編者按：
中國科學院高能物理研究所研究員的張雙南曾寫過《仰望星空如何改變世界锻狗？》（回復 173 查看），梳理了自1609年伽利略發(fā)明天文望遠鏡以來焕参，天文學與現(xiàn)代自然科學的深刻聯(lián)系轻纪。在今天這篇文章中，他繼續(xù)從目的叠纷、精神刻帚、研究方法三要素出發(fā)探討“科學是什么”，以及科學與數(shù)學涩嚣、哲學等其他學科的關(guān)系崇众。
文 | 張雙南（中國科學院高能物理研究所研究員）
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科學研究賦予我們的啟示
俄羅斯在和德國聯(lián)合研制一個以暗能量為主要研究目標的空間 X 射線天文衛(wèi)星。幾年前(當時暗能量的研究剛剛興起)航厚，時任俄羅斯總理的普京在聽取了關(guān)于這個項目的介紹后顷歌，問了兩個問題：“暗能量有用嗎？暗能量危險嗎幔睬？”當時一個科學家是這么回答的：“我不知道眯漩。不過在 100 年前，如果你問愛因斯坦相對論是有用還是危險麻顶，愛因斯坦一定回答不知道赦抖。但是今天我們知道相對論既有用，也危險辅肾《佑”現(xiàn)在，核能矫钓、診斷和治療癌癥的加速器要尔、GPS 等等都離不開相對論的應用，但核武器也同樣是相對論的應用新娜！
順便提一下我自己的一個故事赵辕。幾年前我應邀在中國科學技術(shù)大學交叉科學中心作一個關(guān)于黑洞理論研究的報告，報告之后有一個學生問我這個研究有什么用處杯活。我不假思索地回答：“我不知道匆帚，但是我想搞明白這個問題泞莉〕哂兀”會場上立刻掌聲雷動杯拐。此刻我也終于明白了為什么中科大是中國科學研究的圣地之一怪瓶，也是最具有科學精神的校園之一。我每次到科大訪問嚎幸，漫步在科大的校園颜矿，都感覺到科學的幽靈在飄蕩，以前這種感覺只有在我參觀西南聯(lián)大遺址的時候才出現(xiàn)過嫉晶。
什么是科學
我們需要從三個層面上來回答“什么是科學”這個看似簡單的問題骑疆，也就是需要明確科學的三個要素。
科學的第一個要素就是科學的目的替废。事實上箍铭，如果我們問很多職業(yè)科學家科學的目的是什么，他們都會回答：科學的目的是造福于人類椎镣。這個回答并不完全正確诈火，或者可以說完全不正確。
科學的確可以造福于人類状答，事實上很多科學研究的成果都已經(jīng)被用來造福于人類冷守，人類的生活品質(zhì)和水平也由于科學成果的應用而不斷得到快速提升，今天很多科學研究項目的直接目的就是造福于人類惊科。但是科學的目的本身并非如此拍摇，是人類出于各種目的，在很多情況下利用科學成果造福了人類馆截〕浠睿科學成果同樣可以給人類造成災難，這樣的例子同樣也是不勝枚舉孙咪。
因此科學的目的既不是造福于人類男公，也不是危害人類荤堪。科學的目的就是刨根問底枢赔，也就是發(fā)現(xiàn)各種規(guī)律澄阳，比如我們前面說的天文學研究所發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律奠基了包含牛頓力學的廣義相對論和量子力學兩大基礎(chǔ)物理學科，但是如何應用這些規(guī)律則并不是科學本身的目的踏拜。因此科學家在研究科學的時候可以只關(guān)心這些規(guī)律本身碎赢，并不需要關(guān)心它是否有用、是否危險速梗，當然這并不排斥科學家選擇開展自己認為是否有用肮塞、是否危險的科學研究工作襟齿。
需要進一步說明的是，科學研究所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律并不限于自然科學研究的自然規(guī)律枕赵，也包括其他各種規(guī)律猜欺，比如社會科學所研究的各種規(guī)律。自然科學和社會科學所研究的對象不同拷窜，所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律當然也不同开皿，但是它們的目的都是掲示“規(guī)律”，而且它們也都符合科學的另外兩個要素篮昧。但是赋荆，并不是所有掲示規(guī)律的學術(shù)研究都是科學研究，因為很多學術(shù)研究都不完全符合科學的另外兩個要素懊昨。
科學的第二個要素是科學的精神窄潭，包括三個內(nèi)容：質(zhì)疑、獨立疚颊、唯一狈孔。
“質(zhì)疑”其實是最基本的科學精神，也就是對于以前的結(jié)果材义、結(jié)論均抽、甚至廣泛得到證實和接受的理論體系都需要以懷疑的眼光進行審視。但是“質(zhì)疑”并不完全等同于“懷疑”其掂，更不是全面否定油挥。“質(zhì)疑”實際上是批評地學習和接受款熬，其目的是掲示以前工作的漏洞深寥、缺陷、不完善贤牛、沒有經(jīng)過檢驗惋鹅、或者不能完全適用的地方。比如愛因斯坦對牛頓力學和牛頓引力理論質(zhì)疑的結(jié)果是發(fā)現(xiàn)了牛頓力學和牛頓引力理論只有在低速（相對于光速）和弱引力場（空間扭曲可以忽略）的情況下才是正確的殉簸，否則就需要使用狹義相對論和廣義相對論闰集。
“獨立”有兩層含義，一方面指的是科學研究所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律“獨立”于研究者以及研究手段和研究方法般卑。另外一方面指的是科學研究者必須具有獨立的思想武鲁，科學研究工作也是獨立進行的。只有獨立做出的科學研究成果才有科學價值蝠检，當然這并不排斥學術(shù)交流和學術(shù)合作沐鼠，因為交流與合作往往是激發(fā)研究者個人創(chuàng)造力的有力途徑，創(chuàng)造力是最終產(chǎn)生髙度原創(chuàng)性獨立研究成果的根本原因。
但令人擔憂的是，現(xiàn)在學術(shù)界有種現(xiàn)象监氢，就是“主流”學者有意識或者無意識地壓制或者扼殺所謂“非主流”學術(shù)研究布蔗，似乎“主流”研究是重要和髙水平的，而“非主流”研究是不重要和低水平的浪腐。事實上纵揍，有不少從事“主流”研究的學者常常是人云亦云和隨大流，和“獨立”的科學精神背道而馳议街，而從事“非主流”研究的學者則是在開展獨立研究泽谨。
回顧科學史，我們很容易發(fā)現(xiàn)特漩，現(xiàn)在“主流”的學說或者理論以前都是“非主流”的吧雹，科學的發(fā)展歷程就是“非主流”不斷地取代“主流”的歷程，而這正是“獨立”的科學精神的具體體現(xiàn)涂身。
“唯一”指的是科學規(guī)律的唯一性雄卷，勿用過多地解釋。在這里僅僅引用彭桓武先生 2005 年 4 月 15 日 在“世界物理學紀念大會”上的講話：
物質(zhì)世界雖然千變?nèi)f化蛤售，但卻十分真誠丁鹉，“在同樣條件下必然出現(xiàn)同樣現(xiàn)象”。
由于科學的目的就是揭示科學規(guī)律悴能，離開了“唯一”的科學精神揣钦，也就無所謂“刨根問底”，科學的目的也就不再存在漠酿，當然科學研究也就無法進行冯凹，因為科學研究方法基本上就是通過天文學的研究圍繞著科學規(guī)律的唯一性發(fā)展出來的。
科學的第三個要素是科學的研究方法谈竿，也包括三個內(nèi)容：邏輯化、定量化和實證化摸吠。
科學研究顯然起源于哲學，而哲學研究所建立的邏輯化正是科學方法的一個關(guān)鍵內(nèi)容嚎花。通過學術(shù)研究獲得的博士學位前面往往加上“哲學”而被稱為“哲學博士”寸痢，就是這個原因。
古希臘宇宙觀 “地心說”的建立是以畢達哥拉斯和亞里士多德等哲學家對當時天文觀測的經(jīng)驗進行整理歸納和推理演繹之后得到的紊选。同時“地心說”也被注入了人本主義的哲學思想啼止，認為地球處于宇宙的中心是最為合理的道逗，這是“地心說”統(tǒng)治了學術(shù)界大約兩千年的主要原因，直到哥白尼突破了這個哲學思想而建立了“日心說”献烦。
在使用哲學的邏輯化開展科學研究的過程中滓窍，定量化是必不可少的。沒有定量化巩那，就無法通過歸納建立模型吏夯，也無法對模型進行演繹來做出預言，并被進一步的觀測或者實驗檢驗即横。數(shù)學的研究所建立的各種計算方法和工具使得科學研究和現(xiàn)在一般意義上的哲學研究開始分道揚鑣噪生。而科學研究的定量化又使得科學研究的成果能夠得到實際應用，這是科學和哲學徹底分離的最顯著標志东囚。
關(guān)于現(xiàn)代科學和哲學的關(guān)系跺嗽，一代物理學大師費曼（1918 年~ 1988 年）有一句名言：“哲學和科學一般沒有關(guān)系，當發(fā)生關(guān)系的時候一般都是哲學損害科學页藻〗凹蓿”當然這是費曼對科學史的解讀。
實證化則是最需要被強調(diào)的科學研究方法份帐。從天文學的研究帶來的人類認識宇宙的幾次大飛躍中都可以看到璃吧，每一次重要的進展都是當舊的模型預言和新的觀測結(jié)果矛盾，或者舊的模型完全沒有預言到的觀測結(jié)果無法用舊的模型進行解釋弥鹦。舊的模型可以被新的觀測或者實驗所推翻或者修改肚逸，但是這些舊的模型也都是科學理論，是追求“唯一”正確的科學理論的歷程中所必須經(jīng)過的階段彬坏。
因此可以被證偽的理論才是科學理論朦促，但是不一定是正確的，或者不一定是在所有的情況下都是正確的栓始。能夠解釋已知現(xiàn)象务冕，但是不能被證偽的理論不是科學理論，比如玄學等幻赚≠饕洌科學巨匠愛丁頓（1882 年~ 1944 年）{也有說是物理學家泡利（1900～1958）或者費米（1901—1954）}對于不能被證偽的理論有一個恰如其分的定論：“連錯誤都談不上÷淠眨”也就是說箩退，不能被證偽的學術(shù)理論或者模型甚至連錯誤的科學理論或者科學模型都算不上。
現(xiàn)在有不少的科學研究都忽視了實證化佳谦。做模型戴涝、建理論、寫文章的動機和結(jié)論都局限在解釋已有的觀測數(shù)據(jù)或者實驗結(jié)果，而很少甚至完全不考慮模型或者理論能夠做出什么預言啥刻、這些預言如何被進一步的觀測或者實驗檢驗奸鸯。
我本人最近就犯了這樣的一個錯誤。我在一篇文章中建立了脈沖星磁場演化的一個唯象模型可帽，這個模型成功地解釋了過去幾十年積累的所有有關(guān)的脈沖星觀測數(shù)據(jù)娄涩，但是文章的初稿中沒有做出明確的能夠被未來的研究所檢驗的預言。審稿人的一句話使我如夢方醒：“你可以作出一個預言嗎映跟？”我自己很得意的模型差一點成為連錯誤的科學理論都算不上的模型蓄拣！
我們已經(jīng)知道，科學巨人愛因斯坦在建立了廣義相對論之后申窘，不但解釋了水星近日點的反常進動弯蚜，而且還預言了光線的引力彎曲將是區(qū)分廣義相對論和牛頓引力理論的關(guān)鍵。愛因斯坦的科學素養(yǎng)給我們樹立了一座豐碑剃法，值得我們永遠認真地學習碎捺。
科學和其他學術(shù)研究的關(guān)系
關(guān)于科學和其他學術(shù)研究的關(guān)系，討論較多的可能就是哲學是不是科學贷洲，數(shù)學是不是科學等等收厨。
誠然，現(xiàn)代科學的確起源于哲學优构，哲學的邏輯化是科學研究方法的重要內(nèi)容诵叁，而數(shù)學則是科學定量化方法的基礎(chǔ)。但是現(xiàn)在一般意義上的哲學研究不但缺乏定量化钦椭，而且哲學理論的實證化也幾無可能拧额。實際上，我們很難說哲學研究的目的是掲示什么唯一的規(guī)律彪腔，所以哲學的目的和精神也和我們討論的現(xiàn)代科學有很大的差異侥锦。因此，既然哲學的目的德挣、精神和研究方法都和現(xiàn)代科學有很大的不同恭垦，所以嚴格地說，哲學并不是科學格嗅。
數(shù)學和科學的劃分則困難得多番挺。其實國外在正式的場合常常把我們國內(nèi)稱為的“理科”寫為“科學和數(shù)學”，也就是把科學和數(shù)學并列屯掖，說明數(shù)學不能被簡單地列為科學的一個分支玄柏。很多大學的數(shù)學系被寫成“數(shù)學系”或者“數(shù)學科學系”，后者很顯然是希望強調(diào)數(shù)學的科學性質(zhì)贴铜。
事實上禁荸，也許數(shù)學和科學的唯一區(qū)別在于實證化問題右蒲。數(shù)學是定量化的邏輯推理，只要推理過程沒有錯誤赶熟，就是正確的數(shù)學理論，原則上并不需要通過觀測或者實驗進行檢驗陷嘴。所以實證化和我們前面強調(diào)的證偽問題對于數(shù)學研究并不是最重要的映砖，盡管科學研究的證偽幾乎總是需要進行數(shù)學計算的。因此嚴格地講灾挨，數(shù)學不是科學邑退，但是和科學關(guān)系非常密切。至于應用數(shù)學的一個分支——數(shù)學建模劳澄，和科學的關(guān)系則更加密切地技。實際上，應用數(shù)學的很多分支已經(jīng)成為科學研究的一些重要研究領(lǐng)域秒拔。
因此廣義地把數(shù)學列為科學的一個領(lǐng)域也未嘗不可莫矗。很多大學里的“科學學院”里面設有“數(shù)學系”，以及很多國家的科學院里面都設有“數(shù)學部”砂缩，大概就是這個原因了作谚。
盡管哲學和數(shù)學在嚴格意義上都不是科學，但是哲學和數(shù)學也都是嚴肅的學術(shù)研究庵芭，而且顯然是非常重要的學術(shù)研究妹懒。我們并不能說科學比哲學或者數(shù)學重要，它們之間沒有髙低貴賤之分双吆。這說明學術(shù)研究不一定都是科學研究眨唬，再比如歷史、 文學好乐、藝術(shù)匾竿、工程技術(shù)等學科。事實上曹宴，很多學術(shù)研究在不少層面上可能都比科學研究更加重要搂橙。
但是，科學研究并不是局限在“理科”笛坦，傳統(tǒng)意義上的有些“文科”學術(shù)研究由于引進了科學的研究方法区转，也已經(jīng)成為了科學研究的重要領(lǐng)域，比如心理學版扩、行為學废离、精神學、社會學礁芦、經(jīng)濟學等學科蜻韭。
本文節(jié)選自“天文學與現(xiàn)代自然科學”悼尾，首發(fā)于《中國國家天文》雜志，《知識分子》獲授權(quán)刊發(fā)肖方，略有修訂闺魏。
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