科学与技术的相互作用模式

三、科学与技术的相互作用模式

科学与技术之间存在着紧密的相互作用。这种相互作用按其方式主要有下述三类。

1.“技术→科学”模式

这种模式始终存在于历史之中，特别是在18世纪中叶以前，科学与技术的关系，在总体上即表现为技术对科学的推动作用。几何学是从古代丈量土地的技术中生长起来的，古代的建筑技术为力学提供了生长的土壤。自近代以来，纺织、钟表制造、磨坊、染色、冶金、酿酒、眼镜工业等的发展，使力学、物理学、化学等近代科学也迅速地发展起来了。由于16世纪、17世纪意大利治理山洪的需要，流体力学应运而生。“托里拆利和盖吕克、波义耳和马略特，可能还包括胡克和帕平等人基本上独立作出的发现，都起源于当时科学家对于一个相对有限的力学领域的深切关注。这一兴趣焦点显然是与特定的技术需要相联系的，经济的发展使得这些技术需要成为紧迫的任务。”⁽²²⁾在这个时期中，技术的发展主要依赖于生产经验的总结，而不是科学的应用。相反，科学的发展对技术的依赖关系日益加强。这主要表现在：近代和现代科学的许多重大研究课题仍然来源于技术发展的需求。当原有技术不能满足生产发展的需要，当新技术的发明过程中碰到理论问题，当技术开发接近某种物理极限，当在技术应用的过程中发现令人不解的新现象，都必然反馈到基础理论的研究中来，从而推动着科学的发展。正如恩格斯在给瓦·博尔吉乌斯所写的信中指出的：“如果像您所说的，技术在很大程度上依赖于科学状况，那么科学却在更大得多的程度上依赖于技术的状况和需要。社会一旦有技术上的需要，这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”⁽²³⁾例如，半导体理论就是伴随着半导体技术的发展而建立和不断完善的。第二次世界大战刚结束时，美国贝尔实验室的M·凯利提出：真空管有许多优点，但也有寿命短、笨重、噪声大、易破碎、能耗高等缺点，应该有某种新的器件取代真空管。于是，在1946年1月组建了以J·巴丁、W·B·肖克莱、W·H·布拉顿为核心的固体物理研究小组。1947年12月J·巴丁和W·H·布拉顿发明了点接触型晶体管。晶体管的问世不仅引起了电子技术的重大变革，也促进了半导体物理的深入研究。1949年这个研究小组首先提出了p-n结的整流理论，并在量子力学指导下，建立了半导体理论。晶体管比真空管有许多优点，但对分立电子元件来说，其物理性能已达到了某种极限。1957年美国的J·S·基尔比发明的集成电路，使电子元件进一步向微小型化、低功率和高可靠性的方向发展。集成电路的发明推动了表面物理的研究，使人们对界面的电子结构以及它与器件性能的关系有了深入的了解。

2.“科学→技术”的模式

近现代技术在继续推动科学发展因而呈现出“技术→科学”的模式的同时，另一方面它自身的进步也越来越依赖于科学的实际应用，出现了从科学到技术的“逆流”。对蒸汽机的发展作进一步的考察就会发现，技术也在很大程度上依赖于科学。18世纪中叶J·瓦特正是在热容量、比热、潜热等理论概念的指导下，通过理论计算和反复试验，认真研究蒸汽的性质及其相互关系，从而发明了冷凝器，采用了密闭汽缸，在1784年研制成普遍适用的蒸汽动力机。19世纪中叶热力学第一定律和第二定律的发现，促进了19世纪60年代内燃机的发明。电磁理论的发展，使发电机、电动机、无线电的发明成为现实。正如W·C·丹皮尔所说：“使得世界社会情况发生革命性变化的另一大发明：电报通信，却是纯粹科学研究的结果。”⁽²⁴⁾1905年A·爱因斯坦提出的质能关系式（E＝mc²），为揭开原子能的奥秘，发展原子能技术，奠定了理论基础。基因工程则是在分子生物学理论取得重大突破的基础上产生和发展起来的一种尖端技术。1944年O·T·艾弗里等人发现了DNA（脱氧核糖核酸）是遗传信息的载体。1953年J·D·沃森和F·H·C·克里克共同提出的DNA的双螺旋结构模型，标志着分子生物学的诞生。随后，科学家们通过艰苦的工作，弄清了生命的遗传机制和DNA的结构、功能及其活动规律。在此基础上，美国的P·柏格及其同事们于1971年第一次实现了DNA的剪切和拼接。由此，遗传工程宣告诞生，并飞速地发展起来。此外，X射线的发现及其在医学上的应用，青霉素的发现以及人工合成氨苄青霉素的技术开发等都属于这种模式。这些事实都说明，现代重大技术的产生和发展，是与科学突破性的成就分不开的。科学或者理论上的突破，或者实验上的成功，预示技术前景，产生新的技术原理，提供新的技术手段，从而开辟新的技术领域。

3.“科学技术”的模式

即科学与技术的相互渗透、交融、“一体化”，包括科学的技术化与技术的科学化。一方面是技术对科学实验的不可或缺的贡献，尤其是那些探索性工作超出了人类尺度和信息手段的领域；另一方面是科学理论与方法结合于技术实践中，使技术达到越来越高的合理地控制自身操作的水平。

现代科学的许多突破性的发现和重要学科的诞生，都依赖于高水平的实验技术与设备手段。就现代天文学而论，倘若没有雷达技术和射电望远镜、射电天文学的诞生，它的一系列重大发现和新的宇宙理论的建立都是不可能的。

以射电望远镜为例，它使人们能看到几百万光年之遥的空间。反过来，使用这类仪器，尤其是对由这些仪器所得到的数据作出解释，则要求预先掌握十分高深的科学理论。要取得进展，科学理论就必须与在观察和实验中所使用的技术协调一致。这种相适应的典型就是20世纪20年代宇宙学的惊人发展，它完全改变了我们的心灵对世界的描述。在理论上，当时刚建立的广义相对论为构造种种宇宙模型提供了必不可少的基础，很快又导致了A·A·弗里德曼提出可变宇宙这一著名假说，因而从理论上预言了宇宙膨胀的可能性。而在同一时期，A·V·哈勃在威尔逊山上使用胡克望远镜发现了星系退行现象，这一现象可直接解释为空间膨胀的结果。于是，正当一种新光学仪器的使用导致发现星系退行现象时，理论恰好能提供一种解释。反过来，正当理论上提出宇宙模型之际，观察也正提供了被认为是从经验上支持该模型的事实。

同样，没有加速器、对撞机，就无法探索“基本”粒子，高能物理、理论物理都将失去依托；没有电子显微镜，没有X光衍射技术，DNA双螺旋结构模型的建立、遗传密码的破译、重组DNA的实现等等均是不可能的，分子生物学的创立与发展就只能是一句空话。

又如，由麦克斯韦电磁波的理论而发现无线电，由无线电波发射到太空的反射而发现电离层，并进而发展了雷达。之后，物理学家又利用雷达技术，展开所谓无线电天文学，研究天体星球等问题。科学与技术之间形成了一个关系密切的回圈。

科学与技术的“一体化”产生了两者之间的一种相互推动的加速发展机制。这种双向的同化作用，使得人们很难说明科学与技术在本源上谁是母体。上述的分析只是为了使两者的相互推动更容易论述而做出人为分割，科学的技术化与技术的科学化是同一过程的两个方面，只不过有时某个方面主动或更突出而已。

还须指出的是，科学与技术“一体化”形成了现代科学技术的完整概念。现代科学与技术之间的相互渗透、相互交融的加强，一方面科学在学科门类上发展得更为齐全，形成了比较完整的体系；另一方面使技术发展得越来越复杂。为了直接研究生产中的实际问题，研制新生产品，创造新工艺等，在原来应用科学的基础上，形成了工程技术这一科学部门。随着工程技术的发展，单靠自然科学的理论成果直接应用到工程技术中去就不够了，这样使得解决工程技术内部的理论问题日益迫切，于是在自然科学与工程技术之间涌现了大量的“中介”学科，即技术科学。比如，随着航空技术的发展，出现了应用力学，它是利用物理学的原理来解决工程技术里面的普遍问题。技术科学的出现，使科学与技术的传统划界失去了意义，科学与技术在技术科学的联系下，已经融合成一个整体，这个整体就是由基础科学、技术科学和工程技术的有机联系，以及由它们的互相渗透、互相交叉所形成的边缘学科、横断学科、综合学科所构成的现代科学技术体系。