約瑟夫亨利的哲學思想與科學觀

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都是永恒的嗎？答案是變化具有規(guī)律?！薄熬哂蓄A言功能、在某些情況下能控制大自然運動的這些規(guī)律的知識構成最高的學問。”([2],p.47)他認為，科學研究的任務就是認識這些規(guī)律，而實驗和歸納是科學研究的基本方法。16世紀以前，科學研究的經(jīng)驗方法主要是對自然過程的觀察。英國的吉爾伯特(WilliamGilbert)首倡以實驗的方法來探索大自然，意大利的科學家伽利略(GalilevGalilei)則為實驗科學奠定了基礎。英國唯物主義經(jīng)驗論哲學家培根(FrancisBacon)的思想對早期美國產生了巨大而又深遠的影響。亨利對培根思想在美國所產生的作用持折衷態(tài)度，一方面，他不欣賞培根對以神學為中心的經(jīng)院哲學進行的徹底批判，另一方面，他對培根所創(chuàng)立的以實驗為基礎的科學歸納法又很感興趣。亨利覺得在以觀察和實驗為基礎的“歸納哲學方面，最惹人注目的早期工作者是英國的培根和意大利的伽利略”。([6],p.93)亨利的幾乎所有科學成就都是建立在觀察和實驗的基礎之上，但他似乎對實驗更感興趣。亨利十分推崇古希臘人在科學上的成就，但是他常常批評他們的觀察是漫不經(jīng)心的，說他們的所謂術語“經(jīng)驗”只涉及到自然觀察而不包括更有效的實驗方法。自然觀察只能認識那些自然界直接呈現(xiàn)在人們面前的東西。這種觀察在許多情況下，除非我們充分地作好準備，及時地注意，要不然，“它可能尚未來得及記錄就消失了”。自然界發(fā)生的有些自然過程往往是一去不能復返的，人們無法對它們進行重復的觀察。然而，實驗則不是這樣，我們一般能選擇時間和地點，我們可以經(jīng)常重復對于觀察每一個細節(jié)所必需的現(xiàn)象。”([6],p.92)再者，我們還可以對實驗過程進行人為的控制和干預，使自然過程簡化、純化，以便進行觀察?？茖W實驗還可以使我們觀察到自然界不能自發(fā)發(fā)生的物質過程和一些無法進行直接觀察的自然現(xiàn)象。正是基于這一認識，亨利在研究中為了觀察一些現(xiàn)象，揭示事物的運動規(guī)律，總是不斷地設計出一個又一個實驗。亨利不僅認為實驗是科學研究的最有效的方法之一，還把實驗看作是進行科學教育的最強有力的手段。他覺得對眼睛刺激產生的印象是最深刻的，用實驗來演示電和磁的特性以及它們之間的相互作用一定能使學生對電和磁獲得更加明確、更加形象的認識。在探索大自然運動規(guī)律的過程中，亨利崇尚歸納法。歸納法是根據(jù)某一類事物中許多個別事物都具有某種屬性，從而推演出這類事物都具有這種屬性的一般結論的推理方法，它是獲得科學發(fā)現(xiàn)的重要手段。在科學史上，許多重要的自然科學定律都是通過歸納法獲得的，亨利的絕大多數(shù)研究成果也都得益于歸納法。亨利對歸納的過程是這樣描述的：在觀察和實驗的基礎上“進行一系列猜測，亦即采用關于所研究的特殊對象的原因和規(guī)律的假說，然后從這個假說推導出邏輯的結果，再用實驗和觀察來檢驗這些結果。重復這一過程，直到假說被建立。它不僅解釋了原先的現(xiàn)象，而且提出和第一現(xiàn)象相聯(lián)系的一系列有關事實……假說是一種聯(lián)想，它依賴于對所談現(xiàn)象進行條理清楚的、合乎自然法則的類比，用來進行類比的其他現(xiàn)象的發(fā)生原因是知道的”。([6],p.95)由于任何個別事物都不能完全地包括在一般之中，因而由歸納法得出的結論常帶有很大的或然性。對這一點，亨利十分清楚，所以他特別強調對由一般結論，即假說推導出的邏輯結果，亦即推論，要用觀察和實驗來進行檢驗。檢驗的結果不但增加了對一般結論可靠性的認識，同時也有可能獲得新的正確命題。所以，他曾說“推論的方法是所有科學進步的基礎”。([6],p.95)從亨利上面的論述中，我們可以看出，他在應用歸納方法時，是以觀察和科學實驗為其前提的，并強調了假說在科學發(fā)現(xiàn)過程中的重要作用。在科學研究活動中，人們通過觀察和實驗獲得感性的事實材料，然后進行整理、加工和概括，從理性思維中把握研究對象的本質和規(guī)律，達到理論認識的高度。但是，這一過程不是一下子就可以完成的，在未做進一步的實踐檢驗之前，只能對所考察的對象提出假定性的說明和解釋即為科學假說。在科學理論尚未確立以前，人們利用假說來試圖說明隱藏在現(xiàn)象背后的本質和規(guī)律，假說再經(jīng)過觀察和實驗的驗證就上升為科學理論。在科學史上，關于假說在科學研究中的作用，是牛頓學派和笛卡爾學派爭論的焦點之一。牛頓的“力戒假說”曾影響著許多后來的研究者。亨利深受牛頓的研究方法影響，崇尚歸納法，但亨利更加明確地認識到假說在科學研究中的積極作用，認為它是形成科學理論的重要手段之一。亨利認為，在科學研究過程中發(fā)現(xiàn)有的事實不能為原有的理論所解釋或者與原有的理論相抵觸時，這說明關于這一事實的規(guī)律還沒有被人們所認識，與這一事實有聯(lián)系的許多未知事實都有可能服從于這一規(guī)律。亨利說：“未被解釋的事實稱為未解決的現(xiàn)象，幾乎在科學的每一個分支里都能找到。有時候，它們在偶然的觀察中被發(fā)現(xiàn)，有時候，在一些其他現(xiàn)象的研究過程中表現(xiàn)出來。它們作為一個未解決的事實被有經(jīng)驗的研究者所認識。當它們不能作為任何已知自然規(guī)律的結果被推出時，……由它能推導出一個普遍的定律?！?[6],pp.95-96)這時候，為了完滿地解釋新的事實和現(xiàn)象，就必須提出科學假說。由于受到有限事實的局限，假說還不一定就是新的規(guī)律，但是在科學理論的形成過程中，它起著橋梁的作用。亨利強調，“科學定律可靠性的證明并不依賴于數(shù)學推導，像歐幾里得從自明公理中推導出命題一樣。而是依賴它的邏輯推論和實際的自然現(xiàn)象的一致性——不僅在程式上，而且在量度上也是一致的”。([6],p.93)假說是否可行應當由實驗來驗明，無論假說被證明是可行的還是不可行的，它都會使人們對事物的認識更加深入一步。怎樣使假說上升為理論呢？亨利概括了這一過程：從能解釋某一事實的假說，可以得到一個能夠以實驗進行驗證的邏輯推論。于是，研究者“對自己說，如果這一假說是可行的，我進行一個確定的實驗，一個確定的結果應該產生。實驗被進行，但沒有結果跟隨。在這種情況下，假說是不可行的，或者推論是錯誤的，或者實驗中出現(xiàn)一些問題。后兩種情況被檢查，如果沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，那么，得出下面這樣的結論是確定無疑的：假說確是不可行的，或者說，這只是一種猜測。后來，另一個假說被設想，另一個推論由之得出，一個相關的實驗被進行。但仍然沒有獲得所期望的結果。接連地變換許多次假說，重復這一過程，直到自然界仿佛被這一堅持不懈的提問所疲乏，作出勉強的答復。最后的實驗給出了一個和所作的假說完全一致的結果?！?[6],pp.96-97)這樣一來，這一假說便解釋了兩個事實，當然，它還不能稱為真理。“現(xiàn)在，他有兩個事實和一個解釋它們的假說。但是，他的高興常常是短暫的。為了擴大他的事實的數(shù)目，從他的假說中得出了新的推論，實驗被嘗試，明確的結果被獲得。但仿佛是為了壓抑他由于自己的預見性而產生的自豪感，實驗結果完全不同于他所預期的結果。他的熱情一度為這一結果所挫傷，但他以下面的思想安慰自己：實際上，他已經(jīng)取得了一些進步，現(xiàn)在他已經(jīng)有三個事實和其中兩個的解釋。在這種情況下，這個假說一般地不被拋棄，但一個修正它的想法被產生以便使它包括第三個事實。于是，由這一經(jīng)過修正的假說產生出另一個經(jīng)過修正的推論，同樣經(jīng)過實驗檢驗，得出一個可能差不多和預期的東西相一致的結果。但是，這一假說仍然可能需要進一步修正，為了展現(xiàn)出新的現(xiàn)象，所有能被得出的推論從中推導出來，每一個推論本身受到實驗的檢驗。進程因此繼續(xù)，直到經(jīng)過各種修正后，假說明顯地成為新的結果豐富的精確表達式。”([6],p.97)很顯然，亨利概括的只是從假說到理論的一種過渡形式。亨利認為，“從這種歸納中成功地得出的假說被稱為‘理論’，用精確的科學語言來說，它是自然界真實規(guī)律的表達，而對于先時的可能性或猜測，則應用‘假說’這一名稱?！?[6],p.98)雖然亨利對假說如何過渡到理論的闡述還不是假說和理論之間關系的全部，但是，他的認識在當時來說還是相當深刻的。三早在奧爾巴尼和普林斯頓任教期間，亨利就已經(jīng)萌發(fā)了“抽象研究”和“實用研究”應當協(xié)調發(fā)展的思想。在亨利的時代，人們把自然科學分為“抽象科學”和“實用科學”兩大類，大致相當于我們現(xiàn)在的基礎科學和應用科學，相應地也就有了“抽象研究”和“實用研究”之分。當時，很少有人從理論上去考慮“抽象研究”和“實用研究”兩者之間的關系，因此，科學的發(fā)展帶有很大的盲目性。亨利認為，“抽象研究”和“實用研究”保持協(xié)調發(fā)展，兩者就會互相促進，形成良性循環(huán)，反之，就會阻礙科學技術的進步。忽視“抽象研究”，其后果將會使“實用研究”成為無米之炊；忽視“實用研究”，則不能充分發(fā)揮科學的社會功能。亨利還認為，“抽象研究”和“實用研究”的協(xié)調發(fā)展并不意味著兩者總是保持一個不變的比例，而是在不同的歷史時期，根據(jù)社會經(jīng)濟和科學技術發(fā)展水平的不同應該有所側重。在經(jīng)濟不發(fā)達、技術比較落后的情況下，應當較多地注意技術的開發(fā)和科學的應用，為科學的發(fā)展提供足夠的物質基礎；而在經(jīng)濟發(fā)達、技術領先的時候，則應該較多地注意“抽象研究”，以便為技術進步和經(jīng)濟發(fā)展積累更雄厚的知識儲備。美國在殖民地時期和建國初期，經(jīng)濟是落后的、技術是薄弱的。這個時期，美國人注意科學資料的收集，藉助于歐洲大陸發(fā)展出來的科學原理進行技術革新無疑是符合國情的。當時，美國人在培根唯物主義經(jīng)驗論哲學的影響下，取得了經(jīng)驗科學的巨大成功，特別是在植物學和地質學的資料收集方面，普遍得到了歐洲人的贊賞。美國建國不久頒布的專利法刺激了美國人的發(fā)明創(chuàng)造能力，結果，涌現(xiàn)出一大批發(fā)明家和技術革新能手。僅1850年一年，美國就頒發(fā)了2,813項專利，平均每天6項。到19世紀中葉，美國就開始向歐洲輸出技術了。([7],p.5)但是，經(jīng)驗科學的巨大成就和技術發(fā)明的大量涌現(xiàn)，使得美國大批有才能的人熱衷于資料的收集和技術的改進而忽視了數(shù)學和基礎理論科學特別是物理學的研究。自富蘭克林轟動歐洲的研究之后70多年間，美國人在物理學研究方面幾乎毫無建樹。到了19世紀30年代，美國科學和技術的發(fā)展已顯得極不協(xié)調，但這一狀況并沒有引起普通人的注意。亨利在積極地從事電磁學基礎研究時，美國的絕大多數(shù)人正為美國眾多的技術發(fā)明和由此帶來的富裕生活所陶醉，以至于認為技術發(fā)明就是科學而常常把發(fā)明家稱為科學家。至于真正的科學，則由于它們不能為人們獲得直接利潤而受到鄙視。從事實際工作的人普遍對理論探索者持有偏見，就是在科學家內部，也有不少人對科學的社會作用抱著懷疑的態(tài)度，甚至有些人放棄科學研究而專事發(fā)明，大批有才華的人因此涌向技術界。早在1832年，亨利就在《論科學修養(yǎng)的重要性》一文中指出了美國當時令人痛心的狀況：“在通曉政治和國務的人中間，甚至在致力于文學和精湛藝術的人中間，很少有人能恰當?shù)卦u價‘抽象科學’對世界文明現(xiàn)狀的影響”。他們把現(xiàn)代文明“歸于實際上產生次要影響的偶然情況，或者歸于表面上的近因，例如科學對技術的直接作用?！?[1],p.101)他還在一篇講演中指出普通人對科學的偏見：“從事實際工作的人對理論探索者所持有的偏見，據(jù)說在我國比其他任何國家都嚴重?！?[8],p.389)“他們普遍傾向于低估科學原理的作用，認為它是純粹的假說，從這些假說中不能獲得實際好處?！?[8],p.387)亨利敏感地覺察到了這一不正常現(xiàn)象，向科學界指出了這一潛在的危險：“機械工藝能夠喚起所有依賴它們獲得生活必需品或奢侈品的人們的好奇心和興趣……人們覺得這些工藝對于國家和個人都是非常有意義的東西。但是，如果沒有適當?shù)目茖W知識對于這一目的的應用，它們一定永遠保持靜止或者進展極其緩慢。”([8],p.382)亨利認為：“在我國，整個大陸已經(jīng)被征服，技術大大依賴于科學。當它們能藉助于歐洲的基本原理時，不過多地注意這些原理是不足為怪的，但是，我們國家現(xiàn)在在財富和智力上已經(jīng)是今非昔比，這種狀況就不應該再繼續(xù)下去了。因而，在這樣的時機，呼吁公眾注意‘抽象科學’的重要性和提倡對‘抽象科學’的追求是合適的?！?[1],p.105)由此可見，亨利當時強調要重視“抽象科學”是從美國的國情出發(fā)的。他在強調要重視“抽象科學”的同時，也承認在北美殖民地時期和建國初期重視“實用科學”的必要性。亨利的目的是要改變當時美國“抽象研究”和“實用研究”極不協(xié)調的狀況。實際上，亨利在強調要加強“抽象研究”的同時，從來沒有放松過科學原理的實際應用。亨利一生為基礎理論科學和應用科學作出的杰出貢獻是對這一點的最好說明。在擔任史密森學社社長和科學院院長期間，他大力支持全國的“抽象研究”活動是因為他十分清楚美國的專利制度和工業(yè)企業(yè)發(fā)展的需要足以刺激人們的發(fā)明創(chuàng)造精神，各種科學組織的主要任務不是進行這些“實用研究”，而是要為這些研究創(chuàng)造出雄厚的知識基礎。同時，他又組織了許多不能由分散的個人和一般研究機構勝任的全國性的“實用研究”。在亨利的主持下，史密森學社曾建立起世界上第一套全國電磁電報氣象觀測系統(tǒng)。亨利強調要加強“抽象研究”所基于的另一原則是“抽象研究”邏輯上在先的原則。只有“抽象研究”取得巨大成就才能導致“實用研究”的持續(xù)進展。他指出，我們今天的富裕生活“表面上看來，常常歸功于具有很少或者完全沒有抽象科學知識的人的發(fā)明。但是，關于這一點，我們必須想到我們整個文明充滿著主要是來源于科學研究的實際知識。像我們已經(jīng)提到的那些發(fā)明，不是產生于野蠻國家，或者不是產生于具有較高文明但沒有科學的國家。如果我們希望得到文明條件依賴于經(jīng)驗工藝和偶然發(fā)現(xiàn)的事實，或者技術發(fā)明無需科學的例證，我們只能而且不得不求教于中國和日本。這兩個國家長期以來利用的事實和經(jīng)驗工藝都是偶然的經(jīng)驗或是簡單的發(fā)明，結果，它們保持停滯不前達數(shù)千年之久。如果還不求助于國外的科學知識，它們一定仍然繼續(xù)如此?！?[1],p.104)盡管亨利當時對中國科學技術幾千年的發(fā)展過程并不完全了解，但他用中國和日本長期停滯不前這一事實來告誡美國人是頗有現(xiàn)實意義的，并且此后一百多年中國和日本的發(fā)展歷史也證實了亨利的預言。亨利是美國的第一代科學領導人，他針對美國的國情，為發(fā)展美國科學事業(yè)而形成的戰(zhàn)略思想，影響著以后許多科學界的知名人士。目前，美國流行的有關基礎研究和應用研究之間關系的理論，追根求源許多是從亨利那里來的。美國科學史家萊因戈爾德(NathenReingold)最近說：“雖然這一主張為亨利同時代的大多數(shù)人所費解，但是直到現(xiàn)在，美國科學家還在暗暗地仿效他的主張，大力支持純研究?！?[9],p.280)美國二戰(zhàn)期間科學研究發(fā)展局局長布什(V.Bush)博士在第二次世界大戰(zhàn)即將結束時提交給杜魯門