什么是科学研究？这个问题并不是那么容易回答的。在这里我只想强调一下自己对科学研究的两点认识。
        首先，科学研究是以人们与生俱来的好奇心作为驱动力的，它的目的就是去不断的认识自然，以满足这种奇特的好奇心。自古以来，人类为什么要孜孜以求的探索自然的奥秘。这难道仅仅是为了满足人类自身的物质需求吗？很明显，科学探索的目的不是为了物质文明的不断地提高。因为，第一，人们的研究活动在很大方面与实际的应用无关，例如，对基本粒子的研究，对宇宙结构的研究以及对生命起源的探索等等；甚至人们在研究的初期所提出的问题也往往与实际的应用无关，例如，在物理学领域传为佳话的牛顿的“万有引力”理论的发现，起源于“苹果为什么落地？”这样一个看似简单的问题。爱因斯坦也是从“当我以光速运动时，会看到什么现象？”这样一个近似荒谬的问题开始相对论的研究的。分形几何的创始人曼德布罗特，写的第一篇关于分形的文章是“海岸线到底有多长？”等等。第二，很多参与科学研究的人是安平乐道的，他们研究的目的不是为了自身的追求自身的物质享受，这种例子比比皆是，就不在这里列举了。那么，我们为什么要把大量的物力投入到探寻外星生命，为什么大批优秀的科学家整日醉心于科学研究。我认为，种种事件的背后有一种奇特的力量的推动——那就是人类与生俱来的好奇之心。这种心理促使人类不惜花费巨大的物资去探索自然；同时在探索自然的过程中面临的各种“光怪陆离”的现象，又刺激了人类的这种好奇心，从而科学探索活动代代相传，绵延无际。常常伴随着“科学就是用来为人类创造物质财富”的观点出现的是另外一个观点：“科学可以导致人类的灭亡”。持这种观点的人认为科学导致了环境恶化和毁灭性武器的诞生。这两种观点都是错的。科学的目的是为了认识自然，为人类造福还是带来灾难，都不是它的目的，而是它的“副产品”。所有的这些“副产品”都不再属于科学的范畴，它们都是为了达到满足人们的其它需求而出现的，而不是为了满足人类的好奇心，从而不是科学讨论的问题。
        其次，科学的内容并不一定是一层不变的真理。讨论科学的问题，必须放在一定的时代背景下。在古希腊，亚里士多德的世界观是科学，到了伽利略时代，科学的代表是伽利略的学说。这时亚里士多德的世界观便显出了它的荒谬之处，便不再是科学了。从17世纪以来的300年，牛顿的世界观代表了那个时代的科学。但到了20世纪，量子力学，相对论和混沌论从不同的方面结束了牛顿的世界观在科学领域的统治地位。我指出这一点，是想纠正这样一个错误的观点：“古人的对事物的认识是多么的荒谬，它们不是科学。”这种观点是站在现今的时代看古人对事物的认识，是不对的。在我们这个时代不是科学，在他们那个时代就是科学了，我们要看的是它们如何演变到我们今天对事物的认识上来的这样一个过程。这也正如杜甫在《戏为六绝句》中讽刺那些瞧不起前辈的时人所说：“王杨王卢骆当时体，轻薄为文哂未休。尔曹身与名俱灭，不废江河万古流。”此外，正确认识古人的科学活动，应将重点放在前人的研究方法上，而不要一味地批判其研究结果。这里我举一个例子。大家都熟悉“杞人忧天”这个成语，出自《列子》，现在人都理解列子讲这个故事是要讽刺那些天天吃饱没事干瞎琢磨，瞎操心的人，这实在是对这个故事极大的误读。为了还原真相，让我们看看原文：“杞国有人忧天地崩坠，身亡所寄，废寝食者。又有忧彼之所忧者，因往晓之，曰：‘天，积气耳，亡处亡气。若屈伸呼吸，终日在天中行止，奈何忧崩坠乎？’ 其人曰：‘天果积气？日、月、星、不当坠邪？’晓之者曰：‘日、月、星宿，亦积气中之有光耀者，只使坠，亦不能有所中伤。’其人曰：‘奈地坏何？’晓者曰：‘地，积块耳，充塞四虚，亡处亡块。若躇步跐蹈？终日在地上行止，奈何忧其坏？’其人舍然大喜，晓之者亦舍然大喜。”从这个故事中，“杞人”首先提出一个非常有趣的科学问题，这个问题看起来荒谬，却能触发人们对自然界更进一步的思考，发现更多的奥秘，关于这一点我在前面已经讨论过，此处不提。我们主要看看“晓者”是怎么回答的。古人通过平时的观察，得到了几个经验：“轻的东西要上升，如气体，重的东西要下降，如石块”，这个经验当然不是百分之百的正确，但也确实是对一些自然现象进行观察后的高度概括。那么晓者应用这个“经验”进行的第一个推论就是“天由气体组成”。随后“杞人”继续发问，“晓者”给出了第二个推论“日月星宿由发光的气体组成。”先不管其结论对不对，我们注意到其中应用到了一个很重要的科学研究方法：观察——总结——推论。这种研究方法在自然科学研究中发挥了巨大的作用，至今仍是科学研究中常用的方法之一。其实，“杞人忧天”的故事的研究方法是不完整的，在做出推论后，还应该有一个“验证”的过程。完整的方法链条应该是：“观察——总结——推论——验证——修正”，这里的“验证”包括实验验证和推理验证，前者要保证所有的推论和实验吻合，后者要保证推理之间满足逻辑上的自洽性。尽管有这样那样的局限性，在数千年前我们的老祖先能有这种思想的萌芽，还是很了不起的，但是很可惜，这种思想并没有被发扬光大。
        为什么“杞人忧天”式的思想在我们国家起源很早，但却没有发展光大呢？为什么像这样可以和伽利略《关于两种世界体系的对话》相媲美的科学式思辨，千百年来被人极大地误读呢？最终的答案是什么，我不知道，但李沉简先生的一段话，多少能给我们一些启发，他说“中华民族是最信奉实用主义的，而且常常是彻底的实用主义，它浸透了我们文化的每一根经纬度：从孔子的实用主义理论，到走了原样的实用主义佛教，到精粹专集的实用主义政治学《资治通鉴》。我们历史上的成功在于实用主义，而近代与现代的失败也在于此。因为没有求真的指南，实用主义的强大蒸汽机便把整列火车推向了不明方向的去路。”（费曼 著，李沉简，徐杨译，《你干嘛在乎别人怎么想》，1999年，译者序）。我相信，中国千百年来所奉行的“经国治世之道”以及“仕途经济学问”（《红楼梦》中贾宝玉所厌烦的那种），也就是无论什么事情总问一个有用没用或对自己有利没利的实用功利主义原则，必然是导致科学思辨受到压抑，以致缺乏重要科学原创的一个重要原因。其实早在1793年出使中国的马戛尔尼就在其笔记中指出：“…此殆以当时士所研究者初无成绩之可言，或即有成绩亦不切实用，遂致中国政府不复以科学为人生所急，而对于西洋物质上之进步亦以此一概抹杀”（马戛尔尼 著，刘半农 译，《1793乾隆英使觐见记》，天津人民出版社，2006年，207页）。扪心自问，我们是否完全改正了1793年祖先们曾经犯过的错误，这是仁者见仁、智者见智的问题，在此就不多论述了。
        有了上面对科学研究的一些认识后，下面我再谈谈科学发展的结构。有人认为，科学发展是缓慢的累积的过程。随着研究的深入，人们在原有基础上的认识越来越丰富，科学也就随着知识的不断丰富而不断的向前发展。另外一些人认为，科学总是处在不断的更新之中。在不断的从根本上批判旧的观点的同时寻求自身的发展。著名的思想家托马斯·库恩认为，科学的发展是这两种模式交替的结果。科学通过摆脱旧有模式的桎捁，寻求自身的发展道路。一旦它找到了适合的发展道路，便获得极大的发展，从而进入了一个相对缓和的积累阶段，直至下一个科学革命的到来。库恩用“范式”来描述科学通过革命建立起来的一套新的研究体系。他认为成为“范式”科学研究体系有两个重要的特征：改体系所取得的“成就能空前的吸引一批坚定的拥护者，使他们脱离科学活动的其它竞争模式。同时，这些成就又足以无限制地为重新组成的一批实践者留下有待解决的种种问题。”（托马斯·库恩 著，金吾伦，胡新 译，《科学革命的结构》，北京大学出版社，2004年） 以19世纪建立起来的物理光学为例，早期人们对于光的本质的认识主要有“微粒说”和“波动说”，这两种学说各执一是，孰是孰非，难以分辨。直到由杨做出光的衍射试验证明了“波动说”以后，“微粒说”才逐渐的推出了历史的舞台。从此，物理光学的研究便植根于杨和菲涅尔的光学著作所建立的范式中。物理学家按照光是波的假设继续研究下去，不断的用这这种范式所建立起来的语言与方法来做出预言，从而寻求试验的证实。还有一个例子来自于非线性物理学。大家知道，牛顿在总结前人经验的基础上建立了经典的力学体系，由于人们通过运用牛顿力学的巨大的成功，也逐渐形成了一种深深的信念。那就是，知道了系统的力的作用和初始条件，我便能完全预言系统将来的行为，并且两个相差不是很大的初始条件不会导致系统行为的巨大差异。我想这就是经典力学的“范式”的一种体现，因为在这种信念的指导下，人们也形成了一套研究的方法：通过研究具体的系统，在忽略被认为不起主要作用的非线性项的前提下，建立系统的微分方程，通过解微分方程来预言系统的行为以和实验比较。通过这种方法，人们取得了巨大的成功。这种方法被写进教科书，作为每一个物理的初学者必读的“圣经”。然而，到了上个世纪70年代，人们发现了一种奇特的现象——“混沌”。这种现象正是由被人们忽略的非线性项引起的。他的出现，彻底打破了人们所认为的可以通过测得初始条件和系统所受到的力来预言系统的行为。因为“混沌”现象的出现说明，非线性项可以导致初始条件差别极小的系统有着极其不同的行为。对初始条件测量总是有误差存在的，哪怕再小的误差，可能导致系统行为的差异不是微小的，而是巨大的。这种在现实世界中普遍存在的“混沌”现象，从原有的建立微分方程的方法出发来进行研究是不行的。这时，一些科学家放弃了传统观念的束缚，开始用新的思维和方法来进行研究，从而促成了非线性动力学的建立，一个新的范式在逐步的被建立起来。各种被验证为正确的方法和观念将以更精致的面貌被非线性动力学家们所使用。一些新的科学团体逐步形成，他们的目标就是要在新建立的体系中，用新的语言去解决诸多的问题。

写于2005年4月4日，改于2008年12月17日

博主上中科院政治课曾交过这篇文章作为期末考试论文