和了解。因为有了牛顿的引力理论，人们算出了天王星、海王星、冥王星。因为有了原子理论，人们算出了“反物质”。因为有了对发光的理论，人们算出了“激光”。因为有爱因斯坦理论，人们算出了我们宇宙的边界。

我们今天认为正确的东西，也许过了多少年之后，人们会像我们用牛顿理论替代亚里斯多德理论、用爱因斯坦理论代替牛顿理论；用哥白尼理论代替托罗密理论、用大爆炸宇宙模型代替哥白尼太阳中心模型一样，将用一个当时人们认为更好、更完美的理论来代替我们今天认为正确的理论。

今天又有欧洲的科学家声称发现比光还快的粒子，引来许多人的思索，爱因斯坦对世界的解释是否要更新了，人们是否又要创立一个新的理论，来对我们所发现的世界进行重新的解释和描述。这就是科学，或者说是科学的革命。我们从不惋惜旧理论被推翻，因为新的理论会给我们带来更加满意的对我们世界的解释。