科学的科普(3)科学的诞生和李约瑟之问

张武昌 2024年5月31日星期五

虽然在1830年左右对知识进行分类整理时提出了学科的概念，但是科学（或现代科学）的诞生却早于这个时间。科学研究是一些以科学研究为生的人使用普通人接触不到的工具（科学仪器和数学）获得普通人常识之外的认知。因此，科学的诞生有两个标志，自由广泛传播学术思想的的职业科研人群体、科研工具超越了人的感官。

科学诞生的时间是普通人（大多数人）不能掌握的知识出现的时候，也就是下图中第三个图出现的时候。

自由广泛传播学术思想的的职业科研人群体

知识是宝贵的，知识能提高人的认知，提高人与自然和其他人搏斗的能力，所以知识被视为资源而被人有意识的进行垄断以获取政治、经济、军事、道德等等的优势。

在科学诞生之前，人们对世界的认识就是神创，解释了所有的问题，对于神的知识被教会垄断，人不可以自己去问神，要通过神的仆人传话。

前面说过，科学是研究物质能量时空的。科学的认知从对空间的认知开始。

1492年，远洋航行不仅发现了“新大陆”，也大大提高了人们对空间的认知，船只成为人类探索空间的第一个科学仪器。

1519年环球航行确定了地球是是球，地球的名称从土earth变为了球globe。

1543年，哥白尼《天体运行论》 确立了日心说。哥白尼自制的许多观测仪器如三弧仪是度量衡之外第一批科学仪器。

科学是神创学说之外人类认识世界的第二种方法，突然有一天，科学对神创学说提出了质疑，既得利益者就对科学和科学家进行了迫害。据说有人为此被教会烧死。

1609年，伽利略发明天文望远镜，观察天体运动。 1632年，伽利略发表《两大体系的对话》支持哥白尼的“日心说”，因此被罗马宗教裁判所判为异端并囚禁了9年。1642年1月8日，伽利略度过漫长的软禁生涯，在佛罗伦萨的乡间别墅去世。1643年1月4日，牛顿诞生。

此后，在一片压抑之下，学者们小心谨慎的进行研究，通过信件的方式传播着他们的信息，这个群体后来被称为无形学院invisible college。终于有一天，他们觉得这样也不是办法。于是争取到了第三方—皇帝。

在教权和皇权之间有着长期的争斗，在敌人的敌人即是朋友的方针（部分）指导下，科学和皇帝们走到了一起。皇帝成为科学的赞助人和保护者，1660年，英法两国成立了皇家科学院，科学家们成为了吃皇粮的人。科学家群体终于可以公开传播他们的发现，科学家群体作为人类社会分工的一部分正式出现。

随着知识的增长，科学知识越来越难，越来越远离大众，从而产生了科学家这一群体（良好的科学训练、天赋），随之产生的是连接大众和科学家的数目不多的科普人。这一社会分工也是现代科学在西方产生的制度基础。

科学诞生的时刻

虽然科学研究的仪器将知识扩展到人类的常识之外，但是科学诞生的决定性的标志性事件是是数学语言的介入。

人类一直有两种语言，一种是文字语言，一种是数学语言（广义的数学语言包括代数学和几何学，此处指代数学）。

数学与空间科学的紧密结合产生了解析几何，以1637年法国人笛卡尔发表的《方法论》为标志，解析几何揭示了空间静态的数量关系，解析是利用解析式来研究几何对象之间的关系和性质的一门几何学分支，亦叫坐标几何。

在解析几何和以此为基础发展出的微积分（高等数学）的加持下，英国人牛顿1687年出版了《自然科学的数学原理》，创立了以力学原理为基础的物理学，以完美的数学方程揭示了运动的原因和物体在空间移动的动态关系。

现代科学的特征是用实验来检验其真假，而验证的基础是量化，即数学与实验的结合。所以科学诞生的时刻为1687年，而1637-1687年是科学诞生的时间（50年的孕育）。此前的知识被称为旧科学，此后称为新科学，也有称为传统科学和现代科学。欧洲出现了实验科学，让技术的发明大大提速。现代科学和传统科学最大的区别，就是现代科学用数学模型来表述关于自然界现象的假说，再通过可控制的实验来检验假说的真实性。以往的学说如西方传统医学里的“四元素说”和中国传统医学的“五行学说”，都是对自然现象的解释，但是没有量化，也就是所谓的停留在哲学层面（简单的因果，没有量化的因果），无法验证。数学成为自然科学的语言后，与用日常词汇就能进行的形态描述形成了巨大的反差，事物及其性质都要进行定量，没有定量的研究不叫科学研究，也就是日常所说的“抛开剂量谈毒性（营养）就是耍流氓”。数学的计算得出了事物（现象）之间的数量关系，这是认识的极大飞越，

微积分的诞生具有划时代的意义，是数学史的分水岭与转折点，是人类探索大自然的艰苦努力的一项伟大的成功，是人类思维的最伟大的成就之一。恩格斯这样评论：“在一切理论成就中，未必再有什么象17世纪下半叶微积分的发现那样被看作人类精神的最高胜利了。如果在某个地方我们看到人类精神的纯粹的和唯一的功绩，那正是在这里”。

这个伟大发明所产生的新数学与旧数学有本质的区别：旧数学是关于常量的数学，新数学是关于变量的数学；旧数学是静态的，新数学是动态的；旧数学只涉及固定的和有限的量，新数学则包含了运动、变化和无限。后世的学科将微积分为基础的数学（新数学）称为高等数学，而其他学科没有高等和低等之分，因为其他学科是高等数学产生后发生的。因为高等数学在大学阶段才开始教授，所以大学以后的教育称为高等教育。

李约瑟之问

著名的李约瑟之问，1、中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献。2、为什么科学和工业革命没有在中国发生。

对于李约瑟之问，有多种方面的回答，本文所持的观点为：科学研究发展到一定阶段，研究活动的组织模式发生了变化，从个体兼职生产变为群体专职生产，即生产关系要适应生产力。西方国家逐渐产生了科研工作这个分工和群体，而中国的科研生产关系没有及时发生改变是现代科学没有在中国出现的根本原因。

在前现代社会里，技术创新主要来自工人和农民的经验性尝试错误。在人口较多时，参加劳动的工人和农民也多，发明新技术的概率当然也相对较大。这时的技术主要来自于经验的积累，然后代代相传。中国人口多，试错机会多，发明出新技术的概率自然就更大，所以中国的技术能领先。而欧洲人口一直少于中国，所以技术落后于中国，这是情理之中的事。

之后欧洲的技术能加速度发展，是因为欧洲的技术发展摆脱了经验试错，转向实验试错。1660年英国成立了皇家学会Royal Society，随后欧洲各国逐渐成立名称各异的学会。这些学会得到政府的资助和支持，试错行为从“自发”发展成“自觉”。

一个科学家在实验室里一年所能做的试错数量，可能是几千个工人和农民一辈子试错的总和。在这种情况下，人口数量变得不再那么重要，如果有意地去支持实验，即使人口很少，也可以通过密集的实验来增加发明技术的可能性。

而中国由于科举制度的禁锢，使自然科学长期得不到重视。《天工开物》（明代，宋应星）是一本古代技术的百科全书，然而在书的开头即说明：聪明而又有抱负的人不应该读这本书，因为该书对科举没有帮助。中国人多，有好奇心的天才也会比西方更多，中国人也并非不会用数学和实验。但是当全国的聪明人只能靠读四书五经才能升官发财时，社会的技术发展自然不会得到重视。仅靠个别人的兴趣爱好搞搞数学和实验，终其一生，也无法促进科学革命的爆发。

1616年，清王朝成立，多年的自然灾祸和战乱使得国人无力科学研究，统治阶级对知识的垄断和愚民政策使得科学事业雪上加霜。1637-1687年是科学产生的时间，而我国正处于科学最为黑暗的时期（此处涉及民族问题，请读者自己思量），科学家个人也很少，基本不存在科学家群体。

不仅自己不搞，还拼命阻挡学术交流。据传康熙皇帝学过微积分，但是由于或是真讥笑其为奇技淫巧或是为了压抑民智而没有外传。清末，睁眼看世界的人们纷纷引进国外的学术成果，《海国图志》是空间的科学，《物种起源》是生命科学，二十世纪初，微积分从日本传入中国，称为微积学，杨振宁认为在解放前，国内懂得微积分的人只有几个。

正是认识到学会学院的有组织科研的重要意义，新中国成立仅仅1个月以后，1949年11月1日，中国科学院成立，按照百度百科的提法， 中国科学院（Chinese Academy of Sciences）为中国自然科学最高学术机构、科学技术最高咨询机构、自然科学与高技术综合研究发展中心。

在西方诞生300年后，（现代）科学终于来到了中华大地上。

后记

1992年，为了纪念哥伦布远洋航行500年，发行了一部电影“1492征服天堂”（1492 Conquest of Paradise）。此处的天堂，是探险家心中的那片“新大陆”，也是科学家心中的更远、更广阔的空间。正是这一趟探险，打开了现代科学发现的大门。人类的好奇心及其驱动的牺牲和探险精神是开启科学大门的钥匙。

下一讲，我们谈谈科学、不科学、伪科学、假科学。