人工自然的建构与科学认识——从科学实验的本质谈起，本文主要内容关键词为：科学实验论文,本质论文,自然论文,科学论文，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。
科学认识的目的就是要透过现象来认识事物的本质。但现象有两种：反映本质的现象和不反映本质的现象，即本质现象和非本质现象。事物的质具有多方面的规定性，每个具体的自然事物都具有多方面的本质，某个本质现象只能反映事物某方面的本质。科学家所进行的特定研究课题一般只能研究其中的一两个方面的本质。然而，现象总是复杂的，本质现象与非本质现象、同研究课题观察有关的现象与无关的现象等经常交织在一起，甚至相互包含、相互渗透。这就需要对现象加以剥离、区分和比较，然后进行选择，进而提取和抓住本质现象。
自然现象与社会现象不同，具有较高的可重复性。所以，科学家可以对相同的现象进行反复的观察和研究，以便对现象作出正确的选择和判断。但自然现象的重复是相对的，所重复的主要是自然变化的方向、趋势、基本过程、总的状态、地点与时间间隔等，而不是所有细节的重复。某个自然事件的发生通常都要受到各种因素的影响，有内在的、必然的因素，也有外在的、偶然的因素。因而，每次自然现象的重复在细节上都会有差别，即每次重复都会呈现不同的具体现象。此外，自然事物本质的展现需要经历一段时间。相对于科学家的愿望，这种展现的速度是缓慢的，且难以预料。这使观察活动难以简单重复或及时进行。
观察方法的局限性来自天然自然本质展现的不确定性。要减少这种不确定性，就要使天然自然转化为人工自然，这就是实验方法产生的根据。实验方法是在观察方法基础上产生的，它仍包括观察的环节，但又超越了观察方法。所以，观察实际上可分为两种：自然观察和实验观察。自然观察是科学家在自然对象之外、不影响认识对象的情况下对其进行的观察，此类观察即“听其自然”。单纯的观察方法是以天然自然为对象的。实验观察是科学家在对认识对象有所作用的过程中进行的观察，是一种“控制自然”的观察。这两种观察活动的区别正是观察方法和实验方法的区别。
如何从哲学角度来认识这两种方法的区别，如何认识科学实验的本质等，应该是科学认识论研究的任务。本文拟通过对科学实验本质的分析，说明人工自然建构对科学认识的作用。
一、实验：人工自然建构
实验是科学家根据确定的认识目的、应用特定的物质手段，对认识对象进行控制，使对象按照自己的意愿发生变化，从而对认识对象进行观察和分析的认识方法。
科学实验是一种特殊的认识活动。任何实验至少包括实验对象、实验工具和实验环境三部分。实验活动的认识对象、认识工具和认识环境，即实验的物质对象、物质手段和物质环境，都不是天然自然，而是人工自然。科学实验的本质即人工自然的建构。
科学研究的对象本来是天然自然物，但直接对天然自然物进行观察会受到很多限制，因而科学家通常用人工自然物取代天然自然物作为研究对象。实验对象的人工自然物是对天然自然物的模仿或创制，在物质性能上同天然自然物没有根本的差别，但能更好地满足实验活动的需求。如，在伽利略的斜面实验中，可用外形接近球形的自然物体进行滚动，但若用人造小球，则既是比较标准的正球体，表面又十分光滑，滚动时可减少摩擦和空气阻力。用人工自然物取代天然自然物作为实验对象，即用人工对象取代自然对象，也即用实验对象取代观察对象，可以更好地揭示对象的本质及其变化规律。创制人工对象的目的是为了更好地认识自然对象。所以，运用人工对象本身就是一种认识手段，它既以对天然自然的已有认识为基础，又成为认识天然自然的新路径。
科学家应用实验工具是为了控制实验对象，使其根据自己的需要，在预定的时间、地点，以预定的速度、规模和程度，发生各种形式的预定变化。实验方法的重要特点是易于控制实验对象，而人工对象显然比自然对象容易控制。在科学家的实验控制下，实验对象的变化已不再是单纯的自然变化，而是人工自然变化，即科学家引发、设计和制造的变化。所谓各种形式的预定变化就是一种人工自然变化。科学家用实验对象的人工自然变化来取代作为观察对象的天然自然变化，并通过前者来研究后者。在科学实验中，有时候可以不用人工对象，但实验过程发生的一定是人工自然变化，否则就不成其为实验方法了。实验方法的本质或灵魂即是对认识对象的人工控制。对于实验观察而言，实验室中发生的人工自然变化不仅是在时空、速度和程度上胜于天然自然变化，甚至是在天然自然状态中很难发生或者近乎不可能出现的变化。
科学家利用实验室及其装置还可以制造人工自然环境来取代天然自然环境。小到一个密封容器，大到整个实验室，实际上都是这样的人工自然环境，即人造环境。在人造环境中可以使实验对象与外界环境相对隔绝，以排除外界各种因素对实验对象的干扰和“污染”。科学家可以让实验对象在实验室提供的特殊条件（如恒温、超高温、超低温、真空、失重等）的特殊人工自然环境中，发生易于观察的变化。创制人工自然环境就是为了更好地控制实验对象，认识其本质规律。
科学实验实际上是由人工自然物、人工自然变化和人工自然环境构成的人工自然系统，是由科学家根据特定的认识目的而构建起来的。
作为科学认识的观察与实验的界线并非是绝对的，而是相对的，有时甚至是模糊的。许多观察都需要观察工具，都要对观察作一些处理，这些操作可看作是实验的萌芽。完全排除工具和实践手段的所谓“单纯直观”，实际上只是一种哲学的想象，而不是科学认识上的观察。量子力学诞生以来，许多科学家认为对微观粒子的观察本身就是对粒子的干扰，就要改变粒子的状态，这也可以看作是人工自然的创造。一个孤立的观察者可以不干扰这个体系而从事观察，这是经典科学的一个基本假设。而“19世纪的科学企图像探险家坐在飞机上面探索沙漠一样去探索自然。测不准原理使我们明白，探索自然不能用这种隔开的方法。我们只能用踏在它上面并且扰动它的方法去探索它。我们所见的自然景致，含有我们自己扬起的尘烟。”（秦斯，第206页）这种“尘烟”就是一种人工自然变化，它同沙漠的天然自然变化共同构成了沙漠的风景。所以，任何观察都使天然自然在一定程度上转化为人工自然。
二、人工自然：天然自然的纯粹形态
科学家在实验中所建构的人工自然与天然自然相比有其不同的特点，且对科学认识有重要的作用。
马克思指出，“物理学家是在自然过程表现得最确实、最少受干扰的地方观察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。”（马克思，第8页）科学家研究的是“自然过程”，但为了使“自然过程”表现得“最确实”，就要使“自然过程”处于“纯粹状态”之中。为此，就要把各种外界的、非本质的、偶然的因素排除掉，对认识对象进行简化、纯化。人们在科学实验中所创制的人工自然是天然自然的一种纯粹状态。这是一种理想状态，在现实的天然自然中一般是很难甚至不可能存在的，因而只能是科学家在实验中的制造。即使自然界能够演化出某种科学家所期待的理想状态，那也需要一系列苛刻条件的特定组合。这种情况出现的几率极低，因而需要很长的时间跨度，根本不能满足科学认识的需要。总之，以科学认识为目的的实验中的自然，即自然的纯粹状态，只能是人工创制的自然状态。换言之，所谓纯粹的自然或理想的自然只能是人工自然。
实验中的人工自然的优点，是使研究对象的本质能比较单纯、比较充分地展现，以便于认识和把握。就此而言，人工自然是天然自然本质的集中表现形式，是“本质化”的天然自然，比天然自然更能体现其本质。在自然状态中，科学家所需要的东西往往被淹没在大量所不需要的东西之中，即观察所期待认识的本质特点往往被大量复杂的现象所遮蔽。科学家所观察的每一个现象，都被众多其他现象干扰，都夹杂着众多其他因素的影响。而实验室所进行的观察，认识对象处于科学家所构建的人工自然状态中，众多的其他现象和因素都尽量被剔除，实验对象尽可能简化、纯化，从而使其本质现象尽可能从非本质现象中显化而得到展示。这样，科学家就易于获得自己研究所期待的某个特定方面的本质认识。这就是巴甫洛夫所说的：“观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验是从自然现象中提取它所愿望的东西”。（《巴甫洛夫选集》，第115页）
科学家为了同一个研究目的，可以在实验室中创造各种人工自然系统，造成许多相同或不同的人工自然变化。事物的属性一般是通过同他物的相互作用体现出来的，但在天然自然状态中，这些相互作用总是交织在一起，难以分辨和选择。而在人工自然状态中，科学家可以选择不同的物质分别与研究对象发生相互作用，遂可以更好地进行相关的选择。
总之，天然自然是错综复杂的，具有显著的不确定性，难以进行精确观察和定量分析。人工自然是人的设计和创造，一般是易于人工控制和较为确定的系统。科学家总是通过对事物的确定性分析来认识其不确定性的。实验室的人工自然变化是人为引发的，有利于进行定向观测和研究。弗兰西斯·培根说过：“正如在社会中，每一个人的能力总是最容易在动荡的情况下而不是在其他情况下发挥出来，所以同样隐蔽在自然中的事情，只是在技术的挑衅下，而不是在任其自行游荡下，才会暴露出来。”（转引自梅森，第8页）隐蔽着的自然之谜不会在“自行”的状态中展现，只有在技术的“挑衅”下才会暴露。观察只是被动等待：自然界展示出什么现象，科学家才能观察到什么现象。实验则是制造：科学家需要某种现象出现，就用技术手段创造条件使其出现。所以，实验室的人工自然变化即是一种人工现象，实验室获得的经验知识即是一种“人工事实”。
三、建构人工自然：科学认识的基础
科学实验是一种独特的认识活动，也是一种独特的实践活动。它不是一种单纯的思维活动，而是思维活动与物质活动的统一。用天然自然创制实验室里的人工自然是一种物质活动，科学家再通过对人工自然的观察来认识天然自然则是一种思维活动。此实践和认识过程可以表示为：天然自然→人工自然→天然自然，也即天然自然←→人工自然，是天然自然与人工自然相互转化的过程。人工自然就成为认识天然自然的手段和中介。科学家通过人工自然的建构过程，实现了从观察对象到实验对象、从天然环境到人工环境、从天然变化到人工变化、从非本质现象到本质现象的转化。所谓“思想实验”，只是通过逻辑推理来进行一种思维实验，并未建构人工自然，因而不是付诸实践的科学实验活动，并非严格意义上的实验。
认识活动中的实践有时被理解为对认识对象的变革，这种看法是值得商榷的。科学实验也是一种实践活动，但不一定要变革认识对象，而是必须变革认识的物质手段和认识环境。科学家或在实验之前变革，如制造工具、创造人工环境等；或在实验之中变革，如引发人工自然变化。即使是变革认识对象，也不是改变认识对象的根本性质，而是改变认识对象的变化形式及其同他物的相互作用和联系方式。
科学认识是反映与创造的统一。实验中的物质活动是物质的创造，其产物是人工自然；思维活动是精神的创造，其产物是科学理论。不仅实验仪器是人的创造，实验中的人工自然变化也是一种创造。科学实验是多方面的（多重的）创造，包括工具、对象、环境、变化、知识等创造。如果说观察方法是科学知识生产的“农业形态”，则实验方法就是科学知识生产的“工业形态”。
长期以来，很多科学家都以为自己是站在自然界之外来认识自然的，这实际上是把科学研究理解为“自然观察”，把自己看作是自然界的旁观者。但事实上，科学家在解题时，自己设计实验方案，自己操作实验，然后再自己分析所做的实验。科学家的实验成为解题的根据，犹如案情的一部分。就此意义而言，科学家既是侦探又是罪犯。科学家在实验室里建构的人工自然，就成为其“犯罪”的事实。科学家需要解释的“可能发生的现象”，包括他们自己所创制的人工自然变化。这里，所谓的“演员”、“罪犯”、“参与者”，只是人工自然建构者的不同比喻而已。因此，在科学实验活动中科学家从天然自然的观察者转化为人工自然的建构者。
恩格斯说过，“自然科学和哲学一样，直到今天还完全忽视人的活动对他的思维的影响；它们一方面只知道自然界，另一方面只知道思想。但是，人的思维的最本质的最切近的基础，正是人所引起的自然界的变化，而不单独是作为自然界的自然界；而人的智力是比例于人学会改变自然界的状况而发展的。”（恩格斯，第99页）“作为自然界的自然界”就是天然自然界，人通过自己的活动“改变自然界的状况”，便是建构人工自然界。恩格斯在这里实际上指出了建构人工自然是科学思维、科学认识的最本质的基础。作为科学思维基础的科学实验，其本质当然就是“人所引起的自然界的变化”，也即人工自然变化。伴随着近代自然科学的发展而兴起的科学实验，表明不仅如同马克思所说，社会生活在本质上是实践的，而且自然界在本质上也是实践的。自然界不仅不会自动满足人类的需求，而且不会自动地“呈现在”人类的视野中。人类对于自然界认识的正误及深浅，都只能在人工自然的建构中检验和推进。就此而言，辩证的、实践的自然观是现代科学认识的基础。