内涵与本质

内涵与本质_自然科学概论

第一节　科学的概念、内涵与本质

一、科学的内涵

科学一词，可以追溯到古拉丁语Scientia，其最初含义是“知识”和“学问”。在英语中，“science”是“naturalscience”(自然科学)的简称。在古代中国，《礼记·大学》中有“格物致知”的说法，意谓穷究事物的原理而获得知识。清代末年，人们把声、光、电、化等自然科学统称之为“格致学”。19世纪下半叶，日本明治时代启蒙思想家福泽瑜吉首次把Science译为“科学”(意为分门别类加以研究的学问)。1893年，康有为将“科学”一词引进中国。严复在翻译《天演论》等科学著作时，也用“科学”二字。此后，“科学”二字便在中国广泛运用。

人们给科学下的定义很多，但它具有以下三个方面的内涵却为世人一致公认。

(一)科学是以范畴、定理、定律形式反映现实世界多种现象的本质和运动规律的知识体系

科学是人们通过生产实践、社会实践和科学实验而得到的关于自然、社会和思维的知识体系。零散的经验知识不能构成科学，科学是搜集事实、发现新事实并从中得出关于事物的本质和普遍规律的理论知识。科学不是某种事实和规律的知识单元，而是由这些知识单元组成的体系。

(二)科学不仅是知识体系，还是产生知识体系的认识活动

人们对客观世界的认识是一个由不知到知、由知之甚少到知之较多的动态过程，因此知识体系不是一成不变的。科学就是一个不断发现未知事实和未知规律，并使之逐渐演进的过程，在这个过程中，科学思想、科学方法、科学态度和科学实践紧密结合。

(三)科学又是一种“社会建制”，即一项作为现代社会组成部分的社会化事业

一方面科学在社会物质文明、精神文明、政治文明和生态文明建设中的功能日益显著，地位日益重要;另一方面，科学也由单个人的工作变化到集体研究再发展为一项国家事业，不仅科学家，而且政府、企业都直接参与科学事业，尤其是当今科学的发展已经扩大为全世界共同携手来完成的一项伟大事业。

科学概念有广义和狭义之分。广义的科学包括自然科学、人文科学、社会科学和思维科学。在特定的场合或狭义的科学仅指纯粹的自然科学，且不包括技术在内，本书中所讲的科学指自然科学。

二、科学的分类

古希腊亚里士多德提出以人的心理活动作为分类的原则，把科学分为:

·研究人类纯认识活动的学问——理论的科学(数学、自然科学)

·研究人类行为的学问——实践的科学(伦理学、政治学、经济学、战略学)

·研究人类制作活动的学问——创造的科学(如诗学)

近代英国哲学家弗培根以人类理性为分类原则，把科学分为三类:

·记忆的科学(历史等)

·想象的科学(诗歌，艺术)

·判断的科学(人的哲学、自然的哲学、上帝的哲学)

法国哲学家圣西门提出以研究对象作为分类原则，把自然现象分为天文现象、物理现象、化学现象和生理现象;相应地，把科学分为天文学、物理学、化学和生理学。

现代自然科学已形成了内容多样、门类齐全、结构完整的庞大体系，科学的分类也更加艰巨，目前仍处于争鸣之中，但其中一种比较有见地的意见，是从各门科学的研究对象、目的和功能出发，把整个自然科学分为基础科学、技术科学、工程科学三类。

基础科学是研究自然界物质的结构、基本运动形态和运动规律的科学，包括物理学、化学、生物学、天文学、地学及其分支、交叉学科。基础科学是现代自然科学的基石。

技术科学是研究各个专业技术基础原理的科学，研究技术进程中带有普遍性的问题。如应用数学、计算机科学、材料科学、能源科学、信息科学、空间科学、环境科学、热工学、电工学、病理学等，它区别于最基础的理论原理以及有确定对象的专业知识，是基础科学与工程技术的中介。

工程科学则更贴切于特定对象的利用、加工和控制，属具体应用性知识。如农业工程学、矿山工程学、水利工程学、桥梁建筑学、内燃机学、电机制造学、炼钢工艺学、脑外科学等。工程科学仍然是科学，但它与技术应用、与生产和工程实践有较直接的联系。

三、科学的特征

(一)客观性和实证性

科学是人对自然的认识，最初是用概念来描述自然现象的发现，继而进行说明和解释，以至预见新的自然现象，最后形成某种概念的体系，这标志一门科学学科的形成。

科学是对自然事物、自然过程和自然规律的客观的反映，必然要以实验事实为基础，必须要有实证性的材料和数据。

实证性是科学的一个基本的和显著的标志。人们对自然界的认识是不是真知，是不是反映客观真理，必须经过科学实验的检验。一切科学都必须来之于实践，都必须接受理性的无情审查，都必须接受实践的严格检验。

(二)理性和逻辑性

自然科学中陈述的科学事实，不是或不完全是直接的感性表象，而是在理性指导下，经过一定的理性概括，并表现为理性形式的经验知识，如概念、判断的形式等。

感性认识要上升为科学，必须上升到逻辑的和理性的认识，包括以定律、定理来表达、反映客观过程的必然性的程序性知识，以及揭示对象本质和原因、表现为假说和学说的解释性知识，才能构成自然科学的知识单元。只有达到对客观事物的客观规律性和本质有系统的认识，不仅能确立对象和进程是什么，而且能解释其为什么，才能全面达到科学的要求。

科学理论的一个重大特点就是它具有逻辑性，是一个由概念、定律、定理、学说和教学推理等构成的有条理的完备的知识体系。

(三)探索性和创造性

科学是认识客观世界的动态过程。科学活动最典型的形式是基础科学研究。现代的科学活动，可以根据社会需要、已有知识的指导、前人的经验和学科的预测而设定目标，安排计划。但科学活动面对的是未知的或是知之较少的世界，它又难以完全按预定的目的计划进行，因而有其不确定性和强烈的探索性。因此，科学活动的一个突出特点是其探索性强，如果一切都在意料之中，那也就不必进行科学研究了。

正因为人们在科学工作中不能完全确定他的结果，才可能迸发出人意料的创新，这就为思维灵感和创造性的发挥提供了广阔天地。创造是科学活动的生命，不断探索未知和创造新的知识是科学的根本任务和一大特征。如果在科学活动中总是发现别人已经发现的事物，重复已经提出的见解;如果科学总是停留在已有的知识上，那么他的生命就结束了。

科学的创造性体现在相互联系的两个方面，一是不断揭示自然事物的新属性和新的自然过程，提出新的观点和原理;二是运用新知识，去创造物质文明的新成果。科学的探索和创造是永远不会终止的，因为科学知识是不断发展、进步和完善的。

(四)通用性和共享性

自然科学是人们认识自然的成果，它直接反映人与自然界的关系，取决于生产力发展的水平和性质。社会经济的变更，社会制度的交替和统治集团的改变，不会导致自然科学内容的改变或丧失，只会影响科学活动和科学事业的兴衰。因而，自然科学知识具有通用性，即不存在特殊利益的根源，不存在与特定国家民族或集团的特殊利益的相关自然科学，如无产阶级的物理学或资产阶级的物理学。

自然科学本身没有阶级性，因此，自然科学知识也具有共享性，所有的人都可以利用。

但是从另一方面来看，科学虽然无国界，然而进行科学活动的是科学家，他们是社会的人，在阶级社会里是从属于一定阶级的，科学家是有祖国的，他们总是要为自己国家的科学事业作贡献，总是要为一定的利益集团服务，并受到统治阶级的支配和制约，因此，在研究、掌握和利用自然科学知识方面又有一定的局限性。

(五)一般生产力和直接生产力

与其他知识不同，科学知识可以应用于社会生产，不断提高物质生产力水平。在未与物质生产结合之前，科学表现为物质生产的潜在生产力，即以知识形态存在的一般生产力。一旦应用于物质生产，便转化为直接的生产力，而其中间环节即科学的技术化。

(六)个体性

即以个体的方式阅读文献资料，进行观察、分析、计算、独立思考，提出自己的看法、建议、方案等。

在十九世纪以前，科学劳动的个体性十分明显，那时科学的发现基本上是个别学者独立钻研的产物。

十九世纪中叶以后，尤其是到了现代，科学研究往往需要许多学科的大量人员参与，于是直接协作的共同劳动成为现代精神生产的条件之一。如人类基因组研究，需要世界多个国家的科学家共同参与。尽管如此，现代大规模的生产劳动在某些活动方式上仍然难免带有个体性的特点。在科学劳动的集体协作中，虽然分工承担各自任务的人的活动要服从整体的目标和需要，但以个体的方式独立地研究所承担的某些课题，仍然是必要的。另外，新的科学规律和新技术往往是由少数人首先发现或发明的，而后才为多数人所承认或利用，因而往往写上个人的名字，如以科学发现者来命名定律、定理或学说、理论等。

四、科学的特点

(一)科学研究的纵深化

从深度看，已进入到10^－15米的基本粒子内部结构的精微研究;从广度看，已探测到距地球140亿光年的宇宙空间;从能量尺度看，从1电子伏特到几十亿电子伏特，在弱电统一方面已取得重大突破，正在深入讨论四种力场统一性机理，以建立超对称大统一模型;从物质结构层次上看，研究的对象从微观的夸克、基本粒子、核子、原子、分子、生物大分子、细胞，到宏观的生物个体、生物圈、地球，再至宇观的太阳系、星系、星系团、总星系等。从对生命现象研究看，现代生物学已从量子、生物大分子、细胞器、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统一直到生物圈等层次全面展开。在生物大分子层次，21世纪初已弄清人类DNA中全部30亿个碱基对的排序(其中有中国科学家参与工作)，以期了解控制生命过程的全部信息;科学研究的深化还表现在对极限条件的研究，发现了超流、超导状态下物质的新结构、新性能。

(二)科学知识的整体化

边缘科学(如物理化学、电声学、生理光学等)和交叉学科(如无线电气象学、雷达天文学、遥感地质学等)的大量涌现，消除了传统学科之间的界限，使整个科学联为一体;综合科学(如环境科技、安全科技及管理科学等)的创立和发展，体现了科学整体化的又一方向。它与边缘科学不同之处在于，它是对某一客体采用所有可能的各门知识进行研究的产物，而边缘科学则是以某种新原理或新方法研究某类物质对象;综合科学往往是一个科学群。数学向自然科学和社会科学的渗透是科学发展又一大特征，即科学“数学化”。尤其是以电子计算机为数学手段，综合运用文、理、数及哲学等的理论和方法，对由科技发展带来的复杂社会问题进行跨学科、跨领域、定性和定量相结合的研究，为各级各类组织的领导、管理和决策的科学化、民主化服务，实现整体优化效应的一类软科学的产生和发展，是现代科学整体化的又一个重要标志。

(三)科学技术的一体化

现代科学与现代技术相互渗透，相互依存，紧密结合，出现了科学技术化和技术科学化的明显特征。1951年在美国斯坦福诞生高科技园区——“硅谷”，1957年前苏联创立新西伯利亚“科学城”，1970年日本建立“筑波”科学城，1980年中国建立北京中关村高科技工业园区……上述“科技工业园区”的不断涌现，都是以名牌大学或科研机构为依托，吸纳教授、学者和研究人员兴办高新技术产业，将自己的科研成果直接变成产品去占领市场。这说明在高技术领域，科学与技术已经融为一体了，形成了所谓“高科技”。

(四)科学活动的社会化、国际化

现代科学活动是一个包括知识的生产、流通和服务等项活动的社会系统。为了保证各类科学活动的顺利开展，各个国家都建立不同层次、不同水平、不同规模的研究开发机构、成果转化机构、科学教育机构和社会服务机构等。许多国家专设管理机构(如国家科学技术委员会、国家科技发展部)，对科学活动的目标、方向、规模、效果进行选择与评估。政府还利用经济杠杆进行引导和鼓励。与此同时，整个社会尊重科学、崇尚科学精神、按科学办事的意识、观念越来越普及，科学价值观、科学发展观已成为人们价值取向的重要组成部分。

现代科学的发展，既存在国与国之间的激烈竞争，又有着日益广泛的合作与交流，处于竞争与合作共存的局面。如欧共体确立了实行广泛的“共同研究”原则，组成了由21个国家参加的“欧洲科学基金会”，建立了欧洲原子核研究中心、中期气象预报中心、肿瘤研究中心及分子生物实验室和欧洲航天局等跨国机构。美国、中国、日本、西欧等国家在“人类新领域研究计划”及“人类遗传基因碱基对排序”等许多领域进行合作研究，其形式多样，规模不等。这些都表明，现代科学活动已经成为一项国际性活动。

五、科学发展的规律

(一)带头学科更替规律

所谓带头学科，就是在科学发展的一定时期内走在前头，为其他学科提供新思想、新方法，带动其他学科前进，并为它们以后的发展开辟道路的这样一个或一组学科。

力学就是作为单一学科的第一个先导。由于人们对力学现象和机械运动的首先认识，当近代自然科学作为独立学科刚一出现，力学就首先发展起来，成为第一个带头学科。力学单独领先时间大约200年，到19世纪初完成带头使命。

此时由于计量化学的产生，加之细胞、能量守恒定律及生物进化论的三大发现，使自然科学摆脱了原先的“机械”性。于是生物学、物理学和化学成为自然科学的第二个(组)带头学科，到19世纪末20世纪初，这一学科带头大约100年。

接下来，由于X射线、放射性、电子和镭的发现，使关于物质及其结构的观点、不可分粒子的观点发生了根本改变。随后量子理论、相对论、波尔原子量子模型的建立，都具有明显的物理学性质。于是微观物理学成了自然科学单一的第三个带头学科。微观物理学大大开阔了人们的眼界，对其他学科的迅速发展以及新的理论的建立都产生了深刻影响。

电子显微镜和“示踪原子”两种物理方法的出现，使生物学研究由细胞水平向分子水平过渡成为可能;研究原子的结构，更好地掌握和应用原子能——核物理学应运而生;在解决实际利用“原子能”的任务时，需要建立高速计算装置——计算机技术随之产生，由此而出现了控制论。到20世纪40年代末，所有这些都成了被称之为科学技术革命的事件。而这又预示了新一轮带头学科更替的时机的成熟。于是，微观物理学在领先大约50年之后便让位于控制论、能源学(核物理学)和航天科学的第四个(组)带头学科。

现在学术界一致认为，自然科学不久的第五个带头学科应当是生物学(分子生物学)。

(二)科学发展加速规律

20世纪40年代，美国人费里蒙特赖特，对美国主要大学图书馆的藏书进行统计，发现藏书量平均每16年翻一番，据此说明科学发展是按指数增长的。

而后，美国人德里克·普赖斯将这一发现推广到科学知识的整个领域，并进一步指出，科学刊物、科学论文、科研人员等皆按指数增长的，即所谓科学发展的加速度规律。他在《巴比伦以来的科学》一书中，描述了从1665年最早出版的《伦敦皇家学会哲学学报》算起，杂志数量不断增加，1750年增加到10种左右，1800年增加到100种左右，1850年增加到1000种左右，1900年增加到1万种左右，20世纪60年代达到10万种;科研人员在1800年未超过1千名，1850年达1万名，1900年为10万名，1950年为100万名。普赖斯根据他的定量研究，得出科学发展按指数增长的规律，并导出该规律的指数方程:y= be^kt。式中b表示某一科学发展阶段开始时的科学知识量，t表示以年为单位的时间间隔，y表示现有科学知识总量(如图书资料数、科研人数等)，e=2.718，k是与一个国家作用于科学的各种因素(国别、生产力水平及其他相关条件)有关的常量。依据该式计算，科学知识和科研人员15年增长1倍，50年增长10倍，100年增长100倍，150年增长1000倍……。

普赖斯的指数增长规律，对已发生的科学发展过程，能解释清楚，但是若用来预测未来，将令人吃惊!到21世纪以后，科学经费将吞没任何一个国家的国民生产总值，全部科学家的人数将超过地球上居民的总数，这是不可想象的。这既不符合社会发展规律，也不符合科学发展规律。这些都充分反映了这种理论的局限性和不完备性。

因此，寻求新的方法来揭示现代科学发展加速规律，是我们面临的新课题。

(三)科学中心转移规律

从科学发展的历史进程看，国家之间、地区之间，其发展是不平衡的。若取一个历史的横截面，就会发现在一定时期内有一个世界科学活动中心。随着科学活动中心的转移，在资本主义世界就产生了经济发展此消彼长、波浪起伏的历史。

近代科学活动中心的转移，首先是从文艺复兴运动推动下的意大利转移到英国，又从英国转移到法国，再从法国转移到德国，后来从德国转移到美国。按年代统计如下:①意大利:1540年～1620年;②英国:1650年～1730年;③法国:1770年～1840年;④德国:1810年～1920年;⑤美国:1920年～今。

科学中心转移周期约为80年。这种变化规律是日本汤浅光朝1962年首先揭示的，称为汤浅现象。他认为，每10年一统计，占世界科学成果总数25%以上的国家即可谓之“科学活动中心”，其持续时间可称为该国的“科学兴隆周期”。任何国家的兴隆周期不可能长久持续下去，用他的原话:“如像少女的青春和玫瑰花一样，瞬间即逝”。

他对美国科学活动中心转移问题做了研究、预测，认为，依据“转移周期约为80年”的规律，到2000年前后，世界科学中心将从美国转移到其他国家。今后世界科学活动中心将向哪里转移，是哪一个国家或那一个地区，让我们拭目以待。一般而言，一个国家要成为科学活动中心，应该具备以下五个基本条件:

·高质量、年轻有为的科研队伍

·具有一流水平的实验技术设备

·拥有最高效率的图书情报系统

·建立科学劳动的最佳体制结构

·提高全体民族的科学文化水平