1984年我从清华大学本科毕业,我觉得书读得不够多,于是继续到中国科学院读研究生。又读了两年,我还是觉得书读得不够多,决定到英国留学。


  到英国后,我发现自己真的书读得不够多。为什么呢?因为我和同学、同事、老师一起讨论我的研究工作时,他们经常问我一个问题:“What is the science of this?”也就是说,这件事中的科学是什么。我每次都一脸茫然,我知道什么是物理,什么是化学,什么是天文,什么是生物,我不知道什么是科学。


  众所周知,在中国的传统文化中,对科学这件事情一直是模糊不清的,事实上这也印证了所谓的李约瑟难题。李约瑟是研究中国科技史的英国专家,出版了很多中国科技史的著作,他问过这样一个问题:中国古代的文化和技术都曾经比西方发达,有些地方还远远比西方发达,但是中国为什么没有产生现代科学?


  科学到底是什么?要想理解科学是怎么发展的,我们必须回到古希腊人的宇宙观去。


  古希腊人认为地球是宇宙的中心,代表人物是毕达哥拉斯和亚里士多德。这个学说当时非常有道理,因为我们在地球上每天都看到太阳升起,所有的星星升起、落下去,都往一个方向走。大部分情况下都是这样,所以我们觉得所有的天体都是围绕着地球做运动的。


  如果一个学说是正确的话,观测和实验应该一直能够证明它; 但如果它与观测和实验有矛盾,那么这个学说就需要修正。果然这个学说后来得到了修正。


  我在这里尤其要讲一下亚里士多德,他是形式逻辑、自然哲学和物理学的创始人。要想追踪到科学的起源,需要回到亚里士多德。亚里士多德认为,这个世界这个自然是有规律的,而这个规律是独立于人类存在的,人可以通过观察来理解这个规律,他把研究规律这个学问叫做物理学。


  亚里士多德的地心说,建立了现代科学的第一套理论——经典物理学。但是后来的观测表明,天体并非都朝一个方向走,也有逆行的,比如火星。这种现象没有办法在亚里士多德的理论模型中得到解释。怎么办?那就需要修改原来的理论模型。


  托勒密的修改办法是,每一个天体仍然是绕着地球在运动,但运动的同时它自己还有一个小轮子,绕着它的轮子也在运动。但是有人不同意,比如哥白尼就说,太阳是宇宙的中心,地球还有其他所有的天体,都绕着太阳做圆周运动,而且是精确的圆周运动。


  后来开普勒发现了三定律,他把哥白尼的日心说里的完美圆轨道,变成椭圆轨道,这样就可以解释当时哥白尼理论所遇到的一些问题,但是他不能够向别人解释,为什么天体做椭圆运动而不做圆运动。


  这个时候,科学史上一个伟大的人物伽利略出现了。伽利略发明了天文望远镜,他立刻对太阳系里的行星进行了观测。伽利略对科学的另外一个贡献,是他发明了实验科学。他认为必须要做实验,通过实验来验证、检验已有的规律,来发现新的规律。所以实验科学的鼻祖是伽利略,爱因斯坦因此对伽利略极为推崇,认为伽利略是开创了科学革命的第一人。


  现代科学的革命,在牛顿时代达到了顶峰。牛顿提出了牛顿三大定律,在人类历史上第一次用更基础更深刻的科学规律推导出了已知的经验规律。


  那么科学到底是什么?我们可以看到,从地心说到日心说,从开普勒到伽利略、到牛顿,科学家们一直在追问太阳系内的行星运动到底是什么规律。因此可以说,科学就是刨根问底。


  如果我们更精确地来描述,科学具有三个要素:科学的目的、科学的精神和科学的方法。


  科学的目的就是发现各种各样的规律,可以是自然的规律,可以是人类的规律,也可以是我们社会活动的各种规律。科学的精神包括六个字:质疑、独立、唯一。科学的方法,则是要进行逻辑的推理,要进行演绎的计算,要进行实验的验证或者观测的验证,所以要有逻辑化、定量化、实证化。只要不满足这些条件的,统统不能称之为科学。


  比如中国古代的四大发明:指南针、造纸术、火药、印刷术,这些算不算科学?不能算,它们都只是技术,因为我们的祖先没有追问技术背后的道理,没有追寻技术背后的规律,而只是满足于这些技术给我们带来的实用功能,仅此而已。


  再来说说我今天所从事的工作。我是做天文学研究的,具体来讲,就是造出望远镜放到卫星上去,然后在太空中观测黑洞,观测宇宙。


  我们中国可以说是世界上少有的航天大国,但是你们知道吗?在人类历史上发射的专门用于科学研究的卫星,大约一共有一百多个。中国是什么时候才发射用于科学研究的卫星呢?是几年前才发射的,一共也就只有两三个而已。我们总是说,我们的航天科技非常发达,但真的是这样吗?确切地说,我们的航天技术非常发达,但是我们的航天科学却是比较落后的。


  我们显然不能再继续这样下去。


  我们要老老实实地谦虚地回到科学的本源,来学习真正的科学,理解什么是科学。


  (摘自中科院高能物理研究所研究员、天体物理学家张双南在“一席”的演讲)


2018年01月04日

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