las vegas音乐节:科学思维方法的演进

　　科学思维方法的演进
　　
　　科学思维方法，作为形成于并运用于科学认识活动的、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径，是人类实践活动的产物，每一种科学思维方法都经历着产生、发展与演变的历史过程。恩格斯曾经指出：“每一个时代的理论思维，从而我们时代的理论思维，都是一种历史的产物，它在不同的时代具有完全不同的形式，同时具有完全不同的内容。因此，关于思维的科学，也和其他任何科学一样，是一种历史的科学，是关于人的思维的历史发展的科学。”由各种科学思维方法所组成的科学思维方法系统也经历着历史过程的演变，即由古代的直观一思辨，到近代的实验一抽象，再到现代的思辨一具体，这种演变过程既呈现出历史阶段性的特点，同时也愈来愈走向科学性。
　　
　　1．古代科学的直观一思辨思维方法
　　
　　在人类已存在的几百万年，人类思维经历了一个由具体到抽象的发展过程。在原始社会所产生的人类原始思维是以感性认识为主的，它的最大特点就是它的具体性和直观性，那时的人类还没有形成抽象思维的能力。进入古代社会，人类的思维比起原始社会有了很大发展，并有了和原始思维很不相同的思维特点。有文字记载的中国人关于方法的论述，可追溯至公元前8世纪的西周时期。西方国家关于思维方法的最早、最高的成就，大约产生在公元前7世纪到公元前3世纪的古代希腊。当然，无论是在中国还是在西方国家，古代的科学思维方法都具有直观一思辨的特征。
　　
　　我国西周时期的阴阳、五行、八卦等学说，虽然有许多直观猜测或非科学之处，但其中确实包含有朴素的辩证思维方法。“五行学说”，即世界万物由水、火、木、金、土五种要素组成，五种元素相生相克。“阴阳说”则认为，阴和阳的对立统一，是天地万物运动变化的规律，事物生长、衰亡的本质，也是人们认识事物的开端。“八卦”说认为，“太极生两仪、两仪生四象，四象生八卦”，世界万物的变化都是由阴阳的不同排列所导致的。这些思想不仅在相当长的一段历史时期内极大地影响着中国人思维方法的发展，而且影响着中国的科学技术尤其是医学、数学和天文学的发展。
　　
　　春秋战国时期是我国思想史和科学技术史上一个光辉灿烂的时期，思想和科学技术的发展，促进了思维方法的发展。当时的许多思想家如惠施、公孙龙、墨子和后期墨家、苟况、韩非等人都探讨过思想方法领域的理论。孔子提出过“举一隅而以三隅反”，“闻一而知十’’等类比的方法。墨子注重实际应用与验证的经验方法。老子、庄子看重直觉思维、要术冥思以直接领悟宇宙的根本或宇宙之“道”。苟子主张类推与‘‘解蔽”，以端正思维而求得真知。尤其是以墨子为代表的墨家学派提出了‘‘明故’’即分析因果与条件关系，以及“察类”即明确种类关系等思维方法。墨子及其后人所著的《墨经》系统论述了概念、判断、推理等各种思维形态，明确提出“以名举实”(以概念反映事物及其属性)、“以辞抒意”(用判断展现人的认识)、“以说出故”(提出论说的理由和根据)等逻辑思维方法，同时还对思维规律的基本内容作了明确规定。
　　
　　古希腊时期所形成的科学思维方法，成为现代科学思维方法的发源地，德谟克利特、苏格拉底等人分别研究过辩证法、演绎法、归纳法和类比法等多种思维方法。亚里士多德更是这一时期较系统研究科学思维方法的代表性人物。他总结了古希腊学者对逻辑问题的研究，完成了逻辑方法论，他不但把逻辑确立为科学方法，创立了三段式为主的归纳一演绎方法，还写出了系统论述方法的专著《工具论》，首次将思维方法上升为一整套系统的理论。古希腊时期，观察、归纳等方法也有一定的发展，亚里士多德也研究过归纳方法。但当时占主导地位的还是演绎方法。
　　
　　古希腊的思维方法还具有一定的唯理主义倾向。当数学和天文学从古埃及和古巴比伦传人希腊时，古希腊的学者对这些知识作了认识论和方法论的考量，他们认为科学知识是理性对事物本质的认识，知识应符合可证明性、精确性和必然性等规范。
　　
　　从以上简述中，我们可以看出，古代社会随着古代科学技术的产生与发展，相应地形成了古代的科学思维方法论，即古代形态的经验方法论和理性思辨方法论，这两种方法论也是现代科学思维方法论的两个主要历史渊源。当然，古代的思维方法普遍带有朴素直观和猜测性质，正如恩格斯所指出的，这时的“辩证思维还以原始的朴素的形式出现’’。因为这个时期，人类的生产发展水平和科学水平都很低，这也就使得这个时期的思维方法缺乏足够科学根据，只能主要依赖于演绎逻辑的推导与直观素朴的思辨.
　　
　　2．近代科学的实验一抽象思维方法
　　
　　近代科学思维方法的重大进步是从14世纪末15世纪初开始的，也是在突破西方“黑暗的中世纪”神学束缚与中国古代重儒学轻科技的影响而发展起来的，它一开始就带上了实验与抽象相结合的特点。
　　
　　在欧洲中世纪，由于教会的野蛮统治，各门科学成了神学的“婢女”，西方科学发展处于长期的低潮，科学思维方法如同科学技术一样发展十分缓慢。而这个时期的中国，科学技术特别是天文、地理、数学、医学等各方面却都有了明显的进步，然而，由于伦理文化的显赫地位，历代朝廷轻视科学技术，科举取仕崇尚儒家经典，知识分子远离科学技术，使中国在这一时期未能系统总结和创建科学思维方法。
　　
　　14世纪末15世纪初，欧洲开始从封建社会向资本主义社会过渡，水力、火力发动机等新技术开始使用，造船、建筑技术也大大进步，中国的“四大发明”在欧洲大放异彩，科学也大踏步地发展起来。这时的中国也出现了早期资本主义萌芽，在科学技术方面也有所发展，产生了一些运用实验方法的范例，如明代李时珍就在大量观察实践的基础上写出长达52卷的医药学名著《本草纲目》，但中国的科学技术总体上落后于西方。
　　
　　就世界范围内有影响的近代科学而言，科学研究的特点是：实验、观察的方法被广泛运用，实验一抽象并具形而上学特色的科学思维方式开始形成和发展。16、17世纪，实验与观察基础上的经验科学不断取得辉煌成果。哥白尼根据实际观测提出了“太阳中心说”，推翻了古代托勒密主要靠推算得出的“地球中心说”。开普勒在第谷•布拉赫的大量天文观测数据基础上，发现了行星运动三定律。维萨留斯在对人体进行解剖实验的基础上。发表了《论人体构造》一书，纠正了以前对人体的许多错误观点。哈维运用大量的解剖材料论证了血液循环理论。伽利略进行自由落体实验，建立了自由落体定律，发现了物体的惯性定律、抛体运动以及摆振动的定时性规律。经典物理学的集大成者牛顿在伽利略、开普勒等人研究的基础上。通过实验建立了牛顿运动定律，发现了万有引力定律，并在光学、天文学、数学等方面都取得了杰出的成就。
　　
　　随着近代实验一抽象为特点的科学研究方法的成功，具有实验一抽象为特点的近代科学思维方法也应运而生。上述简单列举的科学成就无不包含近代科学思维方法的特点。再如英国物理学家波义耳，在物理实验中，运用单因子分析法发现了气体体积随压强而改变的定量规律，在化学研究中，运用归纳和分析方法，开启了分析化学的研究。瑞典生物学家林耐，对搜集到的大量生物材料进行归纳和分类，形成了植物分类研究法。特别是牛顿的科学思维方法更值得一提。牛顿在科学研究中虽成功地运用了数学演绎方法，但他更看重作为演绎前提的普遍原理的建立方法，即他所称的实验哲学方法。他在巨著《自然哲学的数学原理》中所总结的“哲学中的推理规则”有4条，每条都体现出只有在实验基础上进行归纳抽象才能得出普遍原理，其中第4条规则明确强调“在实验哲学中，我们必须将由现象所归纳出的命题视为完全正确的或基本正确的”。他还多次指出。物理学原理来自实验所观察的现象，再通过归纳使之成为一般。
　　
　　对于近代科学思维方法及其特征，近代的哲学家也从理论上进行了研究。英国哲学家F．培根在《新工具》一书中，着重研究了经验科学的认识论、方法论以及科学思维方法论的问题，提出了“三表法”(共存表、差异表、比较表)的排除归纳思维方法。通过这种排除归纳思维法，以求出事物发展的真正原因。培根对近代科学方法论和科学思维方法论作了重大贡献，马克思称他是“现代实验科学的真正始祖”。
　　
　　在近代实验一抽象思维方法的长足发展之期，数学以及演绎思维方法也有了较好发展。17世纪，耐普尔提出了对数计算法，笛卡儿创立了解析几何，牛顿、莱布尼茨分别创立了微积分。随着数学的发展，数学演绎方法也越来越成为人们认识自然和进行思维的重要工具，尤其是笛卡儿竭力推崇演绎方法甚至加以片面夸大。这一时期，数学方法的作用不断更新，它为科学实验方法提供了定量研究的有效工具，并且成为牛顿等人进行抽象论证和推理的重要方法。
　　
　　当然，这一时期的思维方法是有其局限性的。除了将归纳思维方法与演绎思维方法互相排斥与割裂之外，实验一抽象思维方法本身也具有机械的、形而上学的弊端。思维方法的这一弊端是与当时的科学方法的局限性紧密相连的。当时，分门别类的研究方法以及力学研究是主流，所以人们就习惯于用分割的方法与力学的方法去思考、去看问题，不是把动物和人看作机器，就是认为“动者恒动，静者恒静”，就是伟大的物理学家牛顿也认为时间、空间都是永恒不变的，进而得出运动的最终原因是来自上帝的第一次推动的错误结论。
　　
　　近代西方的形而上学的研究方法在历史上起过积极作用，被恩格斯称为是近代“400年来在认识自然界方面获得巨大进展的基本条件”，但是，“这种考察方法被培根和洛克从自然科学中移到哲学中以后，就造成了最近几个世纪所特有的局限性，即形而上学的思维方式”。
　　
　　这里应提到的是，近代科学思维方法中，出现了试图克服思维方法形而上学特征的辩证思维方法，其中主要有康德的批判理性思维方法。18世纪末19世纪初，自然科学的主要研究工作从搜集材料转入整理加工，在研究方法上要求将归纳与演绎、分析与综合、经验与理性等结合起来。
　　
　　这时，德国哲学家康德凭借他对自然科学研究方法的思考以及他的哲学批判理性，为近代形而上学思维方法打开了第一个缺口。康德于1755年在《自然通史和天体论》一书中提出了太阳系起源的“星云假说”。他综合了当时天文学、力学的成就，根据观测到云雾状天体的资料，认为太阳和一切行星是由弥漫物质，即星云团通过自身的吸引而不断凝聚的，又由于排斥而发生的旋转，逐步发展成为有秩序的天体系统。康德的星云假说后来得到了数学和现代观察技术的证明。康德的思维方法着眼于从物质本身的运动和发展来说明天体的形成，把宇宙看作在时间中运动、变化和发展的过程，这就从根本上批判了形而上学思维方法。正如恩格斯所说：“康德在这个完全适合于形而上学思维方式的观念上打开了第一个缺口，而且用的是很科学的方法，以致他所使用的大多数论据，直到现在还有效。”康德还在《纯粹理性批判》一书中以时空既有限又无限等4个“二律背反”揭露了思维中的辩证矛盾，还系统研究了概念及范畴的辩证法。
　　
　　3．现代科学的思辨一具体思维方法
　　
　　现代科学思维方法，相对于古代思维方法的直观一思辨特征与近代思维方法的实验一抽象特征而言，具有思辨与理性具体相结合的特征，彰显出辩证性、系统性、综合性、复杂性、开放性等特色。，
　　
　　现代科学思维方法是应现代科学发展的需要而产生的。恩格斯曾指出：到了19世纪，经验自然科学积累了庞大数量的实证知识材料，以至于在每一研究领域都有必要系统地整理和认识这些经验材料，同时，建立各个知识领域间的正确联系也就成为不可避免的了，因此，这时“经验的方法就不中用了，在这里只有理论思维才管用”一j。恩格斯在这里所说的理论思维是指辩证思维，“对现今的自然科学来说，辩证法恰好是最重要的思维形式”，“既然没有别的出路，既然无法找到光明，也就只好实行反转，……从形而上学的思维到辩证思维的反转”。
　　
　　现代科学思维方法的辩证特性是在撕开近代形而上学思维方法的几个缺口之后逐渐形成的0在这个过程中，正如恩格斯在《自然辩证法》中所系统阐述的，除了康德的星云假说的辩证法打开了形而上学思维方法的首个缺口外，还表现出以下几个重要的方面。在化学上，这时除了拉瓦锡的氧化理论、道尔顿的原子论之外，还有德国维勒的化学贡献。他用普通的化学方法，从多种无机物中合成了一种有机物尿素；他还证明了许多有机物与无机物有着相同的化学成分，从而否定了有机物和无机物不可逾越的观点。在地质学上，当时欧洲发掘了大量不同时代的古生物化石。英国赖尔的《地质学原理》一书，以丰富的材料论证了地球地质的自然变化本质。在物理学上，德国的迈尔、英国的焦耳等从不同的途径分别发现了能量守恒原理，证明了各种能量可以转化，自然界中整个物质运动是统一的。在生物学上，德国的施莱登和施旺分别发现植物、动物的最基本构成单位都是细胞，这就使植物和动物统一了起来。由于细胞的发现，有机体产生、成长和构造的秘密被揭开了。这时，生物进化理论也逐渐形成。达尔文的《物种起源》一书，揭示了生物由简单到复杂，从低级向高级发展变化的自然图景，阐明了有机界物种千差万别的原因。在人体及人脑的研究上。19世纪对人体的研究有了新的发展，对神经和感官的功能提出了科学的解释。同时，对人脑的机能也进行了研究，把人脑是思维器官的认识建立在科学的基础之上。
　　
　　在新的科学方法纷纷打破形而上学思维方式的同时，一系列具有严密性特征的科学思维方法已逐渐成熟并被广泛运用。19世纪初期至中期，由于实验方法的科学性和精确性的大大提高，数学理性方法受到推崇，数学统计分析方法也被大量运用于对物理学、生物学等学科的研究中。同时．比较思维方法的运用，使比较生物学、比较解剖学、比较生理学、比较胚胎学等的研究普遍开展起来了。许多科学家自觉运用假说思维，并努力通过实验来论证假说，使科学发展的速度也大大加快。
　　
　　19世纪中后期，逻辑思维方法的研究也有了新的发展和突破。这时，归纳逻辑方法在科学研究中尽管仍占有重要的地位，但有了很大的发展．同时人们不再一概将归纳与演绎相排斥。比如，穆勒发展培根的“三表法”思想，总结出探求因果联系的五种归纳法则，即契合法、差异法、契合差异并用法、共变法和剩余法。特别是他在1843年发表的《演绎及归纳的逻辑学体系》一书中，不仅全面地讨论了归纳方法，还对演绎推理有比较全面的评述。这一时期，由于数学发展的影响与需要，莱布尼茨、布尔、弗雷格、罗素等人创立了具有严密演算特征的数理逻辑。数理逻辑方法后来已成为许多科学研究的重要思维方法。
　　
　　也是在19世纪，黑格尔集德国唯心主义辩证法之大成，实现了辩证法、认识论与逻辑学三者的统一，提供了空前丰富的辩证法理论系统，其合理内核成为马克思主义唯物辩证法的直接来源。他认为，一切都是发展变化的，必须用联系和发展的观点与方法来思考问题，只有这样才能把握事物的本质。在具体的思维方法上，他认为把辩证法转变为认识方法，最基本是分析与综合的统一，“这个既是分析的又是综合的判断的环节，……它应该叫做辩证的环节”。当然，黑格尔的辩证法，因其主要靠理性思辨而且又是以思维领域的概念运动代替事物运动的本质，而建立在唯心主义基础上，进而窒息了辩证法应有的彻底革命的批判精神。
　　
　　马克思和恩格斯在全面总结和吸收人类自然科学的系列成就和扬弃了黑格尔唯心辩证法的基础上，创建了唯物辩证法这一崭新的科学世界观和思维方法论。马克思和恩格斯还在他们的许多著作中，对观察、实验、比较、假说等科学方法作过很多科学论述，特别是对归纳和演绎、分析和综合、历史和逻辑以及抽象和具体等辩证思维方法进行了深入的研究，并将这些辩证思维具体地运用在他们的科学研究中。
　　
　　人类进入20世纪，相对论和量子力学的建立引起了物理学的巨大变革，由此也带动了各门科学的快速发展，科学思维方法本身也有了新的重大变化，它对科学发展的作用也日趋显著。
　　
　　这一时期，科学思维方法发展的显著特征是思维的思辨性与思维的具体性日益突出，具体表现为不断走向综合性、复杂性与开放性，与科学知识的融合更加密切。20世纪科学技术的发展呈现出研究领域日益广泛、深入，研究的整体性和综合性不断增强，研究方法的直观性和经验性程度减少而间接性和抽象化程度不断提高，研究手段越加复杂精密等特征。科学发展的新特点也给科学思维方法的新发展提出了要求，也提供了机遇。这时，科学思维方法中产生了爱因斯坦的“两面神”思维、量子力学的概率统计思维方法、系统科学思维方法、复杂性思维方法以及以数理逻辑为基础的计算机科学方法。
　　
　　开启20世纪科学思维方法变革的科学家首推爱因斯坦。他以其独特的智慧，在构建新的科学统一性的理论体系中，形成了他的“两面神”思维和统一性思维。他在建立相对论时，总是把思维对象置于同一时刻——既运动又静止之状态。对此，海森堡指出：爱因斯坦的思维形同那种有两个面孔的罗马门神，是一种典型的“两面神思维”，他“有意表达出一种对立体的双方同时存在的情况”，即“同时积极地构想出两个或更多并存的和(或者)同样起作用的或同样正确的相反的或对立的概念、思想或印象”¨引。爱因斯坦的两面神思维实质上就是对立统一的辩证思维。同时，爱因斯坦的思维方法还体现出普遍联系的统一性特征。他的狭义相对论把经典力学的相对性原理推广到电动力学中去，弥合了牛顿经典力学与麦克斯韦电动力学之间的深刻裂痕，“使力学和电动力学相互协调……把动量守恒定律和能量守恒定律联结了起来，揭示了质量与能量的统一”。他的广义相对论不仅将匀速运动与加速运动统一起来，还将几何学和物理学、时问空间和物质客体统一起来。在他看来，科学的目的就在于追求这样的理论体系，即“具有可想象的最大统一性和最少的逻辑基础概念，而这个体系同那些由我们的感官所作的观察仍然是相容的”。
　　
　　体现现代科学思维方法特征的又一典型案例是量子力学的思维方法。海森堡和玻尔等在创建量子力学过程中，既深刻探究微观世界中统计规律的复杂性，同时又追求微观粒子的波动性与微粒性的统一，这就使得他们的思维方法既体现出复杂性系统思维特征又体现出对立统一的辩证思维特征。例如，海森堡的测不准原理认为，微观粒子运动的统计规律是很复杂的，对于一个有确定质量的粒子来说，其运动位置与运动速度是不可同时测准的，位置的测不准量与速度的测不准量之间是以反例关系变化的。而玻尔进一步提出“互补原理”圆满地解释了微观粒子的波动性与微粒性的统一问题。他认为，波动性与微粒性只是同一对象的两个不同特性，不能用其中一个排斥另一个，应在一定条件下把相互排斥的描述加以互相补充，“在量子力学中，用不同实验装置得到的关于原子客体的资料，却显示出一种很新颖的互补关系。……尽管当企图把它们结合成单独一种图景时这些资料显得是相互矛盾的”。玻尔和海森堡一样，在思维中既反映了事物的复杂性又反映了事物的统一性。
　　
　　特别值得注意的是，当今科学思维方法与科学研究方法的联系越来越密切。例如，一般系统论、控制论、信息论、耗散结构论、复杂性系统科学、计算机与人工智能科学等既带来科学方法的巨大变化，也使科学思维方法有了全新的发展。当今科学研究中的思维方法日益显得综合性更强、复杂程度更高、开放性更灵活。此外，由于20世纪科学哲学的发展，科学方法论的研究已深人到科学理论(即在科学研究中形成的理论，本书使用“科学理论”就取此义)的构建、评价与接受等各个环节，其中，科学思维方法也在这些环节中丰富和发展，不断形成新的科学思维方法。未来的科学思维方法体系将随着人类科学事业的发展更加丰富多彩。
　　
　　

摘录：科学思维的艺术科学思维方法论导论