科学发现过程的统计理论，本文主要内容关键词为：过程论文,理论论文,发现论文,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。
本文把科学发现过程中的认识积累和待认识客体的认识程度结合起来，建立起科学发现的过程函数，与十五世纪以来的科学发现情况对照，78年的科学发现周期符合很好；与奴隶制以来的科学发现情况对照，627年的科学发现周期对应也较好。并将这些周期归因于科学的权威结构、社会发展的阶段、地球演化的周期，从而对未来科学发现趋势进行了预测。同时把科学发现数与生产力联系起来，提出抽象生产力的概念，探讨了科学发现对生产力发展和社会发展的影响。
在科学发现中，我们所面对的客观世界有相当多的方面等待我们去发现。或者说，从认识的角度看，有相当多的课题等待我们去解决。由于属于同一科学发现时期的不同课题，往往有内在的逻辑联系，解决问题的方式却又是一个一个地进行，而不是一下子全部解决，需要一定的过程。这是问题的客观方面。从主观方面看，人们的认识能力不仅与知识积累有关，还受科学的权威结构、社会发展阶段甚至自然界变化的影响。本文将分四个方面讨论这些问题。
1 科学发展过程函数
科学发现是个认识问题，什么时候解决哪个问题是不确定的；同一个问题有许多同水平的人从不同方向进行探索，由谁最先解决也是不确定的，甚至事先也不知道将要解决的是什么问题。但随着认识的积累和深入，一定的科学发现时期所面对的课题总会被一个一个地解决的。譬如，在作者所从事的工作中，矿床储量的发现就是这样的一个问题②。甚至可以说，正是这样一个非常专门的问题，引导到本文的一般性结果。
如果在一个科学发现时期中，共有M[,0]个课题待解决，已解决了M个，尚有M[,1]个待解决，，则待解决的课题数M[,1]越大，单位时间内解决的课题数也应越多；已解决的课题数M越大，认识的积累，认识能力更强，单位时间内解决的课题数也应越多，引进已解决课题比率ξ=M/M[,0]，则可得到如下微分方程及解：
对十五世纪以来的科学发现统计资料[1]进行分解，与式(4)和式(5)比较，分别得到以意大利、英国、法国、德国、欧美和美国为中心共七次科学发现高潮。其中，以英国为中心的世界科学发现高潮共有两次；并且，除欧美高潮为627年的周期外，其余均为这个627年周期高潮中的78年周期高潮，示于图1—图6。而十五世纪以来科学发现的总情况与式(8)和式(9)比较于图7。并从图1～图7得到相应的参数如表1。
图1 以意大利为中心的世界科学发现期
图2 两个以英国为中心的世界科学发现期
图3 以法国国中心的世界科学发现期
图4 以德国为中心的世界科学发现期
图5 以欧美为中心的世界科学发现期
图6 以美国为中心的世界科学发现期
图7 15世纪以来世界科学发现过程统计与理论比较
从图1～图7看，本文建立的科学发现过程函数式(2)～式(9)与实际情况符合较好。
2 科学发现周期
赵红洲的工作表明，世界科学发现存在着两种周期，一种是约80年的中心转移周期；一种是约1200～1300年的发现周期；并认为后一种周期包含科学发现的高潮期和多中心期各约占这种周期的一半。
前面的科学发现过程分析表明，表1中除以1937年为半发现时间的高潮外，其余6个发现高潮的高潮时间间隔即周期都是78年；并且，以英国为中心的是两个发现高潮。至于1937年为峰值的发现高潮，从人类整个科学发现史看，应是627年为周期的发现高潮。科学发现表现出周期性，可能与下列因素有关：
(1)人的认识因素。前述78年的周期与科学家的寿命相当，与两、三代科学家的发现活动时间相当。因此，78年的周期可能与人的认识因素有关，特别是与科学的权威结构有关。一类“当采学科”①与其有关的学科往往有内在的逻辑联系，这个特点既是在特定学科方向上形成权威结构利于科学发展的原因，也是向另一个“当采学科”转移困难的原因，如产生选择承认效应、波敦克效应、追溯效应和延迟承认效应、反奥尔加特效应和棘轮效应等。此外，科学认识中的主观性、片面性、表面性也影响这种转移，如唯本体论独尊、方法论主张的偏执、本学科认知目标的排外、“外行”被蔑视、妒贤嫉能、轻视或压制“小人物”等[6～8]。这种认识的局限性或偏见对特定的学得科来讲也大致可分为四大阶段：
图8 社会发展机制模式
Ⅰ阶段(abcdefg)：通过在自然界中实践，获得自然科学发现(a)，被上升到哲学(b)，指导自然科学(c)，通过实践(d)，制造新工具(e)，促进自然科学发展(f)，指导新工具使用(g)。相当新社会形态萌芽阶段(A)和旧社会形态保守阶段(E)。
Ⅱ阶段(hijklm)：新工具标志新生产力的产生(h)，产生新的生产关系(i)，促成新的社会科学认识(j)，上升到哲学(k)，指导社会科学(l)，指导生产关系变革(m)。相当新社会形态生长阶段(B)和旧社会形态腐朽阶段(F)。
Ⅲ阶段(nopq)：新生产关系促成社会政法制度和设施变革(n)，进一步改造社会科学(o)，指导新的社会政法制度和设施(p)，作用于新的生产关系(q)。相当新社会形态确立阶段(C)和旧社会形态垂死阶段(G)。
Ⅳ阶段(rst)：新的生产关系顺应新的生产力(r)，促进新工具的制造和使用(s)，加深和扩大在自然界中的实践(t)。相当新社会形态的发展阶段(D)和旧社会形态的消亡阶段(H)。
与科学发现阶段比较可知，在Ⅰ、Ⅱ阶段上，新的重大科学发现以多中心的形式出现，催生新社会形态的萌芽、生长；在Ⅱ、Ⅲ阶段上，新社会形态的确立和发展，又促使科学发现形成新高潮。这就是为什么在大的阶段上科学发现以多中心为特征和以高潮为特征交替出现的原因（见表2)
三、自然界变化因素。对人类活动有影响的主要自然因素是地球及其周围环境的变化。作者提出的关于地球脉动的新观点概括了地球和地壳运动的主要周期现象，如地磁场和古温度等对人类活动有影响的周期现象都遵从同一公式，其中的短周期为256万年、32万年、4万年、5千年、627年、78年和10年[3～5]。近期以78年为周期变化峰值时间分别为公元1584、1662、1741、1819、1898和1976年，与表1所列的科学发现峰值年代非常一致；近期以627年为周期的变化时间界限分别为公元前886、259年和公元368、996、1623和2251年，与表2所列的科学发现分期一一对应。
表2 科学发现周期与社会发展阶段
注：脚标0,1,2,3,4分别表示原始阶段、封建制阶段、资本主义阶段和社会主义阶段的社会形态和安践认识阶段。
3 科学发现趋势预测
从前面的讨论看，地球脉动的短周期过程对人类科学发现的影响是不容忽视的，周期和时间位置的吻合，使我们有可能根据地球短周期脉动特点推测近期[3～5]人类科学发现的趋势。
事实上，赵红州的统计是以每10年为一统计格进行的，很好地显示了周期为78年的科学发现过程。而10年是作者工作中指出的地球一个较小的脉动周期（更短的脉动周期与钱德勒晃动周期一致)，既然按10年周期统计可以显示78年周期的变化趋势，那么，按78年周期为统计格的统计应显示627年的科学发现周期；按627年周期为统计应显示5000年的科学发现周期，等等。按这个想法，我们对人类有史以来的科学发现资料重新做了统计处理，得到了图9，并在图9的基础上得到了图10。从图9看，以1937年为半发现时间或发现高潮时间的周期为627年的科学发现高潮是15世纪以来的主要科学发现高潮，其中，1937年为峰值的较小的科学发现高潮并不能并入78年为周期的发现中，峰值位置不对，且K[，i]值与其他周期为78年的发现期，也有显著差别，乃是627年周期科学发现中特有的峰值发现期，这个特点在图9也很明显。图10所示的是5000年为周期的科学发现期，其峰值位置公元2251年所对应的科学发现次一级高潮也不能用627年周期发现过程表示，同样应有峰值位置和K[,i]值不同于627年周期发现的特点。据此，本文对未来科学发现趋势进行了预测，结果如下：
图9 627年周期的科学发现高潮（统计格为87年）
图10 5000年周期的科学发现高潮（统计格为627年）
(1)我们所在的627年为周期的科学发现过程中，在以美国为中心的78年为周期的世界科学发现高潮之后，还有3-4个以78年为周期的世界科学发现高潮，每个高潮的科学发现数目将由350项左右下降到10项以内；到1960年为止，已完成2179项，按总计3300项（本文估计）计算，还有1121项待发现，即我们所在的科学发现高潮中还有大约三分之一待发现。
(2)我们所在的以五千年为周期的科学发现大过程中，下一个627年周期将是以多中心为特征的科学发现过程。在本文预计的14000项总数中，到1960年为止，这个五千年周期中已发现2468项，仅占18%。特别是以公元2251年为代表的五千年周期中的峰值发现过程，估计有7000项发现，未来500年将是个大的科学发现时代，平均每10年将有100-200项发现，接近1940-1960年以美国为中心的科学发现过程中每10年的发现数。
这样的估计前景当然是乐观的。但这些推测是非常粗糙的，目前所掌握的资料结合本文提出的理论，只能做到这样的程度，希望有更精确有估计结果。
4 科学发现与生产力发展
科学发现与生产力发展关系密切，这是众所周知的事情，在这里我们将科学发现数与人类生产力水平联系起来，提出抽象生产力的概念，以讨论这两者的关系。
生产力是人类征服自然改造自然的能力，人类征服自然改造自然是通过自身的劳动。因此，生产力实质上是人类的劳动能力。人类劳动可分为具体劳动和抽象劳动，人类劳动能力也应分为具体劳动能力和抽象劳动能力，或即生产力也应分为具体生产力和抽象生产力。
具体生产力的三要素（有一定生产经验和劳动技能的人，即劳动者；以生产工具为主的劳动资料；劳动对象）都是具体劳动要素。因此我们想，抽象生产力的要素应就是抽象劳动的要素。抽象劳动的最基本要素是劳动时间，抽象生产力的基本要素也应与劳动时间有关。做为抽象劳动能力或即抽象生产力的表示，全部劳动时间与必要劳动时间的比值，应是一个好的选择。因为，一个劳动者在必要劳动时间内的劳动成果，是维持延续一个劳动者所必需的；全部劳动时间与必要劳动时间的比值所表示的含义是：一个劳动者的劳动成果能够维持和延续的劳动者人数。显而易见，生产力越发达，这个比值越大。如果用T和T[，b]分别表示一个劳动者的全部劳动时间和必要劳动时间，则根据上面的讨论，⑩抽象生产力S可以表示为：
进一步考虑，随着科学技术的进步，全部劳动产品的价值增加量要比必要劳动产品的价值的增加量大得多；一个劳动日所能提供的全部劳动产品价值增加量要比必要劳动产品的价值的增加量大得多；一个劳动日所能提供的全部劳动产品价值增加量要比必要劳动产品的价值的增加量大得多；一个劳动日所能提供的全部劳动产品价值也要相应增加；维持劳动者生存和延续所必需的劳动产品价值也将随着增加。根据这些考虑，我们得到了抽象生产力与科学发展数目N的如下关系：S=K1nN
(1)
为了讨论抽象生产力与社会发展的关系，我们又引入了两个参量：在阶段社会中维持国家和社会所必需的劳动产品占全部劳动产品的比率a，和为满足一个社会成员最大需求的产品是一个劳动者的必要劳动产品的倍数C。
根据人类已有的科学发现累计数[1,9]：原始社会结束时约为27项，奴隶社会结束时约为79项，封建社会结束时约为290项，资本主义社会结束时将达到3590项，可得K、a和C的估值各为K≈0.3034；
。同时可以估计不同社会阶段的抽象生产力界限值：
社会主义社会的Ⅱ阶段和Ⅲ阶段的界限，S=5；
社会主义和共产主义的界限，S=6。
要指出的是，资本主义和社会主义之间的界限上，是每个劳动者的全部劳动产品如果自己消费的话，则会满足其最大需要；如果其剩余劳动被生产者占有，则只要一个生产者占有两个劳动者的产品，就将超过生产者的最大需要，而会产生经济危机。也就是，此时的生产力水平，已使剥削失去了存在的条件。而社会主义阶段继续发展生产力不是为了增加每个劳动日的产品，而是减少每个劳动日的劳动时间。只有每日的劳动时间减少到使劳动变为稀缺、变为第一需要，才达到了共产主义的生产力水平。
图11示出了不同社会阶段与抽象生产力的关系；同时还示出了不同劳动成份随着抽象生产力的变化情形；在图的上部示出了阶级社会中劳动者与生产者比值变化的上限和下限，以及由于财富的集中使两者比值超过上限、发生经济危机和社会革命的示意模式。
以上这四部份讨论表明，科学发现过程是个主客观结合的过程，受个人条件、社会阶段甚至自然界变化的影响；反过来，自然科学的发现又推动人类社会的发展，甚至可以象工具作为具体生产力的标志那样，科学发现数目可作为抽象生产力的标志，指示社会发展的阶段。