试论现代科学思想的转变，本文主要内容关键词为：试论论文,思想论文,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。
内容提要 本文明确指出从以牛顿力学为基础的经典科学到现代科学的发展，是科学史上伟大的革命变革，这个变革最深层、最本质的内涵就是科学思想的转变。文章详细地论述了现代科学思想转变的四大特点，即从确定性到不确定性、从存在到演化、从静观到参与、从求真到求效的转变。
众所周知，从以牛顿力学为基础的经典科学到现代科学的发展，是科学史上伟大的革命变革，这个变革最深层、最本质的内涵就是科学思想的转变。现代科学思想的转变概括起来就是从确定性到不确定性、从存在到演化、从静观到参与、从求真到求效的转变。
从确定性到不确定性
在近代科学史上，经典力学的机械决定论统治了三个世纪之久。它构造了一个封闭的简单的宇宙模式，其中所有的事物都精确地、有规律地运动着。这个宇宙模式认为，一个系统只要知道了它的初始状态，就可以根据普遍适用的动力学规律推演出它随时间变化而经历的的一切状态。以至拉普拉斯踌躇满志地宣称，只要知道世界上一切物质粒子在某一定时刻的位置和速度，“神圣计算者”就能准确地前知过去、后测未来。人们普遍相信科学的使命就是提供确定性的知识，科学也完全能够提供确定性知识。爱因斯坦（A.Einstein）在与玻尔（N.Bohr）的争论中，说过一句著名的话：“上帝是不掷骰子的”。这就是说，自然界是完全确定的，科学也应该是完全确定的。
在这种宇宙模式和自然观的支配下，科学的唯一目的就是对客体进行精确的解剖，从部分直接引出整体的性质。而受整体相互作用制约的那些性质、层次之间的联系和转化，都在研究者的视野之外。19世纪，自然科学向辩证法的复归，主要是破除了自然界绝对不变的见解；然而，19世纪的科学仍然是经典科学发展的继续，自然科学的综合主要限于科学内部的统一，对科学世界图景的认识，对联系和发展的探索仍未超出机械决定论的框架。
从19世纪后期起，随着人类认识领域不断扩展，自然科学研究进入到大量元素组成的具有大量自由度的复杂体系，由于构成这种体系的元素数量庞大，它们呈现出复杂的随机运动，相邻元素之间、元素和整体之间都缺少固定不变的联系。在这种情况下，经典力学就显得无能为力了。这不仅因为它难以对付系统固有的复杂性，更重要的是这种复杂性导致了事物的变化——即使精确地确定粒子的全部轨道和它们之间的相互作用力，也不能给我们提供确定的整体知识。统计规律的发现是一个根本性的突破。它揭示了层次之间的联系，宏观热力学问题可以从微观分子的相互作用中得到解释。通过大量元素行为的统计处理，使人们看到，大量不能作出详尽预测的复杂因素，却表现出十分确定的整体规律。这种整体的性质，如元素的强度、温度、熵等，元素之间、不同层次之间的联系形式等，不为元素单独所有，也不由它们的线性叠加所产生，这是它们相互联系、相互作用的状态和过程本身。所谓整体趋势、有序性、必然性等正是这种关系的表现。大量事物的并存和影响是导致随机现象的根本原因。这一思想首先是从19世纪后期玻尔兹曼（L.E .Boltamann）和20世纪初吉布斯（J.W.Gibbs）关于统计物理的研究开始的。统计规律就是这一思想的集中表现。所以维纳说：“我们必须把二十世纪物理学的第一次大革命归功于吉布斯（J.W.Gibbs）， 而不是爱因斯坦、海森堡（W.Heisenberg）或普朗克（M.Planck）。”〔1〕
20世纪以来，统计规律和概率随机性、不确定性思想，在科学的所有领域都得到了深化和发展，并改变了科学认识的传统观念，也改变了人们对规律的认识。例如，在量子力学中，哥本哈根学派对薛定谔方程中的波函数作统计解释时，提出了几率波的概念，认为整体系统的单个粒子都服从统计规律。当代的计算机实验、实验室的测量和一些数学分析进一步证明，随机性能够在一个确定的发展过程中，作为内在的“必然的行为而发生作用”。由此，人们不再认为统计规律是我们对客观过程知之甚少的表现，而是复杂系统本身所具有的一般规律。我国著名物理学家郝柏林说：“自从1687年牛顿发表《自然哲学之数学原理》一书以来，确定论观点在自然科学体系中一直被奉为正统。概率论描述则被当作‘不得已而为之’的补充。现在的事情起了变化，牛顿力学的框架里冒出了内在随机性，根本用不到什么‘大数定律’来论证随机概念。三体问题中已经有好几个随机性、‘不可预言’的实例。可以证明，这类情况不是稀有的特例，而是普遍的行为。完全确定论的描述在牛顿力学中倒限于稀如凤毛麟角的特例。”〔2〕凡是由大量较小单元层次构成的系统的性质、结构的形成、稳定和变化的条件与过程、有序和无序之间的联系和转化，都可以用概率统计的方法去研究。统计规律把不同层次联系起来，揭示了它们之间既存在着一致和连续性，又存在着差异和间断这两种情况的统一。它们既自我依存又相互依存，每个层次的性质取决于它们的整体结构，又受制于高一层次并为高一层次提供了根据。最终反映客观世界是一个多层次、复杂结构的整体。只有对统计规律和随机性进行深入的探讨，才会有助于我们把握当代科学思想的脉搏。
继1927年量子力学中提出不确定关系之后，1931年美国数学家歌德尔（K.Godel）提出不完全定理，这可以说是关于不确定性研究的最重要的成就。这个定理说，在任何包含初等数论的相容的形式系统中，存在着不可判定命题，即命题本身和它的否定在该系统中都不可证。这个定理表明数学也不可能提供完全确定的知识，任何形式的学说总有不可证明的命题。此后，信息论、控制论、耗散结构理论、模糊数学、灰色系统理论等等，都和随机性、概率性、不确定性结下了不解之缘。人们终于认识到，世界本身就不是完全确定的。
从存在到演化
和统计性、随机性、不确定性相联系的演化的思想是本世纪科学思想的另一个重要支柱。进化论作为一种科学理论是19世纪50年代的产物。在那个富有创造性的年代里，在科学的好几个领域几乎同时产生了科学的进化论。其中影响最大的是克劳修斯的热力学第二定律或熵增加原理、达尔文（C.Darwin）的生物进化论和马克思的唯物史观。
1850年克劳修斯（R.J.E.Clausius）指出，热不能自动从低温物体流向高温物体，即热传导是不可逆的。15年后，他又引入一个与系统的具体要素无关的物理学态函数——熵（S），这是他最伟大的功绩。 热力学第二定律用熵来表示，即在封闭系统中，熵变不会小于0，即dS/dt≥0，这就是著名的熵增原理。按照这个原理， 封闭系统的熵是单向地增加的，不可逆的，如熵达到最大值，系统就处于热力学最可能出现的几率状态，即稳定的热平衡状态。由于熵概念的提出，自然界的进化从此就可以用物理系统本身所固有的物理的变化来说明了。不过克劳修斯的进化论实质上是退化论。在他看来，自然界由低熵状态倒退到高熵状态，即由有序倒退到无序，最后整个宇宙将要处于最混乱的热平衡状态或热寂状态。他把熵原理由闭系统简单地外推到整个宇宙显然是错误的，结果导致了与达尔文生物进化论相反的结论。然而，由于熵概念的引入，科学已经可以用系统的熵变化来研究物理世界的进化和物理事件的方向性了，时间从此不再是单纯的运动参量，而变成物理的事实了。
20世纪物理学革命的浪潮，一次又一次地冲击着经典物理的基石。相对论首先发难，认为时间和空间的统一就意味着物质的存在是和它的活性不可分割的。质能关系将质量作为能量的一种形式，实际上已将物质存在作为某种过程来理解。量子力学揭示了物质的波粒二象性，这正是时空互相渗透的整体不可分性的表现，粒子反映空间的一面，使粒子呈现出一个具有质量的物体，波性则与时间有关，包含了能量转换的等价过程，包含了时间、空间和物质的统一，赋予世界以本质的动态形式。在相对论和量子力学描述的图景中，整个宇宙“介入了一种持续的能量的宇宙之舞”。潜能的存在、几率波的引进，科学从“实物中心主义”开始转向对“关系”、对整体的研究。但此时科学家尽管承认了变化是自然界的基本事实，也只是无穷无尽的等价的能量交换，时间之矢并未出现。在科学的深层思想中，仍是将丰富多采的世界归结为某种简单的基本“单元”的不同表现。内在的时间因素被消灭了；不可逆只是一种错觉，是由于对初始状态的决定论的展开，演化只是存在的展开，如普里戈金（I.Prigogine）所说，“经典的次序是：粒子居先， 第二定律其次——存在先于演化！”〔3〕至此，科学总想越过表面的世界， 达到一个极其合理的没有时间的世界，它的理想仍是要追溯世界本原和变化背后的不变的规律，这一信念赋予物理学规律以纯粹客观的绝对的永恒的意义。
今天，科学则开始了从存在到演化的转变。从大跨度的历史眼光看，这是“从空间文化到时间文化的转变”。时间成了现代科学的中心问题，不可逆的存在，将演化推到了本体论的层次，并赋予本体以生生不息，浑灏流转的基本性格。
耗散结构理论的诞生，统一了物理学和进化的生物学之间的矛盾。开放系统源于非平衡且通过涨落的有序，使热力学退化的箭头转向了宇宙进化的方向。分岔理论又将“历史”引入了物理学。非平衡态物理学的进展，特别是对于动力学现代理论的探索，正大大加深人们对演化的理解。物理学从牛顿的力，到爱因斯坦的能，再到热力学的熵，越出“量”的守恒与转化的层次，而进入质的创造与演化的层次。在这个层次，时间之矢具有与系统生命不可分的动力学意义，它给以往的动力学时间加上箭头或方向，而耗散结构理论的创立标志着物质世界进化的成功，它揭示了系统进化的机制，热力学之矢转向了宇宙进化的方向。近年这一理论的发展，则进一步突破了时间之矢的概念，而提出了全新的、彻底的关于演化的时间——内部时间。以内部时间为核心的复杂的时空结构正在形成。
首先是非平衡态物理学，接着是动力学体系的现代理论，奇迹般地改变着科学的世界图景。动力学现代理论的提出，标志着动力学和热力学的第二次统一，而这次是在热力学的基础上，以“第二定律”为最高定律，以演化统一运动，以复杂性囊括简单性。当我们从新的时空概念出发，将世界看作是不断演化的具有活性的机体，一切僵硬的东西溶化了，一切固定不变的界限消散了，规律也不再是唯一的、永恒的了。现在我们可以从一种描述过渡到另一种描述，可逆与不可逆，运动与演化不是截然对立的（如牛顿力学），也不是互相矛盾的（如统计物理和量子力学），而是协调统一的。当科学理解了内部时间和外部时间的联系和区别，它就达到了一个新的认识高度。在大大扩大了的理论框架中，有序与无序互补，退化与进化互补，动力学与热力学互补，而进化的概念则是我们认识物质世界的核心。这也就标志着从存在的科学进入到演化的科学，从此，时间成为科学的中心问题。
从静观到参与
人与自然、认识主体与认识客体的关系问题，或者说自然科学中的客观性问题，是认识自然与改造自然的基本问题，也是自然科学中最基本的哲学问题。以牛顿力学为核心的古典科学体系中，蕴涵着如下的客观性的信念：所谓“客观的”即是（1 ）不依赖于我们的认识过程而存在；（2）可以被我们依原样来描述， 认识同自在之物的符合程度或消除主体影响的程度便是真理的客观性的尺度。
这种客观性是在古典力学的宇宙模型和认识论原则的基础上抽象出来的，也同古典力学所产生的那个时代的欧洲文化背景密切相关。
古典力学的原始模型是天体，它可以还原为质点，自身具有位置和速度（动量）。一个确定的过程是在空间和时间中发生的客观事件，并且是某个已知物理定律的结果。这些都是在逻辑上（概念上）自我封闭的和独立于人类活动之外的，因而是观察和沉思的对象，而不是干预或变革的对象。在这种关系中，主体并不作用在客体上或者并不以任何方式改变客体，而只是简单地在思想中反映客体本身的性质和关系。
诚然，自然科学的研究对象是自然界，是属于自然界“本身”的规律，它所抽象出的只是人类活动——实践结构中的物质方面，是对象的客体方面；而人类主体，获得知识的过程和方式——人的活动、一切附在人的实践物中的文化特性，却被抽象掉了。于是“事物成了纯粹的物体，这些物体被当作具体的实在的对象，它们的总体就被认为是世界，它们成为研究题材”〔4〕。相应地， 作为实在的自我封闭的物体世界的自然观和自我封闭的自然的因果关系的观念也就产生了。这个自我封闭的（知识）世界不再给主体性留下任何存在余地：主体参与程度成了损害客观性的尺度，成为谬误的尺度。
这种抽象——它把对象在实践、认识活动中呈现出来的东西当作属于客体自身的，而把对这种活动及其影响的反思和考察留给哲学认识论——对于科学的发展的一定阶段是必须的，并且是合理的。但是它会造成一种错觉：认为可以脱离主体，脱离主体的对象感性活动（包括纯粹思维中的建构）来直接谈论自在的世界。这种错觉在很长时期内同“心物二元论”的西方哲学传统相互印证和加强，从而产生了“神目观”的认识论原则和古典科学的客观性原则。
当代科学在放弃机械论和宇宙图景的同时，也放弃了这种“神目观”的认识论。现代科学通过一系列全新的理论建立过程，使科学家们越来越清楚地看到，科学是以人为中心展开的，它只能是人的科学和为了人的科学。抽象地谈论“按照原样描述世界”已变得全无意义。同时，随着科学理论的日益抽象化，理论、概念中“思维的自由创造”印迹也日益鲜明，它们同客观实在的联系方式，特别是客观化途径也日益成为科学自身考虑的问题。
20世纪的科学技术革命已经通过一些根本改变科学理性本身的途径，取代了17世纪的科学革命。如果说传统的客观性认为知识是通过被动的观察和通过对自然和社会的客观数学结构在形式上的重建而获得的，那么，现代科学的认识论认为，认识的对象部分地是由认识主体在探索行动中构成或转化而成的。量子力学表明，研究方法本身改变了被观测的实体。例如，在亚原子水平，观测要求仪器与被观测实体之间有相互作用。这就是说，物理学家描述的状态本身是观测者与被观测对象之间的相互作用。观察结果依赖于测量方法。这就是玻尔（N.Boher）、 海森堡（W.Heisenberg）、惠勒（J.A.Wheeler ）等物理学家所说的“在量子世界中，它不像一部秩序井然的机器。所得的答案依赖于所提出的问题、所安排的实验以及所选择的仪器。我们自身不可回避地要介入‘什么将要发生’这一问题”〔5〕。
这样，现象、事件呈现什么样子，同样也取决于我们对测量装置的选择，对所提问题及可能回答的方式的选择。“我们所观测的不是自然界本身，而是我们用来探索问题的方法所揭示的自然界。”〔6〕提问方式在更深层次上成为观察现象生成的聚焦点。
物理学家惠勒曾用“二十个问题的猜谜”游戏的例子形象地说明了这种生成过程。游戏的规则是有一个人作被试者，先退避一会儿，由其余的人（参试者）商定一个词，再把被试者请进来，由他发问猜这个词，参试者只能回答“是”与“否”。被试者能在20次提问之内猜中这个词为胜。游戏的另一种方式是参试者不事先约定任何答案，而只要求对所有问题的回答不能自相矛盾，通过提问和应答，不断缩小答案的可能范围，“逼”出答案来〔7〕。
这个游戏在如下方面极类似于我们的认识过程：（1 ）认识是我们同自然界之间的一种对话——提问和应答；（2 ）我们以多种方式提问，自然界只以“是”或“否”来回答，但是它从不撒谎。
现代科学家就是以这种选择的方式来向自然界寻求答案的，不同的是：在爱因斯坦或波普尔（K.Popper）看来，这个游戏是以第一种方式进行的；猜谜的方式可以多样，但谜底只有一个。量子力学揭示的却是第二种方式，谜底是在问答过程中自然生成的。自然界事先不存在什么确定的答案，我们选择的提问方式影响着答案的形成。
不言而喻，科学事实当然不是主观任意的，否则事实不成其为事实，科学也不成其为科学了。但是在如下方面，科学事实中凝聚着主体作用的影响：它是被当时的实践手段所限制的，是被一定的理解、解释框架所“同化”的；是用语言陈述的；是研究过程中同猜测和期望相联系后被认为是对说明、解释、验证、预测等等具有意义而在诸多现象中选择出来的。它不仅是对科学研究一定成果的认识的描述，也是对活动本身的描述。至于在概念、定律、理论中，主体的贡献就更为明显，它包含着思维的自由创造，包含着人类对统一性、简单性、美的追求等等。
从量子力学到信息论、控制论、系统论，到非线性科学以至生态学等，科学家们越来越清楚地看到，科学是以人为中心展开的，它只能是人的科学，并且是为了人的科学。这就是说我们是参与在所描述的宇宙中的，人是宇宙中的人，他从内部并且以自己的方式来描述宇宙；宇宙也是人的宇宙，它以人类活动的对象和结果的形式出现，人把自己对象化于科学之中，把自己的精神赋予世界，并在创造中体现自己的本质。显然，这正是马克思所说的“自然界的真正复兴，人的真正觉醒”，“是人的实现了的自然主义和自然界的实现了的人本主义”〔8〕。
从求真到求效
第二次世界大战前后相继出现了一批新兴学科，如管理科学、运筹学、系统工程学、决策学、设计科学等等。这些学科与传统学科不同，不像经典物理学、化学、生物学等所谓“实体性学科”，都有特定的研究对象，这些对象又被看作是不依人的活动而存在的。这些新兴学科不具有某种特定的事物作为研究对象。也不像“实体性学科”那样以认识和把握某些客观真理为目的，而是针对人类特定的活动领域，为达到某种目的而组织或规范人们的行动，也就是说，它所研究的是一些“人为的”现象，这些“人为的”现象主要是靠人的目的或意图而作为一个系统纳入其生存环境之中，才得以生存的。有人把这类学科相对于“实体性学科”而称为“操作性学科”。这些学科的特点具有较强的“目的性”，人们从这类学科中所学到的不是事物如何运动，不是“是什么”和“为什么”的问题，而是为达到某一目的我们“应该怎样做”的问题。正因为这些学科的目的在于指导某一领域中人们的行动，研究的又是与人们的行动密切相关的“人为的”现象，所以美国学者西蒙（H. A.Simon）也把这类学科称为“人为事物的科学”。
除上述学科外，对现代技术也具有不同于传统的理解。按照一般地理解，技术是指“人类为满足自己的物质生产、社会生活和精神生产以及其他非生产活动的需要，运用自然规律有目的地创造、并能动地作用于客观世界的一切物质手段及方法的总和”，包括生产工具和其他物质设备，以及生产的工艺过程或作业程序。近年来人们的研究越来越倾向于认为上述技术概念较为狭窄，只强调包括知识、技能与方法、工具、机器等的技艺方面，而忽视了人的方面和社会的方面。一些学者认为，技术的社会方面即技术的社会关系和社会控制方面，在现代技术中占有重要地位，这方面主要侧重于组织，尤其强调计划与管理，包括对研究工作的管理、科学家和技术专家的专业组织、控制污染以及其他技术滥用的条例系统等等。而人的方面主要是文化领域，包括影响设计者和发明者的创造性的各种价值观、目标，各种信念以及具有技艺和科学活动特征的思维习惯等等，这样技术就不仅包括技艺方面（软件、硬件），还包括文化方面和组织方面。
即使是传统的基础学科，例如化学、生物学、物理学等等，在今天的研究中，很大程度上也要受制于人们社会需要、价值观，要考虑到对人类、对社会的成效，而不单纯是追求真理。在这里求真与求效、科学事实与价值已不再是对立的了。这是继本世纪初由相对论和量子力学引起的科学革命以后，对经典的科学和哲学的又一次挑战。
传统的科学和认识论都是把知识的目的确定为认识真理，因而认识论的中心问题便成为认识的可能性问题，如何认识的问题。也就是怎样使我们的认识为真，或如何获得真理的问题。而“操作性知识”或技术科学的目的并不在于认识客观真理，而在于指导人们有效地达到预定目标。这些学科所关注的问题并不是知识的真或假的问题，而是某一行动策略、设计方案是否有效的问题。
有效性、价值进入科学，这是对现代科学技术思维方式的又一重大变革。它表明科学已不再是纯粹的理性活动，不再是和人、人的生活、人的利益不相干的，而是置身于人的实践、“生活世界”之中的，与人的追求、人的需要息息相关的人类自身的事业。马克思所说的一门科学即关于人的科学所指的就是这个意思。