对文一教授“究竟什么是科学”一文阅读体会及科学标准的讨论

发表在《东方学刊》上的文一教授文章。该论文中引用了很多我在《实验、测量与科学》一书及纯科学公众号中文章的众多看法。该文引发了我对实验、测量、观察等相互关系最系统全面的概念梳理。

一、《究竟什么是科学》一文的科学史价值

过去学术界也知道牛顿对炼金术的研究，但往往都是一笔带过，并且认识非常肤浅和简单。例如，认为牛顿研究炼金术是迷信。《究竟什么是科学》一文不仅很好填补了这方面的科学史研究空白，而且完全改变了对这一段历史的基本认知和看法，指出了牛顿相应研究工作的重要科学意义，尽管牛顿这一工作的实际化学成就几乎为零。

过去学术界对于牛顿《自然哲学的数学原理》一书的科学价值研究得比较普遍，但对于拉瓦锡《化学基础论》的开创性意义研究得很少。《究竟什么是科学》也有效填补了这个空白，并且对中国古代丰富的炼金术知识与拉瓦锡化学革命历史延续性进行了非常令人信服的综述。

这篇文章可以说也是文一教授一贯科学观的进一步深化，主要包括两个要点：

一是谈到科学不能言必称古希腊，言必称公理体系。实验、观察、测量是科学的另一个基础。尤其化学进入现代科学的拉瓦锡革命的进程，并没有以数学上公理化为基础。

二是西方科学革命的最大推动力是社会功利化的因素，尤其是火药传入欧洲后，使战争进入热兵器时代，冲破了封建城堡形成的冷兵时代社会平衡，给各国带来的生死存亡的竞争压力。牛顿革命的核心推动力是热兵器炮弹的弹道学研究，拉瓦锡革命的核心推动力是火药的氧化原理和火药生产技术需求驱动的研究。对完全无社会功利的、纯粹出于对真理本身好奇心的科学观持保留态度。

以上两点，我的观点虽然不能说是100%一样，但的确与文一教授有高度契合之处。我是以测量作为学术研究出发点的，对上述第一个观点当然高度认同。对于第二个科学观，与我对科学动力的研究也是高度契合的。

二、科学的过程思维、方法与标准思维方法的联系与区别

《究竟什么是科学》一文试图追究牛顿研究科学的原始思维过程，并将其归为科学的范畴。我过去也长期考虑过这个问题，对此看法是这样的，这个可以用楼房建设过程来进行很好的比喻。要建设一栋楼房，并不完全是最终见到的楼房本身，而且在建设过程中还有非常重要的脚手架和塔吊。后者在建设过程中起到过非常重要的作用，但它们在楼房建设完成后是必须要被拆除的，在最终成品的楼房中丝毫见不到它们的影子。当然，楼房本身在建设过程中也会与脚手架和塔吊一起对建设过程产生作用。例如可以从塔吊将建筑材料运上正在建设的楼顶，也可以从已经建好的楼梯运上去。但最终，正式的、成品的楼房只剩下楼房本身的框架和装修，人们看到的更主要是外表装修。

数学与测量，就是楼房的框架，他们不仅是在楼房建设过程中起到重要作用，而且是最终楼房成品必须表现出现的部分。但是，猜测、直觉、类比、比喻、尝试、试错、灵感、形象思维......就属于是脚手架和塔吊，它们在科学发展过程中起到过重要的、甚至不可或缺的作用，但在最终写成专著、论文的时候，必须被完全拆除掉。如果不被拆除掉，它们会显得“有碍观瞻”，会显得“不太科学”。所以，在《自然哲学的数学原理》一书中，如何形成这本书的那些属于脚手架和塔吊的很多思维过程，肯定会因为“有碍观瞻”被剔除得干干净净，而只剩下用欧几里得公理化方法支撑下来并进行了精装修的部分。

数学与测量不仅是科学思维过程中必须的，也是判断科学最终成果、具有标准性质的部分。但并不排除科学思维过程之中，会有“猜测、直觉、类比、比喻、比较、尝试、试错”等，可能会显得“有碍观瞻”“不太科学”的部分。它们对科学不仅必要，甚至是不可或缺。

中国的教育往往只保留了最终成品的楼房，而不懂脚手架、塔吊、混凝土搅拌机等。这是中国学者们为什么普遍只懂得在已经建成的楼房里进行一些装修，而不知道该如何建设新楼房的原因所在。这在今天已经是一个非常重要的问题。

三、实验、观察与测量的关系

过去我没有特别想清楚如何处理我所提出的第三代科学与第二代科学的关系，尤其是实验、观察与我所讨论的测量之间的关系。看过文一教授的《究竟什么是科学》以后，我突然想明白该如何解释清楚它们了。《究竟什么是科学》一文中是将测量、包括观察等都看作是实验的子集。

作为科学史的讨论不仅可以这么说，而且我甚至可以为文一教授的这个说法给出更强的支持理由，因为目前科学界对测量的主流定义的确就是这样的，把测量定义为一种实验，也就是说测量是实验的子集。我40年前在学校学习电子测量学的教材中就是这么定义的。我为什么最终将实验看作是测量的子集，其原因在于对实验和测量进行了长期系统深入的研究之后给出的。在过去，无论哲学界还是科学界都没有人系统深入地研究过这个基本关系。虽然哲学界和科学界几乎人人都在大谈实验，这是一个非常令人诧异和奇怪的事情。原因就在于过去没有实验和测量学专业出身的人来做这个工作。

实验的核心特点是它的受控性，是一种受控的测量过程。我根据环境与自变量受控性的不同，对测量和实验进行了严格分类定义（参见《实验、测量与科学》第七章  测量与受控实验）：

“四、测量按变量可控性的分类

    从理论上说，可以依据环境、自变量的受制性将测量分成以下四类：

1.        环境受控，自变量受控

    例：一般的物理和化学实验。

2.        环境受控，自变量不受控

    例：在特殊实验室中寻找和接收天外射线的测量；在天文台中进行的对天体的测量等。

3.        环境不受控，自变量受控

    例：一般新产品测试都属于这一类。如，新式飞机的试飞测试等。还有很多自然环境下的测量也属于这类。如新型水稻种子的大田实验，天气等环境因素就很难控制。

4.        环境不受控，自变量不受控

    例：寻找化石、龙卷风及其他气象研究测量等。

    前三种测量，都可以称为受控实验。但只有第一种测量是最完全和最严格意义上的受控实验。后两种实验的受控性越来越低。可控制的因素不同，它们体现出来的实验优点的情况就会有所不同。

    如，我们说实验具有最高的测量效率，但如果是自变量不受控的实验，如在实验室捕捉外太空的高能射线，就可能不再完全具有测量效率的优势。能否捕捉得到和捕捉到什么，虽然可以有相应理论的指导，但一定程度上还是得看运气。

    如果环境不受控，实验精度也会受影响。如在大田实验新型农作物种子，实验当年的天气状况不同，对实验结果就会产生不同影响，从而会影响到测量数据的精确度。

    最后一个只能称为测量，很难称为实验。但它是最广泛的活动。”

通过以上分类和定义，也可以对什么叫“实验室”进行严格的定义，它的关键特征就是能够对环境与因变量进行控制。

要把测量、观察、实践、实验、感觉等等相互间的关系搞清楚，必须回归到最原始的“反映”。它可以包括生物的感觉，甚至无机世界的在白板上留下印迹等过程。反映，是观察、感觉、实验、测量等等最大的全集。

测量与其他非测量的原始反映关键区别在于是否存在计量基准。

在第二代科学中，以上关系没有梳理清楚，因此的确表述起来会有困难。

反映按是否有生命可分为：无生命的反映，有生命的感觉、知觉、观察。

反映按是否有计量基准可分为：非测量的反映，测量。

在测量中，如果环境与自变量之一受控，称“科学实验”。两者都受控的才是最严格意义上的“受控实验”。环境受控，自变量不受控的常称为“实验室信号捕捉”。环境不受控，自变量受控的常称为“试验”。

科学实验也可按受控性和测量严格程度的不同分为不同的级别：实验、演示、表演。

我过去对实验、测量与计量之间关系给出的理解是这样的：

测量包含科学实验与计量。计量是科学实验与测量的基础。科学实验是一类精致的测量。

以下给出一个更为全面的，从反映开始定义的相互关系完备定义。注意，下面谈到实验时，并不完全都是科学实验，而是分为了科学实验与非狭义测量实验。

因为不同概念之间是有交叉的，所以它们的关系比较复杂。下图可以完备地表现所有各种概念的关系。

反映。整个全集，它是世界一切事物都具有的特性。

左半边是非狭义测量的反映，右半边是狭义测量（严格的测量）的反映。它们之间的区别是有没有计量基准为基础。

先说测量，准确地说它包含计量与“科学实验”。这也就是说，还有我们不说是“非科学”，而只说是“非狭义测量的实验”。

计量有通过实验实现（现在基本都是如此），也有只通过测量实现的（如过去通过天体测量来建立计量基准）。

实验、测量、计量、反映、感觉知觉、观察等相互关系

以上图形每个块都可以对应一个概念，从而可以相对完备地理解相互之间的关系。图中标示的文字跨越哪些块，就是这几个块对应概念之和。例如：

非侠义测量反映 = 无生命非狭义测量的反映+有生命非狭义测量的反映

               = 无生命非狭义测量非实验的反映 + 无生命非狭义测量的实验 + 有生命非测量非实验的反映（被动的感觉、知觉等） + 有生命非狭义测量的实验（主动的观察、格物、调查研究等实践活动）

实 验 = 非狭义测量的实验 + 科学实验（属于测量的实验）

= 有生命非狭义测量的实验 + 无生命非狭义测量的实验

 + 非计量的科学实验 + 计量的科学实验

很多社会学领域的“考察”“调研”等，它们不能被归为最严格的测量，但过去依然在相当大程度上被认为是科学的认识方法。只是在很多情况下，又有些感觉它们科学性不足，也说不清楚为什么。有了以上概念分析就会明白，其本质就在于它是不是严格意义上的测量。

很多化学实验的确不能被称为最严格的科学实验。例如，只是简单地对某种材料在空气中进行燃烧，可以被称为实验，但不是严格意义上的科学实验，因为只是凭人的感觉去反映实验结果，没有进行严格的测量。这类实验也不能说它就不能带来任何知识，但按照严格的第三代科学标准，它不能被称为严格的科学知识。

从纯理论上说，测量、实验甚至计量也应当分为无生命和有生命的。例如，某种微生物的标准品，就属于计量学的范畴，它的对象就是有生命的。不过，因为测量本身是有严格定义的，因此作这个区分的必要性并不是那么突显。在非狭义测量的反映中，区分出有生命和无生命主要是研究认识的起源和发展过程。尤其是有生命非狭义测量的反映在科学起源过程中处于一个中间地位，对于理解清楚什么是科学的认识方法有重要作用。

一切反映都可以成为认识的来源，但科学的认识方法最终必须建立在严格测量的基础上。这就是科学的认识方法与非科学的认识方法根本区别所在。这并不否认非科学的认识方法也可能获得某些有价值的认知，并成为科学知识的来源。测量并不是认识来源的全部，但它是科学认识中具有标准地位的。

理解了以上关系，就明白了原来很难谈清楚的科学与非科学的关系问题。并没有绝对的非科学，但有严格的科学——就是有严格计量基准的测量基础上的认知。因此，最重要的问题并不是宣布什么是非科学的，而是要关注什么样的认知才是真正最科学的。有了这个标准，即使像炼金术那样的粗糙和存在众多错误的认知也可以一步步演变成为严格的科学；而如果没有这个标准，最科学的认知也会演变成迷信。

参考文献：

[1]  文一.究竟什么是科学？——从牛顿《炼金术手稿》看流行“科学观”的偏颇[J].东方学刊,2023,(03):2-59+139.