【杨玉辉】一种新的自然科学分类方法

 自然科学分类问题既是人们认识自然科学涉及的一个重要问题，同时也是有关自然科学研究决策的一个重要问题。正确的科学分类不仅可以帮助人们分门别类地认识和把握各门学科，更全面地认识和理解自然科学，而且还可以从中把握各门学科之间的联系，预见科学发展的未来趋势。寻找正确的研究方向和更有效地开展自然科学研究。然而在目前的自然科学分类中，虽然也能在一定程度上反映自然科学及其发展的现状，但在对当代自然科学的概括尤其是在反映科学的新的发展上却存在一系列的不足和问题，急需加以改进和完善。事实上，今天的自然科学已经形成了一个内容丰富多样、门类齐全、结构完整的庞大体系，且不断有新兴学科涌现出来，传统的分类方法已远远不能反映当代自然科学发展的现实，同时也缺乏对未来发展趋势的正确预见，所以很有必要进行新的分类研究，以真实反映当代科学的现状并准确地预示科学发展的未来趋势。本文在这里提出一种新的科学分类方法，希望有助于自然科学分类问题的根本解决。

一、现有自然科学的分类方法存在的问题

    目前自然科学的分类普遍采用六类划分法，即把整个自然科学分为六个大的类型，也就是所谓的六大基础学科。这六大基础学科是：研究物质微观结构及其运动规律的微观物理学；研究原子和分子这一层次物质化学运动的化学；研究宏观物体的物理现象和运动规律的宏观物理学(或力学)；研究生命运动规律的生物学；研究地球结构、组成、演化和运动规律的地学；研究宇宙天体结构、演化及其运动规律的天文学(或天学)。

    从现有六类划分的分类方法来看，显然存在一系列的问题，这些问题主要表现在以下几个方面：

    首先，它不能对现有的各门自然科学作出全面系统的概括说明，尤其是不能全面地概括新近出现的许多新兴学科。传统分类方法因为还停留在自然科学发展的较早期水平，还没有对自然科学近几十年的发展作出合理的总结，所以它对自然科学的认识还显得很不全面，其系统性也还不够，尤其是像信息科学、意识科学(心理科学或精神科学)、人体科学等这些现有或即将出现的重要科学形式，在这种分类中都还没有得到很好的概括，它们在整个自然科学体系中的地位也没有得到明确的说明。这也就使得现有的分类对整个自然科学的概括说明也显得支离破碎，人们无法从中获得对自然科学的完整而系统的说明。

    其次，它不能对各类自然科学及其相互关系作出合理的概括和说明，未能反映各门学科间的内在联系。现有的自然科学分类方法由于是基于物质科学的水平来说明自然界的各种事物，并因此来理解各门学科，结果就使得它不能从自然界自身的相互关系和发展逻辑去把握各门学科，而只能从各门学科的某些表面现象去把握它们和它们之间的关系，自然也就无法说明各门学科的本质特点及各门学科间的内在联系。

    再次，它不能很好地反映自然科学发展由低级到高级、由简单到复杂的内在逻辑，无法对自然科学的发展趋势作出正确的预见。现有的分类方法由于在对自然科学研究的水平上还停留在科学的初级阶段，加之它缺乏对整个自然科学发展内在逻辑的把握，所以它无法将新近出现的许多新兴学科纳入它的体系，更无法对自然科学的发展趋势作出准确的预见。

    既然现有自然科学的分类方法存在巨大的缺陷，那么我们又应该怎样来进行分类才能够克服这种缺陷呢？在这里，恩格斯在一百多年前就进行了十分有价值的探索。一百多年以前，恩格斯就在全面总结19世纪自然科学的基础上，批判地继承了历史上合理的科学分类思想，创立了以物质运动形式进行科学分类的方法。他根据当时科学发展的水平，把各种运动形式由低级到高级概括为机械运动、物理运动、化学运动、生物运动和社会运动等五种运动形式，并因此也把科学根据由低级到高级发展的顺序，分为力学、物理学、化学、生物学和社会科学五种基本形式，由此形成了一个科学分类的体系结构。他的这种科学分类方法，在今天仍然有重要的指导意义。当然我们也应该看到，这种分类毕竟是一百多年前提出来的，一百多年来科学已经有了前所未有的发展，并涌现出了一系列的新兴学科，所以笔者根据恩格斯按研究对象来进行分类的思想，并结合自己对自然界的存在与发展规律的研究，在这里提出一种新的自然科学分类方法，即自然科学的五类划分法。

二、自然科学的五种基本类型

    根据对自然界各种存在形式或运动形式的研究，我们认为自然科学共有五种基本的类型，即物质科学、信息科学、生命科学、意识科学和人体科学。这五类科学的划分主要是根据各学科研究的对象来进行的，这样划分的合理性也是显而易见的。科学作为对客观事物及其规律研究的学问，其学科的类型是与其研究的对象相一致的，即研究什么样的对象即构成什么样的科学。如研究物质就是物质科学，研究生命就是生命科学，研究光就是光学，等等。根据作者对整个自然界(包括作为个体存在的人)的考察，从大的方面来看，自然界的基本存在要素主要有三种，即物质、信息和意识，而由这三种基本存在要素组成的现实事物也有三种，这就是非生命、生命和人体。所以与之相对应，对这些基本的存在要素和现实事物的研究就构成了几个基本的科学类型。由于非生命是一种纯粹的物质存在，所以对非生命的研究可以完全归入物质研究的范畴，故科学的基本类型实际上就是五种，这就是物质科学、信息科学、意识科学、生命科学和人体科学。下面先介绍五种基本的科学类型的性质和特点，然后再讨论它们之间的相互关系。

    (一)物质科学

    物质科学即研究物质的存在形式及其运动变化规律的科学。物质科学是自然科学中最先发展起来，也是今天发展最为充分、最为成熟的科学形式。就像物质存在是整个世界的最基本存在一样，物质科学也是当代科学的最基础学科。物质有各种各样的存在和运动形式，而对各种特定的物质存在和运动形式的研究也就构成了各种特定的物质科学，所以物质科学也是一个大的科学门类。在物质科学中，最基本的学科是物理学和化学。物理学是研究物质的物理形式及其运动变化规律的学科；化学则是研究物质的化学形式及其运动变化规律的学科。物理学和化学也还可以作进一步的划分，如物理学还可以分为力学、核物理学、光学、声学等；化学还可以分为无机化学、有机化学等。同时物理学和化学也可以结合起来形成更为复杂的物理化学、地质学、天文学等。

    从物质科学的具体内容来看，力学、核物理学、热力学、光学、声学、电学、无机化学、有机化学、物理化学、高分子学、分析化学等属于理论物质科学的范畴；材料学科、机械学科、冶金与矿业学科、建筑工程学科、工程热物理与能源利用学科、电工学科、化学工程学科等属于技术物质科学的范畴；工业与民用建筑学、供电及其维护研究、能源供应研究、特殊金属冶炼研究、各种物品的制造研究、各种材料的化学处理研究等，则属于应用物质科学的范畴。

    (二)信息科学

    信息科学和生命科学是当今自然科学发展的主流科学，尤其是信息科学更是处于其发展的巅峰时期。然而令人尴尬的是，对于信息科学的一些基本概念，人们却并不清楚，甚至像什么是信息科学这样一个问题，也没有获得一个令人满意的结论。在国内，周安伯等把信息科学定义为：“信息科学是以信息论和控制论为理论基础，并与电子学、计算机科学和自动化技术等相结合，包含有仿生学、人工智能、系统工程等方面的内容。它扩大了人类对整个世界的认识。总之，它是一门以信息为对象，以研究信息本质及其运动规律为内容，以信息科学方法论为方法，以扩展人类信息功能为目的的科学。”[1] 国内信息科学研究的名家钟义信则给出了另一个定义：“像定义任何别的科学一样，我们可以把信息科学定义为‘研究信息及其运动规律的科学’。而更为精确的定义则是：信息科学是以信息作为主要研究对象、以信息的运动规律作为主要研究内容、以信息科学方法论作为主要研究方法、以扩展人的信息功能(特别是人的智力功能)作为主要研究目标的一门科学。”[2] 现有的信息科学定义存在两个方面的问题，一是没有明确信息科学研究的具体内容，都只是笼统地说是研究信息运动；二是将一些不是信息科学研究内容包括到了信息科学之中，如人的认识能力问题。根据作者的研究，信息科学的定义可以这样来下：信息科学是研究信息的存在和作用形式——程序及其运作规律的科学。在整个世界中，从抽象性的角度来看，信息是比物质更高层次的存在形式，它是以程序系统的形式存在的，在程序系统中传递、变换并发挥对系统的控制作用的东西就是信息。信息存在于程序系统之内，一个程序系统就是一个信息控制系统。程序系统的运作过程是由程序的启动、运行和终止等环节构成的，而信息也正是通过程序的运作过程来实现其作用的。信息科学研究的是信息及其程序机制，它是关于认识信息和程序、利用信息和程序以及改造信息和程序的科学。信息科学的主要任务是：探讨信息的本质；研究各种信息的存在形式；揭示程序的结构；探讨程序的启动机制、运行规律及其功能作用；寻求利用信息机制建构新程序的原理和方法等。所以，信息科学不仅要研究信息的存在方式，信息的载体，而且要研究程序系统的结构，程序的启动、运行和终止的方式、条件和影响因素以及信息在程序系统中传递、转换及发挥作用的机制等内容。

    关于信息科学的具体内容，广义的信息论、控制论、系统论、计算机语言理论以及遗传信息理论、体液信息理论和神经信息理论等可以归入理论信息科学的范畴；计算机技术、通讯技术、控制技术、操作系统研究以及遗传信息、体液信息、神经信息的传递、处理及生命活动的信息控制等技术则可以归入技术信息科学范畴；计算机的应用以及遗传和体液信息治疗等则是应用信息科学研究的内容。目前信息科学主要是指计算机科学和通讯科学相关的领域，即人工信息程序系统领域，至于生命信息领域，则一般把它放在生命科学的范畴之内。

    (三)生命科学

    生命科学是研究生命存在的本质及其运动变化规律的科学。现代科学证实，生命是从非生命进化而来的，但生命却与非生命有本质的区别，如果说非生命是一种纯粹的物质存在的话，那么生命则是在物质由简单到复杂的进化过程中因信息的产生和程序机制的出现而产生存在的，所以生命是物质与信息的统一体。因此研究生命不仅要研究它的物质构成和结构及其新陈代谢规律，而且还要研究它的信息形式及其程序运作规律，特别是要从生命体的基本程序系统，即遗传程序系统、体液程序系统和神经程序系统等方面具体研究生命信息和程序的内容、结构、功能以及具体的启动、运行、终止等各个环节的机制、过程和影响因素等。

    生命科学研究因生命的存在形式的不同可以被分为微生物学、植物学和动物学等分支学科。在这个基础上还可以根据不同的物种或不同的生命过程或方面来进一步划分学科。在这里值得指出的是，在传统上对所谓生命物质即核酸蛋白质的研究是归入物质科学范畴的，我认为这是不科学的。从进化的角度来看，核酸蛋白质是从简单的物质形式发展而来的，但从本质上说，核酸蛋白质显然不是一种单纯的物质存在，而是物质与信息相统一的存在形式，其功能作用也主要是在生命体的遗传程序系统和体液程序系统的产生存在和运作中表现出来。正因为核酸蛋白质是物质与信息相统一的形式，所以对核酸蛋白质的研究不但要考察核酸蛋白质的物质组成和结构形式，而且要考察核酸蛋白质的信息形式和信息表达方式，同时还要从程序的角度，考察核酸蛋白质在有关程序的建构、启动、运行、终止等方面的作用和具体机制。所以核酸蛋白质研究是一种典型的生命科学研究，而不仅仅是一种物质研究。

    作为当今发展势头最为强劲，也是最具经济社会影响的生命科学，其研究涉及生命的各个方面。其中，细胞生物学、遗传与发育生物学、分子生物学、基础微生物学、基础植物学、基础动物学、生物化学、生物物理学、内分泌学、神经科学、畜牧与兽医学理论、生态学等属于理论生命科学的范畴；农业科学、畜牧与兽医学技术、遗传工程、核酸蛋白质工程、细胞工程、组织培养技术、发酵工程等属于技术生命科学的范畴；育种学、栽培学、园艺学、牧羊学、牧牛学、临床兽医学、物种改造研究、生物药物和制品制造研究等则属于应用生命科学的范畴。

    (四)意识科学

    意识科学也可以称作心理科学或精神科学，它是研究人类意识的本质及其运动规律的科学。意识是人所独有的存在，它在本质上是存在于人的大脑之中以概念为单元的存在形式。与物质存在的客观具体性不同，也与客观具体与主观抽象相统一的信息不同，意识是一种主观抽象的存在。这种主观抽象性主要表现在意识是以概念为单元的，而概念则是以简单抽象的符号去表征复杂具体的对象所建立起来的观念。在人的意识中，一个一个的概念组合起来构成命题，不同的命题再组合起来构成命题系统，人就是通过各种概念、命题和命题系统从而完成对各种事物的认识和把握，并实现对事物认识的时间和空间超越。所以意识科学不仅要研究人的各种感觉的产生及其机制，而且更要研究在感觉基础上概念、命题和命题系统的建立机制和运动规律；同时还要进一步研究认知、行为、学习、记忆等人类的意识功能产生和运动变化规律。

    意识科学在今天还没有成为一门正式的基础学科，但人们对它的研究却一直都没有停止过。在具体内容上，心理学、教育学、精神病学的基础理论研究，意识过程的基本神经机制研究，这些都属于理论意识科学的范畴；心理咨询技术、教育技术、心理治疗技术等的研究则属于意识技术科学的范畴；特殊的心理问题、教育问题和精神病问题的解决和治疗研究又是属于应用意识科学的范畴。

    意识科学除了研究人的意识之外，还要研究机器的意识，这就是人工智能学。人工智能学研究意识思维在机器中实现的机制、条件、途径、方法以及现实应用等问题。当然人工智能学必须以人类意识学为基础。

    (五)人体科学

    人体科学即研究人体的本质及其运动变化规律的科学。在这里，我们所说的人体科学与钱学森教授等人提出的人体科学不同，如果说他们的人体科学主要研究的是人的气功、特异功能等特殊方面的内容的话，那么我们这里的人体科学则是对人体进行全面而系统研究的科学，是真正的研究整个人体的科学。人体科学是一门综合性的大学科，它包含了有关人体的许多方面的研究，所以人体科学也可以进一步划分为不同的亚学科，如研究人体的基本结构和运动规律的普通人体学，研究人脑的结构和功能的人脑科学，研究人体的健康与疾病的医学，研究人的知识和技能的学习和训练的教育学等。人体与一般生命体不同，人体是物质、信息和意识的统一体。所以人体科学不仅要研究人体的物质结构和功能，而且要研究人体信息程序系统的结构和功能以及意识的结构和功能，同时还要把这三个方面的研究结合起来，考察它们之间的相互关系，以实现对人体的完整而系统的把握。在人体科学研究中，对人脑的研究是其中的最重要同时也是最困难的工作，这种研究也可以以相对独立的脑科学研究进行。脑是生物体最复杂的器官，而人脑则更是世界上最复杂的器官。脑科学虽然也要研究各种动物的脑，但它最主要的对象还是人脑。人脑除了完成各种生理功能以控制和协调人体的各种生理活动外，其重要的工作就是进行意识思维活动以实现对人自身及外部世界的认识和控制身体的活动。因此人脑实际上是一个涉及物质、信息和意识三个层次的器官，所以人脑的科学研究需要从这三个方面着手：从物质方面研究人脑的物质构成和结构特点，以及它的物质运动变化规律；从信息方面研究神经信息的内容和形式，神经程序的结构，神经程序的建构，神经程序的启动、运行、终止及其影响因素等；从意识方面研究概念、命题和命题系统在脑中的存在形式和形成机制，人类的认知、行为、学习和记忆的脑内机制等。

    由于人体是自然界最复杂的存在，所以人体科学也是所有科学中最复杂、最庞大的科学。其中，人体解剖学、人体生理学、人体遗传学、认知科学、基础心理学、人体病理学等属于人体理论科学的范畴；人体工程学、教育科学、体育科学、医学和健康的技术和方法研究等属于人体技术科学的范畴；而人体生活、工作中的各种与人体本身有直接关系的具体问题的解决之道的研究以及各种疾病的具体的治疗方法和措施研究，则又是属于人体应用科学的范畴。

    上述自然科学的五种基本类型及其它们之间的相互关系可以用下图来表示：

 

三、五类学科之间的相互关系

    从图中可以看出，在上述五类科学形式中，如果根据科学研究的对象的抽象性由小到大来区分自然科学的低级和高级的话，那么，物质科学是最低级也是最简单的科学形式，因为它只涉及对物质的研究，而且其研究对象有最大的直观性，相对是比较容易把握的；信息科学是比物质科学高级的科学形式，信息具有一定程度的非直观性，而且作为信息科学研究的基本对象的程序也远比单纯的物质实体要复杂，加上信息科学的研究还涉及到信息的载体，所以信息科学的研究要比物质科学困难。事实上，信息科学也是在物质科学基础上产生的，它也是一种将物质科学扬弃在自身之内的科学形式。意识科学是最高级的科学形式，它研究的是人的意识和思维活动，由于构成人的意识和思维的基本成分概念是抽象的，是不能直接观察到的，在人的头脑中也是找不到它的具体形式的，所以对意识和思维的把握上不像直观的物质那样容易，甚至比信息还要难，以致至今大多数人也还不清楚研究人头脑中的意识和思维过程究竟该用什么样的科学方法。可见，意识科学的研究是在这三种科学中是最困难的，但有一点也是明确的，意识科学必须是在信息科学的基础上产生和发展，所以意识科学也是一种扬弃了物质科学和信息科学的科学形式。从简单到复杂来看，非生命科学是最简单的，因为它只涉及物质的研究，所以它也是一种典型的物质科学；生命科学则不仅要研究生命体的物质结构和过程，而且要研究生命活动的信息和程序过程，研究生命活动的程序控制机制，所以它更为复杂。事实上，生命科学也正是物质科学和信息科学综合发展的结果。就像人体是自然界中最复杂的结构一样，人体科学也是自然科学中最复杂的科学形式，因为人体科学不仅要研究人体的物质结构和过程，而且要研究人体的信息和程序过程，还要研究人体的意识过程。人体科学的这种性质决定了它的产生必然是物质科学、信息科学和意识科学综合发展的结果，或者说是生命科学与意识科学综合发展的结果。很显然，上述五类科学形式并不是毫不相关的，而是有密切的联系，物质科学是整个科学的基础，信息科学依赖于物质科学而产生发展，意识科学又依赖于信息科学而产生发展；生命科学将物质科学和信息科学综合在自身之中，人体科学又将物质科学、信息科学和意识科学或生命科学与意识科学综合在自身之中。由于各门科学之间是紧密相联的，可以说，离开了其他科学，任何一门科学要想得到顺利的发展都是不可能的，即使像可以相对独立于其他科学形式的物质科学也是这样，尤其是在今天更是如此。

    把本文提出的自然科学的五类划分法与传统的分类方法进行比较不难看出，传统的自然科学分类方法既缺乏明确的分类标准，也缺乏学科概括的完整性，尤其是许多新兴的学科无法在其分类中找到合适的位置，同时它也不能从学科分类的内在逻辑上反映科学发展的趋势和规律。五类划分法则基本上克服了传统分类的这些局限性。首先，它具有学科上的完整性。五类划分法概括了当代自然科学的各个方面，每门学科都可以在其中找到它的位置，没有任何遗漏。其次，它反映了自然科学各学科之间的内在联系。在五类划分法中，各门学科之间并不是孤立存在的，而是密切联系的，这种联系不仅表现在它们之间的性质和特点上，而且也反映在它们之间的发展关系上。第三，它还揭示了自然科学发展的规律性。五类划分法明确显示了自然科学各学科之间的由低级到高级、由简单到复杂的发展规律，因而可以从中预见到自然科学发展的未来趋势。所以我们认为这一方法是目前可以找到的最好的自然科学分类方法。

 

【参考文献】

[1]周安伯，李正耀，丁小文. 信息科学纲要[M]. 南京：江苏教育出版社，1990. 15-16.

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