吴国盛：五千年的历程
科学 ● 历史 ● 文化 ● 人类
▲ “文艺复兴后三杰” 拉斐尔的《雅典学院》
原作位于意大利梵蒂冈博物馆拉斐尔展览室的署名之厅
导读
历经五千年的发展，20世纪科学处在转折点上的另一个标志是，核威胁、环境危机、生态危机、能源危机以及文化危机等全球性问题的出现，导致人们重新反思近代形成的人与自然的关系，反思近代科学的哲学基础。
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引自《科学的历程》绪论
人类有文字记载的历史已有五千年。五千年的文明史画卷里，战争与和平、王朝兴盛与危机最为引人注目，但构成其基本内容的却是物质生活条件的持续改善和人类精神生活的奇异历险。科学和技术在文明史上始终占有一个非常重要的位置。它仿佛像承载激流的河床，流水消逝了，河床留存下来；昔日的城堡、宫殿化为灰烬，昔日的赫赫战功随岁月而烟消云散，但是支撑着每一时代人类物质生活方式的技艺传承了下来，显示人类对自然界知识增进的科学理论传了下来。某种意义上，乔治·萨顿是对的。他说过，科学的历史虽然只是人类历史的一小部分，但却是本质的部分，是唯一能够解释人类社会的进步的那一部分。自然，他说的是西方人和西方的历史。
人因着自己的技术而成为人，人通过自己的技术而成就自己。考古学家发现了大量的史前人类使用的器具，每一样器具都表达了一种生活方式。过去人们比较重视进攻性的武器、切割和解析性的工具，史学史就被标志为旧石器、新石器、青铜、黑铁等时期。这种历史分期反映了我们工业时代的某种标准。事实上，史前器具远不止这些。除了矛、枪、弓箭、棒、飞镖、切割器、石锤这些男性化的武器和工具外，还有篮子、罐子、染缸、砖窑、水库、沟渠、房子这些女性化的容器。后一类用于保存的器具的重要性一向被忽视，但是采集和收藏毕竟是文明的第一块基石。也正是收藏和采集，使人类的语言和时间成为可能。我们的语言只是一种集体性的记忆方式，我们的时间使集体性的活动能够步调一致。
器具对于人类起源的意义不在于体质或物质上的，而是意味着“意义”本身的出现。完全可以设想，第一批器具不是作为工具，而是作为装饰品出现的。礼仪必须先行，社会秩序才能建立起来。为了建立社会秩序，才有动刀舞枪的必要。因此，在原始炉膛里炼出的第一批成品可能是指环而不是刀枪，是珠宝而不是器械；在原始人的天空中闪烁着的，是命运之神的眼睛，而不是农业生产的指南。技术，各式各样的技术，制造术、巫术、星占术、炼金术、雕刻术等等，首先是呈现了一个意义的世界。
科学，就其本质而言，是在技术所开辟的意义世界中突现的一种高级的文明形式。它从多种技术中吸取营养，但超越了它们。它的核心是，把理性作为自己基本的人文理想。理性从来就是一种人性的构造，而不只是人类与周围的生活环境相协调的一种手段和方式。知、情、意这三种人性指向中，理性扩展着知的方面，使之成为最基本的人性构成要素。因此，科学就其严格意义上，并不是一种普遍的人文现象，而更多是西方文明的特征；就其不严格的意义上，各种文明中都有科学的成分。在中国文化中，“晓之以理”和“动之以情”是并存的，虽然中国先民不好玄想，注重实务。
▲ 毕达哥拉斯创建的的毕达哥拉斯学派
发展成了一个兼科学、宗教和政治于一身的庞大组织。
数学、天文学和医学是一切伟大的文明都予以充分关乎的学科，这大概是因为，它们与人类的生存最息息相关。四大文明古国在这三门科学上都做出了开创性的贡献。埃及、巴比伦、印度和中国的成就各具特色。它们或服务于宗教的需要，或有强烈的实用倾向，均为后世开辟了不同的科学传统。巴比伦、印度的算术和占星算术通过阿拉伯人流传到近代，导致了近世代数的大发展，以与日益发达的商业社会的计算需要相适应；中国则独自发展出了技术型、经验型、实用型的科学技术体系，在中古时期孕育出了伟大的四大发明。这四大技术成就通过阿拉伯人传到欧洲之后，促进了近代欧洲社会和近代科学的形成。
科学成为一种独立的、占主导地位的精神范型，是从希腊开始的。希腊人最早对世界形成了一种不同于神话而又系统的理性看法，而且创造了一套数学语言来把握自然界的规律。希腊第一个哲学家泰勒斯提出万物源于水的命题，奠定了西方哲学追究本源的形上精神。泰勒斯学生的学生阿那克西米尼指出，万物由气所构成，不同的物质由气的浓密稀疏所致，这开辟了把握世界的实体构成主义传统。这一传统主张，唯有找到自然现象背后的实体，并且通过这一实体将自然现象重新组合构造出来，才算是认识了自然。古代希腊的原子论实际是第一个比较成熟的实体构成主义的模型：原子论者找到了原子作为基础，并将大千世界的多样性和复杂性还原为原子的不同排列组合。与构成主义传统相对照的是由毕达哥拉斯学派开辟的形式主义传统。在他们看来，理解世界的关键不在于找出构成实体，而在于找出构成方式。他们认为，数是万物构成的基本形式，因此，数有着至高无上的本体论地位。柏拉图学派后来进一步精致化了这些主张，从哲学的高度强化了形式的重要性。实体构成主义和形式主义这两大传统后来被近代科学所综合继承。
▲ 《雅典学院》中柏拉图与学生亚里士多德。
希腊科学真正的大发展不在希腊古典时期，而在希腊化时期。有三个杰出的人物代表了这一时期最高的科学成就，他们是欧几里得、阿基米德和托勒密。欧几里得因为《几何原本》，阿基米德因为杠杆原理和浮力原理，托勒密因为《至大论》而彪柄史册。他们是古代世界在几何学、力学和天文学上达到的三座高峰。
在公元元年左右的几个世纪，罗马人统治了西方世界。他们在政治、管理、法律和军事上有着杰出的成就，但在科学方面难以为人称道。虽然也出现过象普林尼这样百科全书式的博物学者，但罗马人总的来说没有对科学的发展做出过重大的贡献。希腊丰富的科学遗产被他们一点点地丢弃，直至文明的光辉完全熄灭，进入长达五百年的黑暗年代。
在欧洲黑暗年代（公元六世纪至十一世纪），自然科学确实处于沙漠状态，但是同一时期，阿拉伯人却建立了经济繁荣、文化发达的阿拉伯帝国。他们继承了希腊人的科学遗产，大量翻译了包括欧几里德《几何原本》和托勒密《至大论》在内的希腊科学著作。到了公元八世纪，阿拉伯人使希腊传统的西方科学进入了一个新的繁荣时期。在炼金术（作为化学的先驱）、代数、天文学、光学等方面，阿拉伯人都做出了自己独特的贡献。今天的许多科学术语都来自阿拉伯文，这正是因为近代科学继承了阿拉伯人的科学遗产。
阿拉伯科学的辉煌时期只持续到了12世纪，而中国的科学技术的发展却持续上升到了17世纪。从盛唐（公元７世纪）到明末（17世纪）一千多年的时间里，由于中国政治的相对稳定，其独特的科学技术体系得以逐步完善和发展。构成这一体系的农、医、天、算四大学科以及陶瓷、丝织和建筑三大技术，是古代中国人聪明智慧的结晶。造纸、印刷术、火药和指南针这四大发明，经阿拉伯人传入欧洲后，对近代科学的诞生起了重要的推动作用，是中国人对近代世界文明的卓越贡献。
11世纪之后，欧洲开始从漫漫长夜苏醒，十字军东征从阿拉伯人那里带回了中国的四大发明和希腊的学术；通过翻译希腊古典文献，欧洲学术得以复苏。大翻译运动在西班牙和意大利两个中心进行，因为它们离阿拉伯文化和希腊化文化区最接近。大翻译运动的结果是出现了经院哲学的新气象，为基督教教义辩护的神学与亚里士多德主义进行了成功的结合，产生了以理性论证为主导的托马斯·阿奎那的哲学，希腊理性精神遂通过经院哲学传到了近代；此外，还诞生了实验科学的先驱罗吉尔·培根。
▲ 英国牛津大学的罗吉尔·培根（Roger Bacon）
——实验科学的先驱
欧洲的第二次学术复兴也就是著名的文艺复兴。就科学史而言，这次的复兴在于更全面的恢复了希腊自然哲学的整体面貌，在于柏拉图主义重新支配了研究自然的学者们的思想，以对抗已占统治地位的托马斯－亚里士多德主义。这一时期航海罗盘、钟表、枪炮、印刷术等出现，以及美洲的发现，都为科学革命提供了合适的气氛和时代背景。人们即将从古代的知识范围里走出来，去探索无限的宇宙。
▲ 哥白尼与日心说
世界观的重大变革确实是从哥白尼革命开始的。希腊人以及中世纪的宇宙，是一个层层相套的有限的球体，地球则居宇宙的中心。近代思想的一个革命性的变化就在于从有限封闭的世界，走向一个无限的宇宙。这一思想主题反映在许多方面：在天文学方面，最终抛弃了天球的概念，而将天体撒向一望无垠的宇宙空间；在物理学方面，最终抛弃了亚里士多德目的论的天然运动概念，而提出了惯性运动概念，这种运动除非受到干扰，将延一条直线无限地运动下去；在视觉艺术的创作方面，定点透视代替全景透视，确立了欧几里德几何学在观察世界中作为先天形式的地位，人，随之被确立为观察世界的主体，世界成为观察者眼中的世界；在精神生活方面，对人类有限性的深刻意识以及从而对上帝的虔诚、恭敬，被无神论的狂妄、放肆以及对主体无限能力的崇拜所取代；在经济活动领域，对自然资源无限的开发和索取代替适度规模的小农经济。这一切，实际上都是“从封闭世界走向无限宇宙” 这一时代主题的表现。于是，我们就不难理解，为什么哥白尼革命对于近代世界这么重要，因为，这场宇宙论革命，既是天文学的也是人类学的，既带来了世界图景的改变，也导致了欧洲心灵的重建。
从哥白尼开始，近代物理科学的诞生仿佛一幕早已被编排好的巨剧，每一环节都天衣无缝。第谷、开普勒、伽利略、笛卡尔、牛顿，每一位人物都在为重铸新时代的思想范式而努力，虽然他们不是没有走过弯路：第谷不同意哥白尼体系，开普勒不同意无限宇宙观，伽利略不愿意放弃行星运动的正圆轨道。“科学革命”或“近代科学的起源”，确实是思想史家得心应手的处理对象，在这一历史过程中，概念的演变格外引人入胜。
近代物理科学的形成标志是所谓“世界图景的机械化” 、“机械论哲学的建立” ，这一主题也体现在近代生命科学的发展过程中。对生命世界的理解从来就有两种绝然不同的传统：一是古已有之的博物学传统，它通过搜集生物界的多样化品种以及通过分类来把握生命、建立生物科学的知识体系，亚里士多德、普林尼是这一传统的杰出代表。近代以来，与物理科学相伴随，成长出了另一种理解生命的新的范式，这就是实验生理学传统。它把生物体看成一台机器，认为通过了解其生理结构就可以解释其生命功能。与哥白尼的《天球运行论》同年出版的维萨留斯的《人体结构论》宣告了这一新传统的诞生，哈维的血液循环理论则是它产生的第一个重要成就。
17世纪末，古典科学的基本纲领已经建立，人们将在18世纪将之付诸进一步的实施。这个因为英国产业革命和法国大革命而闻名的新世纪，是一个技术革命与理性启蒙的世纪。在自然科学的大的理论框架方面，这个世纪并没有重大的突破。分析力学与天体力学可以看成是牛顿力学在新的数学工具下的精致化，而热学与电磁学尚处于积累实验材料阶段；进化论正在孕育之中；唯有拉瓦锡发动的化学革命是真正革命性的，但这往往被看成是前一个世纪“科学革命”的延迟。尽管如此，理论科学的成就通过转化为实用技术以及通过启蒙运动的大力宣传，正成为一种重要的社会力量而登上历史的舞台。
19世纪经常被誉为科学的世纪。一方面，古典科学的各个门类均相继成熟，形成了空前严密和可靠的自然知识体系：物理学上，电学、磁学与光学统一起来，热学则通过统计方法与牛顿力学相统一；原子论使化学真正走上了定量研究的发展道路，元素周期表则揭开了化学元素的奥秘；天文学走出了太阳系，把视野朝向无限的宇宙空间，研究宇宙的物质结构和成分；进化论在达尔文的手里瓜熟蒂落，对欧洲思想界产生了巨大的影响，成为博物学传统中最辉煌的成就；实验生理学传统则结出了它的硕果，细胞学说的建立、遗传学以及特别是微生物学的发展，使人类对生物本质的理解进入了一个新的阶段。
19世纪成为一个科学的世纪，更在于科学和技术已经开始深入人们的日常生活。自然科学的体制化和在大学教育中位置的突出，标志着它的社会角色已然被确认；运输工具、通讯技术、冶金技术、化学工业和电力工业，象征着人与自然关系完全进入了一个前所未闻的历史时期：人类正在高度的开发自然力，并创造着一切世代都不曾想象的物质文明。
20世纪在两个方面显示了近代科学正处在一个转折点上。首先，传统的科学范式不再无条件地有效，世纪初年出现的物理学革命，改变了人们的世界观和科学观，使思想界经受了一次震荡。这一次革命的余波未了，物理学内部又在亚微观层次发现了新的规律性，这种规律性一反传统的机械论，强调世界的系统性、有机性、对未来的开放性、时间不可逆性，因此，有所谓“从存在的科学走向演化的科学”之说。在生物学中，情况有所不同，本世纪最杰出的成就是分子生物学的出现，它将生物学的实验研究水平，推进到了分子层次，从而对生命的遗传现象有了富有成效的了解，但这一成就恰恰基于古典物理科学的还原论模式。在博物学方面，进化论在这个世纪也经历了几次洗礼，从其中成长出了与还原论传统相对抗的生物学家群体。
▲ 爱因斯坦推导出的质能方程
为核武器的发明提供了基础
20世纪科学处在转折点上的另一个标志是，核威胁、环境危机、生态危机、能源危机以及文化危机等全球性问题的出现，导致人们重新反思近代形成的人与自然的关系，反思近代科学的哲学基础。生态科学、生态哲学和生态意识开始成为人们密切关注的话题。思想界和科学界都在深思：全球性问题是否昭示了古典科技的某种界限？未来科学的方向是否仍然延着还原论的线性走向发展，继续要求越来越高的能量，越来越大的资源消耗，越来越不可逆转的环境破坏呢？
我们正处在新世纪的起点，也处在科学发展的转折点上，未来的科学指向何方，回顾科学的历史也许能使我们有所省悟。
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