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用科学的方法研究科学 精选

已有 2986 次阅读 2017-10-12 09:07 |个人分类:纯科学|系统分类:科研笔记|关键词:科学 科学方法





什么是科学?


   科学的崇高地位已经在几乎所有人类社会普遍认知,这个并不是问题。今天,“科学”一词已经深入人心,几乎成为真理的象征,一切认识世界的知识如果不被称为“科学”,就在相当大程度上等同于被否定。科学的地位是如此之高,因此几乎所有人都积极地把自己的知识直接打上科学的标签,这样一来反而使人们对科学本身的认识变得更困难了。

“要用科学的方法认识世界,要用科学的方法去解决问题。”

以上说法是我们经常都会听到的,但如果要问“到底什么是科学?”,不仅普通人难以回答上来,就是职业的顶尖科学家们也没几个能准确和系统地回答上来。尽管今天的科学已经是如此地发达,但对“科学”本身的认识依然停留在相当含混不清的阶段上。

一方面,人们公认古希腊智者们创造的数学是一切科学的根基,公认伽利略因为引入实验方法而成为近代科学之父,整个科学界无论具体理论观点有何不同,其实潜意识中都公认有一套通行的、一切科学家们都必须遵从的科学规则。但另一方面,很少人能真正说清楚这一套规则到底是什么,以及为什么科学家必须遵从它们。因此,当出现少数否认这样一套科学共同体规则的人时,其他人还真就很难说明白为什么这些人是错的。

研究科学的学科


科学本身是如此重要的研究对象,无疑应当有专门的学科来研究她。关于科学本身如何认识的问题,在过去是散见于哲学、自然辩证法、科学史、科学哲学和科学学这几门学科中。

哲学一直以不同的方式在讨论科学认识的基本问题,例如,马克思哲学所说的物质与意识关系问题。无论是古希腊哲学家泰勒斯对于世界本源的观念(他认为世界是由水组成的),还是毕达哥拉斯“万物皆数”的思想,尤其柏拉图的理念论,他们事实上都是要建立一个如何认识世界的架构。柏拉图的理念论在马克思哲学看来是“客观唯心主义”。其实问题并不在这里,柏拉图把理念看作是比现实世界更高的存在,而这种“理念”其实就是数学和逻辑的对象,这极大助推了古希腊哲学家对数学和逻辑对象的研究不断深入。近代科学哲学家波普尔“三个世界”(世界1:现实的物质世界;世界2:精神世界;世界3:符号的世界)一定程度上延续了柏拉图的理念论。波普尔的“世界3”基本上就是柏拉图“理念”世界的翻版。哲学的世界观、认识论、方法论其实都是关于人类该如何认识世界的,如何认识社会的基本途径的,也就是研究科学本身的近代科学引入实验,以及对实验、观察的结果进行归纳等方法时,哲学上就不断地讨论这里面的关系问题。从洛克的“白板论”,到莱布尼兹“有纹理的白板”;从贝克莱的“存在就是被感知”,到马赫“存在就是感觉要素的复合”,再到今天量子力学的测不准原理、玻尔互补原理与爱因斯坦对量子力学不完备的世纪之争;从哲学领域唯心、唯物的争论,到实验作用的“判决性实验”“休谟难题”“迪昂—奎因难题”、波普尔的“证伪主义”、拉卡托斯对实验证伪作用的质疑、经济学家弗里德曼在《实证经济学方法论》中对实验作用的否定性论述。进行这些研究本身大多数都是基于哲学的范畴、范式或方法,只能得到哲学的结果或结论,因此难以对科学本身得出清晰规范的科学认识。

科学哲学很难算得上是有一定规范和统一性的学科,因为不同科学哲学家理论和观点大相径庭,库恩的科学革命、波普尔的证伪主义、拉卡托斯的科学研究纲领方法论、费耶阿本德的认识论无政府主义……他们不仅观点不一,甚至以库恩的“范式”概念来说,这些理论相互之间就算不上属于一个统一的范式。如果以波普尔的证伪主义要求,这些科学哲学的理论很少有哪个是可证伪的,包括波普尔自己的证伪主义理论。如果以拉卡托斯的科学研究纲领方法论理论来看,这些科学哲学理论也搞不清有什么统一的研究纲领和硬核。

著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)在其《大设计(TheGrand  Design)》一书第一页上宣称“哲学已死”,因为“哲学跟不上科学,特别是物理学现代发展的步伐”。世界本源是所有哲学流派的终极思考,而现在科学界已经给出了世界本源和宇宙发展的全部解释,所以,哲学的使命已经终结了。但是,仅仅因为这个原因还不足以完全宣布整个哲学的使命终结,因为如何认识世界的问题(认识论)也是哲学的另一个重要的思考。如果说物理学终结了哲学对于世界本源思考的使命,还需要通过用科学的方法研究认识论终结哲学最后的使命。当认识论从哲学中独立出来变成科学的时候,认识领域就完全变成纯粹的科学了,因此,我们将迎来纯科学的时代。此后,哲学这门学科将只具有历史研究的价值。

用科学的方法研究科学


在物理学从哲学中独立出来之后,一个又一个学科从哲学中独立出来。因此,在科学发展史上,所有科学化的过程就是将所研究的对象从哲学中独立出来,采用纯科学方法进行发展的过程。既然科学方法可以最有效地认识世界,完全用它来认识科学自身也就是一个顺理成章的事情。有些人怀疑如果用科学的方法来研究科学,逻辑上是否可能,是否会有循环论证的嫌疑。但一些学者的确认真地这样做了。

科学学”就是用科学的方法来研究科学。在2009年《学科分类与代码》里,它是被放在“管理学”下面的二级学科,名称为“科学学与科技管理”。这门学科始自于英国科学家贝尔纳的著作《科学的社会功能》。尽管科学号称是“科学的科学”,但它的研究范围并未包含科学主干的全部,更重要的是它并未包含科学最核心的功能和工具。正如《科学的社会功能》的书名所指,它主要是从科学与人(科学家、普通人、科学研究机构、政府……)的社会关系角度来研究科学的,因此,它并不是完全的“科学的科学”,而只是“与人相关部分科学问题的科学”。

纯科学发展的巨大困难和解决方法


一般的学科在科学化的过程中,是越来越专注于特定的、非常有限的研究对象,或特定的研究角度。因此,其所需要学习和收集的知识信息集中于特定的有限范围。

但用科学方法认识科学本身,会遇到一个巨大的难题:研究对象必然涉及整个科学的所有专业学科,甚至其未来的发展,这会是一个对人类知识能力的巨大挑战。这也是该问题一直难以科学化的重要原因之一。

当今的科学之树已经发展得如此枝繁叶茂,以至于人们普遍认为,人的精力总是有限的,任何一个人只能寻找一个枝节的分支学科领域深入下去才能有所成就。越是往主干上走,所涉及和跨越的细节专业领域就越多,文艺复兴时代可以通晓当代所有人类科学知识的大师和巨匠已经不可能出现了。这种观点客观说接近100%是正确的,之所以这样讲,就是说几乎100%的专家都应当如此工作。但前面加上一个“接近”也就表明并非“绝对100%”,这是因为科学的树干,尤其主干上并非就没有任何事情要做。如果在主干上存在问题的话,它影响的不只是某个分支的细节,而可能会是整棵科学的大树,或树上一大片枝叶。发展到今天的科学尽管已经越来越完善,但在其主干上存在的问题对科学进一步发展的影响和制约也越来越大。



因此,今天科学迫切需要从某些关键性的枝节反过来向树干方向走,最终走到支撑所有科学的主干上。在这个过程中,会涉及越来越多的分支领域,最终甚至涉及整个科学所有知识领域,的确有巨大挑战。但在信息处理技术以摩尔定律爆炸性增长的今天,做到这一点却并非没有可能,只是方法问题。这个方法涉及到两点:

一是纯科学绝非要去替代各个具体学科,变成另一个“大哲学”,而是要研究一切科学共性的认识方法。尽管科学枝繁叶茂,但可以影响一切科学的主干却相当有限。将这些主干抽象出来,就找到了特定的研究对象。它们其实只有4个内容:测量、数学、信息技术、牛顿力学

二是知识信息压缩方法。虽然主干相当有限,但要想有效验证纯科学的研究结果,毕竟还是得以整个科学的所有学科为对象去进行。因此,具备通晓一切科学学科的能力还是一个必需的功夫。在过去,如果谁说可以通晓和包含当代全部科学的知识,这种学说不是属于哲学,就会被认定是一种"民科"。人们有这种看法是可以理解的,因为要做到这一点,必须得有特殊并且为现代科学所合理接受的方法配合。要想直接去学习现代科学的一切知识的确是不可能的,但通过知识信息压缩技术,将科学知识信息成千上万倍地压缩却具有技术可行性。并且采用现代信息技术放大人的学习和知识信息处理能力也具有现实可行性。我们在家里看到的数字电视,就是采用了数字视频信息压缩技术,它可以将原始视频信息压缩上千倍,人眼看起来却几乎与原始视频信息一样。正是通过这种途径,作者将2009年《学科分类与代码》里3120个学科和学科群几乎都考察了一遍。这并不是说要去深入每一个学科或学科群里的所有细节,而是从纯科学的角度去研究它们


特殊的研究条件


谈到这里,我就有必要来介绍一下我写作《实验测量与科学》这本书的动机。自从我1984年左右在大学期间开始对本课题产生兴趣至今,该研究已持续三十多年时间。之所以这一课题如此吸引我,原因是多方面的:

《实验、测量与科学》一书最重要的突破,是改变了认为实验是近代科学基础的看法,确立了测量是现代科学基础的论点,并且将实验看作是测量的子集,以此有效地解决了大量难以采用实验方法的领域如何能够科学化的难题。因此,从认识到该课题的一开始,我便意识到这是意义非常重大的工作。它不仅会为经济学、军事理论等过去属于社会科学领域的学科发展带来革命性的突破,而且在进行这个工作的同时,也会为纯科学本身的研究打开全新的思路和空间,并且为测量学的系统误差处理提供更为完备的方法。这些问题是有高度相关性的,以往之所以难以获得有效解决,正是因为它们具有高度跨学科的特点,只有同步突破,才有可能使问题得到有效解决。

一旦明确了相应的研究方法和目标,我知道我的确非常幸运地具备了研究清楚这一课题所必需的一切便利条件,而这些便利条件是一般的科学哲学家、科学史学家、自然辩证法学者、科学学家或其他社会科学领域的学者,甚至一般自然科学领域的学者们难以具备的。1980—1984年,我在南京邮电学院(现南京邮电大学)上大学期间的专业就是电子测量。我毕业后从事了6年的电信测量和计量相关工作。任何精密的测量仪器如果坏了我知道如何把它们修好;如果它们不准了,我知道如何把它们校准。在我之前的科学哲学家们能够系统具备这种专业知识尤其测量技能的人几乎没有,这就是我的自信心所在。从学习测量专业知识的一开始,我就强烈意识到它绝不是一门普通的学科,而是如同数学一样对整个科学来说是最核心的基础学科。如今不仅每一门科学的学科都必须具备自己的测量基础,而且测量专业知识已经扩散到如企业管理等非常广泛的领域之中。如现在流行的六西格玛管理,其实就是质量管理科学的测量基础。

我在大学毕业之后所从事的专业大背景领域是通讯,并且在业内知名的邮电部设计院(现联通“中讯邮电咨询设计院有限公司”)、中兴通讯、数码视讯等公司从事了30多年的通讯专业工作,中间有6年多在王码电脑等几个计算机行业公司工作。

在北京邮电大学研究生期间学习的图像与视频处理专业,使我系统地具备了知识信息压缩的专业知识。只要将这些信息压缩技术稍加改进,就可以快速地将当今庞大的科学之树压缩出真正有效的极少量知识信息进行吸收。全球的电信和广电运营商、学院里IT技术相关专家、相关厂商不是我的师弟师妹,就曾是我的同事;不是我的客户,就是我的友商。可以说,我的学习和工作经历使我幸运地具备了解决科学主干问题的所有系统专业知识和技能。其中有些是我有意识地去学习获得(例如人和动物的眼、耳等感觉系统和神经器官的生理学和解剖学知识),而绝大部分真是命运的安排。

例如,我中学时本来最喜爱数学,在初中一年级时就已经自学完了当时属于大学的高等数学等课程,当时的人生理想是成为一个像当年的偶像陈景润那样的数学家。但进大学后学习的却是通讯电子测量专业,这是我中学时教我数学的盛玉华和朱其明老师推荐的,主要原因只是这个专业毕业后分配的工作地基本上都在大城市。但是,尽管我在南邮时曾是电子测量课程的课代表,并以100分的满分成绩完成这个课程,几乎直到大学毕业,我自己都不清楚这个专业将来的工作是干什么的。当今世界上能够如此幸运地完备获得这些知识储备的人,我相信即使存在,也屈指可数。

科学哲学家和科学学家们之所以不能有效地解决他们所遇到的问题,关键原因就在于他们根本就不清楚解决自己学科核心问题所需要的完备专业知识和技能是什么。大谈实验、观察的哲学家比比皆是,其中有几个真正深入和系统学习了“实验”和“观察”的专业知识的?又有几个自己亲自动手做过实验的呢?除马赫等极少物理学家外,非常罕见,这就是问题所在。在这种情况下怎么可能把相应专业想研究的问题搞清楚呢?

事实上,在近代科学开始兴起的时代,西方科学和学术界并非完全认定实验就是科学的基础,他们也把“观察”和“归纳”方法作为培根所说的“新工具”的内容。但是,关于这个问题的研究一直充满矛盾。一方面,从伽利略和牛顿对受控实验与数学两者之间联系的建立,到穆勒发现因果关系经典的归纳方法——“穆勒五法”之后,整个科学界基本上无人否定实验、观察是近代科学的基础。但另一方面,哲学家们对实验作用的研究得出的却始终是负面的结论。如,休谟难题、波普尔的证伪主义到拉卡托斯对判决性实验的否定、迪昂—奎因难题、实证经济学方法中弗里德曼对实验作用的否定……实验、观察和归纳似乎既得不出任何可靠的因果结论,也判定不了任何错误。沿着这个路线的研究一直到今天,几乎都还是以纯思辨或接近思辨的方式进行,这种研究是不可能得出科学的结论的。

“观察”这个概念很容易与人的感官相联系。我们知道,古希腊哲学家是普遍对人的感官持怀疑和极力贬低的态度,对“观察”这个新工具的思辨研究丝毫没有减轻这种怀疑,本书第二章对此会做更详细的讨论。更让人沮丧的是,随着感觉生理学科学研究的进展,不断发现人的感觉器官存在大量有缺陷的地方,如视错觉、耳鸣、盲点、色盲等,更使人们对沿着“观察”这条路线的研究信心不足。而实验(严格的名称是“受控实验”)给人们的印象是采用测量仪器、且环境条件与测量对象全面可控地进行,因此可有效回避古希腊哲学家对人的感官的怀疑。牛顿假设在受控实验条件下测量误差可以无限地缩小,因此可忽略不计,这样与古希腊的完美数学对象之间的冲突就被减少到最低。

在电子测量技术和信息技术发展起来之前,各个学科领域的测量手段和方法差异巨大,详尽统一的测量学研究也难以进行。到了20世纪,随着电子测量和信息理论技术的成熟,已经发展出了极为完善的测量理论和知识,如果不是哲学家们早把这事儿给忘光了,就是电子测量专业领域太狭窄,哲学家们根本就照顾不到这个地方来,这才使作者有机会把对这个领域的研究结论呈现给世人。

从测量学本身来说,也存在一定的缺限,使得其难以应用于像经济学这样的社会科学领域。由于缺少对系统误差处理的完善研究,使得很多学科的系统误差,尤其是社会影响的系统误差得不到有效解决。

本书理论的自我验证


作者本人较早就完成了本书所建立的理论,但却在如何发表它们的问题上犯难。因为如今关注这个问题的人已经如此之少,如果我就这样直接把它们阐述出来,可能人们根本就不知道我在说什么,以及为什么要谈这些问题。更重要的是,这一理论的学科跨度如此之广,甚至已经不知道该选择什么样的专业出口来发表他们。另一方面,如果我建立的方法真的是有效的,为什么不索性自己去采用这些方法解决一些实际的科学问题呢?

这种想法道理上很容易理解,可真要去做的话,挑战将是极其巨大的。这意味着我要去选择几个并非是我本行的专业领域,要做出使这一领域专家们信服的、并且可能是整个该领域科学化建设的成就。但既然我已经掌握他人不具备的优越科学方法,做到这一点就是应该的。我首先在2006年出版《通播网宣言》,就是要在我自己本行专业里先做一些工作,否则他人会认为你自己本专业领域都没做什么事情,凭什么跑到别人的专业领域呢?2015年6月出版的《生态社会人口论》,在人类进化、人口极限、人口经济学、人类文明进化史等领域进行了尝试。2016年3月出版的《纯电动拯救世界》(纯电子书)在新能源和纯电动车的较窄专业技术领域进行了研究总结。2016年7月出版的《超越战争论——战争与和平的数学原理》是较为系统的一次突破,战争在过去不仅属于社会科学领域,科学方法的应用也相对较为欠缺。这本书有效地总结了以往军事理论和战争史中的经验,用三大数学模型概括一切战争的规律,使军事理论达到像牛顿力学一样的简单优美和科学化程度。以上研究的关键之处并不仅仅是采用数学化的方法,更重要的是首先系统地建立相应学科的测量基础。

很多读者对我以上跨越如此之大的不同领域做出成就感到很惊奇,甚至感到很茫然。因为“只有在狭窄的某个专业领域深入下去才能有所成就”的观念是如此根深蒂固,并且过去不难见到一些跨学科研究失败的例子,甚至大多数这样做了的人会被人以“民科”“不专业”等概念来看待,因此,人们对这类工作持保守的态度是可以理解的。好在我所做的工作正不断得到越来越多人,尤其是专业人士的理解和支持。

《实验、测量与科学》一书的出版将非常有助于从根本上解决人们在专业性上接受的难题。因为测量、信息技术都是我本人几十年长期从事的专业,现在因投资业务的关系,我一直对IT技术全球范围的最新进展保持着密切的跟踪。人们可以批评我的某个观点不够恰当,但有能力在这些领域批评我不专业的人就很难找到了。

人口、粮食、军事理论、进化、历史等的确不是我本人的专业,但如果理解了我的纯科学方法,对于我前面在《生态社会人口论》和《超越战争论》中所做的工作,在其专业性和科学性上就会更容易获得理解。不仅如此,在理解了纯科学的所有方法体系,尤其本书中将系统介绍的全科型知识结构方法体系之后,对于“一个人可以迅速地深入整个科学大树的任何一个细分学科领域中去”,以及“一个人可以在当今知识爆炸条件下通晓整个人类科学文明成就”的技术可行性,就不会再有任何惊奇之处了。在首先成功地应用纯科学方法有效解决了以上人口、战争等领域的大量问题之后,反过来我也更有基础和条件将纯科学的理论和方法系统地在本书中介绍给读者。

为了有效解决相应的问题,本书集结了几乎所有学科的测量基础知识,它们包括电子测量、计算机、通信、信息论、物理学的大量经典实验案例和方法(包括量子力学实验)、化学分析、仪器分析以及天文学、生物学、感觉生理学、心理学、医学、地质、地理、气象、海洋、能源、交通、历史学、社会学甚至新闻学等各个学科领域的测量基础知识。本书在研究过程中直接深入分析过的测量基础覆盖了2009年版的《中华人民共和国学科分类与代码国家标准》(GT/T 13745-2009)中总计3120个一、二、三级学科中的绝大部分。

由于在过去测量基础知识分散于各个不同学科之中,造成了非常大的知识冗余。更重要的是因为没有统一的测量学指导,大量学科的测量基础也是非常不完善、甚至是存在严重偏差的。通过统一测量基础的建立,就可对很多学科中的问题进行一些修正,包括计算机科学、量子力学、考古学、生物计量学、化学计量学、计量经济学等领域。最重要的是,本书建立了这样的“共轭标准”要求:任何科学的学科,必须是理论和测量学成对设立,否则就不是完善的科学。另外,提出了人类情感误差和社会领域的五大系统误差及其解决方法,从而使社会学等领域的研究获得真正科学的基础。尤其是人类情感误差的研究,甚至相当于在进化论的基础上建立了全新的、以7大心理系统为基础的科学心理学体系架构(参见《实验测量与科学》第十五章  科学心理学,第十六章 情感误差)。

作者简介


汪涛


独立学者,天使投资人,多家孵化器创业导师。

曾为中兴通讯国际市场管理体系的奠基者,

现为北京数码视讯科技股份有限公司国际投资总裁。


著 作:

《通播网宣言》

《生态社会人口论》

《超越战争论——战争与和平的数学原理》

《实验、测量与科学》

《即将来临的粮食世界大战》(即将出版

《纯电动拯救世界》(即将重新出版

《科学经济学——看见看不见的手》(即将出版


微信公众号:纯科学

新浪微博@汪涛_纯科学






http://blog.sciencenet.cn/blog-3363057-1080300.html

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