新世纪的曙光在东方——试论科学方法之兴替，本文主要内容关键词为：曙光论文,新世纪论文,试论论文,科学论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在与美国科学界人士交谈时，一个经常遇到的问题是：中国古代在科学上有过杰出的成就，曾领先于世界，为什么近几百年来却落后了？笔者曾就此请教过多人，所得答复不一。
有人说，这与中国学者的治学态度有关，不少人将科学视为“雕虫小技”“奇技淫巧”而对之不屑一顾，宁可去钻八股、考科举，或热中于“青春赋诗，皓首穷经”，总之，科学被忽视了。另有人说，中国的语言文字不够精确，如文言文就过于简练，往往一词多义，而失之模糊，语言文字是思维的表现，那种“大概”“差不多”的思维方式与科学精神不相容。还有人说，这与中国学者重理论、轻实践有关，终日坐以论道，口头上说要“格物致知”，但仅止于言而不及于行，这种脱离实际“格”出来的东西当然与科学相去甚远。
以上这些说法似乎都有些道理，但在笔者看来。理由不够充分，无法令人完全信服。究竟什么原因造成了近代中国科学的落后，值得进一步探讨。
东西方科学方法之不同
根据自己在科学工作中的体会，笔者认为，科学的发展与所采取的方法有密切关系，或许可以从东西方所采用的科学方法中找到上述问题的答案。
综观西方近代科学的发展，大多基于分析法。所谓分析法主要表现在以下三方面。
一是对研究对象分门别类，自然科学的各门学科，如物理、化学、天文、地理、生物等就是这样分化出来的。二是对研究对象作由浅入深的层层剖析，以物理学为例，从分子到原子、原子核、基本粒子，再深入到其内部结构，无不穷根究底，探小入微。分析法的上述两方面使得研究对象明确、研究者精力集中而易于取得成果。但分析法的精髓还在于其第三方面，即对研究对象的各种因素进行隔离，分别研究其作用。伽利略著名的比萨斜塔自由落体实验就是善于利用隔离进行分析的一个极好例子。在此以前，人们普遍认为，重物下落的速度大于轻物，其实这是由于空气阻力影响所造成的表面现象，而非地球引力本身所具有的特性。为把地球引力的作用隔离起来进行研究，伽利略采用了大小两个铅球作落体实验，基本上排除了空气阻力的影响，结果证明在地球引力作用下，自由落体都具有相同的速度与加速度，而与其重量无关。尔后在真空中的实验则完全排除了空气阻力的作用，从而达到将地球引力完全隔离的目的，更精确地证明了上述结论。这种将影响因素逐个隔离，分别加以研究的分析法是现代科学的核心。分析法对科学发展起了巨大的推动作用，可以毫不夸张地说，没有分析法就没有现代的自然科学。
以中国为代表的东方则从一开始就走的是另一条路，其学术研究方法以综合法为主。这源于东方的哲学思想，无论是儒家的大一统思想，还是道家的“天地虽大，其化均也；万物虽多，其治一也。”（《庄子·天地篇》）都是将宇宙当作整体，从整体出发进行综合性研究的。
当然综合论者也认识到整体是由部分所组成，但往往只着眼于各部分之间的联系及相互作用，而很少去分析各个部分之内涵。这种偏重综合而忽视分析的思想不可避免地反映到科学方法上，中医学即是一个很好的例子。中医的传统理论基于阴阳两气的调和，以及金木水火土五行的相生相克。这些概念都是将人体作为一个整体来考虑而抽象出来的，其实质是将各个器官及各种因素对人体的影响作整体研究，以综合的方法辨证施治。这与西医以人体解剖为基础，层层深入分析的方法大不相同。
综合法本身并无不妥之处，问题在于如果只进行综合而不加以分析，这种片面的方法对事物的研究就无法深入，所得结果只能是一个概貌而失去精微。这在古代科学初创时期尚无大碍，但当近代科学向纵深发展时就无法胜任了。笔者认为，这种偏重综合而忽视分析的研究方法，是近代中国科学落后于西方的一个很重要的原因。
偏重分析之利弊
分析与综合本是科学方法的两个方面，两者不可偏废。东方偏重综合而忽视分析固然不对，西方偏重分析而忽视综合同样存在问题。这一点可分两部分讨论。一是为什么偏重分析的方法能在现代自然科学中取得辉煌成就？二是这种以分析为主的方法到底还能维持多久？
先讨论第一个问题。前面说过，分析法的精髓在于把研究对象的各个部分及各种因素隔离起来，逐个加以研究。这种方法对于物理、化学等领域特别适用，原因是其研究对象比较简单，影响的因素少，因此比较容易隔离。例如现代物理学已能将单个原子隔离起来，对之分别进行光学、电学及磁学等各方面的分析；现代化学也能对单种元素或单一化合物分别进行各种性能及反应的分析。注意到现代科学的飞速发展及其重大成果大都发生在物理、化学及以之为基础的技术科学领域内，就不难理解为什么西方偏重分析的方法能大行其道而取得辉煌成就了。
再讨论第二个问题。不妨先看一下现状，如今科学门类越分越细，与之相应的学者们的研究领域也越来越窄。欧洲文艺复兴时代出现过像达·芬奇（Leonardo da Vinci,1452～1519）这样的横跨艺术、科学、工程的伟大学者。尔后也还出现过像牛顿（Issac Newton,1642 ～1727）这样伟大的科学家。现在已很少有人敢于不加定语而自称为物理学家了，A可以是核物理学家，B是固体物理学家，C是天体物理学家， 如此等等。这些专家在其本行的窄小领域内精益求精，却很少涉猎本行以外的广阔天地。美国科学界经常用来逗趣的一种说法是：“什么是博士？博士是对越来越小的领域知道得越来越多的人。”具有讽刺意义的是中文的“博士”本意原为博学之士，而如今博士不博，岂不可笑可叹。
不仅学科越分越细，而且科学研究的对象也越来越小。现代生物学已深入到分子水平，而人体总共包含着大约几亿亿亿个分子。原子的直径大约为一亿分之一厘米，这对常人来说已小到不可思议，但物理学最前沿的“弦理论”研究的对象只有原子的几万亿亿亿分之一！古语云“明察秋毫之末而不见舆薪”，这比秋毫之末要小得多了。大家熟悉的另一谚语是“只见树木而不见森林”。这些警句难道不值得深思吗？
再来展望一下未来，正如20世纪是物理学的世纪，21世纪将是生物学与信息科学的世纪。
生物学中最具挑战性的问题之一是大脑的功能及思维的机理。按照分析法，即使把大脑中所有的细胞、细胞核、染色体、基因以至分子和原子都一个个全部彻底分析清楚，问题依然得不到解决。大脑功能之关键在于神经元之间的联系网络，而思维的机理基本上决定于大脑整体的作用，这绝非仅仅深入分析其局部所能解答的。应该说对于这种复杂的研究对象而言，综合法比分析法更为重要。在生物学的其他领域内也有类似情形。
信息科学中最具挑战性的问题之一是人工智能，即利用电脑来模拟大脑的功能，这同样是涉及到许多学科的极为复杂的问题，也绝非单靠分析法所能解决的。软件发展的一个趋势是层次化，而且越来越多地采用高层次处理。目前大型软件已变得非常复杂而又冗长，其程序动辄超过百万行。如果按照过去的方法，一开始就深入到最基层去编写，就会“只见树木而不见森林”，因此而迷失方向。所以，对于这种大型复杂软件工程，首先应该从整体出发，以综合法进行高层次的设计，并尽量采用已有的程序进行组合。先确定大的框架，然后再逐层深入，直至基层。在编写程序过程中，一方面要仔细分析，逐字逐行核对，即使错一个符号也不行。另一方面还必须随时照应各部分程序之间的联结，使之互相协调。所以，编写程序的整个过程实际上是分析与综合的有机结合。这里，我们再一次看到，随着处理对象复杂性的增加，综合法的作用将越来越重要。
科学发展的趋势是其研究对象变得越来越复杂，正如上述例子所表明的那样，这种复杂研究对象不仅包含着为数极多的部分以及更多的影响因素，而且各部分与各种因素之间存在着错综复杂的联系与相互作用。这种情形使得分析法所要求的隔离很难实现。就是能够隔离，也会因为所涉及的部分及因素太多而难以进行有效分析。即使进行了分析，如果不作综合，也会“只见树木而不见森林”。总之，就复杂的研究对象而言，单纯的分析法已不再适用，必须同时采用综合的方法。其实科学界已开始认识到这一点。
综合法东山再起
现代科学中一个值得注意的现象是边缘学科的兴起，一些重大的突破往往发生在边缘科学中。其实宇宙本来就是一个整体，分门别类加以研究是人为的。分学科以后如果仅仅局限于各自本身的领域，就容易忽视与其他领域之间的联系和相互影响。为了弥补这种由于单纯分析所造成的缺陷，边缘科学应运而生。位于不同学科结合点上的边缘科学就如未开垦的处女地，新闯入者比较容易出成果。这种杂交优势也从侧面反映了综合法之必要。
分析法的精髓在于隔离，综合法的精髓则在于联系，对所研究的对象进行整体的研究。在占有大量资料的基础上，考察研究其各部分及各个因素之间的联系，从中揭示其间的因果关系及发展规律。元素周期表的发现是成功利用综合法的一个好例子，门捷列夫将当时已知的元素按其原子量进行排列，发现其性质具有某种周期性，位于同一列中的诸元素性质相似。他利用这一规律预言了当时尚未发现的元素的存在及其性质，以后果然被证实。
其实科学界一直在寻求更有效的综合方法。本世纪中叶兴起的系统科学与系统工程就是研究复杂大系统的一种综合方法。在美国新墨西哥州的圣菲研究所（Santa Fe Institute）就聚集了一批著名科学家，包括诺贝尔物理奖获得者、粒子物理学家盖尔曼（Murray Gellmann ）在内，他们集中力量从事复杂大系统的研究，其中当然少不了用到综合法。事实上综合法在现代科学中已有所应用，只是应用面还很窄，远不及分析法应用之广。
中国是综合法的发源地，有长期应用的传统与经验，我们有责任也有条件在某些科学领域中率先使用综合法。当然这并不意味着要以综合法取代分析法，而是提倡综合与分析并用，互相补充以扬长避短。提倡综合法并不是照搬老祖宗的那一套，而应承前启后，不断发展。在这方面可做的事很多，前途非常宽广。
采用综合法经常遇到的一大困难是，所需处理的信息量随着研究对象的复杂性增加而急剧增长，往往超过了人们的处理能力。这种情况下，现代信息科学的一些成果将会有用，特别是超级计算机和联网的大型数据库，以及能有效筛选数据的程序软件肯定会有助于克服这一困难。又如复杂的大系统不仅存在于自然科学中，在社会科学领域中更为常见。社会现象不仅更为复杂，还包含着许多不确定因素，因而具有统计性质。在对之进行综合研究时，现代自然科学中发展起来的数理统计方法可能会有所助益，美国已开始在预测股票市场走向方面采用这种方法，并取得初步成效。
科学研究重心将随着新世纪和新千年的来临而转移，综合法的普遍采用指日可待，这是千载难逢的良机。中国要赶上并超过世界先进科学水平，亦步亦趋最多只能跟上，要想超过就必须有所突破，尤其是方法论上的突破更为重要，因为它关系到全局。作为科学工作者应认清这一形势，考虑在工作中如何适应。如果大家一起努力，科学新世纪的曙光将出现在东方。
（浙江大学何志均教授及华东师范大学陈涵奎教授曾就本文初稿与作者作了有益的讨论。何志均教授还对文中有关软件发展趋势提出了宝贵意见，在此特向两位教授致以诚挚的谢意。）