世纪的科学革命及科学文化

一、20世纪的科学革命及科学文化

随着20世纪现代科学的进一步发展，特别是科学的社会建制的出现与发展，科学研究的规模日益扩大，单个人或小团体已不能承担科学研究的任务和经费，科学由“小科学”向“大科学”转化，科学与社会的经济和政治问题有了紧密的联系，科学家认识到科学已不再是“为知识而知识”的研究，他们必须关注科学与社会的关系问题。特别是二战的爆发、原子弹的发明和使用，使得科学家的社会责任问题更加凸显。科学家自身也意识到了这些问题，如他们发动了帕格沃什运动和其他的一些国际运动，这体现了科学家社会觉悟的提高，也宣布了理想主义科学观的破产。

1.20世纪科学革命和方法论

在经典物理还没有来得及多多体味一下自己的盛世之时，一连串意想不到的事情在19世纪的最后几年连续发生了。原来以为只是物理学晴空万里中几朵乌云⁽¹⁾的迈克尔逊—莫雷实验“零结果”以及黑体辐射的“紫外灾难”问题，暴露出经典物理学存在的诸多难题，这些实验结果与经典物理学存在着尖锐的矛盾；而且世纪之交电子、X射线和放射性现象的发现，进一步揭示了经典物理学无法解释的许多科学事实。以麦克斯韦方程为核心的经典电磁理论的正确性已被大量实验所证实，但麦克斯韦方程组在经典力学的伽利略变换下不具有协变性。经典物理学的传统观念受到巨大冲击，发生了“严重的危机”，由此将传统物理学引向了新的发展纪元。

面对这些问题，荷兰物理学家洛伦兹提出了收缩假说，并用“洛伦兹变换”替代伽利略变换（彭加勒提出了“相对性原理”），为以后爱因斯坦相对论的创立准备了条件；而普朗克则在维恩公式的基础上提出了“量子假说”，波尔、海森堡、薛定谔等一大批科学家创立了量子力学，现代物理学诞生了。

其中，爱因斯坦相对论从新的高度统一了传统经典物理学，使物理学成为一个完美的科学理论体系。对于相对论在科学中的地位，玻恩（Max Born，1882—1970年）是这么评价的：“1905年诞生的狭义相对论可以公正地看做是科学中古典时期的结束和新纪元的开始。因为一方面它是以牢固确立的古典物质概念（认为物体在空间和时间上是连续分布的）和自然界因果律（或更确切地讲是决定论）的概念为出发点，但另一方面，它却又导出了革命性的空间和时间概念，给牛顿所建立的传统观念以决定性的批判。这样狭义相对论就给我们开辟了一条认识自然现象的新途径。这在我们今天被看成是爱因斯坦最杰出的功绩，这个功绩把他的工作与他前人的工作区分开来，把现代科学同古典科学区分开来。”⁽²⁾

狭义相对论实现了牛顿力学和麦克斯韦电动力学体系统一，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，而牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律而已；其中的质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件，而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。广义相对论在广义协变的基础上，通过等效原理，确立了局域与普遍参照系之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而把牛顿引力理论并为一级近似。相对论从根本上解决了传统物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的解释。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，进一步影响了整个当代科学。

开尔文所谓“经典物理学晴空中的两朵乌云”，其中的一片“以太危机”导致了爱因斯坦相对论的提出；而另一片即黑体辐射的“紫外灾难”问题则导致了量子力学的诞生。量子论是现代物理学的两大基石之一，量子力学的建立，是继相对论之后科学史上又一重大的革命性变革，对自然科学和哲学的发展都带来了深刻的影响。量子理论为我们提供了崭新的关于自然界的表述方法和思考方法，大大促进了原子物理学、固体物理学、核物理学等学科的发展，标志着人类在认识自然的过程中由宏观世界向微观世界的飞跃。它为现代物理学提供了新的理论基础和思考方法，并且量子力学从根本上摆脱了传统理论的框架，波粒二象性、互补性、物理量不可对易性、测不准关系等都与经典观念格格不入，这种全新的关于自然界的描述方法和思维方法在科学和哲学领域都引起了巨大的反响。

量子力学的提出，对传统的经典概念提出了挑战，严重地动摇了经典物理学的根基。正如美国科学家V.F.韦斯科夫所说：“相对论这个体系带来了某种崭新的时空观。但是从某些方面来看，这一观念体系与其说是经典传统的突破，还不如说是集19世纪物理学大成的登峰造极之作。然而，量子力学却正是一种突破，它是向着未知世界，即向着不能纳入19世纪物理学概念——网络的现象世界所跨出的第一步。”⁽³⁾量子力学的建立不论是对自然科学本身还是对哲学的发展都产生了重要影响。它被应用到各门学科中，先后形成了量子化学、量子物理学、量子天体力学等重要的现代学科分支。量子物理学是向着未知的完全不能纳入经典物理学体系的微观世界跨出的第一步，它在人们头脑中形成了新的概念和新的思想方法，这就必然导致人们哲学思想的极大波动，引起哲学上的激烈争论。

20世纪现代科学进一步分化，在原有力学、物理学、化学、生物学的基础上又分化出许多新学科。例如物理学分化为等离子体物理学、凝聚态物理学、原子物理学、核物理学等；生物学分化出分子生物学和生态学，生态学还进一步分化为动物生态学、海洋生态学、种群生态学、工业生态学、城市生态学等等。学科研究越来越单一，学科分化越来越细。由于学科分化得过分专业，使我们对自然的认识犹如盲人摸象，只知其一不知其二，忘记了自然界本身是一个有机的统一整体。目前在全球范围内发生的生态失衡、环境污染、粮食短缺等问题可以说都与这种不合理的认识方法有关。因此在20世纪特别是其中叶以后，科学的发展又开始由分化向综合发展，出现了大量的边缘学科、综合学科和横断学科。科学的整体化趋势既是人类实践的客观要求，也是科学发展的必然方向。

现代科学综合的方式一般有如下三种。一种是交叉科学式。它是通过两门或两门以上的相邻学科相互作用相互结合产生的，比如物理学与化学相互作用产生的物理化学，生物学与化学相互作用产生的生物化学。另一种是横断科学式。它是通过对几门不同的学科所具有的共同属性或共同的内在联系进行提炼加工而产生的一种新学科，例如系统论、控制论、信息论等都属于横断学科。横断学科抛开具体的物质形式与内容，从横的方面把握不同的物质对象的运动、演化的共同规律，所以更能从总的方面来认识自然界，克服了近代科学在认识上的局限性。还有一种综合方式是各分支学科在内容上和方法上的相互影响相互渗透从而产生一门新学科，比如环境科学就是在物理学、化学、生物学、地学、生态学、经济学等学科的基础上综合产生的。

现代科学的综合发展并不是试图通过利用一门或几门综合学科来取代各门专业学科，从而回归到古代自然哲学的状态中去。现代科学综合的本质是学科与学科之间的相互渗透，原来被视为互不相关的学科现在被证明是有内在的有机联系的；原来是这门学科的研究对象现在则成为许多门学科的共同研究领域。不同学科之间赖以区别的界限变得越来越模糊了。这门学科的研究方法可能会被其他学科所采用，在这门学科中所取得的研究成果也会很快波及影响到其他学科。任何一门学科再也没有独立发展的可能性了，它的发展必须以其他学科的发展为前提，它的发展也必然会影响到其他学科的发展。

现代科学综合发展是以它的高度分化为前提的，分化与综合在实际发展中并不是相互分离的，学科分化得越细则各学科综合的程度也越高。例如从地理学中分化出来的经济地理学其实也是地理学和经济学之间的综合。科学在其未来的发展过程中仍然将保持不断分化和不断综合的态势，但是科学的发展除了在原来框架内的分化与综合外，还有突破这种框架的进化和革命。科学进化是科学发展的渐进形式，是在原有的理论框架内的扩展，局部新规律的发现以及原有理论的局部修正和深化。科学革命则是科学发展的飞跃形式，是科学基本原理的新发现，科学的新的大综合，原有理论框架的突破和新理论体系的建立。科学进化和革命彼此相互渗透，实质上是统一的完整的科学发展的两个方面。

现代科学的综合发展还表现在自然科学与社会科学之间的综合。关于这一趋势马克思早就作过预言，“正像关于人的科学将包括自然科学一样，自然科学往后也将包括关于人的科学，这将是一门科学”⁽⁴⁾。自然科学的研究方法如假说、类比、模拟等已成为社会科学普遍使用的方法。在自然科学与社会科学之间还涌现出一批综合学科例如环境科学、海洋科学、空间科学、行为科学等。自然科学与社会科学的综合发展不仅是一个历史事实，而且也有其内在的必然性。自然现象与社会现象曾被视为两类不同性质的现象，但客观世界的普遍联系和物质统一性必然要求科学知识建立在一个统一的牢固基础上，所以自然现象和社会现象在其本质上必然有共同的基础和规律，随着人们认识能力的不断提高，对这种统一性的认识也在不断加深，所以自然科学和社会科学之间的关系也就更加密切了。

2.现代科学文化的特点

进入20世纪以来，以相对论和量子力学的诞生为标志的物理学革命逐步波及整个自然科学和技术科学领域，引发了现代科技领域声势浩大、影响深远的全面革命，它一方面在基础研究方面逐步揭开了关于物质结构、宇宙起源与演化、生命起源与本质等自然奥秘，另一方面在信息技术、生物技术、材料技术、能源技术、空间技术、海洋科技、环境科技等领域中硕果累累。20世纪，我们已经进入了大科学时代。现代科技仿佛用“法术”呼唤出巨大的自然力，深刻而迅速地改变着现代人的物质与精神生活，从而成为现代文明进步的强大动力。

科学活动日益从个人或少数人的独立研究发展成为大规模、有分工、高度组织化的集体研究，也即从“小科学”逐渐发展到“大科学”。大科学时代科学最显著的特征是其社会组织的程度越来越高。科学工作曾经是个人或少数人的事业，游离于研究机构之外，然而现在却成为主要的甚至在某些方面是决定性的社会活动的组成部分。科学研究活动以前只是出于个人兴趣和爱好的业余活动，现在则和其他活动一样，已经成为一种社会职业。科学研究活动在按照政治模式组织起来的机构中进行，有其明确的科研规划，而且这种规划并不是由纯粹的科学的动机来支配，也不是为了解决严格意义上的科学问题，它受到许多外在因素的影响和制约，尤其是经济的和政治的因素。特别是二战以来，科学研究已经成为所有国家极为关注的政治因素。因为，科学技术作为综合国力的一个重要组成部分，在当前的国际竞争中占据越来越重要的地位。所有的国家都在制定科技政策和建立相应的国家机构。科学研究日趋集中，并越来越被置于国家的控制之下。

当今科学活动的另一个重要特征是，技术革新与科学研究有着越来越深刻、紧密的联系，技术越进步，这种联系就越明显。从科学史上，我们可以看到，开始的时候科学理论总是落后于技术革新，如热学理论就落后于蒸汽机的发明;而到后来科学理论却远远超前于技术的革新，如原子能的发现及其利用就是如此。也就是说，现代技术的特征是与科学理论有越来越紧密的联系，而且它们之间的相互作用也越来越得到加强，科学的进步部分地依赖于技术的进步，而技术的进步也越来越依赖于科学的进步，它们之间相互转化的时间跨度也日益缩减。“科学与技术相互作用的本质：一方面是技术对于实验的不可或缺的贡献，尤其是在那些探索工作超出了人类的尺度和人类信息手段的领域；另一方面是，科学的知识与方法结合于技术实践中，从而使之达到越来越高的合理地控制自身操作的水平。”⁽⁵⁾

但是，让·拉特利尔同时也强调这种相互作用并不能抹杀科学与技术的区别。他认为二者的区别在于，“科学力图构造解释和预言系统”，而技术的根本问题却在于“干涉事件的进程，或者是预防某种状态的发生，或者是造成某种不能自发出现的状态”。也就是说，“科学的目的在于推进知识的进展，而技术的目的则是改造特定的实在”⁽⁶⁾。可他最终认为科学与技术组成了一个自组织系统，一个超级结构：“这个超级结构在这种意义上是自组织的，即它自己构成自身，并在自身功能的基础上分化，它以自身的内在源泉来利用它与外部系统的相互作用，利用它自身内在的不平衡。在这种意义上它又是自我取向的，它决定自己的演化方向。”⁽⁷⁾我们可以看出，这种自组织的超级结构自我构成、自我演化，本身已经是一个整体，在这个整体中再在科学与技术之间作出区分似乎就是多余的了。从它们构成自组织系统的角度来看，我们可以认为二者已经融为一体了。

大科学时代，科学的组织化程度极高。特别是在二战之后，科学的研究被置于国家或企业的控制之下，无论是课题的选择、研究过程，还是评估、转化与运用过程，都不以科学研究的主体——科学家的意志为转移。科学已经不仅仅是静态的知识体系，而且与社会，尤其是与政治和经济问题紧密相连、相互作用，所以它更重要的是作为一种社会建制而存在并发挥作用。普赖斯指出，“任何认为从小科学过渡到大科学的过程纯属其规模的改变是一种天真的思想”⁽⁸⁾。普赖斯继而分析了科学家的作用，复活了一个17世纪的术语“无形学院”来说明科学家之间的网络关系在科学中的重要性。最后又分析了现代科学对政治、资财、国家地位以及未来发展的影响。可见，“大科学”较之“小科学”，不仅仅是规模上的扩大，更实质的变化是科学作为一种社会活动、社会建制的性质越来越明显地突出出来了。

西方近代科学的发展及其产生的巨大作用，使科学在一定意义上代替了传统宗教的地位成为一种“新的宗教”，而作为其“教义”的科学主义思潮也随即诞生，并且日益占据绝对统治地位。科学虽然赶走了基督教的上帝，却代之以对科学理性和工具理性的信仰。基本上在整个20世纪，可以说自然科学在人类知识领域占据着不可动摇的中心位置，人文科学或者被排挤到非常狭小的角落，或者被自然科学所改造着。因为这种科学主义思潮认为，似乎只有科学才能为人类提供意义和价值，只有科学才是人类知识的最高级、最成熟的形式，只有科学才能带来生产力的发展、经济效益的提高和物质生活水平的提高；科学技术不仅能够解决人与自然的矛盾，甚至能够解决人与人之间的矛盾，并将人类导向幸福之途。然而，随着现代科技成果的广泛应用，人们已逐渐感觉到“昌明”的现代科技已经无法令人盲目乐观，对科技成果应用后果及其社会风险的反思愈来愈为思想家们所关切。科学技术虽然在众多方面帮助了人类，但同时也使人陷入新的困境。

进入20世纪以后，科学技术的应用渗透到一切领域之中，它所引起的种种后果向世人表明：“科学所反映的客观规律的价值中立性是一回事，科学的应用及其后果是另外一回事；无论是单纯追求功利目的的科学研究与应用，还是只强调学术价值而不顾社会后果的纯科学研究，都将使人类为此而付出沉重的代价。”⁽⁹⁾因此，我们必须结合当代社会实践的新特点，用新的现实主义的科学观来看待科学及其社会作用。总的来说，近代以来的科技文化具有如下特点。

第一，它不是由对自然的直观思辨认识和运用原始技术直接加工自然物获得的零星人工制品等所构成的简单文化因素，而是由器物层次、制度层次、行为层次和价值观层次所构成的完整的社会亚文化系统。⁽¹⁰⁾科学文化不是统一的、整体的东西，事实上是多个不同的甚至异质要素的集合体。科技文化的器物层次指科学技术的物化成品及其所导致的人类生产方式和生活方式的变迁；科技文化的制度层次指科技活动自身的社会建制及其对社会职业和社会组织形式的影响；科技文化的行为规范层次指公有性即去私利性、社会向善论等科学活动的道德目标和伦理准则；而科技文化的价值观层次则是指科学活动中形成的诸如一定程度的积极合理性（rationality）、普遍主义（universalism）、合理的怀疑性、面向现实自然界和世俗社会的功利主义（utilitarianism）、尊重个性价值和隐私权等价值取向。这些层次的结合与互动，形成科技文化的统一而有机的整体。

第二，由于科学技术活动的对象、方法、评价标准、价值观念和行为规范的一致性及其高度理性化，使科技文化突破了民族、国家、宗教、地区和文化传统的束缚，成为全人类共同创造、共同接受、共同享用、共同发展的具有普适性的文化。正是科技文化的这种国际性或全球性使之作为中介，起到沟通不同民族和地区传统文化的作用。

第三，成熟的科技文化在人类文化中所处的位置已不再是十分薄弱或可有可无的。科技活动作为人类高度自觉的认识与改造自然的活动，已广泛地渗透到经济、社会、政治、外交、军事、教育、艺术等领域中，成为人类其他社会活动日益重要的基础，并在一定程度上决定着人类文化诸领域发展进化的方向。这就是科技文化的基础性所在。

第四，科学从来都宣告自身在认识论与方法论上的不完备性。正如恩格斯所说，自然科学本身就是彻底革命的。无论作为思维创造物的科学概念、定律和理论，还是作为科学物化成果的技术人造物乃至技术体系，都不具有永恒、绝对的意义。在科技文化中，作为价值观层次的“科学性观念”，以及作为行为规范层次的“有条理的怀疑性”都决定了在科学技术发展中，没有绝对权威和偶像，不存在千古不变的教条，也不应有探索的边界或禁区；必须用批判态度对待一切既成的科技成果，不断地根据社会主体的需要和客观世界的尺度去改变其已有的结构和规范，使科技文化成为不断创新的开放体系。我们称这个特点为科技文化的创新性或革命性。

总之，当代科学、技术、经济与社会的高度协同化，促使各种学科的相互渗透、综合和汇流，以及科学的系统规划和系统管理。大科学不仅以巨大的力量影响着自然、改变着社会、决定着技术，而且强有力地冲击着人类传统的科学观念，深化了整体观。大科学的出现促进了文化的现代化，在大科学时代，一个民族、一个国家、一个地区的科学发展和经济起飞，已离不开政治、文化、心理等非经济因素的影响。大科学文化的形成，进一步强化了科学的社会功能，科学除了向人们提供有关主体和客体的知识外，还对人们的价值观念、社会心理、交往方式、行为模式和各种文化活动等发生深刻影响。科学与文化的系统综合，使科学不仅具有认识价值和实践价值，同时也具有文化价值。科技文化与人文文化也许是有所不同的，但就其作为人类统一的文化创造的目标、过程和产品而言，它们又是内在相通的。目前人类已经进入了高科技时代。要防止、克服或削弱高科技可能带来的非人化后果，有必要大力发展人文文化，强化高科技时代的人文精神。另一方面，当代人文精神也离不开科学精神，只有自觉地把科学精神内蕴于宏大的人文精神，人文精神才更富于清晰性、准确性，才能更好地指导人类实践。在科学层面上，要在自然―人―社会相统一的基础上，发展和发挥自然科学、人文科学和社会科学的内在相通性，建立一种真正的大科学观，而这种大科学观中又蕴含了人文科学和社会科学的内在气质和广博内容，从而具有更加广阔的科学视野。⁽¹¹⁾