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严家祺
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《普遍进化论》连载之 10 科学和“比较意识形态”

《普遍进化论》连载之 10

第九章 科学进化和意识形态形成


   

§9•1 科学进化中的两种机制


    宗教是一种相对凝固的思想。一般來說,宗教经典是不容修正的。科学正好相反,任何科学的著作,其中的论点,都必须接受事实的检验,或者肯定它的存在,或者进行修正。科学知识是积累的。科学家的著作不同于宗教经典,不同于文学、诗歌、小说和哲学著作。除了科学史专家外,人们无须从科学家的原著中了解科学,而要从科学最新发展中了解科学、掌握科学的最新知识。

    科学与生物一样,也有进化。生物进化中有两种机制,一是遗传机制,生物通过基因保存遗传下來的性状,保存以往进化的成果;第二种机制是生物通过基因突变而获得新的进化的机制。科学中也存在两种机制,一是已有科学成果的保存机制,二是对已有科学成果的修正机制。
    公元2世纪,托勒密(Ptolemy)提出“地球中心說”,他在《天文学大成》这一巨著
   
   
   (图9•1•1)托勒密和“地球中心說”
   
   
   中,他把地球看作宇宙的中心。托勒密用一些“均轮”和“本轮”的假想圆周和匀速圆周运动來解释天体运动。按照托勒密的学说,太阳沿着一个“本轮”的圆周运行,而“本轮”的中心又均匀地沿着一个“均轮”运行,周期为一年。太阳的“均轮”中心与地心重合,而月球和行星的“均轮”中心则不在地心(图8•2•1)。托勒密的模型能够解释并预测一些天体运动,但随着人们对天体观测愈來愈精密,托勒密体系又要引进“本轮平面”在太阳运行的黃道面(注)上下震动的假說。托勒密的“地球中心
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   (注)黃道面是太阳在恒星间的周年视轨迹所在的平面。
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   說”在天文学中占统治地位达1300年之久。到16世纪,波兰天文学家尼古拉•哥白尼(Nicholas Copernicus,1473—1543年)提出了“太阳中心說”。
   “地球中心說”是罗马天主教会教义的一部分。对宗教來說,教义是不可动摇的。布鲁诺(Giordano Bruno,1548—1600)由于坚持“太阳中心說”,被教会烧死。伽利略(Galileo Galilei,1564—1642年)也认为地球绕太阳运动受到教会审判,1633年,他被迫放弃自己的观点,随后被软禁在自己的农庄。
   
   
   (图9•1•2)伽里略(1564---1642年)
   
   
   
   宗教教义不能随人类新发现改变,而科学理论的最大特点就是随着新发现而不断修正。丹麦天文学家开普勒(Johannes Kepler,1571—1630年)通过天文观察,修正了地球以圆形轨道绕日运行的理论,提出了行星运动三大定律。其中第一定律是,所有行星都在椭圆轨道上围绕太阳旋转,太阳位于椭圆的一个焦点。在牛顿(Sir Isaac Newton,1642---1727年)以前的伽里略认为,地球上的重力不同于天体上的力。这种观念根深蒂固,从上古时期到伽里略时代,科学家和哲学家都深信“地球上的世界”与地球外的“星际世界”是两个不同的世界,它们遵循不同的准则或规律。牛顿的伟大在于,他认为“使苹果落地的力”与“使地球绕太阳运动的力”是同一种力。牛顿用数学的方法把伽里略的自由落体运动定律与开普勒的行星运动定律统一了起来,得出了万有引力定律。
   牛顿对科学的态度是,提出假说,而假说只有被实验和观察所证实,才能成为科学理论。牛顿发现万有引力定律,使伽里略和开普勒发现的定律成了万有引力定律的特例。万有引力定律还可以用來解释潮汐的形成、彗星轨道等一系列问题。
   从哥白尼、伽里略、开普勒到牛顿,科学发展表现了“保存”与“修正”两种机制。在20世纪初,爱因斯坦(Albert Einstein,1879----1955年)提出相对论时,同样表现了“保存”与“修正”两种机制。爱因斯坦的相对论是物体接近光速运动情
   
   
   
   (图9•1•3)爱因斯坦(1879—1955年)
   况下的理论。当物体以远低于光速的速度运动时,爱因斯坦的相对论就成了牛顿的理论。
    在生物学、心理学、经济学、社会学、政治学中,同样存在着“保存”与“修正”两种机制。在这两种机制的作用下,科学作为一种“规范化”的观念,表现了“观念进化”现象。“观念规范化”起因于一种人们意识到或没有意识到的“目的”。为了追求对“天上的世界”和“地上的世界”物体运动的统一理解,产生了牛顿力学和爱因斯坦的相对论。为了理解植物、动物、人等各种生物的相互关系,产生了生物分类学和达尔文的进化论。人们无法直接观察人的内心世界,为了看透人的心理,作为一种“规范化”的观念,心理学就萌发出来并形成一门完整的学科。为了了解“人类才能充分发展的条件”,产生了马斯洛的动机理论。为了减轻人的感情的痛苦,这一目标导致了弗洛伊德心理分析学的产生。可以說,人类对每一个“理解世界”的具体目标的不懈追求,都导致一门或若干门科学分支的产生。这些“分支”形成“科学树”的树枝。如同“生物演化”一样,“科学演化”也有“树形结构”。一个演化系统,只要存在着“保存”与“修正” 两种机制,都会形成“树形结构”。
   
   
   
   (图9•1•4)弗洛伊德(1856---1939年)
   
   科学和宗教在思想世界中是两种不同的演化体系。宗教进化是“间断性进化”。 宗教在解释世界时,不划分领域。每一种宗教都企图解释一切。不同的解释使宗教的不同教派分开并互相竞争。科学的进化主要是“连续性进化”,有时也出现“间断性进化”。科学愈发展,划分的领域愈多。许多跨领域的问题,如信息、系统、控制、整体、演化等问题,遵循科学的方法去研究,也形成一个又一个领域。“科学树”的分枝是不断伸展的。科学理论没有永恒,随着人对世界认识的深入而不断发展。科学中不同学派的争论,不会造成宗教教派那样的冲突,被事实证伪的学说或观点总是自然淘汰。在科学史上,托勒密的“地球中心說”、燃素說就是自然淘汰的例子。
    从整个人类來說,科学可以看作是全人类的“永久记忆”。文学、音乐、诗歌、戏剧的创作极大多数是人类的“短记忆”。只有属于全人类的大作家,如荷马、但丁、莎士比亚、曹雪芹、托尔斯泰的作品才能进入全人类的“长记忆”。至于科学家的个人科学著作,在经过几十年的短暂时间后,除了科学史专家外,不再有人问津,这些著作只是人类生活中的短暂记忆。
   
   
   
   

§9•2 科学家对“简单性”的信仰


    16世纪的德国天文学家开普勒不仅相信哥白尼的“太阳中心說”,而且相信宇宙中存在内在的和谐。他发现,连接任何行星到太阳的向径在等时內扫过等面积。他在《宇宙和谐论》一书中指出,行星公转周期的平方与行星到太阳的平均距离的立方成比例。在开普勒以后的半个多世纪,英国物理学家牛顿发现所有物体都遵循一个比开普勒定律更简单的万有引力定律,即物体间引力大小与其质量成正比,而与距离的平方成反比。
    门捷列夫元素周期律的发现,也使科学家相信,自然界内部存在着一种简单性或质樸性。
    英国物理学家法拉第(Michael Faraday,1791—1867年)发现了电磁感应现象。麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831—1879年)竟能用一个方程组(由四个方程组成)完整地描述了电场、磁场如何按空间、时间变化。这些方程在数学上是那么简洁,却能准确地概括库仑、法拉第、安培等物理学家有关电学和磁学的全部发现,而且预言了电磁波的存在。麦克斯韦根据他的方程组可以知道,在一个电场随时间变化的空间区域,必定会在临近的空间区域內产生磁场,而这个磁场也随时间变化,它又产生电场,电磁场就以波的形式传播出去。用麦克斯韦方程组还可以精确地算出电磁波的速度。令人惊奇的是,按麦克斯韦方程组算出的电磁波速度与测量得到的光速相同。麦克斯韦由此推断,光是电磁波的一种表现形式。
   
   
   
   
   
   (图9•2•1)麦克斯韦(1831—1879年)
   
   麦克斯韦方程组计算出来的电磁波速度与观察者的运动速度无关。实验也表明,光速与光源运动速度无关。而正是这一点,成了爱因斯坦建立狭义相对论的出发点。
   
   

§9•3 自然这本大书是用数学语言写成的


   伽里略曾经說过,自然这本大书是用数学语言写成的。(注1)在20世纪,当科学家探索原子和亚原子结构时,发现原子和亚原子世界的现象同样服从某些数学上简单的或质樸的规律性。英国物理学家保罗•戴维斯(Paul Ddvies,生于1946
   
   (图9•3•1)保罗•戴维斯和他的著作
   
   年)在《上帝和新物理学》一书中說:“科学之所以能成为科学,只是因为我们生活于其中的宇宙是一个井然有序的宇宙,这个宇宙符合简单的数学定律。”“对亚核粒子进行研究的全部基础就是一种坚定的信仰:简单性存在于一切自然的复杂性之中。”(注2)爱因斯坦說:“一切科学工作都基于一种信仰,即存在着一个有完全和谐结构的世界。今天,我们比以往任何时候都更没有理由人云亦云地放弃这一美妙的信仰。象引力场这样复杂的方程式,只有通过发现一个具有逻辑简单性的数学条件才能找到。”(注3)
   
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   (注1)转引自欧阳莹之:《复杂系统理论基础》,田宝国、周亚、樊瑛译,第7页,上海科技教育出版社,2002年。
   (注2)保罗•戴维斯:《上帝和新物理学》,徐培译,第157页、第165页,湖南科学技术出版社,长沙,1996年。
   (注3)转引自保罗•戴维斯:《上帝和新物理学》,徐培译,第241页,湖南科学技术出版社,长沙,1996年。
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    科学发展已用大量事实表明,科学家从事探索时,他并非没有信仰或信念,他相信科学规律独立于人的意志而存在,而且,这些规律表现了简单性或质樸性,可以用数学语言表达出来。科学家与宗教信徒的差别并非是否有信仰,而在于宗教信徒认为宗教教义是永远不能改变的或不可修正的,而科学家不认为有什么完美无缺、不可改进的理论,科学进化的动力正是旧的科学理论不能解释新发现的事实。

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